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Tecnologia 5G: comunicações móveis 5G

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O sistema de comunicações móveis 5G oferece um nível muito mais alto de desempenho do que as gerações anteriores de sistemas de comunicações móveis.

A nova tecnologia 5G não é apenas a próxima versão das comunicações móveis, evoluindo de 1G para 2G, 3G, 4G, mas fornece uma nova abordagem que dá conectividade onipresente.

A tecnologia 5G é muito diferente. Os sistemas anteriores haviam evoluído mais impulsionados pelo que poderia ser feito com a tecnologia mais recente. A nova tecnologia 5G foi impulsionada por aplicativos de anúncios de usos específicos.

As comunicações móveis 5G foram impulsionadas pela necessidade de fornecer conectividade onipresente para aplicativos tão diversos como comunicações automotivas, controle remoto com feedback de estilo tátil, enormes downloads de vídeo, bem como os aplicativos de taxa de dados muito baixa, como sensores remotos e o que está sendo denominado de IoT, Internet das Coisas.

O 5G é capaz de fornecer uma flexibilidade muito maior e, portanto, é capaz de suportar uma gama muito mais ampla de aplicativos, desde requisitos de Internet das Coisas de baixa taxa de dados até aplicativos de taxa de dados muito rápida e latência muito baixa.

Padronização 5G

Como todos os sistemas amplamente utilizados, as comunicações móveis 5G são regidas por uma série de padrões. Com base em 2G GSM, 3G UMTS e 4G LTE, o padrão 5G vem sob os auspícios do 3GPP - Projeto de Parceria de Terceira Geração.

O 3GPP tem vários grupos de trabalho diferentes, cada um abordando diferentes elementos dos padrões exigidos. Eles contam com especialistas do setor que doam seu tempo e são patrocinados por empresas de comunicações móveis relevantes. Desta forma, os padrões são escritos e desenvolvidos.

Por ter uma organização industrial principal que controla os padrões, as partes interessadas são capazes de influenciar os padrões para garantir que a funcionalidade necessária seja obtida. Além disso, como o padrão é internacional, não apenas diferentes empresas podem trabalhar em diferentes elementos do sistema e saber que irão interoperar, mas também para o usuário, recursos como roaming estão disponíveis e o custo de telefones, chamadas, etc. é reduzido como resultado da economia de escala, etc.

Os padrões 3GPP são atualizados como versões específicas - cada versão refina elementos que já foram descritos e introduz novas funcionalidades. As versões anteriores continham os padrões para GSM, UMTS e LTE. Conforme o 5G começou a ser desenvolvido, ele também foi incorporado aos padrões.


Lançamentos 3GPP
Lançamento 3GPPData de lançamentoDetalhes
Lançamentos anteriores--GSM, UMTS e LTE
Versão 14Meados de 2017Elementos na estrada para 5G
Versão 15Fim de 2018Especificação 5G Fase 1
Versão 162020Especificação 5G Fase 2
Versão 17~ Setembro de 2021

Os novos lançamentos também contêm atualizações para sistemas anteriores - a versão 14, por exemplo, continha muitos novos elementos de funcionalidade para LTE, bem como atualizações, etc., para UMTS e GSM.


Visão geral dos sistemas celulares 5G

Conforme as diferentes gerações de telecomunicações celulares evoluíram, cada uma trouxe suas próprias melhorias. O mesmo se aplica à tecnologia 5G.

