Tecnologias de banda larga móvel, UMTS e WiMax

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1 Tecnologias de banda larga móvel, UMTS e WiMax Alex Rodrigo de Oliveira - 06/30403 Danilo Gaby Andersen Trindade - 06/82039 Pedro Rogério Vieira Dias - 06/ de junho de

2 Resumo É apresentado um estudo de duas principais tecnologias emergentes para redes móveis: o 3G e o WiMax. Uma abordagem que visa analisar os objetivos e características de cada uma dessas tecnologias. Para entender as redes 3G (terceira geração de telefonia móvel), acompanhamos a evolução da telefonia celular desde as rede 1G, passando pelas redes GSM (2G), que ainda são as mais comuns, até as redes atuais. Detalhamos então o funcionamento da tecnologia UMTS, a mais comum nas redes 3G atuais, principalmente no Brasil. Após apresentarmos os motivos pelos quais armamos que as redes 3G ainda não são o ideal para redes de datagrama, falamos sobre o WiMax, essa tecnologia que se mostra tão promissora. Buscamos conhecer melhor o funcionamento do WiMax e apresentar sua função (seu lugar nessa disputa) e suas vantagens e desvantagens. 2

3 Sumário 1 Introdução 4 2 Redes 3G e UMTS Evolução das redes de telefonia móvel AMPS GSM cdmaone UMTS CDMA Comutação de pacotes IP no UMTS Arquitetura do UMTS O caminho de um pacote e a pilha de protocolos Qualidade da conexão 3G e o HSPA WiMax O que é Wimax? Padrões Wimax Vantagens OFDM e OFDMA FDD e TDD Sistema de antena adaptativa MIMO WiMAX vs Wi-Fi Desao Wimax Conclusão 21 3

4 1 Introdução As novas tecnologias no campo das redes móveis estão surgindo depressa e sendo incorporadas na vida das pessoas sem que a maioria entenda como elas funcionam, a que se propõem e quais são suas limitações. Esse trabalho tem o objetivo de fazer um estudo mais aprofundado de duas dessas tecnologias emergentes: as redes 3G e WiMax. Em nosso estudo sobre as redes 3G, apresentamos um panorama das tecnologias anteriores que nos trouxeram ao cenário atual de redes móveis. Veremos que muito aspectos dos padrões e da implantação das redes depende de padrões passados, tecnologias concorrentes e fatores políticos. Esse panorama nos ajudará a entender como chegamos até o 3G e o porquê de muitas coisas dessa tecnologia. Então faremos uma análise mais profunda da tecnologia UMTS, que é o nome da tecnologia de terceira geração mais presente no Brasil. Entenderemos como é feita a divisão do canal para voz e para dados e porque essa nova tecnologia nos permite transmitir dados em alta velocidade. Infelizmente, veremos que as tecnologias de terceira geração ainda nem se consolidaram e já apresentam várias deciências. Por isso, desde já é necessário pensar em alguma nova tecnologia que seja mais adequada para tráfego convergente de voz e dados em alta velocidade. Uma das tecnologias alternativas que ainda está em fase de maturação também é o WiMax. Iremos então entender um pouco mais sobre o WiMax. Começaremos com um visão geral sobre o WiMax, como ele funciona, de onde ele surgiu e quais são suas características que o tornam interessante. Iniciaremos então um estudo sobre o funcionamento da modularização de frequências do WiMax. Ao entendermos a forma inovadora como o WiMax reserva os canais é útil para entendermos sua importância e ao mesmo tempo suas limitações. Superar a limitações da quantidade de canais é um desao para o tecnologias como o WiMax. Por m faremos uma análise de vários métodos empregados para tentar diminuir os custo do WiMax e tornar essa tecnologia mais acessível e viável. Concluiremos nosso estudo fazendo um comparativos entre as várias tecnologias e identicando onde cada uma delas se aplica melhor. 4

