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O sistema LTE
PadrãoBuscando-se soluções para tornar a transmissão de dados mais eficiente, ao mesmo tempo em que o volume desse tráfego encontra-se em ascensão, o padrão LTE (Long Term Evolution) foi proposto como o próximo passo rumo ao sistema móvel de 4ª Geração (4G), precedido pelas redes 2G e 3G. Seu desenvolvimento visa fornecer melhorias de desempenho, além de reduzir o custo por bit, o que possibilita uma maior disseminação de serviços móveis. Sua padronização está a cargo do 3GPP. O sistema LTE adota a tendência para redes móveis de se basear no padrão IP, o protocolo principal da Internet. Com isso, o tráfego de voz será suportado principalmente através da tecnologia VoIP (Voice over Internet Protocol), possibilitando melhores integrações com serviços de multimídia. A tecnologia LTE já se coloca em meio à transição do uso da comutação de circuito para a comutação de pacotes no tráfego de voz [20]. A compatibilidade com os sistemas anteriores é uma das exigências para uma tecnologia em termos de telefonia. Por esse aspecto, o LTE é compatível com as redes previamente estabelecidas, tanto as padronizadas pelo 3GPP como as demais. TecnologiaCom o objetivo de oferecer velocidades maiores de transmissão de dados, a tecnologia LTE alcança taxas de 75 Mbit/s no uplink e até 300 Mbit/s no sentindo de downlink. Por basear-se no protocolo IP, com a transição de redes combinando comutação de circuito e pacotes, a arquitetura do sistema deve ser simples [20]. No LTE, essa arquitetura é conhecida como Evolved Packet Core (EPC), caracterizada pela simplicidade e pela integração com demais redes baseadas no IP. Outro ponto chave da tecnologia LTE diz respeito à automação de processos de rede, conhecida como Self-Organizing Network (SON). Essa característica permite que as redes possam configurar-se e sincronizar-se com redes adjacentes. Alguns aspectos centrais do sistema LTE são citados a seguir:
A adoção de uma nova interface aérea baseada na tecnologia OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing) possibilita alcançar alta velocidade na transmissão de dados, com uma implementação de baixo custo e eficiente no consumo de energia. Tal inovação combina uma modulação baseada no OFDMA (Orthogonal Frequency-Divison Multiple Access) com esquema de múltiplo acesso para o downlink e SC-FDMA (Single Carrier Frequency-Division Multiplexing Access) no uplink [21]. No caso do LTE, utilizando o canal de 20 MHz, o esquema proposto pela multiplexação OFDM divide o espectro disponível em milhares de subcanais estreitos, cada um carregando parte do sinal ao máximo, sendo combinados posteriormente para gerar o dado transmitido. Com isso, o OFDMA associa diferentes subcanais para usuários diferentes, evitando problemas causados por reflexões em múltiplos caminhos, enviando os bits de um dado a baixas velocidades, combinados no receptor para formar uma mensagem de alta velocidade. A fim de enviar dados através de diferentes caminhos, cujos sinais ocupam a mesma banda RF (Radio Frequency) ao mesmo tempo, levando a altas taxas de transferência, a tecnologia LTE faz uso da técnica MIMO (Multiple-Input Multiple-Output). O sistema de antenas MIMO oferece grande confiabilidade e capacidade para os serviços de banda larga móvel. Essa técnica corresponde a um mecanismo eficiente de desviar dos limites impostos pela Lei de Shannon [20]. A Lei de Shannon impõe um limite à quantidade de informação que pode ser transmitida em um canal de comunicação, fato devido à presença de ruído. A aplicação de outras técnicas de correção para ambientes com ruído, como redes celulares, tem aproximado o resultado do teto imposto pela Lei de Shannon. O diferencial da técnica MIMO se baseia pelo fato de que a Lei de Shannon é aplicável a um único canal de transmissão. Como o sistema MIMO cria vários canais entre emissor e receptor, cada canal individualmente fica limitado, porém o conjunto de canais excede tal limite. A eficiência no uso do espectro faz do sistema LTE um cenário apropriado para suportar um grande número de usuários dentro do espectro disponível, tendo uma largura de banda entre 1,4 Mhz e 20 Mhz [21]. A flexibilidade nessa aplicação tem como resultado direto a resistência a interferências entre células na transmissão dos dados, permitindo aumentar o número de usuários por célula na rede. O suporte a FDD (Frequency Division Duplex) e a TDD (Time Division Duplex) na mesma plataforma garante o aproveitamento de diferentes técnicas com o espectro. O FDD faz uso de duas faixas de freqüências distintas, onde é possível enviar dados por uma freqüência e recebê-los através de outra. Por sua vez, o TDD só utiliza uma única faixa de freqüência, transmitindo e enviando em tempos diferentes [1]. A tecnologia LTE apresenta ótima performance em um tamanho de célula de até 5 km, sendo possível demonstrar serviço eficaz em células com raio de até 30 km. Um desempenho limitado fica disponível em células com tamanho de raio de até 100 km. A interatividade tende a ser ampliada com o sistema LTE, uma vez que o tempo de transmissão de ida e volta passa a ser reduzido a menos de 10 ms, o que pode impulsionar serviços de tempo real com alta qualidade. Com uma arquitetura simplificada e interfaces abertas, o LTE tem na arquitetura EPC (Evolved Packet Core), baseada nos protocolos TCP/IP, uma importante ferramenta para a comunicação com diferentes redes, tanto fixas como móveis. ArquiteturaA arquitetura de rede EPC é modelada para permitir a integração com outras redes de comunicação baseadas no protocolo IP, utilizando a comutação por pacotes. Essa tecnologia também permite conectividade com outras formas de acesso, tanto as padronizadas pelo 3GPP como as de banda larga fixa, como a DSL (Digital Subscriber Line). A rede utilizada no LTE é considerada mais simples do que as utilizadas em redes anteriores, uma vez que os pacotes são processados e gerenciados no núcleo EPC. Esse processo produz respostas mais rápidas, melhorando a taxa de transmissão e o tempo de latência [19]. No esquema abaixo pode-se ver um comparativo entre duas arquiteturas (UMTS e LTE). O componente eNodeB passou a substituir as funções do RNC, conectando-se diretamente ao núcleo EPC.
AplicaçõesO fato de utilizar o protocolo IP cria a possibilidade de se intensificar a convergência entre serviços, viabilizando aplicações em tempo real. Com a presença de redes fixas, o LTE pode funcionar de modo complementar, onde o usuário pode transitar entre a rede móvel e a rede fixa. Com a tecnologia LTE, a transmissão de vídeo High Definition (HD) será viável, bem como aplicações colaborativas por meio da Internet móvel. Sincronizações entre os dispositivos e computadores em tempo real tornarão a interconexão mais simples e criando novos modelos de negócios. 
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Uma característica comum em redes sem fio é a rápida variação na taxa de transmissão de dados. A fim de contornar esse obstáculo, a arquitetura LTE faz uso de retransmissão no eNodeB para gerenciar tal variação. A adoção de mecanismos de controle de fluxo no núcleo principal da arquitetura EPC colabora para evitar perda de dados ou overflow.