5G: UMA VISÃO GERAL DA TECNOLOGIA

5G_ UMA VISÃO GERAL DA TECNOLOGIA

RESUMO

O objetivo deste trabalho é apresentar uma visão panorâmica da quinta geração das redes móveis. Uma síntese é feita buscando caracterizar: a tecnologia; os seus cenários de aplicação e potenciais casos de uso; as projeções de gastos e investimentos; os aspectos de mercado como demandas e os principais players; e os requisitos ou impactos sociais, políticos e regulatórios. A lista de referências ao final foi muito detalhada, para que sirva de material de consulta ou estudo para os que desejarem se aprofundar nos tópicos resumidamente abordados.

 

INTRODUÇÃO

Em dezembro de 2017, o 3GPP (2018) anunciou oficialmente novos padrões para Rádio 5G (NR – New Radio), que inclui as especificações para arquitetura non-standalone (NSA) e banda larga móvel aprimorada (eMBB – Enhanced Mobile Broadband). Em 14 de junho de 2018, o 3GPP concluiu formalmente a versão standalone (SA) do 5G NR, completando assim o ciclo de padronização 5G. Esses padrões anunciados estabelecem efetivamente a etapa para o lançamento em escala das redes 5G. O momento então é apropriado e motivador para uma revisão geral de aspectos e de conceitos envolvidos.

As redes móveis de quinta geração (5G) materializam a próxima geração de padrões de telecomunicações móveis, que visam atender às demandas da comunicação móvel de 2020 em diante. Constituem-se de completos ecossistemas tecnológicos de comunicação sem fio, que darão suporte a serviços e negócios, contribuindo para o desenvolvimento econômico e social mundial. É considerada uma revolução das comunicações de muitos trilhões de dólares, que mudará profundamente muitos aspectos de nossas vidas, conectando pessoas, instituições, negócios, serviços e coisas.

 

CARACTERÍSTICAS GERAIS, IMPACTOS ECONÔMICOS, PLAYERS DE MERCADO E DESAFIOS

É esperado que a próxima quinta geração das tecnologias de comunicação sem fio (5G) catapulte a transformação digital, contribuindo para revolucionar a sociedade, com impacto direto em diferentes verticais da indústria, como automotiva, manufatura, saúde, energia, segurança pública, mídia e entretenimento (M & A), que se beneficiarão das funcionalidades e características do 5G. São novas capacidades para os sistemas de comunicação móveis, oferecendo maior desempenho, velocidades de vários Gbps, latências muito baixas (< 5 ms) e transmissões ultra confiáveis ​​(até 99,999% probabilidade de sucesso), estáveis e ainda capaz de lidar com um grande número de dispositivos conectados simultaneamente à rede (ITU, 2017; BARQUERO, 2019). O aumento de capacidades amplia a gama de casos de uso eficientes em diferentes verticais e melhora a experiência dos usuários

Não existe um consenso entre os analistas sobre onde os primeiros impactos do 5G serão sentidos. Alguns consideram que as aplicações comerciais e industriais serão as primeiras afetadas. Outros vêem a tecnologia 5G inicialmente ganhando força no lado do consumidor, alavancada pelo consumo de vídeo e pelos jogos em nuvem. Aplicações industriais virão mais em seguida, segundo estes analistas, à medida que as funcionalidades e competências da tecnologia forem sendo provadas. Mas, em longo prazo, os aplicativos de negócios serão os mais impactados pelo 5G (WEISSBERGER, 2019).

As fortes demandas do mercado de consumo pessoal, das empresas e das próprias operadoras de Telecomunicações têm sido os combustíveis propulsores do estabelecimento do 5G, que vem se desenvolvendo superando enormes desafios tecnológicos, espectrais, de padronização, tarifários e regulatórios. Como tecnologia de viés transformador, por seu forte impacto na sociedade e na economia, sua adoção é considerada estratégica por governos e blocos econômicos mundiais. A Comissão Européia, por exemplo, tem como objetivo ter uma cidade em cada estado membro coberta com 5G até 2020 (PESTANA, 2019a). No Brasil, encontra-se em fase de elaboração a Estratégia Brasileira para Redes de Quinta Geração pelo Ministério da Ciência, Tecnologia, Inovações e Comunicações (MCTIC) (BRASIL, 2019).

