tcc natalialopes&pedroigor revisão1

7/24/2019 TCC NataliaLopes&PedroIgor Reviso1

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CENTRO UNIVERSITRIO

INSTITUTO DE EDUCAO SUPERIOR DE BRASLIA IESB

ENGENHARIA ELTRICA

NATALIA LOPES DE CASTRO PEDRO IGOR SILVA CARVALHO

Planejamento de Cobertura de Uma

Rede LTE

BRASLIA-DF

2015


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Planejamento de Cobertura de UmaRede LTE

Trabalho de Concluso de Curso apresentadoao curso de Engenharia com Habilitao emTelecomunicaes no Centro UniversitrioIESB como requisito parcial para obteno dograu de Bacharel em Engenharia Eltrica.Orientador MSc. Alexandre Jos FigueiredoLoureiro.

BRASLIA-DF2015


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FICHA CATALOGRFICA

REFERNCIA BIBLIOGRFICA

DE CASTRO, N.L. CARVALHO, P.I.S.(2015). Planejamento de Uma Rede LTE

[Distrito Federal] 2015.

35 p.

Trabalho de Concluso de Curso Centro Universitrio IESB, Braslia, DF, 35 p.

DE CASTRO, NATALIA LOPES

CARVALHO, PEDRO IGOR S.Planejamento de Uma Rede LTE

[Distrito Federal] 2015.

35 p.

Trabalho de Concluso de Curso Centro Universitrio IESB

1. Telecomunicao


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Planejamento de Cobertura de Uma

Rede LTE

Trabalho de Concluso de Curso aprovadopela Banca Examinadora com vistas

obteno do ttulo de Bacharel em EngenhariaEltrica, rea de concentrao:Telecomunicaes do Centro UniversitrioIESB.Braslia, DF, 19 de junho de 2015.

Banca Examinadora:

_____________________________________

MSc. Alexandre J. F. Loureiro Orientador

_____________________________________

MSc. Patrcia Moscariello Rodrigues

_____________________________________MSc. Marie Goretti Ikemoto Honda


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RESUMO

Com o objetivo de atender a crescente demanda por altas taxas de

transmisso de dados, o Long Term Evolution (LTE) foi desenvolvido pelo Third

Generation Partnership Project (3GPP), inicialmente atravs do Release 8, com o

objetivo de otimizar o desempenho de rede, ter baixa latncia, custos reduzidos e

facilidade para captura de servios baseados em IP com ampla cobertura.

Em que pese o LTE seja considerado como a evoluo do sistema UMTS, a

arquitetura de ambos pouco se assemelha. Para alcanar as altas taxas exigidas,

fez-se necessrio desenvolver uma nova arquitetura baseada em diferentes tcnicas

de acesso e modulao. Para reduzir os custos de implementao, o LTE foi

projetado com uma arquitetura plana, que possui menos ns envolvidos em suas

conexes.

Considerando a acelerada evoluo do LTE, cada vez mais importante o

estudo do planejamento dessa rede de modo a alcanar os nveis de cobertura

desejados com o emprego de uma quantidade menor de estaes. Dessa forma,

esse trabalho se dispe a retratar uma proposta de metodologia de planejamento de

cobertura utilizando as ferramentas de predio e Drive Test com o intuito de

destacar a relevncia dessa etapa, bem como representar as diferenas esemelhanas no planejamento deuma mesma rede para diferentes frequncias, no

caso 700MHz e 2600MHz.

Palavras-chaves: LTE, planejamento, predio, drive test, cobertura


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ABSTRACT

Long Term Evolution (LTE) was developed bythe Third Generation

Partnership Project (3GPP) in order to meet the growing demand for higher data

rates, initially through Release 8, aiming to optimize network performance, having

low latency, reduced costs and IP based services with wide coverage.

Despite LTE is regarded as the evolution of the UMTS system, the

architecture of both little resembles. To achieve the high required rates, it was

necessary to develop a new architecture based on different access techniques and

modulation. To reduce implementation costs, LTE is designed with a flat architecture

that has fewer nodes involved in the connections.

Considering the accelerated evolution of LTE, it is increasingly important to

study the planning of the network in order to achieve the desired coverage levels with

the use of a smaller number of stations. Thus, this work aims to portray a proposition

of methodology of planning of coverage using prediction tools and drive test with the

purpose of highlighting the importance of this step, and represent the differences and

similarities in planning the same network for different frequencies, in this case

700MHz and 2600MHz.

Keywords: LTE, planning, prediction, drive test, coverage


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SUMRIO

1 INTRODUO .................................................................................. - 13 -

1.1

OBJETIVO GERAL .................................................................... - 14 -

1.2 OBJETIVO ESPECFICO ........................................................... - 14 -

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO ................................................... - 14 -

2 FUNDAMENTAO TERICA ........................................................ - 15 -

2.1 ARQUITETURA LTE .................................................................. - 15 -

2.1.1 E-UTRAN .............................................................................. - 16 -

2.1.2 ENVOLVED PACKET CORE - EPC ...................................... - 19 -

2.2 INTERFACE AREA .................................................................. - 21 -

2.2.1 OFDM .................................................................................... - 21 -

2.2.2 OFDMA ................................................................................. - 23 -

2.2.3 SC-FDMA .............................................................................. - 23 -

2.2.4 ESTRUTURA DO FRAME .................................................... - 25 -

2.3 MIMO ......................................................................................... - 26 -

2.3.1 MULTIPLEXAO ESPACIAL .............................................. - 27 -

2.3.2 CODIFICAO ESPAO-TEMPO ........................................ - 27 -

2.4 PLANEJAMENTO DA REDE LTE .............................................. - 28 -

2.4.1 PREDIO............................................................................ - 29 -

2.4.2 DRIVE TEST ......................................................................... - 30 -

3 METODOLOGIA ............................................................................... - 31 -

3.1 RESULTADOS ESPERADOS .................................................... - 32 -

4 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ................................................. - 33 -