5 2 Redes 3G e UMTS Redes 3G é um nome comercial dado ao conjunto de tecnologias de redes móveis para telefonia celular de terceira geração. Sistemas de telefonia móvel podem ser denidos como: um tipo de tecnologia para enlace de rádio (interface aérea), o espectro usado, as larguras de banda que as tecnologias usadas podem oferecer para o usuário e os serviços oferecidos. O que difere nas gerações de telefonia celular são, em alto nível, esses aspectos. 2.1 Evolução das redes de telefonia móvel Vamos começar vendo uma parte da evolução das redes de telefonia móvel até chegar na terceira geração. Tabela 1: Evolução das redes de telefonia móvel[4] Geração Tecnologias Funcionalidades 1G AMPS apenas voz 2G GSM, cdmaone voz e dados 3G UMTS, CDMA2000 voz e dados em banda larga AMPS O AMPS é um sistema de telefonia móvel analógico que utiliza modulação por freqüência (FDMA). O AMPS faz parte da primeira geração de telefonia móvel celular. O nome celular também surgiu graças ao AMPS, pois nele as torres eram dispostas em pequenos hexágonos e os terminais sempre se conectavam à torre mais próxima (que era identicada pela força do sinal), esses hexágonos eram chamados células. No AMPS, a largura total da banda é 12,5MHz, localizados entre 869MHz e 894MHz, para transmitir da torre para os celulares e mais 12,5MHz, localizados entre 824MHz e 849MHz, para transmitir dos celulares para a torre. Essa banda é dividida em 30 canais. Cada canal é composto de duas freqüências de 30KHz em cada uma das faixas de freqüência (de enviar e de receber). Isso dá um total de 416 usuários simultâneos GSM O GSM faz parte da segunda geração de telefonia móvel, já com tecnologia digital para voz e dados. Ele utiliza duas faixas de freqüências, uma de 5

6 890MHz até 915MHz (para as transmissões enviadas pelo celular) e a outra de 935 até 960MHz (para as transmissões recebidas pelo celular). O GSM utiliza um combinação de TDMA com FDMA. O FDMA divide os 25 MHz disponíveis de freqüência em 124 canais com uma largura de 200 khz. Uma ou mais destas freqüências é atribuída a cada estação-base e dividida novamente com o TDMA em oito slots de tempo. O terminal utiliza um slot para recepção e outro para emissão da rede. Uma das grandes vantagens do GSM para seus antecessores é a segurança. A tecnologia GSM pode utilizar um cartão SIM (Subscriber Identity Module), que é ser colocado nos celulares e guardam os dados pessoais do dono. Os dados do chip só podem ser acessados por quem possui a senha do cartão SIM. A clonagem também ca mais difícil, tanto pela tecnologia ser digital quanto pelo uso do cartão SIM. Durante a comunicação, o cliente precisa se autenticar com o servidor. Isso é feito com o envio de uma chave précompartilhada pelo cliente e uma resposta pelo servidor. Por m, a tecnologia GSM utiliza métodos para detecção e correção de erros nas transmissões de dados cdmaone É uma primeira versão das tecnologias CDMA, que não utilizam divisão por freqüência nem por tempo, mas por código. Em uma rede CDMA, todos os celulares dividem a mesma freqüência e podem estar ativos ao mesmo tempo. Isso porque junto com os dados, são transmitidos um código e um conjunto pseudo-aleatório de bits que são usados para identicar a quem pertence aquela informação. Celulares que receberem o sinal destinado a outro irão simplesmente considerar aquilo como um ruído e descartar UMTS O UMTS é uma tecnologia de terceira geração, ele permite trafegar dados em alta velocidade. Por funcionar de forma semelhante ao EDGE, uma torre UMTS pode fornecer o serviço 2G como se fosse uma torre EDGE também. O UMTS geralmente usa W-CDMA como sua interface de rádio de banda larga. O W-CDMA não é uma tecnologia compatível com o CDMA, ele é uma evolução do GSM. Ele usa modulação por freqüência, mas também usa a idéia de chip do CDMA. Ele precisa de uma faixa de freqüência muito grande, já que cada canal tem uma largura de 5MHz, o que diculta sua implantação em muitos lugares devido à diculdade em se alocar essa faixa de freqüência por vários motivos. 6