  • Primeira geração, 1G: Esses telefones eram analógicos e foram os primeiros telefones móveis ou celulares a serem usados. Embora revolucionários em sua época, eles ofereciam níveis muito baixos de eficiência e segurança de espectro.
  • Segunda geração, 2G: Eles eram baseados na tecnologia digital e ofereciam eficiência de espectro muito melhor, segurança e novos recursos, como mensagens de texto e comunicações de baixa taxa de dados.
  • Terceira geração, 3G: O objetivo dessa tecnologia era fornecer dados em alta velocidade. A tecnologia original foi aprimorada para permitir dados de até 14 Mbps e mais.
  • Quarta geração, 4G: Esta era uma tecnologia totalmente baseada em IP, capaz de fornecer taxas de dados de até 1 Gbps.
  • Tecnologia 5G: Quando o 5G estava sendo postulado pela primeira vez, vários casos de uso foram apresentados: transferência de dados em alta velocidade à medida que os downloads de vídeo se tornavam maiores e mais comuns; controle remoto com baixa latência - exemplos de veículos autônomos se comunicando com infraestrutura de rad para fornecer transporte seguro, bem como o exemplo de cirurgiões experientes sendo capazes de realizar cirurgias delicadas remotamente usando um link 5G. Ambos os exemplos requerem comunicações móveis de latência muito baixa; mais capacidade para comunicações gerais de dados; capacidade de acomodar a taxa de dados muito baixa e comunicações ocasionais para a Internet das Coisas, IoT onde uma bateria de longa duração é necessária.

Em vez de apenas oferecer mais do que existia nas gerações anteriores de comunicações móveis, a tecnologia 5G precisava oferecer novos recursos e conectividade onipresente. Isso exigiria não apenas o uso de estações base de saída, que poderiam ser convertidas em 5G, mas também muitas outras células pequenas.

Requisitos 5G

Como preliminares para o trabalho para o novo sistema de comunicações móveis 5G, os requisitos gerais foram definidos. Estes foram definidos pelo ITU como parte do IMT2020. Mesmo agora, com o 5G como um sistema de comunicações móveis ativo, é útil consultar esses requisitos.


Desempenho sugerido de 5G sem fio
ParâmetroDesempenho sugerido
Taxa de pico de dadosNo mínimo, downlink de 20 Gbps e uplink de 10 Gbps por estação base móvel. Isso representa um aumento de 20 vezes no downlink em relação ao LTE.
Densidade de conexão 5GPelo menos 1 milhão de dispositivos conectados por quilômetro quadrado (para habilitar o suporte à IoT).
Mobilidade 5G0km / h para acesso "500km / h para veículos de alta velocidade".
Eficiência energética 5GA especificação 5G exige interfaces de rádio que economizam energia quando estão sob carga, mas também entram em um modo de baixa energia rapidamente quando não estão em uso.
Eficiência espectral 5GDownlink de 30 bits / Hz e uplink de 15 bits / Hz. Isso assume 8x4 MIMO (8 camadas espaciais para baixo, 4 camadas espaciais para cima).
Taxa de dados do mundo real 5GA especificação "apenas" exige uma velocidade de download por usuário de 100 Mbps e velocidade de upload de 50 Mbps.
Latência 5GEm circunstâncias ideais, as redes 5G devem oferecer aos usuários uma latência máxima de apenas 4 ms (em comparação com 20 ms para LTE).

Sistema de comunicação 5G

O sistema de comunicações móveis 5G é uma grande mudança na forma como as redes de comunicações móveis operam. Novas topologias de rede, redes de acesso e afins foram definidas e implementadas.

  • 5G New Radio, 5G NR: 5G new radio é o novo nome para a rede de acesso de rádio 5G. Consiste nos diferentes elementos necessários para a nova rede de acesso via rádio. Usando uma tecnologia muito mais flexível, o sistema é capaz de responder às necessidades diferentes e mutáveis ​​dos usuários móveis, sejam eles um pequeno nó de IoT ou um usuário com alto volume de dados, estacionário ou móvel.
  • Rede principal NextGen 5G: Embora as implantações iniciais de 5G utilizassem a rede central de LTE ou possivelmente até redes 3G, a rede precisava mudar para uma estrutura muito mais plana para fornecer a capacidade de dados e a baixa latência necessárias.

Tecnologias 5G

O 5G também incorpora muitas tecnologias, muitas das quais são novas, para permitir que ele forneça os níveis muito altos de desempenho exigidos.

As tecnologias para comunicações móveis 5G incluem:

  • Formas de onda e modulação: Uma das principais discussões quando o 5G estava sendo desenvolvido se baseava no tipo de forma de onda a ser usada. No final, o esquema foi baseado em OFDM, com formatos de modulação reais dependentes do link e estes incluem QPSK, 16QAM, 64QAM, 256QAM e para o uplink quando DFT-OFDM é usado, π / 2-BPSK pode ser usado.

