O que é o 5G e como vai mudar o mundo?

A rede móvel de quinta geração é designada por 5G. Trata-se de uma tecnologia sem fios totalmente nova e abrangente, compatível com as tecnologias 1G, 2G, 3G e redes 4G. A rede 5G está a caminho de representar a próxima geração de redes celulares sem fios, para além da atual 4G Long Term Evolution (LTE). Espera-se que ofereça taxas de dados mais elevadas de 1-10 Gbps, maior amplitude de banda de 4000 Mbps, latência inferior em 1 ms, eficiência energética de 90%, fiabilidade de 99,9%, capacidade de dados móveis de 10 Tb e maior duração da bateria do que as redes 4G. Com serviços únicos de banda larga de dados e aplicações em tempo real, o 5G promete satisfazer as exigências cada vez maiores dos utilizadores, proporcionando milhares de milhões de ligações fiáveis e uma comunicação maciça com a Internet das coisas (IoT). Será capaz de integrar numerosas tecnologias e técnicas modernas que as gerações anteriores não podiam suportar devido à sua capacidade e compatibilidade limitadas.

Quem inventou e possui o 5G

5G faz parte do percurso evolutivo das redes celulares sem fios. Não foi inventada nem pertence a nenhuma empresa ou país em particular, mas é o resultado do esforço de diferentes investigadores, fabricantes e fornecedores de serviços. Os 3^rd Projeto de Parceria de Geração (3GPP) é a organização responsável pela definição das especificações de cada tecnologia celular, incluindo a 5G. Está a desempenhar um papel significativo na conceção da rede 5G, considerando a sua tecnologia de interface rádio-ar, as normas de comunicação, o espetro, as camadas de serviço, etc. No entanto, o sector das telecomunicações de cada país está a tentar ser o primeiro a anunciar a implantação comercial completa da rede 5G de acordo com as normas definidas pelo 3GPP.

Como funciona o 5G?

Inicialmente, a rede 5G é implantada sobre as redes 4G existentes para lançamentos comerciais básicos. Esta parte da norma de rede 5G é designada por Non-Standalone (NSA). Trata-se de um canal de dados extra-rápido ligado à infraestrutura 4G LTE existente para gerir o plano de controlo e o tráfego pesado. À medida que a tecnologia 5G for evoluindo, trará consigo uma nova arquitetura de núcleo 5G e operará toda a rede sozinha, designada por rede 5G Standalone (SA).

A tecnologia e os princípios de funcionamento subjacentes à 5G são os mesmos da 4G LTE, mas mais aperfeiçoados. Tal como a 4G, a 5G utiliza a técnica de Multiplexagem por Divisão de Frequência Ortogonal (OFDM) para uma transmissão e receção de dados rápida e eficiente em termos de recursos. Os serviços de rede inovadores e melhorados do 5G devem-se à sua Nova Rádio (NR), que é uma interface aérea mais flexível, capaz, escalável e expansível. Fornece serviços móveis de banda larga de alta velocidade que melhoram notavelmente a experiência do utilizador e a qualidade do serviço (QoS).

Arquitetura da rede 5G

A arquitetura da rede 5G é composta por duas partes principais:

1. Rede de acesso via rádio (RAN): 

A RAN abrange a parte de acesso da rede que inclui pequenas células, macrocélulas, estações de base (eNB), equipamento celular e equipamento para edifícios e habitações que são utilizados para transferir dados do utilizador para a rede central. A 5G melhorará a conetividade dos utilizadores periféricos através da implantação de várias pequenas células, femto-células, pico-células e micro-células sobre a camada de macro-células, proporcionando uma forte cobertura da rede e colmatando as lacunas, especialmente na periferia das células. Estas pequenas células funcionarão na banda de frequência de ondas milimétricas (mmWave), uma nova caraterística do 5G que será útil em locais que exijam um alcance de sinal mais curto, como estações de trabalho.

As macrocélulas funcionarão da mesma forma que na 4G LTE, mas o seu nível de desempenho das torres será melhorado com a tecnologia multiple-input-multiple-output (MIMO). Como o nome indica, o MIMO consiste num grande número de antenas que permitem a transmissão e receção múltiplas em simultâneo. A sua conceção de antenas maciças proporciona inúmeras vantagens aos utilizadores e fornecedores de serviços, como a conetividade de um maior número de utilizadores, uma melhor utilização dos recursos da rede, um acesso mais rápido, uma melhor gestão do tráfego de dados e uma menor latência.

2. Rede de base:

A rede central do 5G é está a ser concebida de forma a poder integrar muitas tecnologias inovadoras baseadas na nuvem, através das quais os utilizadores permanecerão virtualmente ligados entre si e gerirão todos os seus dados e operações através da Internet, com uma resposta mais rápida e uma menor taxa de perda de dados. A rede central 5G também inclui servidores distribuídos, fornecendo serviços instantaneamente com menor latência. A rede central é também responsável pela gestão das caraterísticas fundamentais do 5G, incluindo a virtualização das funções de rede (NFV), a rede definida por software (SDN) e o fracionamento da rede.

