Espectro 5G

Fundo

O 5G deverá alterar significativamente o panorama em termos de atribuição e utilização do espectro e, neste artigo, pretendemos fornecer mais clareza em termos das muitas questões relacionadas com o licenciamento, a normalização/harmonização e a utilização do espectro à medida que avançamos para a era 5G.

O espectro é muito procurado, principalmente porque permite a um operador aumentar a capacidade da rede de forma eficiente. O espectro adicional pode ser adicionado às estações base existentes, o que reduz o número de novas estações base necessárias. Isto torna o espectro altamente valioso, pelo que os reguladores cobrarão uma taxa pelo espectro licenciado. O custo do espectro varia, mas pode ser bastante substancial dependendo das frequências específicas licenciadas.

Um mecanismo de leilão é frequentemente utilizado para estabelecer o valor do espectro. Isto não só traz receitas para o regulador/governo, mas através das forças do mercado, praticamente garante que o espectro será utilizado de forma adequada e como pretendido. Porções significativas do espectro de frequências mais baixas atrairão geralmente taxas mais elevadas do que a mesma quantidade de espectro de frequências mais altas devido à melhor cobertura que oferecem.

Espectro 5G – Panorama Geral

Com a introdução do 5G, uma gama muito maior de espectro de frequências pode ser disponibilizada para a indústria. Tal como as frequências celulares mais tradicionais (geralmente 450MHz a 2600MHz), podem ser disponibilizados espectro entre ~3 a 7 GHz, e nas bandas mmWave muito mais elevadas (inicialmente acima de 24,25 GHz). A propagação rádio nestas frequências mais elevadas significa que a alocação de espectro pode ser muito mais flexível (devido à natureza isolada da cobertura celular e à interferência minimizada), e as bandas não licenciadas, partilhadas ou locais são mais viáveis. A forma como o 5G funciona com o 4G também introduz mais flexibilidade – pelo que, em resumo, o 5G deverá alterar significativamente o panorama em termos de atribuição de espectro. A figura abaixo ilustra o princípio geral.

Bandas de frequência padrão 3GPP

Sendo mais específico em termos do que pode realmente ser licenciado em qualquer país em particular, nas primeiras versões 3GPP do 5G (versões 15-17), o Novo Rádio 5G foi especificado para operar em duas gamas de frequência.

• A gama de frequências 1 (FR1) situa-se entre 410 e 7125 MHz, pelo que abrange e alarga a gama de frequências do LTE.
• A gama de frequências 2 (FR2) abrange as ondas milimétricas, inicialmente entre os 24.250 e os 52.600 MHz.

O 3GPP definiu as duas gamas de frequência (FR) porque os requisitos e condições de teste do rádio analógico 5G no FR1 e FR2 são ligeiramente diferentes. Como se pode ver na tabela abaixo deste artigo (Fonte: 3GPP TS 38.104 Release 17), foram especificadas bandas dentro de cada faixa que suportam o Novo Rádio 5G e, para cada banda, o modo de operação é definido como FDD (Frequency Division Duplex, onde existem frequências separadas de uplink e downlink) ou TDD (Time Division Duplex, onde são utilizadas as mesmas frequências para uplink e downlink). Cada banda é numerada, com o prefixo “n” (para Nova Rádio).

O FR1 incorpora algumas das bandas anteriormente utilizadas para LTE, bem como algumas bandas novas. Com algumas exceções significativas, abaixo dos 3.000 MHz, as bandas são especificadas principalmente para utilizar o modo Frequency Division Duplex (FDD), e as bandas acima dos 3.000 MHz são especificadas para utilizar o modo Time Division Duplex (TDD). O FR2 suporta apenas TDD e utiliza números de banda a partir de n257.

Otimização de uplink e downlink

O TDD tem vantagens significativas de eficiência sobre o FDD a frequências mais elevadas, onde são utilizados esquemas de antenas avançados. Nestas frequências mais elevadas, a interferência é menos significativa, o que anula algumas das vantagens do FDD a frequências mais baixas (relacionadas com o controlo de interferências) – daí a mudança para o TDD, à medida que adotamos as partes mais altas do espectro para as comunicações celulares. No entanto, também existem bandas legadas significativas que foram alocadas a gerações anteriores ou para uso não licenciado – e isso complica enormemente o quadro. Essencialmente, é por isso que temos uma lista muito longa de bandas no FR1 e uma lista muito curta no FR2, que foi recentemente alocada com a introdução do 5G (sem a complicação das bandas legadas).

Nas tabelas, SDL significa Supplementary Downlink. Este é um recurso herdado do LTE, no qual uma célula secundária utilizada para Carrier Aggregation pode ser apenas downlink. Da mesma forma, SUL significa Uplink Suplementar. Trata-se de uma nova funcionalidade 5G, na qual o UE é configurado com duas portadoras de uplink (transmitindo uma de cada vez – conforme direcionado pela estação base), ambas correspondendo a um único downlink da mesma célula. O uplink suplementar está geralmente a uma frequência mais baixa do que o uplink normal e melhora a cobertura do uplink para unidades móveis que estão perto da borda da célula.

