1. Objetivo
Estamos testemunhando o aparecimento de uma nova geração de telecomunicações celulares, que promete revolucionar tudo o que conhecemos em termos de oferecimento de serviços e de experiência pessoal. Ela irá permitir finalmente a integração em altíssima qualidade dos serviços de voz, vídeo, jogos, streaming, conteúdo 4K/8K, tudo disponível em qualquer lugar a qualquer hora. Também irá permitir a criação dos serviços conhecidos como smart cities, direção autônoma de veículos, medicina remota e muitos outros.
Esse artigo se destina a descrever as tecnologias envolvidas na criação dessa nova geração de redes celulares, conhecida como 5G. Também se propõe a mostrar o status da implementação comercial, considerando seus componentes principais: as redes, os smartphones e seus componentes internos.
Tudo isso objetiva dar ao leitor uma visão global dessas novas tecnologias e dos impactos que terão em nossas vidas.
2. Histórico das Redes Celulares
Desde o primeiro telefone celular, apresentado em 1973 por uma equipe liderada por Martin Cooper, usando um Motorola DynaTAC 8000, o setor de telecomunicações móveis mudou bastante em apenas algumas décadas. Saltamos quatro gerações desde a década de 80.
A Fig. 1 abaixo mostra as gerações da telefonia móvel celular, com as características de cada uma delas:
diferentes gerações da telefonia móvel celular
Agora, o mercado está pronto para entrar na quinta geração, que promete de 100 a 1000 vezes a velocidade do atual 4G LTE. Mas o 5G não será um substituto imediato para as redes 4G. Quando os dispositivos estiverem conectados à rede, 4G e 5G coexistirão para fornecer uma cobertura mais ampla e facilitar o uso de novas tecnologias na rede. Haverá integração entre 4G e 5G, com a versão inicial do 5G no chamado modo não-autônomo (NSA – non standalone), onde a rede 5G contará com a rede 4G para chamadas de voz e mensagens.
A especificação técnica do 3GPP também suporta o modo standalone (SA), onde a rede 5G opera sozinha. Mas a expectativa é de que as tecnologias 4G, 5G e até mesmo a convergência com WiFi continuarão a funcionar em conjunto por um longo tempo. Essas diferentes opções de redes estão descritas em detalhes nesse documento.
3. Casos de Uso e Aplicações do 5G
A 5ª geração de telefonia móvel celular poderá teoricamente oferecer velocidades de centenas de vezes a velocidade do atual 4G LTE. Poderemos ter velocidades de 20 Gbit/s, com centenas de Mbit/s na borda das células. Além de downloads mais rápidos, as redes 5G fornecerão a baixa latência necessária para uso de aplicativos de realidade virtual e direção autônoma, as quais são extremamente exigentes em termos de latência.
Para as redes 5G foram definidos alguns requisitos essenciais:
- BW máx 20 Gbps DL / 10 Gbps UL;
- Delay máximo de 1 milissegundo;
- Até 1 milhão de dispositivos conectados por quilômetro quadrado;
- Disponibilidade de 99.999%;
- Até 90% de redução no uso de energia na rede;
- Até 10 anos de vida útil das baterias dos dispositivos de baixa potência IoT;
- Volume de tráfego total de 1 Tbit/s por quilômetro quadrado;
- Mobilidade de até 500 km/h em trens de alta velocidade e até 1000 km/h em aviões.
Mas as coisas irão evoluir aos poucos. Antes do 4G LTE ser realmente implementado, a indústria anunciava velocidades de download de até 300 Mbit/s. Quando o LTE foi lançado, as velocidades reais eram em média de apenas 5 a 12 Mbit/s (e de 2 a 5 Mbit/s para uploads).
Os requisitos acima estarão associados a diferentes tipos de serviços e aplicações, cada qual com suas exigências próprias de largura de banda, disponibilidade e latência, como será descrito mais à frente nesse documento.
3.1. Serviços e Aplicações
Os serviços e aplicações típicas possibilitadas por redes 5G incluem:
- Internet móvel ultrarrápida;
- Download e streaming de conteúdo multimídia HD/4K/8K;
- Aplicações em grande escala da chamada Internet das Coisas (IoT);
- Aplicações de Missão Crítica, como Medicina Remota e Direção Autônoma e Assistida;
- Automação Industrial e Monitoramento real-time;
- Tecnologias de Smart Sensor para Agricultura;
- Gerenciamento de Inventário em warehouses;
- Aplicações do tipo Smart city.