Estudos de impacto econômico do 5G na economia mundial estimam que, em 2035, a cadeia de valor global da indústria 5G irá gerar US $ 3,5 trilhões em produção e suportará 22 milhões de empregos. Neste ano, o “efeito multiplicador” do 5G produzirá US $ 12,3 trilhões em receitas na economia mundial e US $ 420 bilhões no PIB anual dos EUA (INTEL, 2018; IHS, 2017). A corporação financeira Greensill (2019) prevê que um gasto total em todo o mundo associado ao 5G e IoT será, até o final de 2020, de pelo menos US $ 2,7 trilhões: US $ 1,7 trilhão de investimentos em internet das coisas e US $ 1 trilhão em melhorias de infraestrutura para acomodar 5G, particularmente na Ásia e nas Américas.

Relatório da consultoria Morgan Stanley, identificou sete áreas de utilização que poderão gerar US $ 156 bilhões em receita anual incremental até 2030. São elas: US $ 64 bilhões para automação industrial; US $ 9 bilhões para jogos na nuvem; US $ 18 bilhões para wireless fixo; US $ 7 bilhões para veículos autônomos; US $ 20 bilhões para vigilância e cidades inteligentes; US $ 4 bilhões para drones e US $ 32 bilhões para serviços remotos de saúde (STANLEY apud WEISSBERGER, 2019).

Sete nações estão na vanguarda do desenvolvimento do 5G: China, Estados Unidos, Coréia do Sul, Japão, Reino Unido, Alemanha e França (IHS, 2017). Seis são as principais empresas provedoras de infraestrutura que estão na corrida do 5G: a chinesa Huawei, a finlandesa Nokia, a sueca Ericsson, a sul coreana Samsung, a chinesa ZTE e a japonesa Fujitsu. Além destas, as empresas norte-americanas Intel e Qualcomm desempenham um papel fundamental no mercado, pois detêm a fabricação e muitas patentes de microcircuitos eletrônicos que equipamentos 5G necessitam (PESTANA, 2019b). Outras empresas americanas estão atendendo a demanda de semicondutores para o 5G, como a Analog Devices, a Marvell Technology e a Xilinx. No fornecimento de infra de núcleo (core) de nuvem (cloud) destacam-se as empresas americanas Cisco Systems, Ciena e Juniper Networks (WEISSBERGER, 2019). O 5G também abriu uma janela de oportunidades para os fornecedores de equipamentos de teste, que estão realizando desenvolvimento e upgrades em seus dispositivos; alguns dos principais fornecedores de equipamentos de teste 5G incluem ROHDE&SCHWARZ, Anritsu, MACOM, VIAVI Solutions, Keysight Technologies, LitePoint, dentre outros (FMI, 2018).

O número total de assinantes móveis no primeiro quadrimestre de 2019 é de 7,9 bilhões, segundo o relatório de mobilidade da Ericsson (2019). O congestionamento visto nas redes 4G está tornando a rede mais lenta, o que evidencia a necessidade do ganho de capacidade da tecnologia 5G, para reduzir essa pressão. Em ambientes urbanos, as velocidades de download em 4G chegam a cair 20 Mbps ou mais, forçando os desenvolvedores a projetar seus aplicativos para as velocidades mais lentas vistas durante dia, quando a maioria dos consumidores deseja usar esses aplicativos. É esperado que o 5G proporcione algum alívio deste gargalo, por oferecer maiores velocidades e menores latências (BUCCO, 2019; FITCHARD, 2019).

Segundo uma pesquisa conduzida pela consultoria Gartner (2018), 66% das organizações planejam implantar 5G até 2020, principalmente para comunicações e vídeo da Internet das Coisas (IoT). A busca de eficiência operacional é apontada como o principal fator motivador no meio corporativo.

