O que é o 5G? Para que serve? Esta é a melhor explicação possível

Filipe Alves

TL;DR: "Este é um daqueles artigos que certamente esclarecerá todas as tuas dúvidas. Um artigo longo mas que merece ser lido. Não há meias medidas na explicação do 5G. Tudo o que precisas de saber está aqui."

Foram 30 anos de evolução. As comunicações móveis mudaram dramaticamente nossa sociedade e a maneira como comunicamos. Agora é difícil imaginar a vida sem sistemas móveis modernos, como tínhamos antes de 1990.

O móvel possibilita a nossa vida moderna, permite que as sociedades modernas operem de maneira eficiente e teve um grande impacto na política moderna, economia, educação, saúde, entretenimento, logística, viagens e todas as indústrias.

5G está a chegar. Sabes o que é?

Desde o primeiro sistema AMPS de geração analógica desenvolvido nos EUA pela Bell Labs na década de 1970, cada nova geração apareceu aproximadamente a cada dez anos. Mas vamos olhar para o 5G e já lá vamos a um pouco de história. Esta é a melhor explicação que te conseguimos oferecer sobre as vantagens e desvantagens da rede 5G na nossa vida.

Para que precisas do 5G?

Nos últimos 10 anos, vimos a expansão dramática e contínua de dispositivos pessoais inteligentes, smartphones e tablets, combinado com a expansão de redes de dados para empresas e grandes instituições, e o crescimento dos serviços de ultra banda larga para acesso móvel e fixo.

Os smartphones têm sido um fator importante para impulsionar a mudança no valor da indústria de serviços móveis como voz e texto para um modelo cada vez mais centrado em dados. Além disso, com o crescimento previsto da Internet of Things (IoT) durante os próximos anos, haverá mais utilizadores, mais dispositivos e uma variedade mais diversificada de tipos de dispositivos do que nunca.

Até ao final de 2014, o número de dispositivos conectados por dispositivos móveis excedeu o número de pessoas na Terra, e até final de 2019 haverão cerca de 1,5 dispositivos móveis per capita. 11,5 mil milhões dispositivos móveis, excedendo a população projetada do mundo (7,6 mil milhões). E isto é apenas um começo. Um amplo consenso na indústria móvel antecipa uma forte continuidade desta tendência nos próximos anos.

Esta figura mostra a análise (feita pela Bell Labs Consulting) do crescimento do tráfego desde o alvorar da era da Internet em termos dos segmentos de tendências constituintes de cinco anos. A banda larga móvel é o caso mais critico e espera-se que continue a ser uma das principais razões que direcionam os requisitos para o 5G. 

Usando smartphone

Vai muito além do acesso básico à Internet móvel e abrange aplicações ricos interativos de trabalho, media e entretenimento na nuvem ou realidade aumentada. Streaming, aplicações e serviços baseados na nuvem são os maiores impulsionadores de procura. 

Eles são possibilitados por melhores dispositivos e aplicações mais ricas e reforçados por tendências para maior resolução nos nossos ecrãs, com a introdução de 4K e 8K e a disponibilidade de redes 4G (LTE) de menor latência e melhor desempenho, mas estamos atingir um limite. 

VR Glasses

A confluência de fontes de conteúdo crescentes e a resolução aumentada de conteúdo produzido cria crescimento exponencial na largura de banda necessária para entregar o conteúdo exigido pelo consumidor. A Bell Labs prevê um aumento no consumo de largura de banda global, com o conteúdo de vídeo a ser a maior parte dos dados transferidos.

O tráfego de dados móveis experimentou um crescimento explosivo na última década e continuará crescer exponencialmente. Os dados móveis estão a crescer a uma taxa entre 25% e 50% ao ano e devem continuar assim até 2030. 

Enquanto o passado tem sido sobre conectar pessoas, o futuro é conectar coisas - melhorando a vida pessoal, otimizando processos de negócios.

