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Perguntas e respostas sobre o 5G

30 de novembro de 2020

A tecnologia 5G está batendo na nossa porta e os primeiros dispositivos com suporte já chegaram no mercado. Esse também é um momento de muita confusão diante do novo. Além dos mitos bizarros associados ao 5G, frutos da desinformação, a grande verdade é que uma parte significativa do público não entendeu ainda como a tecnologia irá funcionar.

Um levantamento realizado nos Estados Unidos apontou que apenas 18% dos consumidores tem conhecimento de que existem diferentes tipos de 5G. Isso significa, por exemplo, que dispositivo “5G” que você acabou de comprar pode nem mesmo funcionar como deveria, dependendo do lugar e do suporte da rede local.

Pensando na vasta quantidade de usuários que serão apresentados a esse novo universo em breve, a Australian Mobile Telecommunications Association (AMTA) em aliança com a GSM Association (GSMA) e o Mobile & Wireless Forum (MWF), elaborou uma cartilha digital explicando cada aspecto da tecnologia 5G e suas variações.

Transcrevemos aqui esse material, no intuito de alavancar o conhecimento no Brasil.

O que é o 5G?

5G é a 5ª geração de redes móveis, uma evolução significativa das redes LTE 4G de hoje em dia.

O 5G está sendo projetado para atender ao enorme crescimento de dados e conectividade da sociedade moderna atual, a internet das coisas com milhões de dispositivos conectados e às inovações de amanhã. O 5G irá operar inicialmente em conjunto com as redes 4G existentes antes de evoluir para uma rede independente em versões e expansões de cobertura subsequentes.

Além de entregar conexões mais rápidas e da maior capacidade, uma vantagem muito importante do 5G é o tempo rápido de resposta, chamado de latência. Latência é o tempo levado para os dispositivos responderem uns aos outros através da rede sem fio. Redes 3G tinham um tempo de resposta de 100 milissegundos, as 4G está de aproximadamente 30 milissegundos e as do 5G será tão baixo quanto 1 milissegundo. Isto é virtualmente instantâneo, abrindo um novo mundo de aplicações conectadas.

O que o 5G permitirá?

O 5G permitirá conectividade instantânea a bilhões de dispositivos, a internet das coisas (IoT) e um mundo realmente conectado.

Existem 3 categorias principais de uso para o 5G:

  1. Comunicação massiva entre máquinas – também chamado de internet das coisas (IoT) que envolve conectar bilhões de dispositivos sem intervenção humana em uma escala não vista antes. Isto tem o potencial para revolucionar os processos industriais modernos e aplicações incluindo a agricultura, manufatura e comunicações de negócios.
  2. Comunicações altamente confiáveis de baixa latência – controle de dispositivos em tempo real em missões críticas, robótica industrial, comunicações entre veículos e sistemas de segurança, direção autônoma e redes de transporte mais seguras. Comunicações de baixa latência também abrem um novo mundo onde tratamentos e procedimentos médicos remotos são possíveis.
  3. Banda larga móvel aprimorada – fornecer dados significantemente mais rápido e uma maior capacidade de manter o mundo conectado. As novas aplicações incluirão internet sem fio fixa para casas, aplicações de transmissão ao ar livre sem a necessidade de vans de transmissão e maior conectividade para as pessoas se locomovendo.

Para comunidades, o 5G permitirá a conexão de bilhões de dispositivos para nossas cidades inteligentes, escolas inteligentes, casas inteligentes, veículos inteligentes e mais seguros, melhorar o cuidado à saúde e permitir um local de moradia mais eficiente e seguro.

Para negócios e indústria, O 5G e a IoT fornecerão uma riqueza de dados, permitindo que ganhem conhecimentos sobre suas operações como nunca antes. Tomada de decisões e operarão de negócios tomarão decisões importantes com base em dados, inovarão em agricultura, fazendas inteligentes e manufatura, pavimentando o caminho para a economia de custos, melhor experiência do consumidor e um crescimento ao longo prazo.

Tecnologias novas e emergentes tais como Realidade Virtual e aumentada serão acessíveis a todos. A realidade virtual fornece experiências conectadas que não eram possíveis antes. Com o 5G e a RV você será capaz de viajar para sua cidade favorita, assistir um jogo de futebol ao vivo com a sensação de estar no local, ou até mesmo será capaz de inspecionar sua propriedade e caminhar através de uma nova casa, tudo do conforto do seu sofá.

O 5G nos manterá conectado nas cidades inteligentes, casas inteligentes e escolas inteligentes do amanhã, e nos permitirá oportunidades ainda não pensadas.