7 Iremos explicar melhor o UMTS nas próximas seções CDMA2000 CDMA2000 é o concorrente direto do UMTS em tecnologias 3G. Ele é totalmente compatível com as versões anteriores do CDMA. Geralmente, usa-se o EV-DO como a interface de rádio do CDMA2000. O EV-DO usa o esquema de divisão por código aliado com divisão por tempo. 2.2 Comutação de pacotes IP no UMTS A comutação de pacotes no UMTS é feita através do GPRS. O GPRS, General Packet Radio Service, é um serviço de dados para redes GSM e UMTS, ele permite que um usuário da rede tenha acesso á todos os serviços da internet, suportando IPv4, IPv6 e conexões PPP. Dessa maneira as empresas de telefonia celular podem se tornar provedores de acesso a internet. Antes de descrever como o UMTS disponibiliza serviços IP para seus clientes vamos dar uma olhada em sua arquitetura Arquitetura do UMTS Apresentaremos a primeira arquitetura proposta para a UMTS em Ela esta representada na gura 1. Pode ser dividida em 3 partes principais: WCDMA, a interface aérea. Responsável por comunicar o usuário com a UTRAN. A rede acesso de radio (UMTS Terrestrial Radio Access Network - UTRAN ), responsável por conectar os usuário ou núcleo da rede, que proporciona os serviços. O núcleo da rede (core network), responsável pelos serviços de voz e de dados. Primeiramente vamos explicar o que é cada elemento da arquitetura e suas interfaces. Estação base (Node B) : responsável pela transmissão e recebimento de dados do usuário pela interface Iu. Realiza correção de erros, controle de uxo e modulação. Cada estação base é responsável por um número de setores, e estações vizinhas trabalham usando códigos de modulação diferentes. 7

8 Figura 1: Arquitetura do UMTS(release99)[2] RNC (Radio Network Controller ) : responsável pela multiplexação e demultiplexação de dados, que podem ser por comutação de pacotes (através da interface Iu(PS)) ou circuito (através da interface Iu(CS)). Cada RNC é responsável pelas suas estações base, eles são agrupados pela interface Iur e gerenciam os recursos de rádio sozinhos. Controlam o congestionamento e possibilitam a transparência para o usuário da mudança de estação base, o chamado hand-over. São switches ATM que atualmente vem sendo trocados por redes ethernet usando MPLS 1. SGSN (Serving GPRS Support Node) : gerência as sessões GPRS, que possibilita a comutação de pacotes IP em uma rede de telefonia móvel, foi herdada das redes GSM. Realiza o roteamento de pacotes para as RNCs. GGSN (Gateway GPRS Support Node) : é o roteador de borda IP (gateway), possibilita o acesso á internet. MSC (Mobile Switching Centre) : gerencia as conexões orientada a circuitos e os registros de usuários. Cria os circuitos m-a-m. GMSC (Gateway MSC ) : trata as conexões de entrada e saída com a rede pública de telefonia, rede de comutação de circuitos. 1 Multi Protocol Label Switching 8

9 HLR (home location register ) : um grande banco de dados com informação sobre os usuários da rede O caminho de um pacote e a pilha de protocolos Para que um usuário nal de um rede UMTS possa ter acesso a internet ele deve estabelecer um contexto, uma conexão PDP (Packet Data Protocol). O contexto PDP descreve a conexão desde o usuário até a roteador de borda que da acesso a internet e a qualidade de serviço(qos) dessa conexão. Essa conexão não é constante, ca ativa por um determinado tempo. Depois é necessário fazer outra conexão. A conexão é feita da seguinte maneira: O usuário faz uma requisição de conexão para o SGSN, enviando informações como o endereço que deseja acessar e a qualidade do canal de que necessita. O SGSN faz uma consulta no banco de dados com informações do cliente para vericar que tipo de conexão e Qos ele pode ter acesso. Depois de aprovada o SGSN envia uma possível consulta DNS para o link requerido pelo cliente para obter o IP a ser acessado e descobrir através de qual dos roteadores de borda GGSN a conexão deve ser feita. O SGSN aloca os recursos da conexão até o cliente com a qualidade de banda e latência desejada e faz a conexão com GGSN destino. Note que os recursos podem não estar disponíveis nesse momento e a conexão é rejeitada. O usuário recebe um endereço PDP, que tem um IP correspondente. No nal temos o contexto PDP estabelecido no usuário, SGSN, GGSN e no banco de informações do cliente. Após a conexão estabelecida o usuário começa a enviar e receber pacotes. A pilha de protocolos para cada um dos entes envolvidos na conexão de dados encontra-se na gura 2. O UMTS suporta vário tipos de protocolos na camada de rede entre eles IPv4 e IPv6. Entre o usuário e a RNC os pacotes IP são transportados em pacotes PDCP, Packet Data Convergence Protocol. O PDCP usa os serviços de enlace providos pelo RLC, Radio Link Control Protocol, tais como serviços de transferência de dados, podendo ser conável ou não. O PDCP compacta e descompacta os cabeçalhos de datagramas IP e das camadas 9

