Perguntas e Respostas sobre o 5G

O 5G é a nova geração de sistemas celulares e arquitetura de rede que fornecerá conectividade de banda larga, ultra robusta, com baixa latência, e massiva para pessoas e coisas. Trata-se de uma infraestrutura que possibilitará a criação de novos serviços e casos de uso, muitos deles ainda desconhecidos.

A grande diferença do 5G está na diversidade de uso que a rede deve suportar, quando comparada às atuais, desenvolvidas essencialmente para disponibilizar banda larga móvel. O 5G permite a conexão de pessoas e objetos, se dividindo em três categorias de aplicações e serviços:

• eMBB (enhanced Mobile Broad Band) – banda larga móvel com taxas superiores a 1 Gbps, sob demanda;
• mMTC (massive Machine Type Communications) – comunicação com alta densidade e eficiência energética de sensores, dispositivos e máquinas;
• URLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications) – comunicação ultra confiável e com baixa latência.

A confiabilidade é um fator chave para as aplicações 5G.

A integração de diferentes componentes de diferentes tecnologias levará as redes 5G além da arquitetura de banda larga móvel de melhor esforço, na direção de comunicações bem mais confiáveis e de ultraconectividade.

Já se vislumbram tendências, não somente da indústria de telecomunicações, mas também nas indústrias automobilística, agropecuária, de saúde e bem estar, manufatureira e logística no sentido da elevada digitalização, viabilizando os conceitos de indústria 4.0 e agro 4.0.

Para que uma rede possa ser considerada 5G, a tecnologia deve atender os seguintes requisitos, conforme recomendação da União Internacional de Telecomunicações (UIT - Rec ITU-R M.2083-0):

• Velocidade máxima de 20 Gbit/s (Estação Rádio Base – ERB), em aplicações eMBB;
• Velocidade típica do usuário 100 Mbit/s, em aplicações eMBB;
• Eficiência espectral três vezes melhor, em aplicações eMBB;
• Densidade de tráfego de 10 Mbit/s/m2, em aplicações eMBB;
• Mobilidade de até 500 km/h;
• Latência de 1 ms, em aplicações URLLC;
• Conexão de 1 milhão de dispositivos por km2, em aplicações mMTC;
• Eficiência energética 100 vezes melhor, em aplicações mMTC;

Mundialmente, o 5G pode utilizar diferentes faixas de radiofrequências, de 400 MHz a 100 GHz. As frequências mais baixas possuem excelentes características de propagação, ocasionando boa cobertura para suportar alta mobilidade. Para essas radiofrequências, maiores larguras de faixa em conjunto com técnicas flexíveis de agregação de portadoras possibilitarão altas taxas de transmissão de dados. As frequências altas, por sua vez, permitem altíssimas taxas de transmissão de dados, ainda que haja limitações de cobertura.

O uso de antenas do tipo Massive MIMO (Multiple Input-Multiple Output) com pelo menos 16 elementos é especificado pelo padrão 5G para o aprimoramento da eficiência espectral e espacial da rede móvel, aumentando assim a taxa de transmissão por estação terminal e, consequentemente, a capacidade de toda a rede. A técnica permite a formação de vários feixes diretivos, simultâneos e dinâmicos (beamforming), ou de um único feixe estreito capaz de aumentar o alcance de cobertura da ERB e de contornar as perdas causadas pelos efeitos multipercursos existente em um canal de rádio-propagação.

Por possuírem larguras de canalização mais estreitas em frequências até 6 GHz, a utilização de Massive MIMO com vários feixes de transmissão é considerada fundamental para que sejam alcançadas taxas de pico acima de 1 Gbps. Por outro lado, nas faixas de ondas milimétricas (30-100 GHz) as antenas Massive MIMO são consideradas eficazes ao possibilitar a formação de um único feixe mais diretivo, que concentra toda a energia do sinal em uma única direção para compensar as altas perdas de propagação no espaço livre na faixa, uma vez que não há a necessidade de múltiplos feixes devido às grandes larguras de banda disponíveis nessa faixa do espectro radioelétrico.