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NDICE DE FIGURAS

Figura 1 Separao funcional entre E-UTRAN e EPC [12] ...................... - 16 -

Figura 2 Arquitetura de Protocolos LTE [8] .............................................. - 18 -

Figura 3 Interfaces do E-UTRAN [17] ...................................................... - 19 -

Figura 4 Elementos EPC [12] .................................................................. - 20 -

Figura 5 Domnio da Frequncia no LTE Fonte: 3GPP.ORG .................. - 21 -

Figura 6 Comparao FDM x OFDM [18] ................................................ - 22 -

Figura 7 Demonstrao do funcionamento do OFDM [18] ...................... - 23 -

Figura 8 Subportadoras ortogonais [16] .................................................. - 23 -

Figura 9 Subframe do SC-FDMA (3GPP, 2009a) .................................... - 24 -

Figura 10 Modelo de sistema em tempo discreto para SC-FDMA ........... - 25 -

Figura 11Representao dos frames no modoFDD [4] ........................... - 25 -

Figura 12 Representao dos frames no modo TDD [4] ......................... - 26 -

Figura 13 Multiplexao Espacial [2] ....................................................... - 27 -

Figura 14 Codificao Espao-Tempo [2] ................................................ - 27 -

Figura 15 Exemplo de Resultado Obtido no G-NetTrack [34] .................. - 31 -


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NDICE DE TABELAS

Tabela 1 Tamanho do subframe SC-FDMA (3GPP, 2009a) .................... - 24 -


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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

3G 3rd Generation

3GPP 3rd Generation Partnership Project

4G 4th Generation

APN Access Point Name

BS Base Station

CN Core Network

CP Cyclic Prefix

CS Circuit Switched

DL Downlink

eNB Evolved Node B

eNodeB Evolved Node B

EPC Evolved Packet Core

EPS Evolved Packet System

E-SMLC Evolved Serving Mobile Location Centre

E-UTRAN Enhanced Universal Mobile Telecommunications System Terrestrial

Radio Access

FDD Frequency Division DuplexFDM Frequency Division Multiplexing

FDMA Frequency Division Multiple Access

GGSN Gateway General Packet Radio Service Support Node

GMLC Gateway Mobile Location Center

GPRS General Packet Radio Service

GSM Global System for Mobile Communications

HSPA High Speed Packet AccessHSS Home Subscriber Server

IP Internet Protocol

ITU International Telecommunication Union

KPI Key Performance Indicator

LB Long Block

LCS Location Services

LTE Long Term EvolutionLTE-A Long Term Evolution Advanced


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MAC Medium Access Control

MCS Modulation Coding Scheme

MIMO Multiple Input MultipleOutput

MME Mobility Management Entity

MU-MIMO Multi-User Multiple Input and Multiple-Output

NAS Non-Access Stratum

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplex

OFDMA Orthogonal Frequency Division Multiple Access

OS Operating System

PAPR Peak to Average Power Ratio

PCEF Policy and Charging Enforcement FunctionPCRF Policy and Charging Rules Function

PDCP Packet Data Convergence Protocol

PDN Packet Data Network

P-GW Packet Data Network Gateway

PHY Physical Layer

PS Packed Switched

QAM Quadrature Amplitude ModulationQoS Quality of Service

RAN Radio Access Network

RF RdioFrequncia

RLC Radio Link Control

RNC Radio Network Controller

RRC Radio Resource Control

RRM Radio Resource ManagementRSRP Reference Signal Received Power

RSRP Received Signal Received Power

RSRQ Reference Signal Received Quality

RSSI Received Signal Strength Indication

SAE System Architecture Evolution

SB Short Blocks

SC-FDMA Single Carrier Frequency Division Multiple Access

SGSN Serving General Packet Radio ServiceSupport Node

S-GW Serving Gateway


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SINR Signal to Interference plus Noise Ratio

SU-MIMO Single User Multiple Input and Multiple-Output

TDD Time Division Duplex

TTI Transmission Time Interval

TV Televiso

UE User Equipament

UL Uplink

UMTS Universal Mobile Telecommunications System

WiMax Worldwide Interoperability for Microwave Access


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- 13 -

1 INTRODUO

Com a acelerada evoluo das tecnologias mveis, a exigncia por servios

que facilitem a conexo do usurio a servios anteriormente acessveis apenas porum computador ligado a uma rede de internet fixa aumentou, motivando assim a

popularizao dos smartphones. Isso fez com que a tecnologia LTE ganhasse o

mercado rapidamente por oferecer trfego de dados velocidades superiores s

oferecidas pelos sistemas de Terceira Gerao 3G.