10 Figura 2: Pilha de protocolos UMTS[2] acima (TCP,RTP e UDP), o método de compressão utilizado varia para cada tipo de protocolo. O RLC é um protocolo da camada de enlace responsável por ligar e desligar os links de subida e descida das RLC. Ele fragmenta e junta os pacotes de dados para adaptar o tamanho do pacote para o canal de transmissão e também prove serviços de correção e deteção de erros, controle de uxo. A correção e detecção de erros pode ser: transparente, ou seja sem correção e detecção; com detecção mas sem correção (Unacknowledged Mode Data) e com detecção e correção (Acknowledged Mode Data). Na penúltima o pacote com defeito é simplesmente deletado e na última o pacote com defeito é reenviado, usando ARQ, automatic repeat request. O RLC possui diferente tipo de pacotes (Packer data unit PDU ) para cada modo de detecção de erro, no modo transparente um pacote menor é utilizado sem provocar overhead no tamanho do pacote, já nos outros modos um pacote com mais dados de reconhecimento é necessário. Entre a RNC e o SGNS e entre o SGNS e o GGNS os pacotes IP são transportados usando o protocolo de tunnelling GTP, GPRS tunnelling protocol. Usando esse protocolo de tunnelling permite que o UMTS trabalhe com vários tipos de pacotes em seu backbone, tais como IPv4, IPv6, PPP e X25. Um pacote GTP é formado adicionando-se um header ao pacote PDP, depois o pacote é enviado para o tunnel endpoint usando UDP ou TCP sobre endereçamento IP. Cada pacote GTP possui um campo de identicação que diz a que contexto PDP ele pertence. 10

11 2.2.3 Qualidade da conexão 3G e o HSPA As redes UMTS puras, ou seja que não usam tecnologias que melhoram as taxas de transmissão como o HSPD, dão suporte a taxa de dados de no máximo 385kbps e na prática na faixa de 200 a 300 kbps e latência de ms(fonte [3]), o que não é suciente para muitas aplicações que as tecnologias 3G prometiam. Para contornar essas baixas taxas de dados e latência foram propostas novas tecnologias que melhoram o desempenho da transmissão como o HSPA, High Speed Packet Access. O HSPA é uma tecnologia que propõe uma série de mudanças na rede UMTS, a nível de comutação de pacotes somente. O HSPA usa o espectro de maneira mais eciente proporcionado maiores taxas de dados e menor latência. Possui uma versão para o link de descida HSDPA (High Speed Packet Downlink Access) e uma pra o link de subida HSUPA (High Speed Packet Uplink Access). O HSDPA introduz 4 modicações a nível de rmware, sem mudar a estrutura física da rede, nas torres de transmissão, nas RNC e nos terminais. Usando o HSDPA pode-se atingir velocidades de descida de no máximo 14.4Mbps e na prática de 500 a 1000 kbps. As modicação são: Usar somente um canal de alta velocidade para transmissão de pacotes de dados, que é compartilhado entre todos os terminais, ao invés de um canal dedicado para cada terminal. Com esse tipo de canal os recursos podem ser alocados integralmente para um usuário ou para va ios usuários. Uso de um TTI (Transmission Time Interval ) de 2ms, menor que os anteriores entre 10 e 80ms. O que diminui o tempo de ida de volta de informações e aprimora o rastreamento de variações de canal permitindo que as torres aloquem recursos com maior velocidade. Uso de modulação de alta ordem, que permite usar além da modulação tradicional(qpsk) do WCDMA a 16 Quadrature Amplitude Modulation (16QAM). Esse novo tipo de modulação permite capacidade de pico de transmissão de dados duas vezes maior que a QPSK, além do uso de banda mais eciente. Uso de Adaptive Modulation and Coding ou enlace adaptativo, que permite que usuário com melhor qualidade de sinal tenha taxa mais altas. Ele maximiza o uso do canal ajustando os parâmetros de transmissão com base nas informações enviadas pelo terminal do usuário, quando as condições do canal permitem usa uma modulação de alta ordem. 11

