5G
Em telecomunicações, o 5G é o padrão de tecnologia de quinta geração para redes móveis e de banda larga que as empresas de telefonia celular começaram a implantar em todo o mundo no final do ano de 2018. É o sucessor planejado das redes 4G que fornecem conectividade para a maioria dos dispositivos atuais.
As redes 5G são redes móveis digitais, nas quais a área de serviço coberta pelos provedores é dividida em pequenas áreas geográficas chamadas células. Os sinais analógicos que representam sons e imagens são digitalizados no dispositivo, convertidos por um conversor analógico-digital e transmitidos como um fluxo de bits. Todos os dispositivos sem fio 5G em uma célula se comunicam por ondas de rádio com um conjunto de antenas locais e transceptores (transmissores e receptores) automatizado de baixa potência na célula, por canais de frequência atribuídos pelo transceptor a partir de um conjunto de frequências que são reutilizadas em outras células. As antenas locais são conectadas à rede telefônica e à internet por uma fibra óptica de alta largura de banda ou conexão backhaul sem fio. Como em outras redes de celulares, um dispositivo móvel que passa de uma célula para outra é automaticamente "transferido" de forma integrada para a nova célula. O 5G pode suportar até um milhão de dispositivos por quilômetro quadrado, enquanto o 4G suporta apenas até 100.000 dispositivos por quilômetro quadrado. Os novos dispositivos sem fio 5G também têm capacidade 4G (LTE), já que as novas redes usam 4G para estabelecer inicialmente a conexão com a célula, bem como em locais onde o acesso 5G não está disponível.
Áreas de aplicação
O setor de radiocomunicação da União Internacional de Telecomunicações (UIT) definiu três áreas de aplicação principais para os recursos aprimorados do 5G. Elas são a Banda Larga Móvel Aprimorada (eMBB), as Comunicações de Baixa Latência Ultra Confiáveis (URLLC) e as Comunicações Maciças de Tipo de Máquina (mMTC). Apenas a eMBB foi implantada em 2020. Já as URLLC e as mMTC estão a vários anos de distância na maioria dos locais. A Banda Larga Móvel Aprimorada (eMBB) usa o 5G como uma progressão dos serviços de banda larga móvel 4G LTE, com conexões mais rápidas, maior taxa de transferência e mais capacidade. Isso beneficiará áreas de maior tráfego, como estádios, cidades e salas de concertos.
Automóveis
A 5G Automotive Association tem promovido a tecnologia de comunicação C-V2X que será implantada pela primeira vez em 4G. Ele fornece a comunicação entre veículos e infraestruturas.
Segurança Pública
Espera-se que o push-to-talk de missão crítica (MCPTT) e vídeo e dados de missão crítica sejam promovidos com o 5G.
Conexões fixas sem fio
As conexões fixas sem fio oferecerão uma alternativa à banda larga de linha fixa (conexões ADSL, VDSL, fibra óptica e DOCSIS) em alguns locais.
Transmissão de vídeo sem fio para aplicações de transmissão
A Sony testou a possibilidade de usar redes 5G locais para substituir os cabos SDI usados atualmente em camcorders de radiodifusão.
Imagem: Andrew Mason · BY · Openverse
Velocidade
As velocidades 5G variam de ~50 Mbit/s a mais de um gigabit/s. O 5G mais rápido é conhecido como mmWave. Em 3 de julho de 2019, mmWave tinha uma velocidade máxima de 1,8 Gbit/s na rede 5G da AT&T. O 5G sub-6 GHz (banda média do 5G), de longe o mais comum, normalmente fornecerá entre 100 e 400 Mbit/s, mas terá um alcance muito maior do que mmWave, especialmente ao ar livre. O espectro de banda de baixa frequência oferece o maior alcance, portanto, uma área de cobertura maior para um determinado lugar, mas é mais lento do que os outros. A velocidade do 5G NR em bandas sub-6 GHz pode ser ligeiramente maior do que a do 4G com uma quantidade semelhante de espectro e antenas, embora algumas redes 3GPP 5G sejam mais lentas do que algumas redes 4G avançadas, como a rede LTE/LAA da T-Mobile, que atinge mais de 500 Mbit/s em Manhattan e Chicago. A especificação 5G também permite a LAA (License Assisted Access), mas a LAA no 5G ainda não foi demonstrada. Adicionar LAA a uma configuração 4G existente pode adicionar centenas de megabits por segundo à velocidade, mas esta seria uma extensão do 4G, não uma parte nova do padrão 5G.