Desenvolvido pela Third Generation Partnership Project 3GPP, o LTE

entrou no mercado em dezembro de 2009 atravs da empresa TeliaSonera, na

Noruega e na Sucia, com o objetivo de fornecer uma experincia mais satisfatria

aos usurios que demandam altas taxas de transmisso de dados em seu aparelho

mvel. [1]

O padro LTE semelhante ao WiMax (Worldwide Interoperability for

Microwave Access), sendo diferenciado pela sua compatibilidade com os sistemas

GSM e HSPA, utilizados no 3G. [2]

Enquanto a 3GPP define o padro LTE como uma tecnologia de gerao

3.9, por no cumprir os requisitos estabelecidos pelo ITU (International

Telecommunication Union), as redes LTE atuais esto sendo comercializadas como

tecnologia 4G (Quarta Gerao). Porm, j se encontra em desenvolvimento o LTE-

A (Long Term Evolution Advanced), que segundo o 3GPP ser realmente uma

tecnologia 4G. [3]

Atualmente, a frequncia utilizada no Brasil para transmisso do LTE

2,5GHz, frequncia que no compatvel com alguns aparelhos eletrnicos

fabricados no exterior, [4] mas a mesma utilizada em aproximadamente 45 pases

ao redor do mundo, estando entre eles os pases da Europa. [5]

Foi realizado em setembro/2014, o leilo para a utilizao da frequncia

700MHz na transmisso do LTE, o que far com que a rede passe a ser compatvel

com mais aproximadamente 20 pases, entre eles o Estados Unidos. Atualmente,

essa frequncia utilizada pelos canais de TV aberta analgica, portanto as

operadoras de telefonia s podero utiliz-la aps o desligamento desses canais,

que acontecer com a adeso TV Digital, uma vez que a transmisso simultnea

desses dois servios gera interferncias entre si. A transmisso atravs da


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- 14 -

frequncia de 700MHz vem para complementar a rede j existente, uma vez que

possui caractersticas diferentes da frequncia 2600MHz j utilizada.

1.1 OBJETIVO GERALConsiderando esse avano do LTE no Brasil, prope-se nesse trabalho o

estudo do planejamento de cobertura de uma rede LTE utilizando as frequncias

2600MHz e 700MHz com o intuito de demonstrar atravs das ferramentas de

predio e drive test, suas semelhanas e diferenas para melhor compreender as

etapas envolvidas nesse processo.

1.2 OBJETIVO ESPECFICOAtravs da anlise dos resultados obtidos por meio das ferramentas de

predio e drive test, demonstrar a influncia dos indicadores RSRP, RSRQ, SINR e

Throughputno momento do planejamento da rede, bem como estimar como ser a

cobertura e a quantidade de elementos necessrios para a implantao dessa rede.

1.3 ESTRUTURA DO TRABALHO

O trabalho est organizado da seguinte forma:O Captulo 1 apresenta a introduo ao trabalho de pesquisa, seus aspectos

gerais, objetivos gerais e especficos e a estrutura do trabalho.

O Captulo 2 apresenta a fundamentao terica, onde se destaca o mtodo

que ser utilizado para o planejamento de cobertura da rede LTE: predio e drive

test.

O captulo 3 apresenta a metodologia e resultados esperados.

No captulo 4, so apresentadas as referncias bibliogrficas.


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- 15 -

2 FUNDAMENTAO TERICA

2.1 ARQUITETURA LTE

Dando incio evoluo das redes UMTS (Universal MobileTelecommunications System), o LTE surge com o objetivo de aumentar as taxas de

transmisso de dados e tambm diminuir a latncia da rede atravs da reduo do

nmero de elementos de rede. [6] Um dos requisitos estabelecidos por esse padro

que as taxas de transmisso alcancem picos de downlink de pelo menos 100

Mbps e uplinkde no mnimo 50 Mbps. [7] [8] [9]

Preliminarmente, o 3GPP definiu alguns requisitos para o estudo da

viabilidade do desenvolvimento da rede LTE. [6] Dentre esses quesitos, est aproposta de migrao do trfego, que hoje realizado parte atravs de comutao

de circuitos (Circuit Switched CS) e parte atravs de comutao de pacotes

(Packet Switched PS), para uma operao em sua totalidade por PS, utilizando o

protocolo IP como base. [10] [11] Est tambm a exigncia do aumento da

capacidade da rede, tendo como premissa a diminuio dos custos por meio da

simplificao da arquitetura do novo sistema. [6]

Para viabilizar a diminuio dos elementos de rede, foi desenvolvida uma

arquitetura a partir de dois projetos: System Architecture Evolution (SAE), voltado

para o ncleo da rede (Core Network CN), e Long Term Evolution(LTE), voltado

para a interface area e para a rede de acesso mvel (Radio Access Network

RAN). A juno desses dois projetos deu origem ao Envolved Packet System(EPS).

[9] Embora oficialmente a nomenclatura EPS seja o termo mais correto para

descrever todo o sistema, comum utilizar-se apenas o termo LTE. [12]

Nessa arquitetura existem dois componentes essenciais (ilustrados na figura

1):

Enhanced UMTS Terrestrial Radio Access (E-UTRAN) evoluo

responsvel pela promoo de altas taxas de dados, baixa latncia e

otimizao de pacotes da tecnologia de acesso mvel; [13]

Envolved Packet Core (EPC) que tem por objetivo proporcionar um

framework convergente de servios baseados em pacotes em tempo

realou no. [13]


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- 16 -

Figura 1 Separao funcional entre E-UTRAN e EPC [12]

2.1.1 E-UTRAN

O acesso na rede LTE ser estabelecido atravs do E-UTRAN, [15] que

encarregado pela comunicao entre o UE (User Equipament) e o EPC (Envolved

Packet Core). [9] O E-UTRAN consiste, basicamente, em um conjunto de Envolved

Node B(eNodeB), [15] que ser responsvel por todas as funes relacionadas aos

recursos de rdio.