12 Uso de despacho rápido (fast scheduling). Mecanismo que atua no sentido de fornecer o melhor desempenho total do HSDPA. Para cada intervalo de transmissão o mecanismo de despacho decide quais usuários deverão usar os canais disponíveis e em conjunto com o mecanismo de enlace adaptativo determina a modulação e a fração do canal a ser utilizada. Uso de retransmissão rápida baseada no HARQ, Hybrid Automatic Response request, que permite que pacotes corrompidos possam ser reenviados em uma janela de 10ms, assegurando throughput do TCP. Ele usa uma mistura de detecção de erro e correção de erro antecipada. Quando recebe um pacote com erros ele tenta corrigi-los, se não for possível, guarda o pacote com erros e pede uma retransmissão. Se a retransmissão chegar sem erros, os dados são passados para a camada superior, se ocorrer novamente erros, ele tenta corrigir e usa os antigos pacotes com erro e tenta juntar informação dos dois para recuperar o pacote original. Ele é o grande responsável por diminuir o tempo de latência no UTMS. Versões mais novas do HSPA como o HSPA+ já existem e possibilitam taxa ainda mais altas na faixa de 21Mbps. 12

13 3 WiMax 3.1 O que é Wimax? O Wimax (Worldwide Interoperability for Microwave Access) é uma implementação de rede sem o baseada no padrão IEEE , com o propósito de entregar conectividade em qualquer lugar. Esse padrão foi desenvolvido para se utilizar uma tecnologia que não depende de antenas visadas (ou seja, as antenas não precisam estar no campo de visão umas das outras) para se entregar uma conexão a longas distâncias sem o, sem diminuir a capacidade de banda das implementações equivalentes com o que existem hoje em dia. Ela é primariamente vista como uma tecnologia "last mile", que é responsável pelo último passo da conexão entre um provedor e o seu usuário, devido ao seu longo alcance e grande banda, porém, dependendo de como for utilizada, ela pode ser uma tecnologia para compor LANs, MANs e até mesmo WANs. Esta tecnologia já está sendo utilizada e testada por todo o mundo. Na gura abaixo vemos duas utilizações delas nos arredores de Brasília, uma xa (pino vermelho) e uma móvel (pino amarelo). Figura 3: Wimax implementado perto de Brasília. Na próxima gura podemos ver a evolução das tecnologias de acesso sem o existentes. 13

14 Figura 4: Evolução das tecnologias sem o E na outra gura, vemos ainda uma comparação das tecnologias existentes e suas áreas de cobertura. 3.2 Padrões Wimax As implementações do Wimax que se vê na prática são o Wimax xo e o Wimax móvel. O Wimax xo, baseado no padrão IEEE (802.16d), trata de redes implementadas sem roaming, ou seja, um cliente que contrata esse serviço tem uma área determinada, coberto pela antena que o conecta, em que elepode andar e ainda possuir conexão, porém se passar para a área coberta por outra antena, seu serviço deixa de funcionar. Já o Wimax móvel, baseado no padrão IEEE e-2005 (802.16e), prevê roaming de modo ao cliente estar sempre conectado a seu serviço contanto que alguma antena consiga o alcançar, similar ao serviço de roaming dos aparelhos celulares. Um novo padrão está prestes a sair, prevendo continuação da 14

15 Figura 5: Área de cobertura de tecnologias de acesso sem o. rede Wimax móvel, o m. 3.3 Vantagens A banda alcançada esperada prática para os usuários atualmente ca na faixa de 1 a 5 Mbps, dependendo do provedor. Isso pode variar devido a varios fatores, como a frequência sendo utilizada, a distância entre o nó base e o usuário, se existe uma antena visada ou não, e o número de usuários na rede. O Wimax Forum fala sobre uma capacidade de banda de 40 Mbps para as torres Wimax, Mas ele está se referenciando a quanto poderia alcançar um único canal sendo usado por somente um usuário. usuários individuais conseguem esta quantia, mas o mais provável é que ela seja limitada por múltiplos usuários, cada um ainda assim obtendo uma banda similar a experiência a cabo. Um dos elementos chave do Wimax é a compatibilidade de sua tecnologia. 15