Quais são as bandas de frequência 5G no mundo

Introduzimos o que são bandas de frequência 5G Em pormenor, atualmente, as bandas de frequência de funcionamento do 4G LTE são de até 6 GHz. No entanto, a tecnologia 5G será capaz de operar em bandas de frequência que variam entre 30 GHz e 300 GHz. Esta é a razão por detrás da sua velocidade de rede super-rápida e conetividade constante. No entanto, a banda de frequência inicial do 5G é inferior a 6 GHz, nomeadamente entre 3,3 GHz e 3,8 GHz. A tecnologia mmWave do 5G funcionará acima de 6 GHz, variando entre 26 GHz e 28 GHz. A tecnologia mmWave proporcionará um alcance de cobertura mais curto e uma maior capacidade para accommodate o máximo de utilizadores com um desempenho inegavelmente melhor do que as redes celulares anteriores. Além disso, de acordo com alguns estudos, o 5G também reutilizará as bandas de baixa frequência existentes no futuro, uma vez que a utilização das redes convencionais diminui devido à sua incapacidade de suportar aplicações e serviços da próxima geração.

Principais caraterísticas do 5G

O 5G será uma era de conetividade em que tudo e todos estarão ligados uns aos outros, incluindo seres humanos, dispositivos, objectos e máquinas. Esta tecnologia futura é composta por inúmeras caraterísticas que são os principais factores subjacentes ao seu desempenho e eficiência de alto nível. Vamos discutir em pormenor quais são estas caraterísticas:

1. MIMO maciço

É uma das caraterísticas significativas das redes 5G, tendo a capacidade de suportar várias transmissões e recepções de dados em simultâneo através de um grande número de antenas. A dimensão dos enormes Antena MIMO é semelhante ao sistema convencional 3G ou Antenas 4G mas a sua capacidade será muito mais elevado em comparação com eles. Abrange a gama de frequências Sub-6 GHz mais elevada (como a 3,5 GHz) e equipa um grande ganho de multiplexagem para obter uma maior capacidade e uma conetividade fiável.

2. Sub-6 GHz

As frequências sub-6 GHz incluem frequências de banda média como as Wi-Fi, que variam entre 3 e 6 GHz. Antenas de rede 5G utilizará sobretudo este espetro de médio alcance, uma vez que permite que as pequenas células forneçam serviços em espaços interiores e que os potentes NodeB evoluídos (eNB) satisfaçam os requisitos de cobertura exterior. A tecnologia 5G, que cobre distâncias mais longas, funcionará em bandas de baixa frequência, como abaixo de 800 MHz.

3. Formação de feixes

Entre muitas outras tecnologias 5G eficazes, A formação de feixes desempenha um papel fundamental para permitir que a rede atinja o seu potencial máximo. Ela permite que o antenas 5G direcionais para transmitir feixes direcionais estreitos em direção ao dispositivo de um utilizador específico, depois de escolher o canal de transmissão de dados mais eficiente que se dirige a esse dispositivo. A formação de feixes também reduz a interferência com utilizadores próximos devido aos seus feixes focados, fornecendo assim serviços de alta qualidade e cobertura global da rede. Utiliza um conjunto de antenas em fase que focam o feixe na direção pretendida.

4. mmWave

Como já foi referido, o mmWave oferece uma largura de banda muito elevada e uma frequência que varia entre 17 GHz e 110 GHz. Sendo uma tecnologia de curto alcance, será sobretudo implantada em zonas densamente povoadas para suportar o máximo de utilizadores com a sua elevada velocidade e capacidade e atenuar as interferências.

5. Fatiamento da rede

A capacidade do 5G para suportar um grande número de utilizadores que acedem a diferentes serviços em simultâneo deve-se ao fracionamento da rede. O fatiamento da rede cria várias redes virtuais em cima de uma arquitetura física partilhada. Estas redes virtuais são então dedicadas a utilizadores, serviços, aplicações ou operadores específicos, dependendo dos seus requisitos.

6. Virtualização das funções de rede (NFV)

Permite que o software virtualizado em hardware commercial de prateleira substitua as funções de rede em dispositivos dedicados, como balanceadores de carga, routers e firewalls. A NFV simplifica as funções de rede e melhora a conceção da rede e a prestação de serviços. Permite que os fornecedores de serviços criem serviços que geram mais receitas e aumentam a produtividade.

7. Rede definida por software (SDN)

Permite à 5G conceber, gerir e controlar a rede de forma eficiente. A SDN separa o plano de controlo e o plano de encaminhamento da rede, permitindo assim que o controlo da rede seja programado diretamente. Por outras palavras, o plano de controlo deixa de estar ligado ao hardware da rede e o fluxo de dados pode ser controlado externamente através de uma entidade de software chamada controlador, localizada entre os dispositivos de rede e as aplicações.

Onde é que o 5G está a ser utilizado?