 A União Internacional de Telecomunicações (UIT), agência especializada em Telecomunicações das Nações Unidas, é responsável por desenvolver a aprovar as especificações e faixas de radiofrequências dos sistemas IMT (International Mobile Telecommunicatios). O IMT inclui 3 padrões, a saber, IMT-2000, IMT-Advanced e IMT-2020, que correspondem às tecnologias 3G, 4G e 5G, respectivamente.

A UIT publicou em fevereiro de 2021 a Recomendação ITU-R M.2150 “Detailed specifications of the radio interfaces of IMT-2020”. Depois de avaliar várias tecnologias candidatas para serem classificadas como IMT-2020, três atenderam os requisitos necessários, sendo duas do 3GPP. O 3GPP é uma associação de organismos de padronização, com membros predominantemente da indústria, que desenvolvem Relatórios e Especificações 3GPP.  

Tecnologias 3GPP classificadas como IMT-2020:

(1) 3GPP 5G-SRIT: “5G, Release 15 and beyond − LTE+NR SRIT”;

(2) 3GPP 5G-RIT: “5G, Release 15 and beyond − NR RIT”;

(3) TSDSI 5G RIT: "5Gi RIT"

Não obstante ter sido classificado como IMT-2020 somente em 2021, a primeira versão do release 15 do 3GPP foi aprovada ainda em 2017, no qual suas especificações incluem sistemas de rádio NR 5G Non-Stand-Alone (NSA), que funcionam integradas ao núcleo de rede das gerações anteriores do LTE, conforme item (1) acima . No final de 2018, o Release15 evoluiu para incluir também sistemas NR 5G Stand-Alone (SA), com um novo sistema de rádio NR 5G complementado por um núcleo de rede de nova geração, o 5GC (5G Core), conforme item (2) acima.

As especificações 3GPP estão disponíveis em http://www.3gpp.org

A próxima geração trará mudanças significativas em relação ao 4G. As melhorias técnicas são relevantes e os requisitos têm como objetivo atingir três patamares:

1) Maior velocidade: em teoria, a rede 4G é capaz de atingir a velocidade de um gigabit por segundo (1 Gbps). No dia a dia, porém, não chegamos perto disso em nossos celulares. Com o 5G, a expectativa é atingir velocidade máxima, na ERB, vinte vezes maior em relação ao 4G, chegando a 20 Gbps.

2) Menor latência: a meta é atingir uma latência - tempo necessário entre o estímulo e a resposta real da rede - de apenas 1 milissegundo com o 5G. A rede com tecnologia 4G apresenta, em média, latência de 50 milissegundos.

3) Maior eficiência energética: a rede 5G terá nível de eficiência energética 90% mais alto que a 4G, o que viabilizará a internet das coisas, já que baterias de diversos tipos de dispositivos muitas vezes não podem ser substituídas ou recarregadas com frequência.

As redes 5G oferecerão taxas de transmissão superiores a 1 Gbps com latência muito baixa, possibilitando evolução dos processos produtivos em diversos segmentos da indústria, como automobilístico, entretenimento, agricultura e manufatura.

Espera-se que aplicações comerciais e industriais críticas utilizem a infraestrutura 5G como suporte para seus negócios, a partir dos requisitos de alta densidade com baixa latência e ultra confiabilidade, aplicações de comunicação ultra confiável e com baixa latência (URLLC, do inglês Ultra Reliable Low latency Communications).

A indústria de saúde e bem estar poderá praticar cirurgias remotas. Sensores no corpo humano poderão, constantemente,  monitorar e transmitir suas informações, por meio de uma rede confiável com baixa latência.

Redes 5G possibilitarão a evolução da infraestrutura de transporte em áreas como carros autônomos e vias inteligentes. Aplicações de realidade virtual e realidade aumentada serão possíveis. No mesmo sentido, os setores de agricultura, finanças, comércio, educação e turismo também poderão se beneficiar de uma rede de comunicação que permite a evolução e a criação de diversos serviços digitais.

Na rede 4G já existem aplicações de internet das coisas (IoT), entretanto a rede 5G possibilitará que as aplicações sejam enormemente ampliadas. Com a disponibilidade de uma rede que suporte densidades de dispositivos muito altas, estima-se que aumentará bastante a demanda por equipamentos conectados.