Latência
No 5G, a "latência do ar" no envio de equipamentos em 2019 era de 8–12 milissegundos. A latência para o servidor deve ser adicionada à "latência do ar" para a maioria das comparações. A Verizon relata que a latência em sua implantação inicial do 5G é de 30 ms: servidores de borda próximos às torres podem reduzir a latência para 10–20 ms; 1–4 ms será extremamente raro por anos fora do laboratório.
Imagem: nart lacsap · BY-NC-ND · Openverse
Inicialmente, o termo foi associado ao padrão IMT-2020 da União Internacional de Telecomunicações, que exigia uma velocidade de download de pico teórica de 20 gigabits por segundo e 10 gigabits por segundo de velocidade de upload, além de outros requisitos. Então, o grupo de padrões da indústria 3GPP escolheu o padrão 5G NR (New Radio) junto com o LTE como sua proposta para apresentação ao padrão IMT-2020. A primeira fase das especificações 3GPP 5G no Release-15 foi programado para ser concluído em 2019. A segunda fase no Release-16 deve ser concluída em 2020. O 5G NR pode incluir frequências mais baixas (FR1), abaixo de 6 GHz, e frequências mais altas (FR2), acima de 24 GHz. No entanto, a velocidade e a latência nas primeiras implantações do FR1, usando o software 5G NR em hardware 4G (não autônomo), são apenas ligeiramente melhores do que os novos sistemas 4G, estimados em 15 a 50% melhores.
5G NR
O 5G NR (New Radio) é uma nova interface aérea desenvolvida para a rede 5G. E deve ser o padrão global para a interface aérea de redes 3GPP 5G.
Internet das coisas
Na internet das coisas (IoT), o 3GPP vai apresentar a evolução do NB-IoT e do eMTC (LTE-M) como tecnologias 5G para o caso de uso LPWA (Área Ampla de Baixa Potência).
Além das redes de operadoras móveis, o 5G também deve ser usado para redes privadas com aplicações em IoT industrial, rede corporativa e comunicações críticas. Os lançamentos iniciais de 5G NR dependiam do emparelhamento com a infraestrutura LTE (4G) existente no modo não autônomo (NSA) (rádio 5G NR com núcleo 4G), antes da maturação do modo autônomo (SA) com a rede principal 5G. Em abril de 2019, a Associação de Fornecedores Móveis Globais identificou 224 operadoras em 88 países que demonstraram que, estão testando ou experimentando, ou foram licenciadas para realizar testes de campo de tecnologias 5G, estão implantando redes 5G ou anunciaram o lançamento de serviços. Os números equivalentes em novembro de 2018 eram 192 operadoras em 81 países. O primeiro país a adotar o 5G em grande escala foi a Coreia do Sul, em abril de 2019. A gigante sueca das telecomunicações Ericsson previu que a internet 5G cobrirá até 65% da população mundial até o final de 2025. Além disso, planeja investir 1 bilhão reais (U$ 238,30 milhões) no Brasil para adicionar uma nova linha de montagem dedicada à tecnologia de quinta geração (5G) para suas operações na América Latina.
Espectro
Grandes quantidades do novo espectro de rádio (bandas de frequência 5G NR) foram alocadas para o 5G. Por exemplo, em julho de 2016, a Comissão Federal de Comunicações dos Estados Unidos (FCC) liberou grandes quantidades de largura de banda em espectro de banda alta subutilizada para o 5G. A Spectrum Frontiers Proposal (SFP) dobrou a quantidade de espectro não licenciado de ondas milimétricas para 14 GHz e criou quatro vezes a quantidade de espectro flexível para uso móvel que a FCC tinha licenciado até agora. Em março de 2018, os legisladores da União Europeia concordaram em abrir as bandas de 3,6 e 26 GHz até 2020. Em março de 2019, havia alegadamente 52 países, territórios, regiões administrativas especiais, territórios disputados e dependências que estavam formalmente considerando a introdução de certas bandas de espectro para serviços 5G terrestres, estavam realizando consultas sobre alocações de espectro adequadas para o 5G, reservaram espectro para o 5G, anunciaram planos de leiloar frequências ou já alocaram espectro para uso 5G.
