Avaliação de desempenho do processamento por hardware das funções de banda base de um sistema de comunicação móvel celular de 4ª geração

• Processo: 17/08072-1
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas - PIPE
• Data de Início da vigência: 01 de março de 2018
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2019
• Área do conhecimento: Engenharias - Engenharia Elétrica - Telecomunicações
• Pesquisador responsável: Elcio Garcia Botelho
• Beneficiário: Elcio Garcia Botelho
• Empresa: Trópico Sistemas e Telecomunicações da Amazônia Ltda (Filial)
• CNAE: Outras atividades de telecomunicações
• Município: Campinas
• Pesquisadores principais:( Últimos ): Guilherme Orlando Presotti Luchini ; Milton Marcelini
• Pesquisadores principais:( Antigos ): Renato Carlos Coutinho
• Pesquisadores associados: Armando Eduardo Barbieri ; Hamilton Marques da Silva ; Maria Cecilia Motta Torres Giglio ; Milton Cesar Bueno Portes ; Uilson Ruas Pennafiel
• Assunto(s): Processamento digital de sinais Programação lógica Dispositivos móveis Internet das coisas Banda larga Circuitos FPGA Dispositivos de lógica programável
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Arquitetura de Processamento de Sinais Digitais | Estação Radio Base 4G LTE eNB | FDD - Time Division Duplexing Frequency Division Duplexing | FPGA - Field Programmable Gate Array - Lógica Programável em Campo | LTE - Long Term Evolution - Evolução de Longo Prazo | Placa Digital de Processamento de Banda Base para Estação Radio Base | Tdd | Tecnologia LTE Long Term Evolution

Resumo

Estações Rádio Base (ERB) de sistemas de comunicação móvel celular são divididas em módulos de banda base e de rádio frequência. O módulo de banda base demanda grande capacidade de processamento para tratar o maior número possível de usuários em uma célula. Nos sistemas 4G, a comunicação é totalmente orientada a pacotes e a capacidade de transmissão de dados da célula pode ser dividida por um número indeterminado de usuários, mesmo que cada um tenha apenas uma pequena fração da capacidade disponível. Isso é uma característica importante nas aplicações de "Internet das Coisas", onde cada terminal deve manter-se permanentemente conectado e se comunicar com periodicidade baixa, transmitindo e recebendo poucos dados. O módulo de banda base de uma ERB 4G deve, portanto, suportar um grande número de terminais registrados na célula, atendendo a uma diversidade de serviços e bandas para eles contratadas, tratando simultaneamente o grande número de eventos advindos do uso de dados desses terminais, da mobilidade desses terminais dentro da célula, da mudança das condições de propagação de RF para cada terminal e da mobilidade de/para outras células adjacentes. O projeto de pesquisa visa avaliar o ganho de desempenho do módulo de banda base de uma ERB 4G quando o processamento dos algoritmos de camada 1 e de camada 2 passam a ser feitos predominantemente por hardware. O módulo de banda base do produto atual tem a quantidade de usuários simultâneos na célula limitada a 64 por utilizar semicondutores de aplicação específica, com grande parte do processamento feito por software. Esse módulo é implementado em uma única placa de circuito impresso, com tamanho físico e dissipação térmica limitados, pois a ERB é do modelo compacta, onde todos os módulos compartilham a mesma caixa, com arrefecimento natural, instalada diretamente na torre, próxima à antena. A pesquisa e desenvolvimento dessa tecnologia foi feito pela ICT Fundação CPqD, no escopo de um projeto FINEP/FUNTTEL. A Trópico é a indústria interveniente desse projeto, arcando com a contrapartida financeira e sendo licenciada para a fabricação e comercialização dos produtos. Tais produtos foram outrora concebidos para atendimento de áreas rurais com baixa densidade populacional, onde tal capacidade de usuários por célula seria satisfatória. Entretanto, grande parte das oportunidades comerciais que se apresentam à Trópico exigem um número significativamente maior de terminais registrados na célula, como, por exemplo, para empresas de distribuição de energia elétrica (smart grid) e na automação de áreas agrícolas, ambas com grande densidade de dispositivos a serem conectados. Para viabilizar todos os investimentos já realizados, é preciso ampliar a capacidade em quatro vezes. Para isso, empregando apenas uma placa de circuito impresso, nos limites de dissipação térmica da caixa da ERB compacta, estudos da Fundação CPqD propõem o processamento das camadas 1 e 2 predominantemente por hardware. Participa deste projeto como serviços de terceiros a ICT Fundação CPqD, na implementação dos algoritmos em hardware programável do tipo FPGA. As atividades de prototipação e de avaliação comparativa de desempenho serão realizadas pela Trópico. (AU)