A eNodeB a estao base que controlar o mvel em uma ou mais clulas.

O mvel por sua vez, se comunicar com apenas uma estao base e uma clula de

cada vez. Dessa forma, no estar concentrado em apenas uma nica eNodeB as

funes de controle que no sistema UMTS esto centralizadas na RNC. Com o

controle mais prximo da interface rdio, o tempo de sinalizao foi reduzido,

proporcionando assim uma melhor eficincia e reduz a latncia da rede, uma vez

que, elimina a necessidade de alta disponibilidade, pois o controle estar distribudo

em vrios elementos, as eNodeBs. [12]

A eNodeB o elemento responsvel pelas transmisses e recepes de

rdio entre a E-UTRAN e o UE, e tambm responsvel pelo gerenciamento das


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- 17 -

funes de rdio e handover, controle de trfego e promover o acesso inicial do UE

rede. [15]

Considerando que a rede opera com pacotes IP, alguns protocolos so

necessrios para possibilitar o gerenciamento em cada camada de acesso. [15] Na

eNodeB esto as Physical Layers (PHY), Medium Accesss Control (MAC), Radio

Link Control (RLC),Radio Resource Control (RRC) e o Packet Data Convergence

Protocol (PDCP), que concedem a habilidade, infraestrutura e acessibilidade para

que o UE possa usufruir dos servios da rede.

Dentre as funes dessas camadas esto:

Na camada PHY so realizadas as funes de codificao/decodificao,

modulao/demodulao e mapeamento multi-antenas (MIMO), bemcomo o fornecimento de servios para a camada MAC sobre a forma de

canais de transporte. [15]

Na camada MAC so tratados os canais lgicos e os agendamentos de

uplinke downlinkna eNodeB. [15]

A camada RLC exerce a funo de entrega de dados em sequncia para

as camadas superiores e pela segmentao/concatenao. [15]

A camada RRC responsvel pelas decises de handover, tendo comobase o nvel de sinal das clulas vizinhas enviado pelo UE.

O protocolo PDCP realiza a compresso/descompresso dos cabealhos

IP que permite uma eficiente utilizao da largura de banda na interface

area. Tambm responsvel pelas criptografias que oferecem

proteo integridade dos dados transmitidos no plano do usurio e no

plano de controle. [16]


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- 18 -

Figura 2Arquitetura de Protocolos LTE [8]

2.1.1.1 Interfaces

A interface uU a interface rdio entre o UE e a eNodeB. utilizada para a

transmisso do plano do usurio e tambm para a troca de informaes referente ao

controle de plano. [17]

Todas as eNodeBs esto conectadas entre si por meio da interface X2. Essa

interface responsvel principalmente por promover a mobilidade do usurio e acomunicao entre as eNodeB, que ser til na preparao e execuo do processo

de handover, por exemplo [17].

J a comunicao entre a eNodeB e o EPC ser estabelecida atravs da

interface S1, que dividida em S1-MME, ao se conectar com o MME e S1-U ao se

conectar com o S-GW. O protocolo S1-MME ser responsvel pelo controle de

sinalizao enquanto o protocolo S1-U carregar os dados do plano do usurio. [17]

Essa interface promove uma maior confiabilidade da rede e uma reduo nalatncia, uma vez que uma eNodeB pode se conectar vrios MMEs/S-GWs. O

mesmo se aplica no caminho reverso, ou seja, vrios MMEs/S-GWs podem se

comunicar com vrias eNodeBs. Essa habilidade ser referenciada pela interface

S1-Flex.


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- 19 -

Figura 3Interfaces do E-UTRAN [17]

2.1.2 EVOLVED PACKET CORE - EPC

EPC o novo ncleo de rede para LTE. Possui alto desempenho, alta

capacidade e baseado em IP. EPC melhora o desempenho da rede com a

separao do plano de controle e de dados atravs da arquitetura IP, o que reduz a

hierarquia entre os elementos mveis de dados. responsvel pelo controle global

dos UEs (Equipamentos dos usurios) e o estabelecimento das portadoras. [12]

Seus principais componentes lgicos so:

PDN Gateway (P-GW): se comunica com a rede de dados externa ao

sistema. responsvel por atribuir endereos IP para o equipamento do

usurio (UE), assim como execuo de QoS e tarifao baseada no

fluxo. Cada pacote de dados da rede identificado por um Access Point

Name(APN). O gatewayPDN tem o mesmo papel que o n de suporte

GPRS (GGSN) e o n que serve de suporte GPRS (SGSN) com UMTS e

GSM. [12]

Serving GateWay (S-GW): Todos os pacotes de IP do UE so

transferidos atravs do S-GW, que serve como ncora de mobilidade

para os dados da portadora quando o UE se desloca entre eNodeBs. Ele

tambm mantm as informaes sobre as portadoras quando o UE est

em estado ocioso e isola temporariamente os dados de downlink

enquanto o MME inicia a paginao da UE para re-estabelecer as

portadoras. Alm disso, realiza algumas funes administrativas na rede

visitada, como a coleta de informaes de cobrana. [12]


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- 20 -

Mobility Manegement Entity (MME): o elemento de controle que

processa a sinalizao entre o UE (User Equipment) e a CN (ncleo da

rede). A Entidade de Gesto de Mobilidade (MME) um elemento do

interior da EPC LTE. Ele executa as funes de sinalizao e controle

para gerenciar o equipamento de utilizador (UE) o acesso s conexes

de rede, a atribuio de recursos de rede e a gesto dos estados de

mobilidade para apoiar rastreamento, paginao, roaming e handovers.