O 5G aplica-se a quem?

Um dos tópicos mais importantes nesta indústria é a transição de uma banda larga móvel centrada em smartphones para, o mundo programável, em que na banda larga móvel as redes conectam não apenas pessoas, mas formam a espinha dorsal de ligação para a Internet das Coisas (IoT). Espera-se que seja a próxima revolução no ecossistema móvel. Serviços de IoT são suscetíveis de ser um fator-chave para o crescimento futuro do móvel.

IOT

A Internet das Coisas está a ser formada agora, digitalizando processos e ligando as coisas físicas á Internet. E vai continuar a ocorrer em grande escala na próxima década.

Esta digitalização do mundo físico permite uma variedade de casos de uso inovadores, o mundo programável melhora a vida das pessoas através da automação, conectividade melhorada e inteligência. Também ajuda as indústrias a tornarem-se mais eficientes, ágeis e em tempo real. 

Nas últimas décadas, a Internet evoluiu de um repositório estático de hipertexto interligando documentos para um universo dinâmico de humanos, máquinas e aplicações em rede.

Com o IoT, praticamente qualquer coisa, todas as 'coisas' grandes e pequenas: carros, casas, energia inteligente, sensores médicos, coleiras de animais, será capaz de enviar e receber dados através da Internet. Crê-se que o tráfego total móvel gerado pelos dispositivos IoT será responsável por 2% do total do tráfego móvel num futuro próximo.

No entanto, haverá um crescimento significativo no streaming de vídeo da IoT a partir de câmaras de vigilância por vídeo, câmaras de corpo e dispositivos semelhantes com a transferência de conteúdo para plataformas de análise de vídeo baseadas na nuvem.

Com o advento da IoT, os operadores também terão que lidar com a necessidade de aumentos maciços de dados para lidar com as transmissões esporádicas geradas por bilhões de dispositivos. O tráfego de IoT gera um volume substancialmente maior de tráfego de sinalização em relação ao tráfego de dados. Por exemplo, um dispositivo típico de IoT pode precisar de 2500 transações ou ligações para consumir 1 MB de dados, enquanto a mesma quantidade de dados pode ser consumida num vídeo. 

Simplificando, há um engarrafamento a aproximar-se.

carros trânsito

O número de utilizadores móveis em todo o mundo quase dobrará de 2010 para 2020, além disso, como dito anteriormente, ligações móveis não são apenas feitas por pessoas, mas cada vez mais por máquinas e coisas. Analistas do setor estimam o número de dispositivos poderão ser de mil milhões até 2035.

Apesar de nunca conseguir prever com sucesso o que cada geração futura de tecnologia deve entregar a fim de satisfazer os futuros utilizadores finais, a indústria alcançou algum consenso sobre os casos de uso e cenários de uso para 5G: 5G será sobre pessoas e coisas. É uma abertura de portas para novas possibilidades e casos de uso, muitos dos quais ainda são desconhecidos.

Então, quais serão as possibilidades no mundo real?

O 5G será a plataforma que permitirá o crescimento em muitos setores, desde a indústria de IT até às indústrias de automóveis, entretenimento, agricultura e produção. O 5G ligará a fábrica do futuro e vai ajudar a criar um sistema de produção totalmente automatizado e flexível. Será também o facilitador de uma infraestrutura super eficiente que economiza recursos.

Podemos esperar que aplicações de segurança, críticas para os negócios sejam cada vez mais executadas nas redes móveis. Isto exige níveis de serviço absolutamente rigorosos, confiáveis e previsíveis em capacidade, taxa de transferência e latência. Estes níveis excederão em muito os que hoje existem.

Uma das novas categorias de dispositivos que mais se tem desenvolvido, são os wearables. 

