Entendendo as frequências de bandas do espectro 5G

Introdução à maior faixa de espectro de frequências de todos os tempos

Nos últimos anos, tem havido uma tendência crescente em direção à mídia interativa, como programação de vídeo, gerando experiências mais imersivas na forma de Realidade Virtual (VR) e Realidade Aumentada (AR). Essa tendência trará grandes desafios, além de gerar altas expectativas. Isso faz com que seja fundamental confiar nos sistemas móveis, uma vez que os usuários precisarão de grandes quantidades de dados para obter a quantidade de informações necessárias ao mesmo tempo.

Esses requisitos não afetam apenas a capacidade das interfaces aéreas, mas também impõem um redesenho arquitetônico de redes de transporte e sistemas na nuvem para formar uma topologia mais distribuída, que se estenda até o núcleo móvel convergente, com armazenamento e computação espalhados até a borda sem fio.

Além disso, também há a demanda do número de dispositivos no universo da IoT. O 5G desempenhará um papel fundamental para garantir a conectividade universal em uma infinidade de dispositivos com características muito diferentes, principalmente, por não exigir demanda de conexão de alto desempenho em termos de alta taxa de transferência e latência curta, mas cobertura interna profunda e baixo consumo de energia.

De fato, os projetos de sistemas anteriores não forneceram os recursos de IoT necessários. E essa é uma oportunidade na qual o 5G pode gerar lucro.

A tecnologia 5G promete combinar e gerenciar a IoT, onde tecnicamente um número muito grande de dispositivos exige recursos muito pequenos e baixo desempenho, além da Ultra Banda Larga.

O papel de diferentes partes da frequência: casos de uso e aplicativos

Atualmente, o espectro da banda baixa está sendo usado para serviços 2G, 3G e 4G para voz, serviços MBB e Internet das Coisas (IoT). O espectro recém-alocado para redes móveis inclui as bandas de 600 MHz e 700 MHz. Essas bandas são ideais para cobertura de área ampla e externa, bem como para cobertura interna profunda, normalmente necessária para serviços de eMBB e voz, mas também necessária para comunicação do tipo M2M de fora para dentro do prédio, mesmo em porões profundos.

Hoje, o espectro de banda média é usado para serviços 2G, 3G e 4G. O novo espectro foi amplamente alocado na faixa de 3.5 GHz, com mais espectro planejado para ser disponibilizado nas faixas de 1.5 GHz (banda L) e 5 GHz (sem licença). As larguras de banda de 50 megahertz a 100 megahertz por rede permitirão redes de alta capacidade e baixa latência, ideais para casos de uso 5G, como MBB aprimorado (eMBB) e comunicações de baixa latência ultra confiável (URLLC), para aplicações críticas de IoT. Com uma melhor cobertura de área ampla e interna do que o espectro de banda alta, o espectro de banda média é ideal no que se refere à cobertura, qualidade, rendimento, capacidade e latência. A combinação do espectro de banda média com o espectro de banda baixa leva a melhorias excepcionais na rede em termos de capacidade e eficiência.

O espectro de banda alta é, claramente, um salto antecipado na velocidade, capacidade, qualidade e baixa latência dos dados, prometidos pelo 5G. As novas bandas de espectro ficam, normalmente, na faixa de 24 GHz a 50 GHz, com larguras de banda contíguas de mais de 100 megahertz por rede. A banda alta oferece uma oportunidade significativa para serviços de taxa de transferência muito alta para xMBB, implantações localizadas e casos de uso de baixa latência, por exemplo IoT industrial, local etc., tanto para implantações internas quanto externas. O acesso sem fio fixo (FWA) também se beneficiará dessas bandas mais altas em termos de capacidade. Como o alcance da cobertura é muito limitado (magnitude de cem metros), para cobertura em áreas mais amplas, combinações com banda baixa e banda média serão essenciais.

Cada banda de espectro possui propriedades únicas, o que significa que há diversas oportunidades para um provedor de serviços equilibrar entre taxa de transferência, cobertura, qualidade e latência, além de confiabilidade e eficiência espectral. A disponibilidade do espectro variará globalmente entre países e regiões, tanto em termos de faixas, quanto de quantidades e época.

Os padrões 5G também incluem uma fatia de rede de ponta a ponta e computação móvel de ponta, que são vitais para atender às necessidades dos setores verticais da indústria. Em particular, o fatiamento de rede permitirá que as operadoras criem fatias de sub-rede virtual com recursos personalizados para tipos específicos de usuário ou requisitos de uso. O fatiamento, entre outras características, inclui opções de bandas de espectro e canais. Por exemplo, latência ultra baixa e fatias de alta disponibilidade são uma boa opção para fabricação automatizada, carros conectados e cirurgia remota. Em contraste, as redes de IoT com um grande número de sensores e dispositivos, como câmeras de streaming de vídeo, podem receber uma fatia personalizada para comunicações pesadas de ligação ascendente.

