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5G: O que é 5G, suas características e aplicações

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O século XXI é o século “conectado”; a tecnologia de comunicação sem fio avançou em ritmo acelerado nos anos seguintes como resultado de pesquisas e invenções. Após o surgimento da tecnologia móvel sem fio 4G, pesquisadores e indústrias de operadoras móveis começaram a analisar o progresso tecnológico em direção à tecnologia de comunicação 5G devido a certas necessidades principais, como o aumento de taxas de dados, aumento da capacidade, latência reduzida e QoS (Qualidade de Serviço) aprimorada.

A tecnologia sem fio de quinta geração (5G), que inclui tecnologias de acesso aprimoradas, como BDMA (Beam Division Multiple Access) e FBMC (Filter Bank Multi-Carrier Multiple Access), substituirá facilmente a tecnologia sem fio de quarta geração (4G). O 5G não será apenas mais rápido que o 4G atual, mas também terá o potencial de revolucionar outros setores, como manufatura, automotivo, saúde e energia. Ele permitirá a transição da conectividade com fio para a sem fio em uma ampla variedade de ambientes industriais. Este artigo explica o 5G, seus recursos e aplicações.

O que é 5G e suas capacidades

A tecnologia 5G significa Quinta Geração, que é a próxima (atual) geração de tecnologia de rede sem fio, projetada para ampliar o alcance da tecnologia móvel além das capacidades do LTE. É a versão mais recente da tecnologia celular. O 5G se distingue por três características principais: velocidades maiores, menor latência e a capacidade de conectar vários dispositivos ao mesmo tempo. Devido à maior largura de banda acessível e à nova tecnologia de antena, o 5G permite um aumento significativo nas quantidades de dados enviados por meio de sistemas sem fio. A tecnologia mmWave (onda milimétrica) alimenta essas redes 5G.

A tecnologia 5G mudará a forma como os telefones celulares são usados em áreas com largura de banda muito alta, como 1 Gbps ou mais. As pessoas encontrarão níveis sem precedentes de volume de chamadas e transmissão de dados quando o 5G for enviado por um dispositivo habilitado para VoIP. A tecnologia 5G fornecerá serviços como redes onipresentes, gerenciamento de recursos de rádio, sistemas de estação de plataforma estratosférica de alta altitude (HAPS) e assim por diante.

A tecnologia sem fio 5G é um avanço significativo em relação às gerações anteriores. Ele resolve todas as desvantagens anteriores, como falta de cobertura, falta de desempenho nas bordas das células e chamadas perdidas. O 5G promete melhor cobertura e conectividade.

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Figura 1: Tabela de comparação de todas as gerações: 1G, 2G. 3G, 4G e 5G.

Como funciona o 5G

A introdução da tecnologia 5G resultou em avanços no design de rede. O 5G New Radio, aclamado como o padrão mundial para uma melhor interface aérea sem fio 5G, inclui espectros que anteriormente não eram utilizados em 4G. Tecnologias massivas MIMO (entradas múltiplas, saídas múltiplas) são usadas para as novas antenas, permitindo que muitos receptores e transmissores enviem grandes quantidades de dados ao mesmo tempo.

No entanto, a tecnologia 5G não se limita ao New Radio. Ele fortalece uma rede convergente e heterogênea que combina tecnologias sem fio não licenciadas e licenciadas. Isso aumenta o nível de largura de banda disponível para os usuários.

O 5G aprimora as experiências digitais por meio da automação auxiliada pelo aprendizado de máquina (ML). A exigência de tempos de resposta em frações de segundo (por exemplo, veículos autônomos) leva as redes 5G a criar automação com ML e, a longo prazo, inteligência artificial (IA) e aprendizado profundo (DL). O gerenciamento ativo e o provisionamento automatizado de serviços e tráfego melhoram a experiência conectada ao mesmo tempo que reduzem as despesas de infraestrutura.

Tecnologias e técnicas 5G

Diversas tecnologias e abordagens foram desenvolvidas considerando a utilização dos padrões 5G. Com essas novas abordagens e tecnologias, o 5G poderá fornecer um serviço dinâmico e flexível. Entre as tecnologias que estão sendo desenvolvidas para o 5G estão:

Comunicações de ondas milimétricas

Estes usam frequências que são consideravelmente mais altas na faixa de frequência. Ele permite o uso de vários novos espectros, bem como uma ampla largura de banda de canal de até 2 GHz. Isso, no entanto, apresenta problemas adicionais para o desenvolvimento de aparelhos, uma vez que as frequências e larguras de banda máximas são tipicamente cerca de 2 GHz e 10 – 20 MHz, respectivamente. Frequências acima de 50 GHz oferecem desafios difíceis para o 5G em termos de projeto de circuito, tecnologia e uso do sistema, pois essas frequências não atravessam longas distâncias. Eles são completamente absorvidos pelos obstáculos. Países distintos alocam diferentes espectros para 5G.