  • Os wearables mais usados atualmente são relógios inteligentes e de fitness e dispositivos de e-health. No futuro, as pessoas terão vários sensores colocados no seu corpo e ao redor dele.
  • Estes sensores podem sincronizar com o telefone e, por exemplo, dar uma visão geral do treino, estatísticas, a condição física de um idoso ou os níveis de açúcar de um diabético. 
  • Se uma pessoa tem uma condição de saúde degradada ou há uma emergência de saúde, imediatamente, um médico pode usar sensores corporais e a câmara do smartphone para diagnosticar remotamente o paciente e -se necessário - enviar ajuda muito mais rápido.
  • Os hospitais podem organizar cirurgias robóticas remotas através de uma rede 5G personalizada que minimiza a latência de rede como se o cirurgião estivesse fisicamente presente ao lado do paciente.
  • A realidade aumentada tem muitas aplicações. Usada pela primeira vez para fins militares, industriais e médicos as aplicações, também tem sido direcionadas para áreas comerciais e de entretenimento.
  • A Realidade Aumentada (RA) aprimora uma visão do mundo real com gráficos e informação em tempo real exibido com base na localização e / ou visão do utilizador.

Por exemplo, os compradores podem experimentar como fica uma peça de roupa sem experimentar. 

  • Também pode ser usado em situações de emergência, os bombeiros poderiam usar RA para ver a temperatura ambiente, o layout de um edifício, saídas e áreas potencialmente perigosas. Os policias poderiam usar RA com reconhecimento facial para identificar um suspeito em tempo real a partir da base  de dados da polícia antes de uma prisão ser feita.
  • Os alunos podem aprender dentro de um ambiente virtual conduzido por um professor remoto. Os estudantes podem ganhar experiências tão grandes quanto o início do universo ou tão pequeno quanto dividir um átomo. No desenvolvimento de produtos, a realidade virtual pode ser usada para projetar produtos antes de serem construídos, reduzindo o tempo e custo.

Pensa em capturar e transmitir vídeos de realidade virtual em 360 graus do smartphone ou estar virtualmente presente em 8K. Controlando remotamente robôs, rovers, dispositivos ou avatares em tempo real pode-nos ajudar a trabalhar com segurança fora de lugares perigosos. Para a segurança pública, os robôs poderiam ser enviados para trabalhar em situações perigosas, como a eliminação de bombas ou o combate a incêndios. Isto, claro, de forma mais eficiente dos o que temos neste momento.

O sistema móvel precisa de ser extremamente confiável e a latência de menos de 1 milissegundo é necessária para o feedback háptico ser imediato.

O setor automóvel será o impulsionador do 5G

Carro tesla

Espera-se que o setor automóvel seja um novo impulsionador muito importante para o 5G, com muitos casos de uso para comunicações móveis para veículos.

O Secretário de Transportes dos EUA disse que carros sem condutor serão usados em todo o mundo até 2025. O IEEE prevê que até 2040, 75% dos veículos sejam autónomos. Enquanto os veículos autónomos desenvolvidos hoje dependem principalmente em sensores e sistemas de bordo, o seu desempenho e a segurança poderiam ser amplamente melhorados através de comunicações 5G.

Criar uma infraestrutura de transporte segura é uma área importante onde carros autónomos e infraestruturas rodoviárias permitidas pelas redes 5G podem reduzir acidentes, salvando milhões de vidas cada ano.

Veículos autónomos podem reduzir acidentes e melhorar a utilização da estrada, já que os veículos podem ser conduzidos mais próximos uns dos outros e com mais segurança do que os condutores humanos podem alcançar. Empresas de transporte podem aproveitar as frotas de carros autónomos. Podem ser utilizadas de forma mais eficaz tendo menos acidentes causados por erro humano. O tempo de deslocação pode ser usado para outras atividades com a ajuda de veículos autónomos. Isto pode economizar uma hora por dia para as pessoas que vivem e viajam pelas cidades.

O sistema de comunicação precisa ser extremamente confiável, pois envolve segurança humana. O requisito de latência final precisa ser tão baixo quanto 5-10 ms.