Espectro não licenciado
As operadoras de rede móvel estão usando cada vez mais espectro não licenciado nas bandas de frequência de 2,4 e 5 gigahertz. As redes 4G e 5G também usam essas bandas para descarregar o tráfego em áreas altamente congestionadas e fornecer conectividade para bilhões de dispositivos IoT. Avanços em Wi-Fi, LTE em espectro não licenciado (LTE-U), Acesso com Licença Assistida (LAA) e MulteFire usam tecnologias 4G e 5G nessas bandas.
Em março de 2019, a Associação de Fornecedores Móveis Globais lançou o primeiro banco de dados do setor rastreando lançamentos de dispositivos 5G em todo o mundo. Nele, o GSA identificou 23 fornecedores que confirmaram a disponibilidade dos próximos dispositivos 5G com 33 dispositivos diferentes, incluindo variantes regionais. Havia sete fatores de forma de dispositivo 5G anunciados: telefones (×12 dispositivos), pontos de acesso (×4), equipamentos internos e externos nas instalações de cliente (×8), módulos (×5), dongles de encaixe e adaptadores (×2) e terminais USB (×1). Em outubro de 2019, o número de dispositivos 5G anunciados aumentou para 129, em 15 formatos, de 56 fornecedores. Na area de chipset 5G para dispositivos IoT, em abril de 2019 havia quatro chipsets de modem 5G comerciais e um processador/plataforma comercial, com mais lançamentos esperados em um futuro próximo. Em 6 de março de 2020, o primeiro smartphone Samsung Galaxy S20 totalmente 5G foi lançado. De acordo com o Business Insider, o recurso 5G foi apresentado como mais caro em comparação com o 4G; a linha começa em US$ 1.000, em comparação com o Samsung Galaxy S10e que começou em US$ 750. Em 19 de março, a HMD Global, o atual fabricante de telefones da marca Nokia, anunciou o Nokia 8.3 5G, que alegou ter uma gama mais ampla de compatibilidade 5G do que qualquer outro telefone lançado até então. O modelo de gama média, com um preço inicial na zona do euro de € 599, suporta todas as bandas 5G de 600 MHz a 3,8 GHz.
Imagem: TheBetterDay · BY-ND · Openverse
O NOMA (acesso múltiplo não ortogonal) é uma técnica de acesso múltiplo proposta para futuros sistemas celulares por meio de alocação de energia. Inicialmente, as tecnologias de comunicações móveis para celulares foram concebidas no contexto da prestação de serviços de voz e acesso à internet. Hoje, uma nova era de ferramentas e tecnologias inovadoras tende a desenvolver um novo conjunto de aplicações. Esse conjunto de aplicativos consiste em diferentes domínios, como a internet das Coisas (IoT), web de veículos autônomos conectados, robôs controlados remotamente e sensores heterogêneos conectados para servir a aplicações versáteis. Nesse contexto, o fatiamento de rede emergiu como uma tecnologia-chave para abraçar com eficiência esse novo modelo de mercado. As técnicas de codificação de canal para o 5G NR mudaram de turbo códigos em 4G para códigos polares para os canais de controle e LDPC (códigos de verificação de paridade de baixa densidade) para os canais de dados.
Novas frequências de rádio
A interface aérea definida pela 3GPP para o 5G é conhecida como New Radio (NR), e a especificação é subdividida em duas bandas de frequência, FR1 (abaixo de 6 GHz) e FR2 (mmWave), cada uma com recursos diferentes. A largura de banda máxima do canal definida para FR1 é 100 MHz, devido à escassez de espectro contínuo nesta faixa de frequência lotada. A banda mais amplamente utilizada para 5G nesta faixa é 3,3–4,2 GHz. As operadoras coreanas estão usando a banda n78 a 3,5 GHz, embora algum espectro de ondas milimétricas também tenha sido alocado. A largura de banda mínima do canal definida para FR2 é 50 MHz e a máxima é 400 MHz, com agregação de dois canais compatível com a 3GPP Versão 15. Nos Estados Unidos, a Verizon está usando a banda n258 de 28 GHz e a AT&T está usando 39 GHz. Quanto mais alta a frequência, maior a capacidade de suportar altas velocidades de transferência de dados.
