Tecnologia de rede 5G

Você deve ter ouvido falar muito sobre a tecnologia de rede 5G e todas as maravilhas que ela promete, certo? Mas o que é exatamente a 5G?

Atualmente, o "hype" em torno de 5G é extremamente alto, pois temos grandes fabricantes como Ericsson, Nokia e Huawei fazendo esforços significativos para apresentar suas soluções e garantir contratos com as operadoras para lançar as primeiras redes e comunicados de imprensa.

Existem de fato muitos benefícios para a rede 5G: desde velocidades de acesso Gigabit, latência na região de 1ms, virtualização ou "fatiamento" da infraestrutura da rede, para oferecer níveis de serviço diferenciados por aplicação e uso.

Além de uma infinidade de aplicações incomuns em relação ao modelo básico atual de Voz + Dados, tais como a densificação da fibra óptica, novas tecnologias de rádio, e o já famoso NFV.

O que esperar do futuro da 5G?

Esta é outra oportunidade para a indústria de telecomunicações tentar se reinventar. A promessa é de um rearranjo completo dos serviços móveis e da infraestrutura de banda larga desta vez.

O que chamamos hoje de 5G é um crescente excesso de tecnologias que estão sendo adicionadas e relacionadas pelo 3GPP (3rd Generation Partnership Project) nas novas versões "Release 15" e "Release 16" de sua padronização.

Esta padronização visa permitir que as operadoras móveis utilizem tecnologias modernas para melhorar efetivamente seus produtos, expandindo a cobertura geográfica, velocidades e recursos disponíveis para os clientes. E mais do que isso, serve a uma nova geração de aplicações como IoT e M2M, entre outras.

As operadoras móveis esperam que com esta tecnologia possam enfrentar o crescente uso da banda larga com FTTH + Wi-Fi, que vem aumentando a um ritmo acelerado e tomando parte do mercado antes ocupado por elas.

Quais novos serviços seriam introduzidos com 5G?

Os operadores de rede planejam incluir uma gama de novos serviços em seus produtos 5G, para recuperar a margem que vem diminuindo nos últimos anos e expandir mercados novos e anteriormente inexplorados. Estes são alguns dos serviços:

Banda larga móvel: Conexão de banda larga de alta velocidade, com capacidade de 1 Gigabit por segundo ou melhor, utilizando uma nova rede de antenas geograficamente distribuídas próximas ao usuário final.

Computação distribuída: Também conhecida como computação de borda, ela oferece a possibilidade de distribuir a capacidade de computação para a borda da rede, com um alcance próximo ao assinante, seja ele um cliente ou uma rede de sensores. Em comparação com os serviços cloud centralizados, a latência é radicalmente menor.

Serviços M2M: Máquinas de conexão com características de baixa latência e baixa largura de banda, tais como robôs, sensores e IoT.

é necessária uma nova infraestrutura para uma rede 5G?

Como dito anteriormente, 5G é um conjunto de tecnologias modernas e uma arquitetura de rede nova, mais eficiente e distribuída. Os principais requisitos dessas tecnologias modernas são:

Eficiência energética: Talvez este seja o principal bloqueio para o crescimento das redes de telecomunicações, tanto fixas como móveis. Os esforços de pesquisa e desenvolvimento da indústria de Telecom asseguram evoluções significativas no uso de energia e visam a uma redução efetiva dos custos de refrigeração, que hoje é um dos custos operacionais mais críticos para as operadoras.

Eficiência Espectral: Fazendo melhor uso das frequências atualmente disponíveis e utilizando novas bandas desocupadas, permitindo a agregação de espectro para alcance e velocidade superiores. A este respeito, os governos desempenham um papel crucial na avaliação de novos leilões e reutilização do espectro.

O que é o fatiamento da rede em 5G?

Com 5G, os operadores podem "fatiar" sua infraestrutura de rede para permitir um nível de serviço diferenciado para cada aplicação, sem incorrer nos custos de construção de redes separadas, fazendo uso de cada "fatia" separadamente para serviços como, por exemplo:

Banda larga móvel:Também conhecido como eMBB (Enhanced Mobile Broadband), destinado a servir uma área metropolitana com altas velocidades, como 1 Gigabit por segundo em regiões de alta densidade e 300 Megabits por segundo ou melhor em locais remotos.

Para atender a este requisito, novas antenas de altíssima frequência, conhecidas como mmWave (onda milimétrica), serão instaladas em ambientes como casas, escritórios, postes de iluminação, topos de edifícios, torres e até ônibus públicos.

Como cada antena cobre uma área muito restrita, serão necessárias dezenas ou centenas delas para cobrir uma área metropolitana densamente povoada. E para regiões rurais ou menos densas, serão usadas frequências com alcance e cobertura superiores, limitando as velocidades a algo entre 100 e 300 Mbps.

M2M: An A aplicação que não está difundida hoje em dia, mas que tende a crescer é a comunicação máquina-a-máquina (M2M), também conhecida como a Internet das Coisas (IoT). Estas aplicações exigem um nível de serviço diferenciado e não são como a banda larga móvel.

As aplicações M2M e IoT funcionariam melhor com as tecnologias de segunda geração (2G). Entretanto, o foco das operadoras mudou com o crescimento da banda larga, e serviços que exigiam pouca largura de banda não apareceram em seus radares.

Com 5G, estas aplicações recuperam a atenção e serão apresentadas como uma "fatia" da infraestrutura com serviços que permitem uma latência abaixo de 10ms e velocidades entre 64 e 128 kilobits por segundo (comum em tempos de internet discada).

