Análise de desempenho de técnicas MIMO no sistema LTE

Motivação

A telefonia celular é uma das vertentes nas telecomunicações que mais sofreu avanços ao longo do tempo. A evolução cronológica entre os sistemas 1G, 2G, 2.5G, 3G e 4G [1], [5] propiciaram melhorias consideráveis aos usuários, que agora podem dispor de diferentes aplicaçoes e principalmente taxas de transmissões mais elevadas. O que permitiu este desenvolvimento foi o emprego de diferentes técnicas de modulações, aumento da largura de faixa, novos algoritmos de gerenciamento de recursos de rádio, além da mudança conceitual e de arquitetura entre os sistemas. A arquitetura para redes celulares de 4a geração visa principalmente a integração entre o núcleo de comutação de circuitos com o núcleo de comutação de pacotes em um único núcleo da rede, sendo este novo conceito chamado de Evolução do Núcleo de Pacotes - Evolved Packet Core (EPC) conforme estudado em [2], [5]. A ideia principal é unificar dados e voz num único núcleo da rede totalmente baseada em pacotes, mantendo ainda a interoperabilidade com redes de diferentes padrões utilizando-se de novos elementos de rede, tais como o Subsistema Multimídia baseado em IP - IP Multimedia Subsystem (IMS) e novos protocolos, como por exemplo o Protocolo de Inicialização de Sessão - Session Initiation Protocol (SIP).

Objetivos Específicos

Diante do cenário de constante evolução da telefonia móvel, os objetivos específicos deste trabalho de conclusão de curso compreendem o estudo do sistema de 4a geração denominado Evolução a Longo Prazo - Long Term Evolution (LTE) [2], [3], [5], onde foi abordado o estudo sobre os elementos que compõem a arquitetura e interface de rádio, contemplando as camadas e sub-camadas de protocolos até a descrição da camada física. Também foram abordadas as técnicas de múltiplas antenas (MIMO) Alamouti [5], [6] e Multiplexação Espacial [2] e a técnica OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) [4], essenciais para o sistema LTE obter taxas elevadas de transmissão.

Após estes estudos foi apresentado um simulador de enlace genérico, desenvolvido para verificar o desempenho de algumas técnicas utilizadas na camada física do sistema LTE. Como as técnicas de transmissão usadas no LTE são comuns a outros sistemas de comunicação sem fio, o simulador foi desenvolvido de forma genérica, podendo ter seus parâmetros facilmente alterados para verificar o desempenho de outros sistemas. As simulações foram realizadas com o objetivo de mostrar a flexibilidade do programa para diversos cenários e analisar características da camada física do sistema LTE, tais como largura de banda das subportadoras, período do símbolo e modulações do enlace direto foram consideradas com o objetivo de aproximar o cenário às normas técnicas estabelecidas na camada física do sistema.

Metas Desenvolvidas

1. Estrutura dos órgãos 3GPP e 3GPP2:

• Abordar a estrutura organizacional e importância de cada órgão;

• Abordar os sistemas subordinados em cada órgão.

2. Parâmetros do Canal Radiomóvel:

• Estudar os parâmetros do canal relativos à variação e dispersão temporal;

• Estudar a classificação do canal, baseado nos parâmetros de variação e dispersão temporal.

3. Técnicas de múltiplas antenas MIMO:

• Apresentar o principio de diversidade na transmissão e recepção;

• Apresentar as técnicas de transmissão MIMO Alamouti e V-BLAST.

4. Modulação OFDM:

• Realizar o estudo da modulação OFDM, considerando:
  • Ortogonalidade entre subportadoras OFDM;
  • Intervalo de guarda e prefixo cíclico;
  • Duração do símbolo OFDM.

5. Sistema LTE:

• Realizar um estudo do sistema LTE, considerando:
  • Conceitos básicos e especificações do sistema;
  • Arquitetura do sistema;
  • Interface de rádio.

6. Simulador baseado nas técnicas MIMO Alamouti e V-BLAST:

• Desenvolver um simulador de enlace direto para as técnicas MIMO Alamouti e V-BLAST;
• Descrever o funcionamento do simulador em relação às interfaces gráficas e funções desenvolvidas;
• Descrever em diagrama de blocos as técnicas MIMO Alamouti e V-BLAST utilizando canal plano ou seletivo.

7. Simulações e resultados:

• Apresentar um cenário e resultados para mostrar a aplicação do simulador em diferentes simulações;
• Apresentar um cenário e resultados das simulações baseados nos parâmetros da camada física do sistema LTE, e relativo ao perfil de canal seletivo estabelecido pelo 3GPP.

8. Conclusões finais e trabalhos futuros:

• Apresentar as conclusões finais, informando também a importância e dificuldades no desenvolvimento do simulador;
• Apresentar sugentões para trabalhos futuros.

Referências Bibliográficas

[1] - Alencar, Marcelo de S. Telefonia Celular Digital - 1a ed. São Paulo: Érica Ltda, 2004.

[2] - DAHLMAN, E. et al. 3G evolution: HSPA and LTE for Mobile Broadband. Oxford, UK: Elsevier Ltd, 2007.

[3] - FAZEL, K.; KAISER, S. Multi-Carrier and Spread Spectrum Systems: From OFDM and MC-CDMA to LTE and WiMAX. West Sussex PO19 8SQ, United Kingdom: John Wiley & Sons Ltd, 2008.

[4] - GOLDSMITH, A. Wireless Communications. Oxford, UK: Cambridge University Press, 2005.

[5] - LESCUYER, P.; LUCIDARME, T. Evolved Packet System (EPS): The LTE and SAE evolution of 3G UMTS. The Atrium, Southern Gate, Chichester, West Sussex PO19 8SQ, England: John Wiley & Sons Ltd, 2008.

[6] - VUCETIC, B.; YUAN, J. Space Time Coding. West Sussex PO19 8SQ, England: John Wiley & Sons Ltd, 2003.