O crescimento do tráfego nas redes das operadoras de comunicações móveis está sendo impulsionado tanto pelo aumento do número de assinantes de smartphones, quanto pelo crescente volume médio de dados por cada assinatura, alimentado principalmente por visualização de conteúdo de vídeo (ERICSSON, 2019). Este panorama tende a se intensificar pela demanda de consumo de mídia imersiva, que se expande para a televisão de ultra-alta definição (UHDTV) de 4k / 8k, incluindo HDR (High Dynamic Range), HFR (High Frame Rate) e ampliado espectro de cores; conteúdos baseados em objeto; realidade virtual, aumentada e misturada (Virtual / Augmented / Mixed Reality – VR / AR / MR); mídia visual de 360 ​​°; e áudio de próxima geração (BARQUERO, 2019).

Um dos grandes desafios do 5G é que as organizações demandarão as suas funcionalidades mais rapidamente do que muitos provedores de serviços de telecomunicações poderão oferecer. As pesquisas apontam que as operadoras de telecomunicações inicialmente se concentrarão nos serviços de banda larga do consumidor, o que pode atrasar os investimentos em edge computing e core slicing, que são muito mais relevantes e significativas para os projetos 5G. Desta forma, é esperado que as operadoras não satisfaçam totalmente as demandas de curto e de médio prazo das organizações que desejam implementar rapidamente o 5G (GARTNER, 2018). Estimativas iniciais colocam o desembolso financeiro pelas operadoras de telecomunicações para atualizarem as suas infraestruturas vitais e necessárias para a 5G em algo entre US $ 500 bilhões e US $ 1 trilhão (GREENSILL, 2019). Entretanto, muitas operadoras não implementarão 5G em escala até 2020, ou mesmo nos anos seguintes. Para alguns, a prioridade é adicionar capacidade e cobertura às suas redes LTE e, gradativamente, atualizar a infraestrutura para poder incluir 5G no momento certo em seus negócios, conforme apontado por Sue Monahan, CEO do Small Cell Forum (NATHAN, 2017). Será necessário concentrar investimentos na instalação de small cells e em extensas redes de fibras óticas pelas empresas e na facilitação de processos de licenciamento pelas prefeituras (SILLIMAN, 2018).

A Ericsson (2019) prevê em seu relatório de mobilidade, que até o final de 2024 as assinaturas de 5G chegarão a 1,9 bilhão, o tráfego transportado por redes 5G será de 35% e que até 65% da população global poderá ser coberta pela tecnologia, fazendo do 5G a geração mais rápida a ser lançada em escala global. Este estudo antecipa e supera as projeções feitas pelo GSMA, que previa que o 5G responderia por até 1,2 bilhão de conexões até 2025, cobrindo um terço da população mundial (GSMA, 2017). Pelas projeções da Ericsson, quase dois terços da população estará coberta já em 2024, e com um número bem maior de conexões.

Em média, cada geração de comunicação móvel leva 10 anos de trabalhos de pesquisa e padronização até a sua introdução, e depois mais cerca de 20 anos para que atinja o seu pico de volume de utilização. Segundo previsões do 5GPPP – 5G Infrastructure Public Private Partnership (2013), a previsão é que em torno de 2030 o LTE/LTE Advanced atinja seu pico de volume em 2030, e o 5G em 2041. O 5G é uma evolução natural das redes 4G existentes, mas é apontado como um ponto de inflexão no futuro das comunicações, por potencializar a conectividade instantânea para bilhões de dispositivos, e por fornecer uma plataforma, na qual novos serviços e novos modelos negócios poderão prosperar na corrida global pela digitalização da economia e da sociedade (GRANRYD, 2017). É apontado por alguns como a espinha dorsal (backbone) da quarta revolução industrial (SILLIMAN, 2018).