16 Através da certicação do Wimax Forum, ele garante a interoperabilidade entre os equipamentos diferentes, causando uma grande economia e segurança de funcionalidade. Os equipamentos Wimax são padrões mesmo entre o padrão xo e móvel do Wimax, o que garante uma fácil aplicação seja qual o tipo de serviço oferecido pelos provedores. O Wimax possui uma grande cobertura, considerando interferências e condições climáticas varia entre 3 e 10 Km, mesmo sem possuir antenas visadas. As vantagens de não se ter uma antena visada incluem cobertura de uma área maior, melhor predição de cobertura e custo menor por se ter necessidade de um menor número de estações, com torres menores. Com esta cobertura, torna-se mais fácil de implementar este serviço onde não se possui infraestrutura para a implementação de outros serviços de banda larga, como áreas distantes da cidade ou áreas pobres. Essa tecnologia utiliza multiplexação OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) para prover uma eciência do uso de banda maior, dando uma vazão grande de dados. Além disso, o custo de aparelhos Wimax é baixo ao se comparar com as outras tecnologias de acesso. 3.4 OFDM e OFDMA A interface Wimax é baseada numa camada física que utiliza OFDM e OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access) para multiplexação. Ambas são extensões da tecnologia FDM (Frequency Division Multiplexing). Em um sistema FDM, sinais de vários transmissores são transmitidos ao mesmo tempo, porém em frequências diferentes. Cada alcance de frequência ("sub-carrier") é modulado por streams de dados diferentes e um espaço (chamado "guard band") é posto entre os sub-carriers para evitar interferências entre os sinais. Figura 6: Modelo de um sistema FDM Já um sistema OFDM utiliza ainda múltiplos sub-carriers, mas eles são 16

17 espaçados bem mais próximos uns aos outros removendo os guard bands. Isso é possível pois os sub-carriers são ortogonais, o que signica que o pico de um sub-carrier é o ponto nulo de um sub-carrier adjacente. Figura 7: Modelo de um sistema OFDM Um sistema OFDM precisa de menos banda que o FDM para carregar a mesma quantia de informação, o que traduz em maior eciência espectral. Além disso, em um sistema OFDM, um stream de dados grande é dividido em vários streams pequenos paralelos, que são mapeados em sub-carriers individuais. Isso garante uma resistência maior em um ambiente sem antena visada pois não se perde um dado por completo quando se tem interferência devido ao fato dele estar dividido, auxiliando na recuperação. O OFDMA segue o mesmo caminho do OFDM, porém ele agrupa os sub-carriers em "sub-channels". Esses sub-carriers agrupados não precisam necessariamente estarem adjacentes. Em um "downlink", um sub-channel pode ir para receptores diferentes. Em um "uplink", um transmissor pode transmitir em mais de um sub-channel. Figura 8: Modelo de um sistema OFDMA Os sub-channels podem ser alocados a estações clientes dependendo da condição do canal e requerimento de dados. Dessa forma, estações de base podem alocar mais poder a clientes que possuem menos ruido no canal, ou então mais poder a sub-channels utilizados num interior de um prédio para aumentar a cobertura de um edifício inteiro. 17

18 A gura abaixo demonstra esse processo de utilizar sub-channels, contrastando OFDM com OFDMA. Na OFDM, somente um cliente pode transmitir em um slot de tempo, enquanto que no OFDMA, vários clientes podem transmitir no mesmo slot de tempo em vários sub-channels diferentes. Figura 9: Utilização de sub-channels Um sistema usuário pode poupar energia pois pode contrar ela somente nos sub-channels alocados para ela. Isso é essencial para permitir a mobilidade proposta no Wimax móvel, onde dispositivos provavelmente vão depender de baterias. 3.5 FDD e TDD O WiMax possui duas maneira de dividir o espectro usado pelos dados enviados(uplink) e recebidos(downlink) por um terminal Wimax, o FDD (Frequency Division Duplex ) e o TDD(Time Division Duplex ). O FDD necessita de dois canais, um pra uplink e outro para downlink, é utilizado nas redes de telefonia móvel 2G e 3G. Já o TDD usa somente um canal que é dividido em intervalos de tempo, intercalando nesses intervalos downlink e uplink a medida que os recursos de banda são necessários. O FDD é ineciente para prover uxo de dados assimétrico, já que o tráfego pode ocupar somente uma pequena parcela da banda disponível, é eciente para prover serviços de voz, já que possui canais dedicados para recebe e enviar ao mesmo tempo. O TDD pode ajustar os intervalos de tempo que cada lado vai estar transmitindo, e dessa maneira ajustar melhor o uso do espectro em relação ao FDD, alem de usar metade do espectro que o FDD usa. A primeira versão do Wimax xo suporta tanto TDD quanto FDD, ja a versão móvel (Wimax mobile) inclui somente o TDD. 18