Grandes MIMO
As grandes antenas MIMO (que utilizam tecnologia de múltiplas entradas e múltiplas saídas) aumentam a taxa de transferência do setor e a densidade da capacidade usando um grande número de antenas MIMO multiusuário (MU-MIMO). Cada antena é controlada individualmente e pode incorporar componentes de transceptor de rádio. A finlandesa Nokia reivindicou um aumento de cinco vezes no aumento de capacidade para um sistema de antena 64-Tx/64-Rx. O termo "grande MIMO" (em inglês: Massive MIMO) foi inventado pelo pesquisador do Nokia Bell Labs, Dr. Thomas L. Marzetta, em 2010, e foi lançado em redes 4G, como a Softbank no Japão. De mais de 562 demonstrações separadas de 5G, testes ou ensaios globais de tecnologias 5G, pelo menos 94 deles envolveram o teste de Grandes MIMO no contexto de 5G.
Computação de ponta
A computação de ponta é fornecida por servidores de computação mais próximos do usuário final. Ele reduz a latência e o congestionamento do tráfego de dados.
Célula pequena
As células pequenas são nós de acesso de rádio celular de baixa potência que operam em espectro licenciado e não licenciado, e que tem um alcance de 10 metros a alguns quilômetros. As células pequenas são essenciais para as redes 5G, já que as ondas de rádio do 5G não podem viajar por longas distâncias, devido às frequências mais altas do 5G.
Beamforming
Beamforming, como o nome sugere, é usado para direcionar as ondas de rádio para um alvo. Isso é realizado moldando as ondas de rádio para apontar em uma direção específica. A técnica combina a potência dos elementos do conjunto de antenas de tal forma que os sinais em ângulos específicos sofrem interferência construtiva, enquanto outros sinais apontando para outros ângulos sofrem interferência destrutiva. Isso melhora a qualidade do sinal na direção específica, bem como as velocidades de transferência de dados. O 5G usa beamforming para melhorar a qualidade do sinal que fornece. A formação de feixes pode ser realizada usando antenas em fase.
Convergência de Wi-Fi e celular
Um benefício esperado da transição para 5G é a convergência de várias funções de rede para obter reduções de custo, energia e complexidade. A LTE tem como objetivo a convergência com a banda/tecnologia Wi-Fi por meio de vários esforços, como License Assisted Access (LAA; sinal 5G em bandas de frequência não licenciadas que também são usadas por Wi-Fi) e LTE-WLAN Aggregation (LWA; convergência com Wi-Fi Rádio), mas as diferentes capacidades do celular e do Wi-Fi limitaram o escopo da convergência. No entanto, a melhoria significativa nas especificações de desempenho celular em 5G, combinada com a migração de Rede de Acesso de Rádio Distribuída (D-RAN) para Nuvem ou RAN Centralizada (C-RAN) e implantação de células pequenas de celulares pode potencialmente estreitar a lacuna entre redes Wi-Fi e celular em implantações densas e internas. A convergência de rádio pode resultar em compartilhamento que vai desde a agregação de canais de celular e Wi-Fi ao uso de um único dispositivo de silício para várias tecnologias de acesso de rádio.
Imagem: Brice675 · BY-NC-SA · Openverse
O espectro utilizado por várias propostas do 5G será próximo ao de sensoriamento remoto passivo, como por satélites meteorológicos e de observação da Terra, particularmente para monitoramento de vapor d'água. A interferência eletromagnética ocorrerá e será potencialmente significativa sem controles eficazes. Um aumento na interferência já ocorreu com alguns outros usos anteriores de bandas próximas. A interferência nas operações de satélite prejudica o desempenho da previsão numérica do tempo, com impactos econômicos e de segurança pública substancialmente deletérios em áreas como a aviação comercial. As preocupações levaram o Secretário do Comércio dos Estados Unidos, Wilbur Ross, e o Administrador da NASA, Jim Bridenstine, em fevereiro de 2019, a instar a Comissão Federal de Comunicações (FCC) a atrasar algumas propostas de leilão de espectro, que foram rejeitadas. Os presidentes do Comitê de Apropriações da Câmara e do Comitê de Ciência da Câmara escreveram cartas separadas ao presidente da FCC, Ajit Pai, pedindo uma revisão e consulta adicionais com a Administração Oceânica e Atmosférica Nacional (NOAA), NASA e Departamento de Defesa dos Estados Unidos (DoD), e advertindo sobre impactos prejudiciais à segurança nacional. O diretor da NOAA em exercício, Neil Jacobs, testemunhou perante o Comitê da Câmara dos Estados Unidos em maio de 2019 que as emissões fora de banda do 5G poderiam causar uma redução de 30% na precisão da previsão do tempo e que a degradação resultante no desempenho do modelo Sistema de Previsão Integrada (do ECMWF) teria resultado em falha na previsão do curso de tempestades e portanto, no impacto da supertempestade Sandy em 2012. A Marinha dos Estados Unidos em março de 2019 escreveu um memorando de advertência sobre a deterioração e fez sugestões técnicas para controlar os limites de vazamento de banda, para teste e campo, e para a coordenação da indústria sem fio e reguladores com organizações de previsão do tempo.
