Perspetivas para os Sistemas da 5ª Geração dos Telemóveis

O desenvolvimento da 5ª Geração (5G) de sistemas de comunicações móveis está em velocidade de cruzeiro, e embora alguns países europeus já tenham feito o seu lançamento comercial, é realista esperar que esse lançamento ocorra em Portugal em 2021.

O que vai mudar?

Os sistemas de comunicações móveis têm essencialmente duas componentes na sua arquitetura: a interface rádio e a rede de nós.  A rede é constituída basicamente por equipamentos (na sua maioria computadores) ligados entre si por cabos de fibra ótica (nalguns casos pode haver ligação por feixe rádio), que efetuam o processamento e encaminhamento da informação. A interface rádio é aquela que permite a ligação entre o telemóvel e a estação base (equipamento que tem como aspeto mais visível as antenas colocadas em cima de telhados de edifícios ou no topo de torres).

Muitos dos novos desenvolvimentos ocorrerão ao nível da rede, ou seja, não serão diretamente percetíveis pelos utilizadores, embora as suas consequências o sejam.  Por outras palavras, para que o utilizador tenha acesso a comunicações “mais evoluídas”, a maneira como a informação é processada e transportada tem que ser modificada, devido a limitações na atual 4ª Geração.  Essa evolução passa pela transmissão de dados com velocidade maior e atraso menor, e pela inclusão de dezenas de dispositivos na sua rede pessoal, entre outras.

Duas tecnologias são essenciais para permitir que esta evolução se concretize: virtualização e “nuvemização”.

Virtualização

A virtualização das redes permite que um operador de telecomunicação partilhe a sua rede, e a infraestrutura que a suporta, com outras empresas.  Basicamente, esta tecnologia implementa nas redes de telecomunicações algo que é conhecido nos computadores hoje em dia: ter dois sistemas operativos a correr num mesmo equipamento, como é caso de utilizadores que possuem um Apple Mac (com o macOS) e instalam também o Windows.  A virtualização possibilita assim que um operador de telecomunicações possa alugar capacidade da sua rede a outras empresas que desejem fornecer serviços de telecomunicações específicos, sem possuir rede própria.  Como exemplo, pode referir-se uma empresa de distribuição de energia elétrica (para transmitir as leituras de consumos em tempo real), ou uma empresa de jogos (para possibilitar jogos interativos entre utilizadores em locais diferentes de modo ainda “mais instantâneo”).

“Nuvemização”

A “nuvemização” (confesso que não sei traduzir de modo melhor o termo inglês de “cloudification”) tem também origem nos computadores (“cloud computing”).  Neste caso, a estrutura da rede é modificada para que muitas das funções de processamento e transporte da informação e de gestão da rede sejam realizadas em centros de dados (similares aos usados pela Google), que podem ser centrais ou distribuídos.  É, portanto, o equivalente ao que os utilizadores conhecem com a colocação de ficheiros em servidores na “nuvem”, para partilha ou armazenamento de informação.  Com a “nuvemização”, os operadores de telecomunicações poderão ter redes mais eficientes em termos de custos de instalação e manutenção, e ainda fornecer serviços de armazenamento de informação que conduzem a velocidades de transmissão maior e atrasos menores.

No que diz respeito à interface rádio, existe um misto de continuidade e de novidade.  A continuidade verifica-se na tecnologia base para transportar a informação e nas frequências usadas, enquanto a novidade ocorre na crescente adaptabilidade dos canais e nas antenas ativas.

A tecnologia usada para transportar a informação (o acesso múltiplo de utilizadores e a modulação da informação) tem diferenciado as várias gerações de sistemas até agora: o acesso múltiplo diferencia utilizadores no domínio do tempo no 2G-GSM (TDMA), através de códigos no 3G-UMTS (CDMA), e no domínio da frequência no 4G-LTE (OFDMA).  Acontece que, pela primeira vez, uma nova geração de sistemas, o 5G-NR, não apresenta uma nova tecnologia de acesso múltiplo, usando antes a do sistema anterior com algumas alterações para aumentar a eficiência.

O 5G vai operar (numa primeira fase, a que vai ser posta a licenciamento em breve em Portugal) em frequências muito próximas das que já são usadas pelos nossos telemóveis hoje em dia, sendo as novas bandas em 0,7 e 3,5 GHz.  Acontece que os sistemas já existentes (2G, 3G e 4G) usam as bandas de 0,8, 0,9, 1,8, 2,1 e 2,6 GHz, enquanto que o WiFi (muitas vezes designado por Internet sem fios) usa as bandas de 2,4 e 5,5 GHz.  Verifica-se assim que o 5G não apresenta novidade nas frequências de operação, no sentido de usar frequências muito diferentes das que já são usadas atualmente.

Os canais correspondem à entidade base que transporta a informação entre o telemóvel e a rede; o canal base significa que um utilizador está a usar um canal de dimensão fixa e com uma certa duração, mesmo que a transmissão da sua informação termine antes de terminar essa duração, o que é pouco eficiente.  Ter canais adaptativos (o que já existe atualmente, mas com menos eficiência) significa que o sistema pode adaptar a dimensão e a duração do canal ao tipo de informação.  O canal vai distinguir de modo muito eficiente uma chamada de voz da visualização de um vídeo (que ocupa mais recursos) ao ajustar a sua dimensão em tempo real, em vez de usar dimensões grandes para todos os serviços (o que constitui um desperdício para os serviços que não necessitam de tantos recursos).  Adicionalmente, a duração do canal base vai ser estabelecida com intervalos de tempo mais pequenos: atualmente a duração é de 1 milissegundo, pretendendo baixar-se para 0,1 milissegundo; o primeiro pode parecer já muito pouco, mas na transmissão de dados quando se fala de velocidades de Gigabit por segundo, essa duração é crucial.

Finalmente, no que diz respeito às antenas das estações base, há que considerar os seus diagramas de radiação, isto é, a maneira como a antena espalha espacialmente a energia.  Pelo facto de as frequências serem muito semelhantes às que já são atualmente usadas, o tipo de tecnologia base usado nestas antenas continua a ser o mesmo.  No entanto, o 5G vai poder usar antenas ativas, isto é, antenas em que o diagrama de radiação varia ao longo do tempo, em função do número e localização dos utilizadores: em vez de se usar os atuais feixes largos que cobrem todos os utilizadores, poderão ser criados feixes estreitos que poderão ser dirigidos para um ou vários utilizadores.

Aguardemos então que o 5G comece a ser comercializado em Portugal, para começar a disfrutar de alguns serviços que se irão tornar banais, como por exemplo a utilização de realidades aumentada e virtual, ou o controlo de inúmeros dispositivos na nossa casa, para além de nos habituarmos a outros dispositivos de comunicação para além dos que já usamos, isto é, hoje em dia temos o telemóvel, o tablet, o computador, e o relógio, e no futuro iremos adicionar os óculos, os sensores na roupa, nos sapatos, e no carro, entre muitos outros.