19 3.6 Sistema de antena adaptativa Um sistema de antena adaptiva é quando uma antena WiMax (ou outra) é capaz de reduzir o ângulo de envio da radiação, fazendo com que apenas os cliente que estão na direção do destinatário recebem a radiação também. Essa é uma técnica conhecida como divisão por espaço (SDMA - Space Division Multiple Access). Figura 10: Exemplo de uma torre com SDMA[5] Esse esquema fornece uma vazão maior, pois permite que várias estações clientes compartilhem a mesma frequência, desde que estejam separadas sicamente. Essa característica aumenta a performance e a cobertura de uma antena, fazendo com que a maioria dos fabricantes incluam essa capacidade nas torres WiMax. 3.7 MIMO Os transmissores e receptores Wimax utilizam múltiplas antenas para aumentar a vazão de um link. Este sistema é chamado de MIMO (Multiple Input Multiple Output). Um sistema de ponto a ponto multiplica linearmente a vazão de acordo com o número de antenas que possui. Uma técnica chamada de "Alamouti STC" (Space Time Coding) pode ser empregada em um transmissor de duas antenas. O STC permite o transmissor a transmitir informação em ambos tempo e espaço, o que signica que a mesma informação é transmitida entre duas antenas em dois tempos seguidos. Sistemas MIMO muitas vezes usam multiplexação espacial (SM - Spatial Multiplexing) para permitir que sinais sejam transmitidos por vários domínios espaciais diferentes. O MIMO suporta o uso do SM ou do STC, ou 19

20 de ambos juntos, para maximizar a eciência espectral sem diminuir a área de cobertura. Trocar dinamicamente entre esses modos baseado na condição do canal é chamado de "Adaptative MIMO Switching" (AMS), o que combinado ao AAS melhora ainda mais a performance do Wimax. 3.8 WiMAX vs Wi-Fi Apesar da tecnologia Wimax ser uma evolução da tecnologia Wi-Fi, elas não são necessariamente excludentes. A tecnologia Wimax é mais complexa e pode possuir muitas habilidades desnecessárias a pequenas redes locais. A rede Wi-Fi normalmente é usada em redes locais, enquanto a rede Wimax é mais focada para MANs e WANs. Além disso, o Wimax possui compatibilidade com a rede Wi-Fi, devido a alta similaridade entre as duas implementações. O Wi-Fi também possui velocidades maiores, podendo chegar a até 100Mbps, enquanto o WiMax chega até 40Mbps no máximo (hoje em dia), por isso o Wi-Fi continua sendo a melhor opção para redes locais. Abaixo segue uma gura comparativa entre as duas tecnologias. 3.9 Desao Wimax Após se ter falado sobre tantas vantagens, evoluções e melhorias, resta uma dúvida: porquê o Wimax ainda não é utilizado em grande escala? Primeiro temos o problema de ser uma tecnologia nova e em maturação, o que precisa de muitos investimentos iniciais para se rmar no mercado. Precisa se instalar antenas Wimax e bases, assim como estações clientes. Mas o maior desao mesmo dessa tecnologia não está na dispersão de aparelhos, e sim na política. Muitos países barram a evolução do Wimax em seu território com medo de desperdiçar recursos gastos investindo na tecnologia UMTS. Em outros, existe o problema do licenciamento de bandas de frequência e interferência. Além disso, temos o problema do roaming, onde para os provedores muitas vezes não é desejável essa condição por não conseguir assegurar a banda fornecida por outras antenas ou acabar tendo uma carga maior que a desejada devido a novos "visitantes". Ainda assim, a tecnologia Wimax continuou forte via, em grande parte, altos investimentos da Intel, e por isso hoje essa rede está entrando em fase de uso. 20

21 Figura 11: Wimax x Wi-Fi 4 Conclusão No decorrer deste trabalho, vimos diferentes tecnologias para acesso móvel sem o à internet, como 1G, 2G, 3G e Wimax. Vimos que estas tecnologias ainda estão evoluindo, e que cada uma possui suas vantagens e desvantagens, de forma a não completamente se excluirem, sendo as vezes recomendadas para usos diferentes. As redes UMTS possuem um suporte amplo já instalado enquanto as redes Wimax ainda estão em fase experimental e estão sendo pouco utilizadas no momento. Porém, vimos que o planejamento para as redes Wimax são amplos e ambiciosos, de forma que se conseguirem ser implementados irão fazer a internet ser mais acessível a muito mais pessoas do que já é. Notamos ainda que o futuro das redes sem o é incerto, pois várias opções contraditórias estão sendo implementadas para o mesmo objetivo, competindo pelo mercado. O Wimax Forum por exemplo cita que a sua 21

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