MME controla todas as funes do plano de controle relacionadas ao

assinante e gerenciamento de sesso. Os protocolos que funcionam

entre a UE e a CN, so conhecidos como Non-Access Stratum (NAS).

[12] Evolved Serving Mobile Location Centre (E-SMLC): coordena os

processos e recursos necessrios para encontrar a localizao de uma

UE que est ligado ao E-UTRAN. Calcula a localizao definitiva com

base nas estimativas que recebe da E-UTRAN.[12]

Alm destes ns, o EPC tambm possui outros ns lgicos e funes,

mostrados na figura 4:

Figura 4Elementos EPC [12]

PCRF responsvel por autorizar o tratamento de polticas de tarifao que

um fluxo de dados de servio receber. A funo Poltica e cobrana de execuo

(PCEF) faz parte do gatewayPDN. [12]


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GMLC contm funcionalidades necessrias para suportar os servios de

localizao (LCS). Aps a solicitao de autorizao, envia pedidos de

posicionamento ao MME e recebe estimativas de localizao final.[12]

HSS (Home subscriber Server): Tambm utilizado no UMTS e GSM, a

base de dados central que contm informaes sobre todos os assinantes da

operadora de rede.[12]

2.2 INTERFACE AREA

Em telefonia celular, uma estao base (BS) precisa transmitir para vrios

usurios ao mesmo tempo. Isto acontece atravs do compartilhamento de recursos

da interface area, em uma tcnica conhecida como acesso mltiplo. O LTE usa atcnica OFDMA (orthogonal frequency division multiple Access) para downlinke SC-

FDMA (Single-carrier frequency division multiple Access) para uplink. A tcnica de

acesso mltiplo uma generalizao de uma tcnica mais simples conhecida como

multiplexao. A diferena entre as duas que um sistema de acesso mltiplo pode

alterar dinamicamente a alocao de recursos para diferentes celulares, enquanto

em um sistema de multiplexao, a alocao de recursos fixa. O domnio da

frequncia mostrado abaixo na figura 3.

Figura 5Domnio da Frequncia no LTE Fonte: 3GPP.ORG

2.2.1 OFDM

O OFDM espalha a informao em diversas subportadoras com o objetivo

de criar canais de banda muito estreita, criando em cada uma delas uma resposta

em frequncia que pode ser considerada uniforme. [18]

Essa tcnica de modulao consiste em dividir uma informao a ser

transportada por meio de um canal de comunicao, em subportadoras defrequncias, ortogonais entre si. Em oposio tcnica FDM (Frequency Division


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Multiplexing), utiliza-se uma particular sobreposio espectral de subportadoras no

lugar de uma banda de guarda para separar as frequncias, [13] Isso produz uma

reduo significativa da utilizao da largura de banda.

Figura 6Comparao FDM x OFDM [18]

Cada subportadora modulada sobre uma pequena taxa de smbolos

combinada com uma modulao convencional como, por exemplo, QAM

(Quadrature Amplitude Modulation), o que proporciona taxas de dados similares s

modulaes de apenas uma portadora. [19]

O uso da modulao OFDM torna-se vivel dentro do LTE devido sua

capacidade de resistncia a atrasos de multipercurso, embora ainda sejam

necessrias implementaes de mtodos que aumentem a capacidade de

resistncia do sistema. [20]

Existem duas caractersticas importantes na modulao OFDM. Primeiro,

para eliminar a Interferncia Inter-Smbolo, cada smbolo utiliza um cyclic prefix(CP).

Segundo, as subportadoras so bastante espaadas, o que permite um eficiente uso

da largura de banda disponvel. [21]

O espaamento entre as subportadoras selecionado de forma que seja

posicionado em pontos de cruzamento de zero dos demais espectros, o que

possibilita o isolamento da informao que conduzida, embora exista uma

sobreposio espectral entre as subportadoras moduladas. Observa-se na figura 7,

que no h interferncia quando h o transporte de dados (nos picos), pois os

demais espectros possuem amplitude igual zero. [22]


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- 23 -

Figura 7Demonstrao do funcionamento do OFDM [18]

Um sistema baseado em OFDM proporciona uma maior taxa de

transmisso, porm apresenta dificuldade de sincronismo entre as portadoras bem

como suscetvel aos desvios de frequncias. [23]

2.2.2 OFDMA

OFDMA realiza as mesmas funes que outra tcnica de acesso mltiplo

para downlink, porm minimiza os problemas causados por interferncia inter

simblica. Ao invs de enviar a informao atravs de um nico canal, um

transmissor OFDM divide a banda disponvel em vrias subportadoras espaadas

uniformemente, com 15 kHz. O fato das frequncias se sobreporem e serem

ortogonais entre si impede que uma subportadora interfira na outra. Um bloco derecursos (menor unidade no tempo e na frequncia) contm 12 subportadoras em

frequncia e 14 smbolos contnuos no tempo. Esse subframe chamado de tempo

mnimo de transmisso (TTI - Transmission Time Interval), o que garante uma baixa

latncia. No OFDMA essa subdiviso utilizada colocando-se um usurio para cada

subportadora. [16]A figura 8 mostra as subportadoras.