As cidades crescerão com o 5G

As cidades estão a crescer mais rapidamente, tanto que é cada vez mais desafiador para grandes cidades gerir suas operações. O 5G terá um papel importante no desenvolvimento de cidades inteligentes e a ajudar a entender verdadeiramente nossas tarefas diárias.

Fornecedores de serviços de comunicações estão a olhar para as cidades inteligentes como um mercado para atingir os consumidores de energia, governo, transporte, serviços públicos e outros setores. Com sensores possibilitados por redes 5G, por exemplo, todos os canos de água podem ser monitorizados em tempo real e os serviços públicos poderiam criar uma rede que possa detetar, processar e transmitir locais e gravidade de uma fuga e alertar recursos adequados em tempo real, sem a necessidade de intervenção humana.

Até agora, as empresas usaram redes e dispositivos para o que eles podem fornecer, principalmente apenas voz e dados, mas o futuro é sobre ser capaz de atender as verticais da indústria de uma forma personalizada, de tal forma que eles estariam dispostos a pagar pelos ganhos adicionais de produtividade e criação de valor.

A Indústria 4.0 habilitada pelas redes 5G, pode permitir que os fabricantes automatizem a fábrica de ponta a ponta otimizando operações e até mesmo configurar e destruir novas linhas de produtos ou fábricas inteiras virtualmente. Com trilhões de sensores, robôs controlados por máquinas e logística autónoma, todos capazes de falar uns com os outros e operados remotamente em tempo real através de redes 5G, os fabricantes podem alcançar 50% de melhoria na produtividade de fabrico, eliminando desperdícios, e garantir a qualidade, eliminando as ineficiências do processo, minimizando os custos de mão de obra e energia, respondendo a procura em tempo real com zero atrasos e zero stock.

A monitorização em tempo real com sensores e o desempenho dos componentes, colaboração entre uma nova geração de robôs e introdução de wearables conectados sem fio e realidade aumentada no chão da fábrica, será uma realidade.

Isto reduzirá os custos administrativos em comparação com a manutenção de vários sistemas, eliminará o custo para instalar a cablagem e aumentar a flexibilidade para alterar o fluxo de produção na fábrica.

Considera a redução potencial de emissões de CO2. 

Espera-se um aumento de quase seis vezes, na China, por exemplo, de 190 megatoneladas, para mais de 1100 megatoneladas, daqui a 35 anos. Carros conectados, navegação inteligente e autónoma pode reduzir milhões de toneladas de CO2 e ajudar as cidades a tornarem-se mais limpas.

Um dos grandes problemas do 5G.

Antena 5G

Existem já vários operadores mundiais a reclamarem para si os primeiros lançamentos de redes 5G. Mas a verdade é que não é bem assim.

Apesar da imensa possibilidade de largura de banda do 5G (passando de 1Gbps teórico do 4G-A para 10Gbps), existe uma limitação física para permitir essas velocidades.

As frequências usadas até aqui desde o 2G até ao 4G (1-8Ghz) tem um limite físico em que quanto mais baixa a frequência, melhor penetra um obstáculo. Mas tem a limitação da velocidade, até ao 1Gbps.

Ora o 5G usa frequências mais altas, que permitem grande débito de dados, mas não conseguem percorrer grandes distâncias. Aliás, os 20Gbps foram conseguidos em laboratório com poucos metros de distância. Como é que os operadores vão resolver este dilema?

Antenas de 5G disfarçadas

A solução passa pela multiplicação do número de antenas. Basicamente a cada 500m, teremos uma antena algures, chamada de small-cell. Isto levanta um problema óbvio, que é a parte estética. Existem ideias de utilizar os postes de iluminação pública ou as tampas de saneamento para dissimular as antenas, mas só com o tempo veremos qual a solução que cada operador encontrou.