 

CENÁRIOS DE APLICAÇÃO E ASPECTOS TÉCNICOS

Três cenários de aplicações estão previstos no 5G: (1º) banda larga móvel aprimorada (eMBB); (2º) comunicações tipo máquina (mMTC); e (3º) comunicações ultraconfiáveis ​​e de baixa latência (URLLC), também conhecido como comunicações de missão crítica. Um estudo de visão realizado pela NGMN Alliance (2015) caracterizou 24 casos de uso agrupados em 14 categorias, e estas reunidas em 8 famílias: (1ª) acesso de banda larga em áreas densas,(2ª) acesso de banda larga em toda parte, (3ª) alta mobilidade, (4ª)IoT massiva, (5ª) comunicação em tempo real extremo, (6ª) comunicação para serviços de emergência, (7ª) comunicação de alta confiabilidade e (8ª) serviços de broadcast. Estas famílias contemplam casos de uso como vídeo pervasivo, compartilhamento de fotos/ vídeo HD por multidões em estádio ou reunião ao ar livre, robôs colaborativos, cirurgia remota, conectividade 3D para drones e aeronaves, segurança pública, Internet tátil e veículos de alta velocidade (trens e aeronaves).

Comparando as técnicas de comunicações móveis empregadas no 5G com as antecessoras, o fato de ser plataforma para aplicações mais variadas e de configuração mais diversificada e automaticamente adaptativa, torna o design do sistema mais sofisticado e complexo. Várias tecnologias chaves estão envolvidas, incluindo MIMO (multiple-input multiple-output), nova tecnologia de acesso rádio (RAT – radio access technology), redes heterogêneas de ultra adensamento (UDN – heterogeneous ultra-densification networks), codificação e decodificação de canal (como códigos polares) e acesso por ondas milimétricas (mmWave). As possíveis topologias de rede 5G contemplam segmentos de fronthaul, midhaul e backhaul, desde as unidades remotas de rádio (RRU – Remote Radio Unit) até o núcleo da rede (CN – core network), de modo a satisfazer os progressivos requisitos de cobertura e latência (YOSHIKANE, 2019). Estes segmentos são interligados através das Unidades Distribuídas (DU – Distributed Unit) e das Unidades Centralizadas (CU – Centralized Unit): DU interliga fronthal e midhaul, e DU conecta o midhaul ao backhaul. Para redes de transporte de fronthaul, uma topologia de rede em estrela ou em anel pode ser usada; para redes de transporte de midhaul, uma topologia de anel é normalmente usada; e para rede de transporte de backhaul, são usadas topologias de anel e mesh (ITU-T, 2018a).

O núcleo (core network) de uma rede 5G incorpora o conceito de rede definida por software (SDN – Software Defined Networking), nas fatias de rede criadas e programadas pela virtualização de funções de rede (NFV- network function virtualization), na “softwarização” de rede e no processamento em rede. A virtualização de rede é uma tecnologia que realiza redes isoladas e flexíveis, para suportar uma ampla gama de arquiteturas independentes de rede, serviços e usuários, que não interferem entre si. Também permite o fácil estabelecimento de redes experimentais e acelera a pesquisa e desenvolvimento das redes para futuras tecnologias. A virtualização possibilita redes mais flexíveis e mais reconfiguráveis, que evoluem contínua e dinamicamente para se adaptarem às mudanças de requisitos para novos serviços e aplicativos que surgem. Também, possibilita estratégias automatizadas de otimização do uso de recursos limitados e a maximização do número de usuários, alocando e adaptando recursos de rede de forma rápida e dinâmica. Adaptabilidade, orquestração de recursos, agilidade e automação viraram conceitos centrais em projetos de núcleo de redes 5G (ITU, 2018b).

O fatiamento da rede (network slicing) permite que uma operadora forneça redes virtuais com funcionalidades específicas para um determinado serviço ou um cliente, ao longo de uma infraestrutura comum de rede. Estas fatias corresponderão a redes virtuais independentes atendendo aplicações de banda larga, IoT massivo, IoT de missão crítica, dentre outras possibilidades. Um exemplo de múltiplas fatias operadas simultaneamente sobre a mesma infra-estrutura seria uma eMBB atendendo smartphones, outra fatia URLLC dedicada aos carros autônomos e uma ou mais fatias mMTC em aplicações de IoT massivo (mIoT) (YOSHIKANE, 2017). O fatiamento lógico da estrutura física de rede, em diferentes e independentes redes virtuais e com diferentes capacidades, tornou-se uma necessidade imperativa, para atender a demanda de diferentes serviços e ao aumento do número de usuários (ITU, 2018b).