3.2. Casos de Uso
Foram definidos três grandes grupos de casos de uso associados às novas redes 5G. Cada um desses grupos terá um conjunto de aplicações e serviços, compartilhando os mesmos requisitos de largura de banda, disponibilidade e latência. Os conjuntos de casos de uso são:
- Enhanced Mobile Broadband – eMBB;
- Massive Machine Type Communications – mMTC;
- Ultra Reliable Low Latency Communications – URLLC.
A Fig. 2 mostra os três grandes grupos de Casos de Uso associados às redes 5G:
Casos de Uso típicos das redes com tecnologias 5G
Enhanced mobile broadband – eMBB:
É um dos três casos de uso do 5G definidos pelo 3GPP, abrangendo serviços e aplicações que exigem altas taxas de dados em uma ampla área de cobertura:
- Altas taxas, baixa/média mobilidade, baixo delay;
- 1st wave do 5G – eMBB @ 3.5GHz será a primeira aplicação comercial de 5G;
- Download e streaming de conteúdo multimídia HD/4K/8K;
- AR/VR/Online Games – baixo delay faz com que essas aplicações funcionem de modo mais suave, com menos atraso entre a máquina e o usuário;
- 360-degree video-streaming.
Massive Machine Type Communications – mMTC:
Outro grupo de casos de uso para aplicações que precisam suportar um número muito grande de dispositivos em uma área pequena, capazes de enviar dados esporadicamente, como na Internet das Coisas (IoT):
- Alta cobertura, baixa mobilidade, baixas taxas;
- Aplicações em grande escala de IoT;
- Gerenciamento Automatizado de Inventário em industrial warehouses;
- Tecnologias de Smart Sensor para Agricultura;
- Aplicações do tipo Smart City (sensores de monitoramento);
- Seamless Smart Home – Amazon Alexa, Apple Siri e Google Assistant compatíveis;
Ultra Reliable Low Latency Communications (URLLC):
O terceiro grupo de casos de uso, com requisitos rigorosos de latência e confiabilidade, para aplicações de missão crítica:
- Baixo delay, alta disponibilidade;
- Medicina Remota;
- Direção Autônoma e Assistida;
- Automação Industrial real time;
- Drones & Robots.
3.2.1. eMBB em detalhes
Para permitir a implantação antecipada dos serviços de eMBB (considerados o principal atrativo comercial das novas redes), o grupo RAN do 3GPP antecipou o cronograma inicialmente aprovado e finalizou a variante 5G NR non-standalone (NSA) em Dezembro de 2017. O modo NSA usa a rede 4G existente, suplementada por portadoras 5G NR para aumentar as taxas de dados.
Dentro do grupo de casos de uso do eMBB, existem três atributos distintos que o 5G precisará entregar:
- Maior capacidade – o acesso em banda larga deverá estar disponível em áreas densamente povoadas, tanto em ambientes internos quanto externos, como centros urbanos, prédios comerciais ou estádios esportivos;
- Melhor conectividade – o acesso de banda larga deverá estar disponível em todos os lugares para fornecer uma experiência consistente ao usuário;
- Maior mobilidade – permitirá serviços de banda larga em veículos em movimento, incluindo carros, ônibus, trens e aviões.
Esses três atributos serão usados de modo diferenciado, dependendo das aplicações:
- Em um cenário de indoor hotspot, onde há muitos usuários – como por exemplo espectadores em um evento esportivo – haverá uma exigência de capacidade de tráfego muito alta para atender às necessidades de todos os usuários. Mas esses usuários ficarão estáticos ou se movendo lentamente, de modo que a exigência de mobilidade será baixa;
- Em contraste, o fornecimento de serviços de eMBB aos passageiros em um trem de alta velocidade exigirá um alto grau de mobilidade, mas com um volume de tráfego inferior que a de um hotspot;
Finalmente, a cobertura de uma área ampla exigirá um nível médio de mobilidade, com taxa de transferência de dados também médio. O principal critério aqui é uma cobertura perfeita.