Formas de onda

Novas formas de onda despertaram muito interesse. OFDM é usado com sucesso em 4G LTE e vários sistemas de alta taxa de dados. No entanto, sofre de limitações em algumas circunstâncias. Os outros formatos de forma de onda discutidos incluem GFDM, Multiportadora Filtrada Universal, Multiportadora de Banco de Filtros, UFMC, Multiplexação por Divisão de Frequência Generalizada e FBMC. Uma forma de onda perfeita não existe. O OFDMA encontra uso, pois traz um desempenho geral superior sem depender muito do poder de processamento.

Múltiplos Acessos

Vários novos planos de acesso estão sob investigação para a tecnologia 5G. A lista de técnicas em consideração inclui OFDMA, IDMA, SCMA, NOMA, MUSA e PDMA. O formato mais provável, no entanto, é OFDMA.

MIMO maciço com direção de feixe

Embora o MIMO seja usado em uma variedade de aplicações de LTE a Wi-Fi, as antenas são bastante limitadas. O uso de frequências de micro-ondas possibilita o uso de múltiplas antenas em um único equipamento devido ao seu tamanho e o espaçamento em termos de comprimento de onda. Tal arranjo permitiria que vigas fossem pilotadas para oferecer desempenho superior.

Redes densas

A redução do tamanho da célula contribui para um melhor uso efetivo geral desse espectro disponível. Técnicas devem ser adotadas para garantir que células minúsculas presentes dentro da macro-rede e posteriormente implantadas como femtocells funcionem conforme o planejado. Desafios consideráveis são encontrados durante a adição de células extras a uma rede, e métodos estão sendo criados para evitar tal possibilidade.

Aplicações/uso do 5G

O objetivo da tecnologia 5G é permitir novos tipos de aplicações. Não é apenas uma atualização evolucionária para a geração anterior de celular, mas uma tecnologia inovadora que visa eliminar os limites de acesso, capacidade, desempenho e latência na conectividade globalmente. Conforme ilustrado na imagem abaixo, os três principais casos de uso do 5G são: Banda Larga Móvel Aprimorada, Comunicação Massiva do Tipo Máquina e Comunicação de Baixa Latência Ultra Confiável.

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Figura 2: Uso do 5G

Banda Larga Móvel Aprimorada (eMBB)

O crescimento do eMBB espelha o da banda larga móvel contemporânea, permitindo maiores quantidades de dados e uma melhor experiência do usuário. Um excelente exemplo é o suporte de taxas de dados de usuário final mais altas.

Aplicações típicas de eMBB

  • Vídeo UHD (4K, 8K) e Vídeo 3D
  • Internet tátil, jogos em nuvem e quiosques de banda larga
  • Sala de aula remota, holograma
  • Realidade Virtual (VR) e Realidade Aumentada (AR)
  • Simulação e treinamento em tempo real

Comunicação Massiva do Tipo de Máquina (mMTC)

O mMTC refere-se a serviços com uma grande população de dispositivos, como sensores remotos, dispositivos de monitoramento de equipamentos e atuadores. O baixo custo do dispositivo e o uso eficiente de energia do dispositivo são dois requisitos para esses serviços. Isso permite uma maior duração da bateria nos dispositivos, que pode durar vários anos. Cada dispositivo apenas recebe e gera uma quantidade limitada de dados. Como resultado, o suporte para altas taxas de dados tornou-se menos importante neste contexto.

Aplicações típicas de mMTC

  • Casa inteligente
  • Cidade inteligente

Comunicação de baixa latência ultra-confiável (URLLC)

Os serviços URLLC precisam de latência extremamente baixa e alta confiabilidade. Exemplos incluem segurança no trânsito, automação de fábrica e controle automático.

Aplicações URLLC típicos

  • Automação industrial
  • Veículos autônomos
  • Saúde eletrônica
  • Ambientes perigosos
  • Missões de resgate
  • Comunicação veicular
  • Drones

Na era 5G de hoje, os setores automotivo e de transporte estão avançando em direção a sistemas de transporte inteligentes (ITS), que fornecerão vários benefícios, como segurança aprimorada, congestionamento de tráfego reduzido, consumo ideal de combustível e impacto ambiental positivo. A comunicação V2X é um facilitador essencial dos sistemas ITS emergentes, permitindo que os veículos se comuniquem entre si, pedestres, infraestrutura rodoviária e internet.

Contato da Newark no Brasil

Para mais informações e adquirir componentes contate a LATeRe , representante da Newark, pelo Telefone (11) 4066-9400 ou e-mail: [email protected] 

* Texto originalmente publicado em: link

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