As três principais áreas de serviço do 5G incluem: IoT massiva melhoradabanda larga móvel e comunicações de missão crítica. A tecnologia 5G está a ser testada e implantada em muitos domínios para fornecer várias aplicações e melhorar o seu desempenho profissional. Algumas das aplicações caraterísticas do 5G são apresentadas de seguida:

1. Rede móvel de alta velocidade

O 5G proporcionará uma experiência excecional de alta velocidade com transmissão de áudio e vídeo em tempo real. Minimizará significativamente a latência até 1 ms, o que é muito importante para a condução autónoma e para aplicações de missão crítica. Desde a indústria transformadora à indústria naval, todas as áreas funcionarão eficientemente com a rede móvel 5G.

2. Internet das coisas (IoT)

A IoT irá evoluir com a ajuda do 5G, uma vez que este proporciona velocidade e capacidade super-rápidas a centenas e milhares de dispositivos para que possam comunicar entre si e manter-se sempre ligados. A IoT 5G irá melhorar a forma como as pessoas gerem as suas tarefas pessoais e profissionais lado a lado. Permitirá a ligação em rede industrial de alta velocidade, a transmissão de vídeo e a computação móvel. As indústrias que beneficiam da IoT 5G incluem a automóvel, os transportes, as cidades inteligentes, as fábricas inteligentes, a agricultura inteligente, os serviços públicos inteligentes, a rede inteligente, a agricultura, o retalho, a segurança, a vigilância e os cuidados de saúde.

3. Entretenimento e multimédia

O 5G proporcionará uma experiência de vídeo de ultra-alta definição a partir de qualquer lugar do mundo no seu dispositivo móvel. Os vídeos em 4K não demoram a ser descarregados e os eventos em direto são transmitidos em tempo real, uma vez que o 5G é capaz de fornecer 120 fotogramas por segundo e uma qualidade de vídeo de gama dinâmica superior (HDR) sem armazenamento em buffer.

Diferenças entre as gerações celulares anteriores e o 5G?

A rede celular 1G foi introduzida em 1984 com uma taxa de dados de 2,4 Kbps. Tratava-se de uma tecnologia de base analógica, apenas com serviço de voz básico. A rede 2G surgiu em 1990 com um débito de dados de 64 Kbps. Introduziu normas digitais e foi concebida para voz. Seguiu-se a rede 3G em 1998, com um débito de dados de 2 Mbps. Proporcionava aos utilizadores serviços de voz e de banda larga móvel, mas com uma qualidade de serviço degradada. A rede 5G oferece um débito de dados e uma capacidade muito superiores aos das gerações anteriores. A rede 4G chegou em 2011 com um débito de dados de 100 Mbps. Introduziu protocolos baseados no IP e serviços de banda larga de alta qualidade. Espera-se que a próxima era do 5G supere todas as gerações anteriores com o seu débito de dados super-rápido de 10-100 Gbps, latência extremamente baixa e elevada largura de banda.

Quão rápido é o 5G?

A velocidade do 5G recebida no utilizador final dependerá de vários factores, como a localização do utilizador, o dispositivo do utilizador e o número de utilizadores ligados à rede de cada vez. No entanto, uma coisa é garantida: a taxa de dados do 5G será significativamente superior à do 4G/4G LTE. O 4G suporta um débito de dados de pico de 150 Mbps e um débito de dados médio de 10 Mbps. O 4G LTE suporta uma taxa de dados de pico entre 300 Mbps e 1 Gbps e uma taxa de dados média entre 15 Mbps e 50 Mbps. O 5G deverá suportar débitos de dados de pico até 20 Gbps e débitos de dados médios superiores a 100 Mbps. Isto significa que o 5G será, pelo menos, 100 vezes mais rápido do que a tecnologia 4G LTE. No entanto, estas são as taxas de dados teóricas da rede 5G. As taxas de dados reais serão diferentes consoante o crescimento e o tipo de rede 5G. De acordo com o relatório analítico da Ookla recolhido no segundo trimestre de 2022, a velocidade de download 5G nos EUA foi de 187,33 Mbps alcançada pela T-Mobile, estando no topo. A Verizon Wireless é a segunda com velocidade de download de 113.52 Mbps e a AT&T é a terceira com 71.54 Mbps. Assim, espera-se que o 5G demore algum tempo a atingir taxas de pico tão elevadas, uma vez que está atualmente na sua fase inicial de implantação.

O 5G já está disponível?

Embora a implantação inicial do 5G já tenha começado em muitos países desenvolvidos, incluindo a Coreia do Sul, a China, o Japão, a Europa e os EUA, a sua implantação comercial completa está prevista para 2025, com 3,6 mil milhões de ligações 5G. A China e os EUA estão a avançar para a implantação do 5G a um ritmo muito mais elevado do que outros países.

Conclusão

O 5G promete revolucionar o mundo das comunicações com a sua conetividade de alta velocidade e tecnologias inovadoras nunca antes experimentadas. Aproximará muito mais as pessoas umas das outras e mudará a metodologia de trabalho de todos os sectores, tornando-os mais eficientes e produtivos.