Figura 8Subportadoras ortogonais [16]

2.2.3 SC-FDMA

Apesar de o OFDMA atender satisfatoriamente os requisitos de downlink, o

mesmo no acontece para o uplink, devido ao desvanecimento do parmetro Peak

to Average Power Ratio (PAPR). A utilizao deste mtodo tem como objetivos


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melhorar o desempenho em comparao a sinais OFDMA e a reduo de custos

nos projetos dos amplificadores utilizados pelo UE. [16]

Utiliza-se o prefixo cclico para garantir a ortogonalidade inter usurio e a

equalizao eficiente no domnio da frequncia. A figura 5 representa um subframe

bsico de uplink. Ele composto de dois blocos curtos (SB short blocks) e seis

blocos longos (LB long blocks). Os blocos curtos so usados para demodulao

coerente ou controle e transmisso de dados. J os blocos longos so utilizados

para controle e/ou transmisso de dados. [16]

Figura 9Subframe do SC-FDMA (3GPP, 2009a)

O intervalo mnimo de transmisso fixado na durao de um subframe.

Esse intervalo pode ser um parmetro semi esttico com seu comprimento sendo

ajustado atravs de sinais das camadas superiores, ou dinmico, podendo ser

variado, de acordo com a variao do nmero de subframesconcatenados sendo

feita pela transmisso inicial. O intervalo mnimo de transmisso seria controlado

pela eNodeB. O tamanho de cada bloco depende da frequncia utilizada e seencontra detalhado na figura 6. [16]

"Transmission

bandwidth" (MHz)

Sub-frame duration

(ms)

on! bloc size

(#s$sam%les)

Short bloc size

(#s$sam%les)

&' '. .*$&'+, .$1'&+

1 '. .*$1 .$*,

1' '. .*$1'&+ .$1&

'. .*$1& .$&

&. '. .*$& .$1&,

1.& '. .*$1&, .$+

Tabela 1Tamanho do subframe SC-FDMA (3GPP, 2009a)


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O SC-FDMA semelhante ao OFDMA, ambos executam a estimativa de

canal e equalizao no domnio do tempo. A figura 7 mostra o modelo de sistema de

acesso para este mtodo. Porm, o SC-FDMA no ser usado para downlink, pois a

estao base precisa transmitir para vrios equipamentos de usurios (UE), no

apenas um. Por isso, o SC-FDMA inadequado para o downlinkLTE.

Figura 10Modelo de sistema em tempo discreto para SC-FDMA

2.2.4 ESTRUTURA DO FRAME

Por possuir a capacidade de alocao em larguras de banda flexveis (de

menos de 1.4MHz at 20MHz), o LTE torna-se compatvel com outras tecnologias e

essa caracterstica possibilita a operao da rede em dois modos: FDD (Frequency

Division Duplex) e TDD (Time Division Duplex). [7] [8] Essas topologias tornam-seessenciais para as redes celulares, onde os usurios precisam compartilhar um

escasso recurso para comunicao, o espectro. [26]

Na tcnica de acesso FDD, so utilizados dois canais de comunicao de

forma a possibilitar que as operaes de transmisso e recepo sejam simultneas.

No caso dos sistemas wireless, so utilizadas duas frequncias. Para que no haja

interferncia entre essas frequncias, reservada uma banda de guarda no meio

delas (vide figura abaixo). [27] Quanto maior essa separao, melhor ser acomunicao.

Figura 11Representao dos frames no modoFDD[4]


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J ao utilizar o modo TDD, necessrio apenas um canal de comunicao,

ou seja, apenas uma frequncia para transmisso e recepo. Nesse caso, pode

haver uma variao no tempo de transmisso e recepo. O que o diferencia do

modo FDD, onde as taxas de downlink e uplink so simtricas. [28]

Figura 12Representao dos frames no modo TDD [4]

TDD e FDD se enquadram nas categorias de tcnicas de duplexao full

duplex, embora no modo TDD a comunicao no seja realmente simultnea. Essa

latncia torna esse modo vulnervel a atrasos de propagao, dessa forma, ele

torna-se mais eficaz em sistemas de pequeno alcance. [29]

Se assumirmos a mesma potncia de transmisso para os dois modos, a

utilizao de um sistema com modulao FDD ser mais eficiente, em termos de

cobertura, uma vez que essa tcnica usa a potncia para downlink e uplinkcontinuamente enquanto na tcnica TDD essa potncia utilizada apenas em parte

do tempo. [30]

Entretanto, o modo TDD pode alcanar taxas maiores de downlink que o

modo FDD, em virtude de sua flexibilidade em alcanar taxas assimtricas de

downlinke uplink. [30]

2.3 MIMO

As especificaes para o LTE contidas no Release 8 do 3GPP, definem que

o funcionamento bsico dessa tecnologia se baseia na combinao entre as

tcnicas de modulao MIMO (Multiple Input Multiple Output) e OFDM (Orthogonal

Frequency Division Multiplex). [31]

No contexto de alcanar maiores taxas de dados em sistemas celulares,

surge a tecnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output), que utiliza a diversidade

espacial ao utilizar um conjunto de antenas na transmisso e recepo. Essa tcnica

associada a uma modulao de alta ordem possibilita que o LTE atenda aos

requisitos padres de altas taxas exigidos. [16]


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Multiplexao espacial e codificao espao-tempo tratam-se de tcnicas de

transmisso para o LTE utilizando MIMO, que foram padronizadas pelo 3GPP. [16]