Imagem: Derek K. Miller (1969-2011) · BY-NC · Openverse
Um relatório publicado pela Comissão Europeia e pela Agência Europeia de Segurança Cibernética detalha as questões de segurança em torno do 5G. O relatório alerta contra o uso de um único fornecedor para a infraestrutura 5G de uma operadora, especialmente aquelas baseadas fora da União Europeia (Nokia e Ericsson são os únicos fabricantes europeus de equipamento 5G). Em 18 de outubro de 2018, uma equipe de pesquisadores da ETH Zurich, da Universidade de Lorraine e da Universidade de Dundee publicou um artigo intitulado "Uma Análise Formal da Autenticação 5G". Ele alertou que a tecnologia 5G poderia abrir terreno para uma nova era de ameaças à segurança. O artigo descreveu a tecnologia como "imatura e insuficientemente testada" e que "permite a movimentação e o acesso a quantidades muito maiores de dados e, assim, amplia as superfícies de ataque". Simultaneamente, empresas de segurança de rede como Fortinet, Arbor Networks, A10 Networks, e Voxility aconselharam sobre implantações de segurança personalizadas e mistas contra ataques DDoS em massa previstos após a implantação 5G.
Existem várias alegações desmentidas e teorias da conspiração em torno do 5G, algumas das quais se tornaram particularmente prevalentes durante a pandemia de COVID-19. Isso ocorre por conta de um desconhecimento generalizado sobre o fenômeno e seu funcionamento, o que acaba gerando especulações sensacionalistas e abrindo espaço para a desinformação.
Saúde
Apesar da incompreensão da tecnologia 5G, existe um consenso científico de que ela é segura, e portanto, inofensiva à saúde humana. Suposições sobre seu efeito são pautadas na ideia de que seres humanos seriam cobaias para experimentos de uma tecnologia nunca antes testada, o 5G. No entanto, tais noções não são baseadas em evidências científicas e contrariam as formulações de pesquisadores que trabalham com o tópico há anos. Dentre muitas teorias da conspiração, uma série de preocupações correspondem à disseminação na mídia e internet sobre uma relação direta entre a exposição a esta radiação e uma consequente debilidade na saúde. No entanto, não existem estudos que comprovem uma correlação de causa e efeito como a citada.
Teorias da conspiração sobre COVID-19 e ataques incendiários
Durante a pandemia de COVID-19, várias teorias da conspiração que circularam online postularam uma ligação entre o coronavírus da síndrome respiratória aguda grave 2 (SARS-CoV-2) e o 5G. A origem destas teorias da conspiração é a ligação entre o epicentro da pandemia, Wuhan, na China, e o grande número de torres de 5G na cidade. Entretanto, a tecnologia ainda não estava totalmente desenvolvida em Wuhan. Isso levou a crença de que, uma vez que a pandemia começou durante a implementação da tecnologia 5G, elas estavam de algum modo conectadas. A Organização Mundial da Saúde (OMS) informa publicamente que a nova rede de internet não propaga COVID-19 e que o vírus não circula nas ondas de rádios, ou nas conexões de rede móveis, sendo, assim, impossível contrair o vírus desta maneira. Além disso, o COVID-19 se espalhou em muitos países que ainda não têm a nova rede móvel de 5G.