    Para o futuro, outras formas de forma de onda podem ser desenvolvidas, mas atualmente a forma de onda é baseada em OFDM.


  • Acesso múltiplo: Novamente, uma variedade de esquemas de acesso foi discutida, mas para o Novo Rádio 5G, OFDMA foi implementado. Para o downlink, CP-OFDM foi usado e no uplink tanto CP-OFDM quanto DFT-OFDM podem ser usados.

  • Comunicações de ondas milimétricas: As comunicações móveis de ondas milimétricas não foram implementadas para as implantações iniciais do sistema de comunicações móveis 5g, pois a tecnologia para comunicações de ondas milimétricas econômicas não tinha sido suficientemente desenvolvida. O uso de mmWave para comunicações móveis 5G exigirá um grande número de estações base para fornecer a cobertura necessária.

    Em preparação para a implementação do mmWave, as frequências estão sendo alocadas e se enquadram no conjunto de alocações FR2 (Faixa de frequência 2).


  • MIMO maciço com direção do feixe: As tecnologias de antena para 5G forneceram oportunidades significativas para melhorar o desempenho em relação ao 4G. Embora MIMO tenha sido usado com 4G LTE, a tecnologia foi levada mais longe.

    A tecnologia de direção do feixe também foi adotada para permitir que os feixes da antena do transmissor e do receptor sejam focalizados em direção aos dispositivos móveis com os quais estão se comunicando. Cada móvel pode ter seu próprio feixe, usando tecnologia de antena avançada, e isso concentra a potência transmitida onde é necessária e reduz a interferência entre os dispositivos móveis. Isso proporciona uma melhoria significativa no desempenho.


  • Redes densas: A redução do tamanho das células fornece um uso muito mais eficaz do espectro disponível. Embora as macrocélulas grandes sejam mantidas para comunicações gerais, muito mais células pequenas serão implantadas para garantir que a capacidade de dados possa ser fornecida.

    O uso de células menores proporciona uma reutilização de frequência muito maior e, como resultado, a rede geral pode fornecer um nível significativamente maior de capacidade de dados. Como o uso de dados está aumentando rapidamente, este é um requisito claro e urgente.

Estas são algumas das principais técnicas desenvolvidas e discutidas para uso no 5G.

5G cronograma e datas

A tecnologia 5G se desenvolveu rapidamente. As primeiras implantações reais entraram em operação em 2019, e outras implantações logo se seguiram. Embora tenha havido alguns problemas iniciais, muitos notaram um aumento significativo na velocidade.

Novos aparelhos foram lançados para acomodar a nova tecnologia e esses aparelhos permitiram que os usuários tirassem proveito de velocidades de download muito maiores.

Muitos países estavam ansiosos para implantar a tecnologia 5G rapidamente, pois as comunicações eficazes permitem o crescimento econômico e são vistas como um elemento essencial da vida e da indústria modernas.

Nota sobre a linha do tempo e histórico 5G:

As comunicações móveis 5G estiveram em desenvolvimento por vários anos antes de serem implantadas pela primeira vez e, mesmo então, a implantação também foi feita vários anos. A história da tecnologia 5G envolveu muitas pessoas e empresas antes de ser implantada com sucesso e amplamente utilizada.

Leia mais sobre História 5G.

A tecnologia de comunicações móveis 5G está se desenvolvendo rapidamente e está se tornando a tecnologia que todos estão buscando. Não só será capaz de acomodar as velocidades super rápidas exigidas dele, mas também será possível acomodar os requisitos de baixa taxa de dados para aplicativos IoT e IIoT. Como tal, as comunicações móveis 5G serão capazes de abranger um grande número de aplicativos diferentes e acomodar muitos tipos de dados diferentes.

Tópicos de conectividade sem fio e com fio:
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Conectividade sem fio e com fio


Assista o vídeo: Mestrado e Doutorado Inatel. Comunicações Móveis 5G e 6G (Pode 2022).


Comentários:

  1. Malajas

    O que acontece?



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