O 5G é diferente do 4G e de outras gerações anteriores de sistemas celulares de comunicações móveis, pois depende não somente de grandes torres para dar cobertura a uma macrocélula de dezenas de quilômetros quadrados cada uma, mas também precisa contar com centenas ou milhares de small cells situadas ao longo de uma cidade (SILLIMAN, 2018). Suportar a crescente taxa de dados e capacidade de usuários é o foco da banda larga móvel aprimorada (eMBB), através de duas grandes melhorias tecnológicas para as soluções over-the-air (OTA): (1a) a mudança do espectro de frequência para ondas centimétricas e milimétricas, visando alocar larguras de banda muito maiores; e (2a) matriz de antenas avançada que inclui dezenas ou até centenas de elementos de antenas transmissoras/receptoras, permitindo o MIMO massivo e a formação de feixes (beamforming).

Indicadores de performance técnicos e científicos (KPIs – Key Performance Indicators) foram redimensionados ou elaborados para o 5G, de modo a aferir e assegurar o nível de desempenho redes sem fio, das redes ópticas, da organização automatizada de redes e do gerenciamento de rede e automação, da implementação de convergência além da última milha de acesso, das redes centradas em informações, da virtualização de funções de rede, das redes definidas por software (SDN), das redes de nuvens, da garantia de disponibilidade, robustez e segurança e da garantia de implementações eficientes de hardware (5GPPP, 2013).

Proporcionar uma experiência de usuário (UX – User Experience) superior para seus clientes tornou-se uma importante consideração para as operadoras de Telecomunicações, que oferecem serviços em um mercado muito competitivo. As operadoras buscam continuamente abordagens inovadoras que otimizem a experiência do usuário, procurando explorar ao máximo os recursos e capacidades oferecidos por uma geração. Alguns recursos relevantes das plataformas 5G têm influência direta na qualidade da experiência do usuário (QoE – Quality of Experience) e incluem: melhor latência e desempenho de largura de banda; entrega peer-to-peer de conteúdo; a capacidade de criar redes que pareçam homogêneas aos usuários finais, a partir de uma mistura de elementos de recursos de rede fornecidos por diferentes operadoras; a capacidade de otimizar a eficiência da rede de acesso por meio da agregação de link / caminho, bem como a seleção de links baseada nos requisitos de conteúdo, serviço e no volume de dados consumidos por um determinado usuário final . O aumento da capacidade e flexibilidade oferecidas pelos sistemas 5G contribuem para melhorar a capacidade dos provedores de serviços e das operadoras de telecomunicações em oferecer uma experiência de usuário otimizada (ATIS, 2018).

 

A CORRIDA DA IMPLANTAÇÃO: DISPUTAS, TRIAL’s e POLÊMICAS

A chegada do 5G tem movimentado o mercado e gerado disputas, polêmicas e conflitos diplomáticos (PESTANA, 2019b). A empresa americana Verizon e a sul coreana SK Telecom reivindicam o título de primeira empresa a lançar no mundo, em abril de 2019, serviços 5G (THE GUARDIAN, 2019). Um conflito de natureza comercial e diplomática envolvendo o 5G foi desencadeado por uma ordem assinada na Casa Branca em maio de 2019, que dava ao governo americano o poder de impedir companhias americanas de negociar com a chinesa Huawei, tendo como pano de fundo a guerra comercial entre Estados Unidos e China e alegadas acusações de espionagem, violação de sanções comerciais ao Irã, suborno e roubo de segredos industriais (AUTRAN, 2019). Uma polêmica impulsionada pelas redes sociais é o alarme de efeitos nocivos do 5G sobre a saúde, embora não existam estudos científicos conclusivos que possam comprovar ou refutar tal alegação e já existam normas nacionais e internacionais que regulamentem a medição e os limites da exposição humana às radiações eletromagnéticas (BRASILL, 2018; IEC, 2019).

No Brasil as operadoras estão na corrida do 5G. Vários projetos pilotos e trials encontram-se em andamento em 2019. A empresa Oi, em parceria com a Huawei, instalou uma antena 5G e três containeres de equipamentos na Praça da Ferradura, no centro de Búzios, Estado do Rio de Janeiro, onde realiza testes. Um grupo de jornalistas foi convidado para conhecer a experiência em março de 2019 (GONDIM, 2019).