Latência ultra-baixa:Conhecida como ULL (Ultra-low latency), esta "fatia" pretende atender serviços que exigem um nível proeminente de confiabilidade e exigem comunicação próxima entre os terminais e os Data Centers.

Que soluções traz a arquitetura 5G RAN?

Com a implementação de tecnologias modernas e a necessidade de dimensionar o modelo atual, já surgiram desafios desconhecidos, e algumas soluções começaram a ser desenvolvidas, como por exemplo:

Custo da infraestrutura: Um dos maiores obstáculos à expansão da rede dos operadores é o custo da refrigeração e da energia elétrica para manter uma extensa infraestrutura de antenas distribuídas.

Para o desenvolvimento da 5G, os operadores precisam de um novo modelo de expansão de rede, que permita novas antenas sem os altos custos atuais de energia e resfriamento.

Fronthaul: C-RAN (Cloud Radio Access Network) é uma nova solução para os custos de infraestrutura. É uma nova arquitetura Fronthaul para redes móveis, proposta em 2010 pela China Mobile, que pretende modificar a forma como as estações rádio-base são implantadas.

Na arquitetura C-RAN, tecnologias como CWDM/DWDM, NFV e interface CPRI são utilizadas, permitindo uma transmissão de longa distância do sinal da estação base para as antenas, permitindo assim a centralização das estações e a manutenção das antenas de forma distribuída.

Um dos pontos fortes desta arquitetura é que ela otimiza as unidades base (BBU) que normalmente são instaladas na base das torres e antenas, freqüentemente conectadas por cabos de cobre de baixa eficiência.

Na arquitetura planejada, a BBU é centralizada e consegue atender a dezenas de antenas distribuídas a partir de um único ponto porque, com o uso da virtualização (NFV), é possível acelerar a implantação de novas BBUs na borda data center, que pode estar a até 30 km de distância das antenas.

Para interligar esses 30 km, aparecem as fibras ópticas!

Na arquitetura futura das redes 5G, a densificação das fibras ópticas é o principal fator para uma melhor qualidade e cobertura. É possível atender uma alta capacidade para cada antena com baixo custo e economia de energia com a fibra. E se necessário, é possível multiplexar vários canais na mesma fibra utilizando tecnologias como CWDM/DWDM ou mesmo GPON.

Otimização do resfriamento: Ao aplicar o conceito C-RAN, torna-se possível eliminar todos os equipamentos na base de uma estação móvel. Isto elimina a fonte primária de dissipação de calor, permitindo que o restante do equipamento seja resfriado passivamente - exatamente, resfriado ao ar livre! Com a eliminação do ar condicionado, o custo da eletricidade é reduzido drasticamente e mais - a infraestrutura ocupa menos espaço, e os custos de aluguel podem ser reduzidos.

Como a Edge Computing irá se beneficiar da tecnologia 5G?

A computação de borda, ou computação distribuída, define a arquitetura que amplia a capacidade de computação e o armazenamento cloud para as camadas de acesso da rede.

E o sucesso da tecnologia 5G está ligado a esta nova classe de Data Centers, pois é nestes que as BBUs Fronthaul serão hospedadas e o poder computacional será distribuído em servidores que podem realizar muitas funções, tais como distribuição e gerenciamento de conteúdo local para redes.

As operadoras podem desenvolver uma nova linha de negócios para explorar essa oportunidade. No entanto, empresas menores e startups também estão investindo no "Edge", e essas empresas terão à sua disposição uma grande quantidade de poder de computação distribuída e uma latência infinitamente menor do que os data centers centralizados "cloud".

E a Ultra-Broadband 5G?

Todos os estudos recentes apontam para o crescimento exponencial do consumo de dados em dispositivos móveis. E para o 5G, a palavra mobile não significa necessariamente o smartphone como conhecemos.

A tecnologia 5G deve se estender a muitos dispositivos e não apenas aos smartphones. Robôs industriais, carros, máquinas e sensores são algumas das possibilidades e cada um desses dispositivos terá um requisito de comunicação distinto.

Alguns exigirão altas velocidades, outros exigirão o uso prolongado da bateria e outros exigirão baixa latência. Portanto, não há apenas um cenário, e as redes terão que se adaptar a vários dispositivos e requisitos.

Para atender a demanda por banda larga, a 5G também utilizará frequências extremamente altas - conhecidas como mmWave - que operam na faixa de 24Ghz a 100Ghz. Estas faixas de frequência permitem velocidades 100 vezes maiores do que as utilizadas atualmente em 4G LTE, mas com uma faixa muito menor, e um problema a ser resolvido é a "interferência humana", pois a faixa de frequência mmWave é sensível à interferência ou mesmo ao bloqueio quando em contato com um rosto, um corpo, ou a palma de sua mão.

Este efeito já é conhecido pelos pesquisadores, e tecnologias como a formação de feixes estão sendo estudadas para tornar a transmissão para dispositivos menores mais eficiente.

O 5G será um grande negócio?

Vivemos um momento crítico para o mercado de telecomunicações, onde novos vencedores e novos mercados serão definidos.

A tecnologia 5G é uma grande aposta para a indústria. Esta chance exigirá uma soma notavelmente alta de investimentos, e apenas aumentar a velocidade de conexão de dados nos smartphones não será justificação suficiente para este esforço.

A verdade é que o aumento da velocidade é um lado do benefício da tecnologia e será alavancado pelos operadores, mas a verdadeira razão para esta nova onda de investimentos é muito mais do que isso, estamos experimentando isso com 5G.