Requisitos de banda e latência para os casos de uso 5G
Para cumprir com todos esses requisitos, espera-se que o 5G suporte:
- Capacidade de tráfego de 100 Mbit/s por m² em áreas de indoor hotspot;
- Taxas de transferência de dados de 1 Gbit/s, com taxas de pico de 10 Gbit/s;
- Volume de tráfego total de pelo menos 1 Tbit/s por km²;
- Alta mobilidade de até 500 km/h em trens de alta velocidade e até 1000 km/h em aviões.
Mas o eMBB não é apenas relativo ao consumo de conteúdo multimídia para fins de entretenimento. Ele também suportará usuários acessando aplicativos baseados na nuvem, funcionários remotos em campo que precisam se comunicar com o back office e até um escritório inteligente inteiro, onde todos os dispositivos serão conectados sem fio. Por fim, ele permitirá aplicativos imersivos de VR (virtual reality) e AR (augmented reality), reuniões virtuais com vídeo HD em 360º, interação em tempo real e até mesmo tradução em tempo real para participantes que falam diferentes idiomas.
Desse modo, o eMBB pode ser visto como a primeira fase do 5G, coberto pela especificação do 3GPP Release 15. O 5G Fase #2 vai além, e será especificado no 3GPP Release 16, a ser concluída em Junho de 2020.
4. Tecnologias associadas ao 5G
As redes 5G utilizam uma série de tecnologias, algumas das quais já existentes e já implementadas nas atuais redes 4G LTE. Esse conjunto de tecnologias vem sendo criado desde a especificação Release 8 da 3GPP, até a atual especificação Release 15. É uma série de tecnologias que se somam, e que são reaproveitadas na evolução das redes.
O 5G NR foi projetado para permitir o escalonamento da rede de forma eficiente pelos próximos 10 a 15 anos. Quaisquer melhorias futuras não afetarão a rede existente e melhorias de desempenho são possíveis.
De acordo com a especificação 3GPP Release 15, a primeira implementação de redes e dispositivos será classificada como non-standalone (NSA), ou seja, as redes 5G serão também suportadas pela infraestrutura 4G existente. Desse modo os dispositivos habilitados para 5G se conectarão às novas redes para melhores taxas de transferência de dados, mas ainda usarão a infraestrutura 4G LTE para tarefas que não sejam de dados, como chamadas de voz e mensagens. Diz-se nesse caso que a rede 5G será ancorada na rede 4G.
Segue abaixo um resumo das principais tecnologias que fazem possível a implantação das redes 5G, com suas exigências inéditas de velocidade, latência e disponibilidade.
4.1. Amplo uso de espectro
As redes 5G usam um conjunto ampliado de frequências, de modo a otimizar os diferentes tipos de implementações, de acordo com as necessidades de serviços descritas acima (casos de uso). Desse modo teremos implementações de redes utilizando faixas de frequências abaixo de 6 GHz (conhecidas como sub-6 ou FR1), e acima de 24 GHz (as chamadas mmWave ou FR2).
Desse modo teremos as seguintes configurações possíveis:
- Faixa de frequência 1 (<6 GHz): a FR1 se sobrepõe e estende as frequências 4G LTE, operando de 450 MHz a 6 G As bandas são numeradas de 1 a 255 e isso é comumente referido como NR sub-6 GHz.
A largura de banda máxima do canal definida para FR1 é 100 MHz. A partir do Release 10, o LTE já suporta agregação de portadora de 100 MHz (cinco canais de 20 MHz). O FR1 suporta um formato de modulação máximo de 256-QAM (LTE tem um máximo de 64-QAM). Ou seja, o 5G tem grandes melhorias de taxa em relação ao LTE nas bandas sub-6 GHz. No entanto, o LTE-Advanced já usa o 256-QAM, possivelmente eliminando ou diminuindo a vantagem do 5G no FR1.
- Faixa de frequência 2 (24-52 GHz): a FR2 opera em uma faixa alta de 24250 MHz (~ 24 GHz) a 52600 MHz (~ 52 GHz). As bandas são numeradas de 257 a 511, sendo conhecido como NR mmWave, mesmo que estritamente falando as frequências ‘milímetro’ comecem em 30 GHz.
A largura de banda máxima do canal definida para FR2 é de 400 MHz. A taxa máxima teórica nessa configuração é de aproximadamente 40 Gbit/s.