A TIM também realiza testes em seu primeiro projeto-piloto do 5G sobre uma rede real, operando na frequência de 3,5 GHZ, em Florianópolis, Santa Catarina, em parceria com a Fundação CERTI e a Huawei. A iniciativa foi anunciada em maio de 2019. A operadora terá outros dois projetos-pilotos 5G em Santa Rita do Sapucaí-MG (em parceria com a Ericsson e com o Instituto Nacional de Telecomunicações – INATEL); e em Campina Grande – PB , junto com o Núcleo Virtus (Núcleo de Pesquisa, Desenvolvimento e Inovação em Tecnologia da Informação, Comunicação e Automação) da Universidade Federal de Campina Grande (UFCG) e a Nokia. (TIM, 2019).

A Claro também possui seus setups de teste, onde realiza seus experimentos em 5G. Em outubro de 2018 a Claro demonstrou, durante a Futurecom, exemplos de aplicações de banda larga, baixa latência e de IoT sobre estrutura de quinta geração (5G). Uma das demonstrações, em parceria com a Huawei, foi o uso da faixa de 3,5 GHz para transmissão de vídeo em definição 8k. Outro teste realizado, empregando tecnologia da Ericsson, demonstrou a capacidade de uso em baixíssima latência. Também, em parceria com a Logicalis, apresentou caso de uso na vertical de negócios da Internet das Coisas (POSSEBON, 2018).

Em maio de 2019, a ANATEL aprovou a destinação das faixas de frequências de 2,3 GHz e 3,5 GHz para o 5G (ANATEL, 2019). A expectativa no mercado das operadoras agora é em torno do leilão das faixas do espectro destinadas ao 5G, quando a Anatel vai vender 200 MHz na frequência de 3,5 GHz; 100 MHz na faixa de 2,3 GHz; e 10 MHz na sobra da frequência de 700 MHz, além de 26 GHz, que possivelmente será incluído no leilão. O leilão consta da a agenda regulatória para o biênio 2019-2020, aprovada em março de 2019, e com realização prevista para março de 2020 (GROSSMANN, 2019).

Enquanto a implantação da tecnolgia 5G se inicia, os primeiros passos em direção ao 6G já foram dados. O Centro de Comunicações Sem Fio da Universidade de Oulu iniciou em 2018 o programa de pesquisas 6Genesis com investimento de 251 milhões de euros, vinculado ao principal programa da Academia da Finlândia (OULU, 2018). Na China, a Universidade de Tshinghua, em parceria com a China Mobile, também começou a discutir em 2018 os primeiros conceitos do 6G. As primeiras concepções apontam para a busca de velocidades de tera bits por segundo (Tbps), latências de microsegundos e otimização da rede 6G, aguardada para a próxima década, pelo emprego de Inteligência Artificial (MCCASKILL, 2018; POUTTU, 2018).

 

CONCLUSÃO

Os estudos apontam que os impactos da quinta geração de comunicações móveis na sociedade serão profundos. É um mercado trilionário, que movimentará a economia nos próximos anos. É apontada como uma das principais componentes de suporte à transformação digital e à revolução da indústria, provendo conectividade estável de alta velocidade, alta responsividade e alta confiabilidade.

A fase atual é dos testes e experimentações (trials), primeiras implantações comerciais, liberação e ocupação de novas faixas do espectro eletromagnético, de muito investimento e de muita expectativa. O quadro que se configura é de uma coexistência do LTE com novas implementações de infraestrutura do 5G, até que atinja sua maturidade de utilização nos anos vindouros. O horizonte temporal deste amadurecimento e plena utilização ainda é incerto, mas poderá ser bem menor do que ocorreu com as gerações anteriores.

O momento é de acompanhar e observar atentamente que expectativas serão consolidadas e quais serão frustradas, quais previsões serão concretizadas e que mudanças e revoluções realmente se realizarão. E diante de toda esta efervescência tecnológica, econômica e social trazida pela quinta geração, avistar a sinalização dos primeiros passos da sexta geração que se apresenta no longínquo horizonte.

 

REFERÊNCIAS

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