2.3.1 MULTIPLEXAOESPACIALNa multiplexao espacial, os sinais so enviados em vrios feixes, que

exploram o ambiente para alcanar o destino. Considerando que ao longo do

caminho de transmisso o sinal pode sofrer variaes em sua direo por conta de

obstculos, causando assim atrasos em algumas partes do sinal, essa tcnica torna-

se til, poisatravs de algoritmos presentes nas antenas, capaz de fazer a

compensao e recuperar o sinal original. [16]

Figura 13 Multiplexao Espacial [2]

2.3.2 CODIFICAOESPAO-TEMPO

Na tcnica de codificao espao-tempo, o sistema MIMO contribui paracombate na reduo do desvanecimento do sinal causado por multi-percurso ao

fornecer um ganho de diversidade. [16]

Figura 14 Codificao Espao-Tempo [2]

Para o LTE, a tecnologia MIMO empregada no downlinkser diferente do

utilizado no uplink. Essa diferena se baseia na inteno de no aumentar os custos

do produto/equipamentos a serem oferecidos ao usurio final. [10]

O MIMO pode ser classificado como Multi-UserMIMO (MU-MIMO) ou Single

User MIMO (SU-MIMO). A principal diferena entre eles que no SU-MIMO um

nico usurio transmite os dados para o receptor enquanto no MU-MIMO vrios

usurios transmitem os dados para o receptor simultaneamente. [10]


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Para downlink, utilizam-se como padro duas antenas transmissoras na

estao base e duas antenas receptoras no terminal do usurio. [10]

J para uplink, o LTE utiliza o MU-MIMO. Nesse caso, a eNodeB possui

mltiplas antenas enquanto o mvel possui apenas uma antena transmitindo.

Durante o uplink, os vrios mveis transmitem simultaneamente nos mesmos canais,

porm a interferncia mtua baixa devido tcnica de modulao escolhida para o

uplink, SC-FDMA. [10]

Em redes LTE a definio do tipo de MIMO utilizado dada pela categoria

do terminal, para obter a maior taxa utilizado o MIMO 4x4. [16]

2.4 PLANEJAMENTO DA REDE LTECom o acelerado crescimento e desenvolvimento urbano, a dificuldade em

planejar uma rede LTE tambm aumentou. Com um maior nmero de obstculos,

para atingir a mxima cobertura desejada necessrio um maior nmero de sites e,

consequentemente, uma maior quantidade de equipamentos. Logo, o custo para

implantao tambm aumenta.

Dessa forma, alguns tpicos precisam ser considerados antes de iniciar o

processo de planejamento da rede: Capacidade

Qualidade

Cobertura

No estudo da capacidade sero avaliados o nmero de assinantes no

sistema, os servios exigidos e o nvel de uso dos assinantes. O nmero de

assinantes e o raio de uma clula so obtidos atravs do estudo da anlise de trfico

e a taxa de dados que ser necessria para suportar os servios. Para isso, deve-selevar em considerao o espectro disponvel e a largura do canal que ser usado

pelo sistema.

Na categoria qualidade, analisada a mdia de throughtput para o

rendimento da clula e a probabilidade de bloqueio, chamados parmetros de QoS.

Critrios de desempenho na borda da clula so analisados para determinar o raio

de abrangncia da clula e tambm a quantidade de sites necessrios para

cobertura de uma determinada rea.

Dentro planejamento da cobertura, existe o estudo de Link Budget, o qual

estima o valor mximo de atenuao entre o equipamento do usurio e a antena da


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estao base, a potncia do transmissor e o nmero de antenas usadas. So

necessrias tambm as informaes quanto ao tipo de canal que ser utilizado

(pedestre ou veicular), a informao geogrfica (rural, urbano etc) e o tamanho de

cada tipo de rea a ser coberta.

Para estimar e analisar a cobertura de uma rede em fase de implantao,

pode-se utilizar algumas ferramentas que auxiliam no desenvolvimento desse

projeto, bem como na avaliao da performance da rede nessa fase. Dentre essas

ferramentas esto a predio e o drive test.

2.4.1 PREDIO

O constante aumento do trfego pelas redes de celular exige preciso noplanejamento da cobertura LTE. Disto surge a necessidade de utilizar uma

ferramenta para predio da cobertura de rede que mostre falhas que s seriam

notadas aps a instalao dos equipamentos da estao base.

A predio de cobertura utilizada no planejamento de redes LTE para

apresentar o clculo de cobertura de um projeto. Ela estuda a viabilidade de

sistemas de rdio frequncia (RF) para comunicao de voz e dados, levando em

considerao a topografia da regio e a especificao dos equipamentos, comopotncia de transmisso, ganho de antena. Com isto, possvel posicionar as

estaes base de forma que fossem gerados modelos de testes para estes projetos.

A ferramenta de predio disponibilizada pela empresa XIRIO no portal

Planningtool, uma ferramenta online que se prope a atender todas as

necessidades de planejamento e simulao de uma rede de telecomunicaes. O

XIRIO Onlineinclui os mtodos mais habituais e reconhecidos a nvel internacional,

alm de oferecer ao usurio os parmetros padro de cada caso, a fim de que asimulao da rede fique o quanto mais precisa possvel. No que se refere

Cartografia, a aplicao utiliza o Google Maps (ferramenta gratuita disponibilizada

pela empresa Googleque permite visualizar o planeta Terra a partir de fotos de alta

resoluo), com informaes de todo o mundo. Alm disso, tem modelos de terreno

3D, que simulam os cenrios onde se localizam as redes, tambm com cobertura

mundial, tanto para rural quanto para urbanos. [32]

Radio mbile uma ferramenta utilizada para prever o desempenho de um

sistema de rdio. Ele dispe de dados de topografia do terreno para a extrao

automtica de caminho entre o emissor e o receptor.