Porém há problemas à vista nessa faixa de frequências: as aplicações ao usuário nunca foram amplamente implantadas nessa escala de frequências. Além disso o modelo de negócios é muito menos compreendido (do que o sub-6 GHz). Muitos desafios técnicos ainda precisam ser resolvidos, como em relação às antenas, propagação (path loss), atenuação, consumo de bateria dos smartphones, instrumentação de testes e etc.
Fig. 4 – Conjunto de frequências do 5G NR
4.2. Small Cells
No conceito de pequenas células, mais transmissores lidam com toda a carga de tráfego dentro de uma área geográfica, do que no caso de um único transceptor. Isso possibilita a que os operadores ofereçam cobertura de rede de qualidade, maior taxa de dados e serviço ininterrupto.
Small Cells são estações base que requerem potência mínima para operar e podem ser colocadas a cada 100 metros nas regiões de alto tráfego, indo até 1 km em zonas sub-urbanas.
As redes celulares 4G LTE já usam um número grande e sempre crescente de estações base, mas para alcançar o desempenho de 5G haverá a necessidade de uma infraestrutura ainda maior. Felizmente as small cells são muito menores que antenas tradicionais. Essa diferença de tamanho torna ainda mais fácil colocar células discretamente em postes de luz e em cima de prédios, como mostrado na Fig. 5.
Fig. 5 – Small cells 5G instaladas num poste de iluminação
O conceito Small Cell é extremamente útil para suportar a cobertura ininterrupta da rede, onde os sinais são bloqueados por muitos obstáculos, como edifícios, árvores ou o próprio terreno. É uma das implementações mais adequadas para as cidades devido à densidade de edifícios e à topografia.
Além disso, essa estrutura de rede pode fornecer um uso mais direcionado e eficiente do espectro. Ter mais estações significa que as frequências que uma estação usa para se conectar com dispositivos em sua pequena área de transmissão podem ser reutilizadas por outra estação em uma área diferente para atender a outros usuários. Os dispositivos móveis alternam de uma BS para outra sem nenhuma interrupção, através do processo de Handover ou Cell Reselection. Como essas small cells cobrem uma pequena área geográfica, elas usam transmissores de baixa potência.
Descrição de uma rede 5G, com small cells, MIMO e Wifi
4.3. Massive MIMO
O limite superior para informações que podem ser enviadas através de um canal é definido por sua largura de banda (medida em hertz) e sua relação sinal-ruído. Portanto, para obter mais dados para cada usuário, pode-se aumentar qualquer combinação do número de canais, da largura de banda de cada canal e da relação sinal-ruído.
O teorema de Shannon-Hartley define isso conforme abaixo:
Capacidade = # Canais * BW * log2 (1 + S / N)
As redes 5G usam estratégias MIMO (multiple-input, multiple-output) para criar múltiplos caminhos físicos entre o transmissor e o receptor, fornecendo mais fluxos de dados dentro do mesmo bloco de recursos de tempo e frequência. Também é possível melhorar as relações sinal-ruído de cada canal usando antenas altamente direcionais.
Uma das vantagens do MIMO é sua flexibilidade. Pode ser usado para melhorar a confiabilidade de múltiplas conexões, sua capacidade e / ou sua eficiência espectral (bits por segundo por hertz).
Descrição de uma conformação de antenas em MIMO
O MIMO já está em uso nas redes 4G atuais:
- O Release 8 do 3GPP definiu o uso de duas antenas de transmissão e duas de recepção, e muitas redes LTE já suportam MIMO 2×2;
- O LTE-Advanced (Release 10) suporta oito fluxos de download MIMO;
- O LTE-A Pro (Release 13) suporta MIMO Full Dimension, sistema de antenas que pode formar feixes na direção horizontal e vertical, de modo que possa iluminar qualquer lugar dos espaços 3D.
Base stations com antenas do tipo array MIMO Full Dimension também já são usadas nas redes 5G, com ganhos expressivos em comparação aos sistemas convencionais. Um estudo recente mostrou que, com o uso dessas novas tecnologias FD-MIMO, pode-se obter ganhos de 3 a 5 vezes, tanto na capacidade da célula quanto na taxa de transferência.
