As novas tecnologias muitas vezes seguem o clássico ciclo de hype do Gartner, progredindo da inovação inicial ao entusiasmo excessivo e à desilusão, ao esclarecimento e à eventual produtividade. 5G não é exceção. À medida que as manchetes ousadas e o entusiasmo em torno do 5G dão lugar à realidade prática, tanto os defensores como os críticos concordam que uma série de questões técnicas devem ser resolvidas antes que o 5G atinja o seu pleno potencial. As redes 5G baseadas em frequências de ondas milimétricas (mmWave) na faixa de 24 GHz a 40 GHz são as mais promissoras para conectividade sem fio de alta largura de banda e baixa latência. No entanto, mmWave tecnologia também apresenta desafios significativos de propagação de RF e obstáculos à implantação de redes 5G super-rápidas em escala que os projetistas precisam enfrentar para desbloquear o potencial do 5G em todos os lugares.
Transformação 5G: redes sem fio com velocidades semelhantes às da fibra
A evolução do celular não tem fim: mensagens de texto habilitadas para 2G, 3G trouxe conectividade à internet móvel e 4G introduziu streaming de vídeo móvel. 5G New Radio, a quinta geração de tecnologia celular, está prestes a suceder ao 4G LTE de hoje, oferecendo taxas de dados de pico 100 vezes mais rápidas do que 4G, junto com largura de banda dramaticamente maior, menor latência, maior disponibilidade e cobertura mais consistente.
O 5G será um catalisador para a inovação em como vivemos, trabalhamos e nos conectamos, transformando setores e melhorando nossas vidas de maneiras que ainda não imaginamos. Assim como a proliferação de comunicações de fibra de alta velocidade revolucionou a Internet, as redes 5G irão sobrecarregar a conectividade móvel em todos os lugares. Velocidades 5G semelhantes às de fibra com disponibilidade de espectro de 10x irão confundir os limites entre o acesso com e sem fio em nossas casas, escritórios, fábricas e paisagens urbanas.
Os aplicativos que se beneficiam do desempenho incomparável do 5G incluem veículos totalmente autônomos, comunicações de veículo a veículo, edifícios e cidades inteligentes, telemedicina, robótica médica, realidade virtual e aumentada, serviços móveis baseados em nuvem. Um aumento exponencial em dispositivos conectados para a Internet das coisas e fábricas inteligentes de IoT industriais, armazéns e arenas esportivas estarão entre os primeiros a se beneficiarem de redes 5G privadas.
mmWave: a tecnologia 5G que todos desejamos
Assim como existem vários sabores de Wi-Fi e tecnologias sem fio Bluetooth com recursos e níveis de desempenho variados, as operadoras móveis estão lançando vários tipos de 5G com diferenças significativas em velocidades e latência com base no espectro utilizado.
Existem dois tipos principais de redes 5G:
- As redes super-rápidas mmWave 5G são baseadas em bandas de frequência ultra-alta que variam de 24 GHz a 40 GHz e ainda mais, proporcionando o desempenho extremamente rápido, largura de banda ampla e “fator surpreendente” que a maioria das pessoas espera do 5G. Esta é a faixa de frequência 5G que permite filmes completos em segundos, em vez de minutos.
- Redes 6G abaixo de 5 GHz - o que a maioria das pessoas está experimentando atualmente em seu serviço 5G - suportam bandas de frequência média e baixa abaixo de 6 GHz. As bandas de baixa frequência têm menos de 1 GHz e as bandas médias variam de 3.4 GHz a 6 GHz.
Compreender as diferenças entre cada tipo de tecnologia 5G é crucial para enfrentar os desafios de implantação e atender às expectativas do usuário final quanto à largura de banda e latência. O tipo de 5G que a maioria dos usuários está recebendo hoje em seus smartphones não é o 5G multi-gigabit ultrarrápido que eles esperam imediatamente.
As redes 4G LTE são dramaticamente mais lentas do que as redes mmWave 5G, com velocidades de download 4G variando de cerca de 35 Mbits / s a mais de 50 Mbits / s. O mmWave pode fornecer velocidades de até 5 Gbits / s, consideravelmente mais rápido do que o que é possível com 4G LTE. As velocidades de rede 6G abaixo de 5 GHz estão entre as velocidades mmWave e LTE. Embora as redes abaixo de 6 GHz superem o 4G LTE em termos de taxa de transferência, latência e largura de banda, elas ficam aquém do desempenho do mmWave.
A maioria dos consumidores e usuários corporativos não pagará o prêmio para mudar de 4G para 5G, a menos que vejam melhorias dramáticas nas taxas de dados, latência e largura de banda. mmWave é a única forma de tecnologia 5G que oferece uma experiência de usuário visivelmente superior. É o 5G que todos queremos.