Algumas verticais dependem de recursos de latência ultrabaixa, enquanto outras precisam de velocidades super rápidas para download. Alguns precisam de conectividade altamente localizada (por exemplo, pequenas células para uma fábrica), enquanto outros precisam de conectividade em todo o país (por exemplo, uma vasta rede macro para suportar sensores de empresas de serviços públicos). Cada um desses exemplos precisa de diferentes recursos de espectro e rede.

Serviços de latência ultrabaixa e serviços de banda larga de alta velocidade precisam de diferentes bandas de espectro, pois seus requisitos de recursos de rádio são incompatíveis. Da mesma forma, os serviços localizados de alta capacidade melhor se adequam às faixas de capacidade (ou seja, acima de 1 GHz), enquanto os serviços em todo o país se beneficiam das faixas de cobertura (ou seja, sub-1GHz). As operadoras móveis estão na melhor posição para fornecer a ampla variedade de serviços previstos, incluindo redes privadas com espectro concessionado nos casos em que isso é necessário, devido aos requisitos específicos das verticais.

Se considerarmos os requisitos de largura de banda e penetração, uma subdivisão de linha de casos de uso por parte do espectro de frequência pode ser descrita da seguinte maneira.

Casos de uso em banda baixa: pequenas quantidades de dados precisam ser trocadas de um grande número de dispositivos distribuídos para a rede e vice-versa. A banda baixa é útil para cobrir grandes espaços (áreas rurais) e áreas internas profundas (porões). A baixa latência pode ser alcançada também nesta parte do espectro com estratégias de fatiamento, se necessário.

Casos de uso de banda média: essa categoria de banda é o equilíbrio perfeito entre a banda larga (500 Mbps a 1-2 Gbps) e a cobertura de alguns décimos de metros por célula. Para casos internos, deve haver uma atenção especial ao repetir o sinal do externo para o interior. Uma troca entre taxa de transferência e latência pode ser alcançada, através do fatiamento da rede.

Casos de uso de banda alta: essa banda garante suporte a todos os casos que exigem uma frequência de dados muito alta, especialmente no setor de mídia e entretenimento. O usuário deve estar próximo do ponto de acesso (alguns metros). Geralmente, os casos de uso são aqueles que exigem velocidade máxima, mas a troca entre a taxa de transferência e latência pode ser alcançada através do fatiamento da rede, também nesta faixa de frequência.

Qual é o status regulatório e a evolução esperada?

Órgãos reguladores de todo o mundo estão desenvolvendo ativamente seus planos de espectro 5G e alguns já concluíram as primeiras ações. O foco principal está em novas bandas móveis, incluindo o espectro na faixa de 3.5 GHz (ou seja, 3.3-3.8 GHz) que foi inserido em vários países. No entanto, outras bandas também estão sendo consideradas. Por exemplo:

• Vários países planejam usar o espectro na faixa de 4.5-5 GHz para 5G, incluindo a China e o Japão;
• Um número crescente de países está considerando as faixas de 3.8 – 4.2 GHz5 e 5925/6425 - 7125 MHz;
• Também há interesse em inserir as bandas de 2.3 GHz e 2.5 / 2.6 GHz para 5G, substituindo a atual tecnologia 4G.

As velocidades 5G mais rápidas dependem realmente da identificação de novas bandas de ondas milimétricas acima de 24 GHz. Estas foram amplamente acordadas na WRC-19, que está avaliando uma variedade de bandas de 24.25-86 GHz. No outro extremo do espectro, a Europa priorizou a banda de 700 MHz para implementações 5G de área ampla e os EUA já licenciaram a banda de 600 MHz.

As novas bandas 5G que os reguladores estão disponibilizando também afetarão a maneira como as redes serão implantadas. As primeiras bandas médias de 5G (por exemplo, 3.5 GHz) e as bandas de ondas milimétricas (por exemplo, 26 GHz e 28 GHz) servem redes densas de pequenas células 5G em hotspots urbanos, onde a capacidade complementar é vital. No entanto, essas bandas de frequência também podem se adequar a células macro para uma cobertura mais ampla da área - incluindo acesso fixo sem fio - usando o beamforming. Esse aprimoramento tecnológico significa que a banda de 3.5 GHz poderá fornecer a mesma cobertura e usar os mesmos locais de células, como as atuais bandas móveis de 2.6 GHz e 1800 MHz usadas na cobertura 4G.

Status de alocação de espectro na Europa

As primeiras bandas alocadas são baixa e média. A maioria dos países europeus já atribuiu essas frequências ou planejou seu uso até o primeiro semestre de 2020. O procedimento de alocação de faixas mais altas ainda está em andamento na maioria dos países. A Itália é o primeiro país, onde todas as faixas de espectro já foram alocadas.