HetNets (Heterogeneous Network – Redes móveis heterogêneas) atendem aos usuá- rios através de uma estrutura composta por diferentes tipos de células que se sobrepõem cobrindo a mesma área variando suas propriedades de cobertura, frequência de operação e potência de saída. As HetNets são apontadas como uma boa alternativa para garan- tir melhor eficiência energética, menor custo e qualidade de serviço em sistemas móveis futuros, como o 5G (AGIWAL; ROY; SAXENA, 2016)(FARIAS et al., 2016).
HetNets são geralmente compostas por dois tipos de células: macro cell e small
cell. A primeira é instalada no ambiente outdoor, cobrindo uma grande área de cobertura
e fornecendo serviços de dados e voz para um grande número de usuários. A segunda pode ser instalada tanto no ambiente outdoor quanto no indoor, cobrindo uma menor área de cobertura e servindo como ponto de transporte do tráfego de dados gerados em localidades com elevado nível de demanda (AGIWAL; ROY; SAXENA, 2016).
De acordo com a Ericsson AB a maior parte das requisições de tráfego advém de usuários localizados em ambientes indoor (ERICSSON, 2015). Esse número de re- quisições tem sofrido uma expansão exponencial, o que gera novos desafios relacionados a implementação de redes futuras como o 5G. Dessa forma, espera-se que a utilização massiva de small cells possa atender tal demanda (FIORANI et al., 2014). Apesar disso, nos últimos anos a indústria tem tido dificuldades para definir o que é exatamente uma
small cell, principalmente no suporte ao ambiente indoor. Tradicionalmente, elas são cé-
lulas sem fio individuais de pequeno porte do tipo all-in-one. No entanto, grande parte da indústria, assim como este trabalho, considera os sistemas voltados ao ambiente in-
door baseados em DAS (Distributed Antenna System – Sistemas de Antenas Distribuí-
das) e CRAs como sendo tecnologias do tipo small cells (ERICSSON, 2017)(HUAWEI, 2015)(ZUBAIR, 2011)(TONINI et al., 2017).
As CRAs se aproveitam das vantagens da arquitetura de estação base C-RAN para prover acesso a várias antenas distribuídas com elevado grau de escalabilidade, podendo melhorar significativamente a capacidade do tráfego de dados e a qualidade de serviço em ambientes indoor (TONINI et al., 2017)(VIEIRA, 2014). A Figura 4 apresenta o
fronthaul de uma CRA configurada ao suporte do ambiente indoor, onde nota-se que
as BBUs fornecem sinal de banda base para uma RRU (Radio Remote Unit – Unidade de Rádio Remota) usando uma tecnologia para transmissão digital de CC (Component
Carrier – Portadora Componente), como OBSAI, CPRI, ETSI-ORI ou outras. As RRUs
fazem conversão digital/analógica do sinal de banda base e interfaceamento dos tipos de enlaces conectando-as as várias RRHs (Radio Remote Heads – Cabeças de Rádio Remotas) usando preferencialmente um interface legada (preferencialmente cabos metálicos Cat5e, Cat6 ou Cat7), responsável pela transmissão de sinais em IF (Intermediate Frequencies - Frequências Intermediárias). As RRHs são responsáveis por todas as funcionalidades
RF, fazendo a conversão up-down entre IF e RF e amplificação de sinal para transmissão nas antenas (LU et al., 2014)(TONINI et al., 2017). A arquitetura apresentada obtém um elevado grau de coordenação de recursos, uma vez que todas as RRHs são ligadas ao mesmo hotel BBU (TONINI et al., 2017). Além disso, a configuração das conexões resultantes acaba sendo do tipo multicast, onde cada RRU pode ser entendida como um setor da macro célula tradicional, eliminando a necessidade de um planejamento complexo para zonas de handover e gerenciamento de interferências (ERICSSON, 2017).
Figura 4 – Esquemático da CRA voltada ao ambiente indoor. Visão das seções de fronthaul digital entre BBU e RRUs e digital entre RRUs e RRHs.
BBU RRU RRU RRH RRH RRH RRH RRH RRH RRH RRH RRU RRU RRH RRH RRH RRH RRH RRH RRH RRH RRU RRU RRH RRH RRH RRH RRH RRH RRH RRH Fronthaul Digital Fronthaul Analógico
Fonte: elaborado pelo autor.
O uso da transmissão digital de CC no fronthaul de CRAs voltadas ao ambiente
indoor entre as BBUs e RRUs ocorre devido as perspectivas de compatibilidade e custo,
atualmente a maioria das células sem fio utiliza comunicação digital entre suas BBUs e RUs, de forma que se torna mais simples e barato seguir o mesmo padrão. Além disso, a transmissão digital traz vantagens como uma melhor eliminação das não linearidades no cabo e a capacidade de encapsulamento para transporte sobre diferentes configurações de rede, o qual não é possível no caso de transmissão analógica (WANG et al., 2017). No entanto, a transmissão digital também tem seus problemas no que se refere a largura de banda do sinal, onde o mesmo sofre expansão necessária para o transporte das CC, e em relação as exigências de latência e a BER (Bit Error Rate – Taxa de Erro de Bits), os quais podem por ser muito demandantes em relação as capacidades dos tipos de enlaces usados para transporte, exigindo muitas vezes o uso de fibras ópticas (LU et al., 2014).
O uso da transmissão analógica de CC em IF no fronthaul de CRAs voltadas ao ambiente indoor entre as RRUs e RRHs também ocorre devido a perspectivas econômicas, uma vez que a gigantesca infraestrutura de enlaces metálicos legados fornecendo acesso ao
ambiente indoor deve ser preferencialmente reaproveitada (LU et al., 2014) tais enlaces são mais limitados em termos de largura de banda do que fibras ópticas, mas são capazes de transportar múltiplas CC usando sinais IF em forma analógica, uma vez que isto evita a expansão de largura de banda necessária na transmissão digital (Naqvi et al., 2017)(ACATAUASSU et al., 2018).
As CRAs suportando o ambiente indoor podem ter duas configurações quanto a sua rede de transporte: instalação totalmente indoor e outdoor-indoor, as quais são apresentadas pela Figura 5. A instalação indoor possui todos os seus equipamentos no ambiente indoor, exigindo um enlace de backhaul por edifício atendido. Enquanto na instalação outdoor-indoor, parte de seus equipamentos estão no ambiente outdoor em localidades como armários de rua.
Figura 5 – Configurações para CRA atendendo ambiente indoor.
RRHs BBUs RRHs RRUs Totalmente Indoor: Edifício
Armários de Rua Residências CO BBUs RRUs RRHs Outdoor-Indoor: Fronthaul Digital Fronthaul Analógico
Fonte: elaborado pelo autor.
O número de RRHs suportadas por uma RRU é limitado, no entanto, de duas a quatro RRUs podem ser agrupadas para agir como uma única RRU, necessitando de apenas um enlace vindo da BBU. Tal abordagem garante elevado grau de escalabilidade para CRAs, uma vez que uma instalação pode inicialmente utilizar cascateamento de múltiplas RRUs e ir separando-as conforme a demanda de tráfego aumenta, sem qualquer modificação nos enlaces metálicos e RRH existentes (VIEIRA, 2014). A Figura 6 apresenta um exemplo de cascateamento de RRUs.