Fig. 8 – Sistema de array 5G MIMO 8×8
4.4. Beamforming
Como o 5G utiliza frequências em mmWave, a propagação limitada de tais sinais exige o uso da tecnologia conhecida como beamforming.
Beamforming é uma técnica usada em estações base para direcionar a energia de transmissão para os dispositivos móveis (ver Fig 9 abaixo). Estações base convencionais transmitem sinais em todas as direções, o que contribui com a distorção em outros dispositivos e também em outras bandas de operação.
Na tecnologia beamforming, baseado no feedback dos dispositivos móveis conectados, a estação base será capaz de detectar e localizar o usuário e transmitirá apenas para essa direção. O beamforming ajudará a rede a suportar mais dispositivos e tráfego com transmissão direcionada para usuários específicos localizados em uma direção específica.
O uso de beamforming em redes móveis oferece várias vantagens sobre os padrões de antena setorizada usados em gerações anteriores. Nessas redes, as estações base transmitem os recursos de canal designados para um usuário específico em todo o setor, de modo que apenas uma porcentagem muito pequena da energia é irradiada na direção do usuário pretendido. Com o beamforming, o uso de um feixe direcionado concentra a intensidade do sinal transmitido na direção do link em uso no momento pelo dispositivo, aumentando o alcance desse link e a taxa de transferência disponível.
Outro benefício significativo é que o uso de um feixe de antena direcionada reduz a interferência em outros usuários, minimizando a radiação em outras direções. Isso permite que os mesmos recursos sejam usados para vários links simultâneos dentro de um setor com níveis de interferência gerenciáveis.
Fig. 9 – Antena FD-MIMO suportando beamforming de azimute e de elevação
4.5. Network Slicing
Outra tecnologia fundamental para a implantação dos diferentes tipos de serviços e aplicações nas redes 5G é o chamado network slicing. Essa é uma tecnologia que permite que uma operadora forneça redes virtuais dedicadas, com alocação dos recursos necessários para funcionalidades específicas, em uma infraestrutura de rede comum. Funções como velocidade, capacidade, conectividade e cobertura são alocadas para atender às demandas específicas de cada caso de uso – de modo isolado para que nenhuma fatia interfira no tráfego de outra fatia.
Tecnologia de network slicing, provendo redes virtuais para cada serviço requerido
O fatiamento de rede pode ser classificado em dois tipos: fatiamento de rede vertical e fatiamento de rede horizontal.
O fatiamento de rede vertical permite o compartilhamento de recursos entre diferentes serviços e aplicativos para aprimorar a QoS. No fatiamento vertical da rede, cada nó da rede implementa funções similares dentro de uma fatia de rede específica. O fatiamento de rede vertical separará o tráfego por aplicativo, fornecendo aos usuários largura de banda sob demanda. O tráfego de ponta a ponta com fatiamento de rede vertical geralmente transita entre a rede principal e o dispositivo final.
O fatiamento de rede horizontal permite o compartilhamento de recursos entre diferentes nós de rede para aprimorar os recursos de nós de rede com menos capacidade. Assim, o fatiamento de rede horizontal precisa de compartilhamento de recursos entre os nós da rede. No fatiamento de rede horizontal, novas funções podem ser adicionadas para um nó de rede ao suportar uma fatia de rede específica. O tráfego de ponta a ponta com fatiamento de rede horizontal geralmente transita entre a rede de acesso local e o dispositivo final.
5. Implantação
A implantação do 5G e de seus diversos serviços depende da instalação da infraestrutura de rede das operadoras, do lançamento de novos smartphones compatíveis, bem como de seus principais componentes internos, como o chipset. Segue abaixo o status da implantação nos principais mercados e fabricantes.
5.1. Infraestrutura de redes
Os principais fornecedores de infraestrutura de redes atualmente são os fabricantes Ericsson, Nokia e Huawei. Juntos eles possuem 80% de market share.
Todos estão investindo bilhões de dólares no desenvolvimento de seus equipamentos de redes 5G, sem que haja garantia de quando esse investimento começará a dar o retorno desejado. As operadoras estão bem mais cautelosas, depois das centenas de bilhões de dólares investidos nas diversas redes 4G ao redor do mundo. Muitas ainda estão deficitárias em relação aos valores investidos ao longo dos anos.