A tecnologia 5G permitirá que um milhão de dispositivos se conectem, a cada quilometro quadrado, para aplicações de comunicação com alta densidade e eficiência energética (mMTC, do inglês massive Machine Type Communications).

Sistemas de iluminação pública e residencial, smartphones, smartwatches, eletrodomésticos, dispositivos de monitoramento, sensores de presença, frequencímetros cardíacos, centrais de segurança, guichês de estacionamentos, caixas de supermercados, sensores meteorológicos e muitos outros dispositivos poderão conectar-se mutuamente por meio do uso da quinta geração das redes móveis.

O resultado de todas essas conexões são inúmeras possibilidades, cada vez mais inteligentes e conectadas, para residências, ruas, hospitais, comércios, cidades, agropecuária e indústrias.

Projeta-se que soluções conectadas ajudarão na análise de tráfego e fornecimento de água, por exemplo. As residências também serão beneficiadas, pois cada vez mais as coisas estarão conectadas à internet, a exemplo de geladeiras, câmeras de segurança, luzes etc. Por isso, se prevê que a rede 5G trará inovações muito além das telecomunicações.

O padrão tecnológico “ao conectar pessoas, máquinas e coisas em escala maciça facilita a entrega de cuidados de saúde personalizados, otimiza transporte e logística, melhora acesso a cultura e educação e talvez revolucione serviços públicos”.

Estima-se que a indústria também será afetada enormemente. As máquinas das fábricas, conectadas à internet sem fio, se tornarão muito mais eficientes, para enviar dados e apontar problemas. Espera-se, ainda, ganhos relativos à mobilidade, em decorrência da ausência de fiação.

É provável que os primeiros dispositivos a usarem de forma plena as redes 5G sejam os smarthphones. Futuramente, à medida que a cobertura da rede se expandir, outros dispositivos, como eletrodomésticos e wearables (pulseiras e relógios inteligentes),  dispositivos de monitoramento, sensores de presença, frequencímetros cardíacos e centrais de segurança, poderão conectar-se à rede.

Para ter acesso pleno aos benefícios do 5G, é necessário um aparelho compatível com a nova tecnologia. Os requisitos para a certificação de tais aparelhos para rede 5G já foram aprovados pela Anatel, permitindo que dia a dia o quantitativo de modelos certificados seja incrementado. O primeiro smartphone homologado compatível à tecnologia 5G no Brasil foi lançado no final de junho de 2020. No entanto, ainda que o usuário adquira tal equipamento, para que os benefícios do 5G sejam desfrutados é necessária a implantação das redes por parte das prestadoras.

As prestadoras do serviço móvel estão anunciando o lançamento comercial do 5G, por meio da técnica de compartilhamento (DSS – Dynamic Spectrum Sharing) das frequências em uso pelo 4G e 3G. Dessa forma, as prestadoras já iniciaram a preparação das redes atuais para a evolução do 5G, mesmo antes da disponibilização das frequências que vem sendo dedicadas mundialmente à quinta geração. Entretanto, com esse tipo de compartilhamento, ainda não será possível usufruir plenamente das potencialidades do 5G. 

A consulta aos produtos certificados e homologados pela Anatel é efetuada por meio do Sistema de Certificação e Homologação (SCH). Para pesquisar por aparelhos celulares homologados com a tecnologia 5G, ao acessar o SCH escolha a opção "Telefone Móvel Celular" no filtro "Tipo de Produto" e “NR” no filtro “Tecnologia”. Os demais filtros podem ser utilizados para refinar a busca, como: "Fabricante", "Modelo" ou “Faixa de Frequências”.

Não, os telefones celulares com tecnologia 4G, 3G e 2G continuarão a funcionar, como sempre foi o caso em todas as evoluções tecnológicas das redes celulares. No início da implantação do sistema 5G, não há expectativa de descontinuidade das tecnologias anteriores em curto prazo. O 5G agregará novas faixas de frequência à telefonia celular, sem contudo alterar as faixas já disponibilizadas para o uso do serviço.