Lançamento do mmWave 5G: desafios e oportunidades
O enorme potencial da tecnologia mmWave traz grandes desafios. As velocidades de rede mmWave do mundo real variam muito, dependendo do alcance, dos bloqueadores de sinal e da proximidade da torre 5G ou célula pequena mais próxima. Embora as redes mmWave 5G sejam ultrarrápidas, elas também são de alcance muito curto. Para receber sinais mmWave, os usuários devem estar dentro de um bloco ou dois de uma torre 5G sem obstruções de linha de visão (LOS). Sinais de onda mm de alta frequência são facilmente bloqueados por edifícios, paredes, janelas e folhagens, reduzindo ainda mais o alcance 5G disponível (Figura 1) Para otimizar a cobertura, as operadoras precisam instalar várias pequenas células em altas densidades, aumentando o custo de implantação de redes mmWave em escala.
Figura 1: Os desafios do provedor de serviços para implantações rápidas de 5G mmWave incluem alcance de sinal limitado, requisitos de linha de visão, penetração de prédios insatisfatória e cobertura e conectividade. (Fonte: Movandi) Clique para ampliá-la.
Por causa de sua cobertura e limitações de LOS, a tecnologia mmWave é mais adequada para ambientes urbanos densos. Devido à sua limitação de alcance, o mmWave não é uma escolha prática para áreas suburbanas e rurais, que são melhor atendidas por redes 4G LTE e sub-6 GHz 5G mais acessíveis e mais acessíveis. A implantação generalizada de redes mmWave 5G exigirá uma extensa instalação subterrânea de cabos de fibra. Até que isso aconteça, as operadoras continuarão a contar com a infraestrutura de rede existente enquanto o mercado faz a transição para 5G. Além disso, os smartphones de hoje não suportam todos os tipos de 5G. No entanto, espera-se que a Apple e a Samsung lancem novos smartphones habilitados para 5G em um futuro próximo.
Embora o alcance, a propagação do sinal e as limitações de LOS sejam o "calcanhar de Aquiles" da mmWave, tecnologias avançadas, como matrizes massivas de múltiplas entradas e múltiplas saídas, antenas miniaturizadas, formação de feixes adaptáveis e repetidores ativos inteligentes podem enfrentar esses desafios com eficácia.
Repetidores ativos inteligentes resolvem os desafios de propagação de sinal 5G amplificando sinais mmWave e estendendo o alcance e a cobertura de redes baseadas em mmWave em ambientes externos e dentro de edifícios. Os repetidores ativos funcionam aumentando os sinais do mmWave, permitindo que eles penetrem nas paredes e outros bloqueadores e se curvem em torno dos edifícios para superar os problemas de LOS sem a necessidade de projetos de antena volumosos ou backhaul de fibra caroFigura 2).
Quando implantado dentro de um edifício, um repetidor inteligente amplifica um sinal de feixe fraco e pode iluminar uma sala inteira, melhorando as experiências de conectividade do usuário final e do aplicativo. O uso generalizado de repetidores ativos em redes 5G permite aos provedores de serviço lançar serviços 5G mmWave internos, externos e móveis aprimorados com custos 50% mais baixos.
Figura 2: Soluções como os repetidores ativos baseados em BeamX da Movandi podem aumentar a cobertura de estações base mmWave em 90% por menos de 40% do custo capex. (Fonte: Movandi) Clique para ampliá-la.
Todas as principais operadoras nos Estados Unidos estão testando redes mmWave, oferecendo disponibilidade nas principais cidades e bairros selecionados. Atualmente, o 6G sub-5 GHz está mais amplamente disponível do que o mmWave, com as principais operadoras lançando redes 5G de baixa frequência para muitos clientes em áreas urbanas.
As operadoras Tier 1 estão migrando para a tecnologia mmWave para atender aos requisitos de capacidade de rede, já que a demanda do cliente deve exceder a capacidade abaixo de 6 GHz até 2023, com várias operadoras já implantando redes 5G baseadas em mmWave. Enquanto os críticos do mmWave argumentam que as redes sub-6-GHz oferecem melhor cobertura do que o mmWave e requerem menos nós de rádio de próxima geração (gNBs), o espectro limitado sub-6-GHz eventualmente exigirá a implantação de mais gNBs. Além disso, o mmWave de alta largura de banda ajudará a aliviar o crescente congestionamento da rede em áreas urbanas congestionadas, como arenas esportivas, salas de concertos e aeroportos.
Enquanto a transição para as redes 5G está em andamento, ainda há um longo caminho a seguir até que o 5G substitua o 4G LTE, concretizando a promessa de velocidades ultra-rápidas de mmWave e baixa latência. A tecnologia mmWave é a chave para desbloquear o potencial do 5G. Para atingir os objetivos ambiciosos da 5G de baixa latência, alta largura de banda, velocidades mais rápidas e ampla cobertura, as principais operadoras e provedores de soluções mmWave estão trabalhando juntos para superar esses desafios fundamentais.