A Huawei domina o mercado chinês, mas com problemas para vender nos EUA, devido a objeções legais. Já os fabricantes europeus lutam com as finanças, após anos de maus resultados.
De qualquer modo a introdução das redes 5G, já a partir de 2019, trará oportunidades previstas em US$ 225 bilhões a esses fabricantes nos próximos 5 anos.
5.2. Chipsets
Os fabricantes de dispositivos móveis estão trabalhando para equipar os smartphones com rádios 5G integrados, para conectar-se às novas redes em implantação ao redor do mundo. O principal componente desses novos smartphones é o chipset de modem 5G.
Nesse momento temos alguns fabricantes de chipset desenvolvendo modems 5G: Qualcomm, Samsung, Huawei, MediaTek.
- A Qualcomm é a principal fabricante de modems 5G, com os seus Snapdragon 855 e 855 plus – que oferecem velocidades de download de até 5 Gbps. Esse chipset vem com modem X24 para LTE e modem X50 para 5G. Opera em mmWave com 800 MHz de BW, 8 CC (CA). Em sub-6 GHz opera com 100 MHz de BW, 4×4 MIMO. Suporta o Wi-Fi 802.11ax até 14 Gbps, com protocolo de segurança WPA3 e Wi-Fi 802.11ay, operando a 60 GHz, com taxa máxima de 10 Gbps. Suporta até 4 módulos de antena QTM052 mmWave, beamforming e massive MIMO. Está em uso por 18 fabricantes até o momento: HTC, LG, Sony, Motorola, HMD Global, Oppo, Vivo, Xiaomi, ZTE e outros. Em 2020 a QC lançará os chipsets Snapdragon 765, 765G e 865, com foco em AI e câmeras melhoradas.
- A Samsung lançou seu chipset 5G, Exynos 980, o qual oferecerá velocidades de download de até 6 Gbps e inclui modem, RF IC, rastreamento de envelopes e IC de gerenciamento de energia.
- O chipset Balong 5000 5G da Huawei oferece 2G/3G/4G/5G Multi Mode e é fully compliant com o 3GPP Release 15. Para sub-6GHz opera em 100MHz de BW com 2CC (CA), tem downlink em até 4.6 Gbps e uplink em até 5Gbps. Para mmWave consegue entregar um downlink de até 6.5 Gbps, e uplink de até 3.5 Gbps. Quando opera em modo híbrido (NR+LTE) consegue downlinks de até 7.5 Gbps.
- A MediaTek lançou os seus Dimensity 1000 SoC e 800 SoC, para fones high tier e mid-tier, respectivamente O mercado para esses chipsets será provavelmente o das empresas que não optem pelo chip da Qualcomm por motivos como alto custo e/ou problemas de licenciamento. Ele suporta 2G/3G/4G/5G, nos modos SA e NSA, para sub-6GHz, com taxa máx de 4.7 Gbps.
Módulos Qualcomm para smartphones 5G
5.3. Devices
Diversos lançamentos em smartphones 5G já possibilitam o uso dessa nova tecnologia de redes. Muitos fabricantes iniciaram as vendas em 2019 e agora em 2020 novos produtos são lançados mensalmente em todo o mundo, em especial China, EUA e Coréia.