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2.4.2 DRIVE TEST

Aps a instalao de uma eNodeB, existem algumas formas de fazer a

avaliao de sua performance, podendo ser atravs da anlise de indicadores de

performance (KPI) ou atravs de um drive test. Embora seja possvel identificar

alguns problemas atravs da anlise de KPIs, como queda de chamadas, a anlise

atravs de drive test permite uma avaliao mais detalhada. Por meio dele

possvel identificar reas de cobertura de cada setor, interferncias, entre outros

parmetros.[33]

Drive test um procedimento de coleta de dados a partir de um veculo em

circulao. A partir desse teste pode-se ter uma viso ampla do cenrio de RF sob

determinados parmetros. Esse procedimento realizado geralmente por meio de

dois componentes: o UE e um softwarede coleta dos dados. Existem vrios tipos de

drive test, bem como determinados parmetros e requisitos que precisam ser

estabelecidos.

Para a realizao de um drive test, alguns tpicos precisam ser avaliados

previamente, como a rota e o horrio. Ambos sero definidos de acordo com o

objetivo final.[33]

Entre os parmetros mais importantes para o drive testem uma rede LTE

esto:

RSSI (Received Signal Strength Indication): medida que indica qual a

potncia em toda banda passante do canal recebido.

SINR (Signal to Interference & Noise Ratio) medidaque quantifica a

relao entre as condies de RF e o throughtput. Por no ser um

parmetro definido pelo 3GPP, esse indicador no reportado para a

rede.

RSRP (Received Signal Received Power) um tipo de RSSI o qual se

refere potncia de um sinal especfico entre os smbolos de um piloto

recebido. Parmetro importante medido pelo UE para desencadear os

processos de seleo, reseleo e handover. Ser considerado um bom

nvel de potncia, caso o RSRP possua valores acima de -74 dBm.

RSRQ (Reference Signal Received Quality) tambm um tipo de RSSI

utilizado para medir a qualidade do sinal recebido. Fornece informaes


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adicionais quando o RSRP no suficiente para determinar a

necessidade de reseleo e handover.

UL/DL Throughput indicador das taxas de downlinke uplink.

Dentre os vrios aplicativos e softwaresutilizados para drive testest o G-

NetTrack desenvolvido pelo Gyokov Sotutionspara o Adnroid OS. Trata-se de um

aplicativo parcialmente gratuito que possibilita o monitoramento e gravao de

dados necessrios para a anlise de cobertura e performance das clulas. [34]

Atravs desse aplicativo possvel detectar problemas como cobertura ruim,

baixas taxas de throughtpute queda de chamadas. [34]

Basicamente, as caractersticas do G-NetTrack so:

Medir parmetros da rede;

Registrar os dados em arquivos de texto e google Earth;

Figura 15 Exemplo de Resultado Obtido no G-NetTrack [34]

Para o processamento dos dados coletados no G-NetTrack, pode-se utilizar

o aplicativo G-NetDiag tambm desenvolvidopelo Gyokov Sotutions.

3 METODOLOGIA

A metodologia inicial foi a de ampla pesquisa para fundamentao terica

sobre o planejamento de cobertura da rede LTE. Foram utilizados livros, websitese

tutoriais para a criao de um vasto acervo bibliogrfico para elaborao das

prximas etapas, que inclui a definio de rea de cobertura, quantidade de

usurios, parmetros de rede, nmero de estaes base necessrias, predio e

drive testda rede.


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Primeiramente, ser definida a quantidade de usurios a fim de selecionar

um lugar equivalente para desenvolver as experincias, prticas e simulaes, bem

como analisar os impactos dessa deciso nas prximas etapas do processo.

Em um segundo momento, ser definida a cobertura desejada com o

objetivo de identificar os parmetros necessrios para utilizar no momento da

predio e drive test.

Aps, os resultados obtidos sero estudados e avaliados de acordo com a

proposta do trabalho.

Ao final, atravs dos resultados obtidos, sero expostas as peculiaridades de

cada aplicao (predio e drive test) de modo a compreender a funo e finalidade

de cada uma delas.

3.1 RESULTADOS ESPERADOS

Por meio da fundamentao terica apresentada neste trabalho, pode-se

adquirir conhecimentos essenciais acerca do funcionamento de uma rede LTE.

Baseando-se nesses conhecimentos, para a prxima etapa sero utilizados

na prtica os conceitos de predio e drive test. Para a coleta de dados de drive test

aplicativo escolhido para utilizao foi o G-Net Track. J para predio a escolhaser feita entre o programa Radio Mobile e Planning Tool de acordo com os

resultados oferecidos por cada um.

Como resultados esperados pode-se citar:

Aprimorar os conhecimentos gerais das ferramentas escolhidas de modo

a ser apto a explicar os conceitos envolvidos;

Compreender os resultados obtidos atravs das predies e drive test;

Ser capaz de identificar os parmetros necessrios para se obter umresultado coerente proposta inicial do trabalho;

Identificar as diferenas e semelhanas do planejamento de cobertura de

uma rede operando em 2600MHz e de uma rede operando em 700MHz.


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tcc natalialopes&pedroigor revisão1

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