Quando o 5G estará pronto?

O 5G está sendo desenvolvido atualmente e o lançamento comercial está sendo testado em 2020. A disponibilidade generalizada dos serviços 5G é prevista para 2025.

Quais serão as primeiras aplicações para o 5G?

Acesso sem fio para casas e serviços de banda larga móvel aprimorada provavelmente serão as primeiras aplicações utilizando novos modems de acesso sem fio e “hotspots” 5G.

O que os dispositivos 5G oferecerão?

os principais benefícios dos dispositivos 5G serão as velocidades significantemente maiores de acesso de dados, download e transmissão de conteúdo. Adicionalmente, os dispositivos 5G terão maior capacidade de processamento e terão menor latência, significando que os dispositivos terão conexões virtualmente instantâneas à rede, e também maior conectividade em movimento devido ao uso de orientação de feixe de antena avançado.

Quando os dispositivos 5G estarão disponíveis?

A disponibilidade de telefones móveis equipados com conectividade 3G, 4G e 5G é prevista para 2020-2021, e aplicações entre máquinas de baixa latência utilizando o 5G serão desenvolvidas nos anos seguintes.

Inicialmente a maioria dos operadores integrará redes 5G em redes 4G existentes para fornecer uma conexão contínua. Uma rede móvel tem dois componentes principais, a ‘Rede de acesso via rádio’ e a ‘Rede central’.

A rede de acesso a rádio

Consiste de vários tipos de instalações, incluindo pequenas células, torres, postes e sistemas dedicados nas edificações ou casas, que conectam os usuários móveis e os dispositivos sem fio à rede central.

As células pequenas serão uma das principais características das redes 5G, particularmente nas novas frequências de ondas milimétricas (mmWave) onde a faixa de conexão é muito pequena. Para fornecer uma conexão contínua, pequenas células serão distribuídas em grupos, dependendo de onde os usuários requeiram conexão, que complementará a rede macro que fornece cobertura abrangente.

As células macro 5G usarão antenas MIMO (múltipla entrada, múltipla saída) que possuem múltiplos elementos ou conexões para enviar e receber mais dados simultaneamente. O benefício aos usuários é que mais pessoas podem se conectar simultaneamente a rede e manter um alto rendimento. As antenas MIMO são frequentemente chamadas de ‘MIMO massivo’ devido ao grande número de elementos e conexões de antenas múltiplas, no entanto o tamanho físico é similar ao das antenas das estações base 3G e 4G existentes.

A rede central

É a rede de dados e trocas móveis que gerencia todas as vozes móveis, dados e conexões de internet. Para o 5G, a ‘rede central’ está sendo reprojetada para integrar melhor com a internet e os serviços baseados em nuvem e também inclui servidores distribuídos através da rede, melhorando o tempo de resposta (diminuindo a latência).

Muitas das funções avançadas do 5G incluindo a virtualização das funções da rede e fatiamento da rede para diferentes aplicações e serviços, serão gerenciados na central.

Fatiamento de rede

Possibilita uma forma inteligente de segmentar a rede para uma indústria, negócio ou aplicação particular. Por exemplo, serviços de emergência poderiam operar em uma fatia da rede independente dos outros usuários.

Virtualização das funções da rede (NVF)

Essa é a habilidade de instanciar as funções da rede em tempo real em qualquer local desejado dentro da nuvem da plataforma do operador. As funções da rede que rodavam em hardware dedicado, por exemplo, um firewall e criptografias existentes nas instalações de uma empresa podem agora operar em software em uma máquina virtual. A NVF é crucial para possibilitar a eficiência de velocidade e agilidade para reforçar novas aplicações de negócios e é uma tecnologia importante para um núcleo 5G.

Como o 5G trabalha com o 4G

Quando uma conexão 5G é estabelecida, o equipamento do usuário (ou dispositivo) conectará tanto à rede 4G para fornecer a sinalização de controle quanto à rede 5G para ajudar a fornecer a rápida conexão de dados ao adicionar à capacidade existente do 4G.
Onde existir conexão 5G limitada, os dados são carregados como hoje na rede 4G, fornecendo a conexão contínua. Com este projeto, a rede 5G está essencialmente complementando a rede 4G.

Como o 5G entrega conexão contínua, maior capacidade e velocidade e tempos de resposta mais rápidos?