Primeiro smartphone 5G do mundo – Moto Z3
Abaixo estão listados os principais lançamentos até o momento, em ordem alfabética:
HUAWEI MATE X
Screen size: 8 inches, Resolution: 2,200 x 2,480 pixels
CPU: Kirin 980
RAM: 8GB / Storage: 512GB
Battery: 4,500mAh
HUAWEI MATE 30 PRO 5G
Screen size: 6.53 inches, Resolution: 1,176 x 2,400 pixels
CPU: Kirin 990
RAM: 8GB / Storage: 128GB / 256GB
Battery: 4,500mAh
HUAWEI MATE 20 X 5G
Screen size: 7.2 inches, Resolution: 1,080 x 2,244 pixels
CPU: Kirin 980
RAM: 8GB / Storage: 256GB
Battery: 4,200mAh
LG V50 THINQ 5G
Screen size: 6.4 inches, Resolution: 1,440 x 3,120 pixels
CPU: Qualcomm Snapdragon 855
RAM: 6GB / Storage: 128GB
Battery: 4,000mAh
MOTO Z3 c/ Moto Mode
Screen size: 6.01 inches, Resolution: 1,080 x 2,160 pixels
CPU: Qualcomm Snapdragon 835
RAM: 4GB / 6GB / Storage: 64GB / 128GB
Battery: 3,000mAh
ONEPLUS 7 PRO 5G
Screen size: 6.67 inches, Resolution: 1,440 x 3,120 pixels
CPU: Qualcomm Snapdragon 855
RAM: 6GB / 8GB / 12GB / Storage: 128GB / 256GB
Battery: 4,000mAh
OPPO RENO 5G
Screen size: 6.6 inches, Resolution: 1,080 x 2,340 pixels
CPU: Qualcomm Snapdragon 855
RAM: 8GB / Storage: 256GB
SAMSUNG GALAXY S10 5G
Screen size: 6.7 inches, 1,440 x 3,040 pixels
CPU: Qualcomm Snapdragon 855 / Exynos 9820
RAM: 8GB / Storage: 256GB / 512GB
Battery: 4,500mAh
SAMSUNG GALAXY NOTE 10+ 5G
Screen size: 6.8 inches, Resolution: 1,440 x 3,040 pixels
CPU: Qualcomm Snapdragon 855 / Exynos 9825
RAM: 12GB / Storage: 256GB / 512GB
Battery: 4,300mAh
5.4. Redes
5.4.1. Arquitetura de Referência de Redes 5G
A arquitetura básica das redes 5G é descrita na Figura 11 abaixo:
Arquitetura de Rede 5G
Os principais componentes dessa rede são:
- User Equipment (UE)
- Next Gen Node Base station (gNB)
- Core Access and Mobility Management Function (AMF)
- User plane Function (UPF)
- Session Management Control Function (SMF)
- Data Network (DN)
- Authentication Server Function (AUSF)
- Unified Data Management (UDM)
- Policy Control Function (PCF)
Como nas gerações anteriores, o 3GPP definiu tanto uma nova rede de núcleo 5G, conhecida como 5GC, bem como uma nova tecnologia de acesso por rádio chamada 5G “New Radio” (NR). Ao contrário das gerações anteriores que exigiam que tanto o acesso quanto a rede básica fossem da mesma geração (por exemplo, Evolved Packet Core e LTE juntos formando um sistema 4G), com 5G é possível integrar elementos de diferentes gerações em configurações diferentes, a saber:
- Standalone (SA), usando apenas uma tecnologia de acesso rádio e
- Non-standalone (NSA), combinando várias tecnologias de acesso rádio.
Em um cenário SA, o 5G NR e a rede principal são operados sozinhos. Isso significa que o NR é usado para ambos o control e o user plane. A opção SA é uma solução mais simples para as operadoras gerenciarem, além de ser implantado como uma rede independente, usando handover entre 4G e 5G para continuidade de serviço.
Três variações de SA estão sendo definidas no 3GPP:
- Opção 1 – usando o acesso EPC e LTE eNB (isto é, de acordo com as redes 4G LTE atuais);
- Opção 2 – usando acesso 5GC e NR gNB;
- Opção 5 – usando o acesso 5GC e LTE ng-eNB.
No cenário NSA, as células NR são combinadas com células LTE usando dualconnectivity (operação onde um dispositivo móvel consome recursos de rádio fornecidos por pelo menos dois pontos de rede diferentes) para fornecer acesso de rádio. O núcleo da rede será EPC ou 5GC, dependendo da a escolha do operador.
Este cenário pode ser escolhido pelos operadores que desejam potencializar as atuais implantações 4G, combinando rádio LTE e NR com EPC existente e / ou que desejam um novo core de rede (5GC) para fornecer serviços móveis 5G. Esta solução exigirá um trabalho colaborativo com o LTE RAN. A experiência do usuário final dependerá da(s) tecnologia(s) de acesso rádio utilizada(s).
Três variações de NSA são definidas no 3GPP:
- Opção 3 usando EPC e um LTE eNB atuando como mestre e NR en-gNB agindo como secundário;
- Opção 4 usando 5GC e um NR gNB agindo como mestre e LTE ng-eNB atuando como secundário;
- Opção 7 usando 5GC e um LTE ng-eNB atuando como mestre e um NN gNB como secundário.