Ao mesmo tempo, o 4G, deverá manter-se em paralelo, para garantir a cobertura dos locais mais isolados, já que é a tecnologia que permite a melhor latência em distância.

Toda a melhoria a ser efetuada pelas operadoras na parte de rádio-transmissão (Radio Access Network RAN), tem de ser acompanhada pela capacidade de processamento central, na chamada de Core Network.

Devido a este aumento exponencial de dados a forma encontrada foi através da virtualização dos serviços de rede, introduzindo a possibilidade de criar unidades á medida das necessidades, tudo feito de forma autónoma. Ao mesmo tempo faz-se a distribuição do processamento dos dados por vários sites (geograficamente separados), permitindo assim que a latência seja o mais baixa possível para a parte de RAN.

E todas as estas alterações, tem um custo financeiro pesadíssimo nos operadores, já que o retorno do investimento será a longo prazo, e os clientes querem sempre o melhor “para hoje”. A corrida está lançada.

E assim o futuro das redes móveis está a chegar.

Mas isto é apenas o início, acho que ainda não percebemos o quanto a nossa vida será afetada por este novo paradigma, vamos aprendendo e caminhando ao mesmo tempo, empurrando os limites da tecnologia a cada dia que passa e esperando que o amanhã seja sempre um pouco melhor do que é hoje.

Um pouco da história de redes móveis

  • As redes de primeira geração foram dominadas pelo analógico, chamadas de voz apenas. 
  • Redes de segunda geração ou 2G foram dominadas por sinais de áudio digital e mensagens de texto.
  • O desenvolvimento das redes GSM de segunda geração teve início em 1981. Em 1989, a padronização foi estabelecida pelo ETSI (Instituto Europeu de Normas de Telecomunicações). 
  • A primeira chamada GSM 2G foi feita na Finlândia em 1 de julho de 1991 pela Nokia e pela Siemens. A primeira mensagem SMS foi enviada em 3 de dezembro de 1992. 

O 3G chegou um pouco mais tarde

A terceira geração ou 3G foi mais sobre escalar o número de utilizadores na rede para voz, mensagens de texto e comunicações de dados, mas foi sobrecarregada por um imprevisível “tsunami” de comunicações de dados. 

O desenvolvimento da terceira geração (3G) foi um esforço de padronização global que foi conduzido no Projeto de Parceria de 3ª Geração (3GPP).  

A primeira reunião do 3GPP foi realizada em dezembro de 1998. Entre então e o final de 2007, o 3GPP produziu cinco padrões globais para redes 3G que englobam o Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), o Subsistema de Multimédia de IP (IMS) e o Acesso a Dados de Pacotes de Alta Velocidade

(HSPDA).O sistema de comunicações móveis LTE foi desenvolvido para fornecer alta capacidade e alta taxa de serviço de dados para multimédia móvel.

Os padrões 4G (LTE) originais surgiram em 2008 e concentraram-se no mercado móvel. Com o tempo foram introduzidos novos standards, em forma de releases, o LTE evoluiu para o LTE-Advanced até ao LTE-Advanced Pro lançado em finais de 2015. O novo termo destinava-se a marcar o ponto no tempo onde a plataforma LTE foi drasticamente melhorada para atender novos mercados, bem como adicionar  funcionalidades para melhorar a eficiência.

E finalmente chegamos á 5ª geração. O 5G é a próxima grande onda de padrões de telecomunicações móveis além do 4G. É geralmente assumido que os sistemas 5G surgirão por volta de 2019-2020, pessoalmente acredito que lá para 2021 é que a exploração comercial do 5G irá explodir.

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Artigo por Humberto Gonçalves para 4gnews

Filipe Alves
Filipe Alves
Fundador do projeto 4gnews e desde cedo apaixonado pela tecnologia. A trabalhar na área desde 2009 com passagens pela MEO, Fnac e CarphoneWarehouse (UK). Foi aí ganhou a experiência que necessitava para entender as necessidades tecnológicas dos utilizadores.