Redes 5G são projetadas para trabalhar em conjunto com as redes 4G utilizando uma gama de células macro, células pequenas e sistemas dedicados. As células pequenas são mini-estações base projetadas para cobertura bem localizada, tipicamente de 10 metros a algumas centenas de metros, fornecendo um complemento para uma rede macro maior. Células pequenas são essenciais para a rede 5G já que as frequências de ondas milimétricas possuem uma pequena faixa de conexão.

Como funciona o espectro aumentado do 5G?

As bandas de frequência iniciais propostas para o 5G são 600-700MHz, 3-4GHz, 26-28GHz e 38-42Ghz, que adicionarão significativamente mais capacidade se comparadas às tecnologias móveis atuais. O espectro adicional e a maior capacidade permitirão mais usuários, mais dados e conexões mais rápidas. Também está previsto que ocorra o reuso futuro do espectro de banda baixa para o 5G quando as antigas redes caírem em desuso de modo a ajudar o aproveitamento em casos futuros.

O espectro aumentado na banda de ondas milimétricas acima de 30GHz fornecerá cobertura localizada já que elas operam apenas em pequenas distâncias. A instalação futura do 5G pode utilizar frequências de ondas milimétricas em bandas até 86GHz.

O que é a MIMO Massiva?

O 5G utilizará antenas MIMO (entrada múltipla, saída múltipla) ‘massivas’ que possuem múltiplos elementos ou conexões para enviar e receber mais dados simultaneamente. O benefício para os usuários é que mais pessoas podem se conectar simultaneamente à rede e manter um alto rendimento.

O tamanho das antenas MIMO massivas do 5G será similar ao do 4G, entretanto com uma frequência mais alta, o tamanho dos elementos individuais da antena é menor, permitindo mais elementos (mais de 100) na mesma antena.

Os equipamentos de usuários para o 5G, incluindo telefones móveis e dispositivos também terão tecnologia de antenas MIMO integrada, para as frequências milimétricas.

Direcionamento de feixe

Direcionamento de feixe é uma tecnologia que permite às antenas MIMO das estações base direcionar o sinal de rádio para os usuários e dispositivos em vez de em todas as direções. A tecnologia de direcionamento de feixe usa algoritmos de processamento de sinal avançados para determinar o melhor caminho para o sinal de rádio alcançar o usuário. Isto aumenta a eficiência já que reduz a interferência (sinais de rádio indesejados).

Como a latência é reduzida no 5G?

No 5G a menor latência é alcançada através de significantes avanços na tecnologia de dispositivos móveis e arquitetura de redes móveis.

Dispositivos 5G (equipamento do usuário)

A melhoria da tecnologia e do poder de processamento no equipamento do usuário e dispositivos é um grande contribuidor para tempos de resposta mais rápidos. Ao se tornarem mais avançados os chips, eles conseguem processar os dados mais rápido e reduzir o tempo de resposta, chamado de latência.

Rede 5G

Mudanças significativas tanto quanto na rede central (núcleo) e na rede de acesso a rádio (RAN) são necessários para entregar uma baixa latência.

Mudanças na rede central

Com a rede central e a sinalização reprojetada, e servidores distribuídos, um aspecto chave é aproximar o conteúdo do usuário final e diminuir o caminho entre os dispositivos para aplicações críticas.

Bons exemplos são serviços de transmissão de vídeo sob demanda onde é possível guardar uma cópia ou ‘cache’ de conteúdo popular em servidores locais, para que o tempo para acessar seja mais rápido.

Mudanças na rede de acesso a rádio

Para alcançar baixa latência, a rede de acesso à rádio (RAN) terá que ser reconfigurada de forma que seja altamente flexível e o software configurável para suportar as diferentes características dos tipos de serviços que o sistema 5G contempla.

Uma interface sem fio de baixa latência e alta confiabilidade requer novas técnicas de rádio para minimizar os atrasos através do rádio para alguns TTIs (intervalos de tempo de transmissão) juntamente com a robustez e melhorias de códigos para alcançar um alto grau de confiabilidade (exemplo: uma mensagem em um bilhão atrasar ou se perder ).
Implementar uma RAN virtual, dinâmica e configurável permite à rede funcionar com baixa latência e alto rendimento, mas também permite à rede móvel ajustar-se às mudanças de tráfego na rede, falhas na rede e novos requisitos de topologia.

O que será reconfigurado? A nova arquitetura existirá como uma RAN 4G/5G onde o plano de usuário (5G) e o plano de controle (4G) são separados. Isto requer a separação de hardware de finalidade geral e hardware especializado de rede. A funcionalidade do hardware de finalidade geral (nós) é adequada para funções de virtualização de rede (NFV), e o hardware especializado na RAN se tornará configurável dinamicamente.

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