Ver na Fig 14 essas opções descritas acima:
Opções de Implantação de redes 5G
5.4.3. Operadoras
A Verizon lançou sua rede 5G no início de abril de 2019, tornando-a a primeira a oferecer a rede de próxima geração. Até o final de 2019, o serviço Verizon 5G foi lançado em partes de 31 cidades. No entanto, a cobertura 5G da Verizon é irregular, devido ao uso da tecnologia mmWave – especificamente nos espectros de 28 Ghz e 39 Ghz.
A T-Mobile adotou uma estratégia diferente, especialmente porque a empresa passou grande parte de 2019 em negociações à rival Sprint. A T-Mobile também usa algumas frequências de 28 Ghz mmWave e frequências abaixo de 600 Mhz, que permitem maior cobertura, mas oferecem velocidades mais baixas. A cobertura mmWave da T-Mobile entrou em operação em partes de 30 cidades até o final de 2019.
A Sprint optou por uma abordagem de frequência em ‘banda média’ de 2,5 Ghz, que provavelmente foi escolhida para complementar as bandas alta e baixa da T-Mobile. O Sprint 5G foi lançado em algumas regiões de 12 cidades.
A AT&T perdeu a confiança do consumidor ao lançar o ‘5Ge’ ou 5G Evolution, na verdade um serviço 4G que a AT&T alegou incluir a tecnologia 5G. Ao final de 2019 havia instalado 5G mmWave em partes de 21 cidades, e sub-6 em partes de 35 cidades.
A EE foi a primeira operadora do Reino Unido a lançar sua rede 5G, cobrindo 50 cidades em janeiro de 2020. A MVNO BT lançou seu 5G em outubro de 2019. A Vodafone lançou seu serviço 5G em 3 de julho, cobrindo 30 cidades em janeiro de 2020. A O2 finalmente lançou o serviço 5G em outubro de 2019 em 12 cidades.
A China Mobile, a China Unicom e a China Telecom implantaram serviços 5G em 50 cidades, incluindo Pequim, Xangai, Guangzhou e Shenzhen. Xangai havia ativado 11.859 estações base 5G em meados de outubro. Espera-se que o país tenha mais de 600 milhões de assinantes 5G até 2025, representando quase 40% do total global.
A Coréia do Sul atingiu cerca de 4 milhões de assinantes em suas redes 5G no final de 2019. A SK Telecom tem o maior número de assinantes 5G, com 1,77 milhão, seguida pelos 1,21 milhão da KT e 1 milhão da LG Uplus.
6. Referências
6.1. Documentação
https://www.rfpage.com/evolution-of-wireless-technologies-1g-to-5g-in-mobile-communication/
http://www.3gpp.org/technologies/tutorials-tools
https://www.tomsguide.com/us/5g-networking-faq,news-20629.html
https://www.qualcomm.com/media/documents/files/spectrum-for-4g-and-5g.pdf
https://www.qualcomm.com/invention/5g/5g-nr/mmwave
https://www.mwrf.com/systems/defining-massive-mimo-5g-world
http://www.techplayon.com/deployments-scenarios-for-5g-nr/
https://builders.intel.com/docs/networkbuilders/the-evolution-of-network-slicing.pdf
http://www.sharetechnote.com/html/5G/5G_MassiveMIMO_FD_MIMO.html
6.2. Índice de Figuras
Fig #1: https://www.rfpage.com/wp-content/uploads/2018/05/1G-to-5G-Comparison.jpg
Fig #2: ftp://ftp.ni.com/pub/branches/us/2018/TLF/Slides/201-Road_to_Realizing_5G_Technologies.pdf
Fig #3: https://www.gsmaintelligence.com/research/?file=141208-5g.pdf&download
Fig #5: https://phys.org/news/2015-06-multiplexing-millimeter-wave-5g-technology.html
Fig #6: https://www.radio-electronics.com/info/cellulartelecomms/lte-long-term-evolution/lte-mimo.php
Fig #7: https://publik.tuwien.ac.at/files/publik_261770.pdf
Fig #8: https://babeltechreviews.com/9945-2/
Fig #10: https://www.gizmotimes.com/wp-content/uploads/2018/08/Motorola-Moto-Z3-with-5G-Moto-Mod.jpg
Fig #11: https://www.techradar.com/news/what-is-5g-everything-you-need-to-know