Quais as Bandas que serão Licenciadas?

Como parte do seu planeamento global do espectro, diferentes reguladores podem optar (em teoria) por licenciar qualquer uma das gamas padronizadas 3GPP. No entanto, a implementação rentável do 5G em qualquer mercado específico depende de um apoio mais amplo da indústria a opções específicas. Nesse sentido, o quadro está a tornar-se mais claro.

Um bom exemplo é que as bandas n28 (703 a 748 UL, 758 a 803 DL), n78 (3300 a 3800) e n258 (24250 a 27500) são de particular importância para os operadores 5G na Europa. Trata-se das bandas de ondas baixas, médias e mm harmonizadas pela CEPT (Conferência Europeia das Administrações de Correios e Telecomunicações). Esta abordagem à atribuição do espectro 5G proporciona a flexibilidade necessária aos operadores e ao ecossistema emergente mais vasto. Garante que, uma vez alcançado o licenciamento das bandas, todos os principais requisitos dos casos de utilização novos ou existentes podem ser satisfeitos de forma eficiente, pelo menos em termos de espectro. Isto inclui cobertura, capacidade, latência, implantação de pequenas células, suporte para IoT (área mais ampla) ou 5G em bandas não licenciadas/partilhadas (entre muitas outras considerações). Muitos outros países estão a adoptar abordagens semelhantes ao licenciamento.

Outras bandas importantes incluem n1, n3, n7, n8, n20 e n38, que foram herdadas do GSM, WCDMA e LTE. Com o tempo, e assim que um número suficiente de aparelhos do tipo certo estiver nos vários mercados diferentes (em momentos diferentes em todo o mundo), e se permitido pelos reguladores, estas bandas deverão sofrer uma mudança para 4G e 5G, a fim de maximizar a eficiência da rede. O abandono das bandas GSM/GPRS (ainda muito utilizadas para comunicações do tipo máquina (MTC) em muitas redes) pode demorar um pouco mais – por razões relacionadas com o desempenho do rádio.

Espectro para 4G vs 5G

As interfaces de rádio 4G e 5G partilham a mesma tecnologia subjacente e são capazes de trabalhar em conjunto de forma perfeita para fornecer uma conectividade geral dentro da rede. Os dispositivos são especificados para utilizar uma técnica chamada Conectividade Dupla para funcionar com ambos os tipos de interfaces em simultâneo – permitindo que um dispositivo opere sem problemas numa rede 4G/5G combinada (bem como interfuncione com gerações anteriores).

As operadoras, mais cedo ou mais tarde, e assim que a adesão ao 5G for acelerada, poderão querer migrar até o espectro 4G para o 5G. Isto pode ser conseguido de forma muito eficiente através de uma funcionalidade chamada Partilha Dinâmica de Espectro (ver abaixo). Esta funcionalidade permite que o espectro dentro da mesma banda seja alocado ou partilhado dinamicamente entre 4G e 5G. Portanto, com o tempo, à medida que mais dispositivos ou dispositivos com capacidade 5G forem vendidos ou provisionados, a rede irá alocar mais recursos para 5G do que para 4G.

Conclusão

No geral, a utilização do espectro para 5G é altamente complexa, com muitas considerações – algumas técnicas, outras regulamentares, e muitas associadas a diversos casos de utilização e opções de implementação. Além disso, os mercados têm posições muito diferentes em termos de licenciamento de espectro legado e, claro, estão em trajetórias diferentes em termos do ambiente 5G competitivo (nomeadamente em termos de prazos, número de prestadores de serviços de comunicações e envolvimento governamental). Uma visão clara das questões relacionadas com a utilização do espectro com 5G dará às organizações de telecomunicações uma vantagem na sua tomada de decisões estratégicas. Esperamos que este pequeno artigo tenha ajudado a clarificar o quadro!

Bandas operacionais NR em FR1
(Fonte: 3GPP TS 38.104 Versão 17)

Banda operacional NR	Banda operacional de uplink (UL) Recepção BS/transmissão UE F UL, baixo – F UL, alto	Banda operacional de downlink (DL) Transmissão BS/receção UE F DL, baixo – F DL, alto	Modo duplex
n1	1920 MHz – 1980 MHz	2.110 MHz – 2.170 MHz	FDD
n2	1850 MHz – 1910 MHz	1930 MHz – 1990 MHz	FDD
n3	1710 MHz – 1785 MHz	1.805 MHz – 1.880 MHz	FDD
n5	824 MHz – 849 MHz	869 MHz – 894 MHz	FDD
n7	2.500 MHz – 2.570 MHz	2,620 MHz – 2,690 MHz	FDD
n8	880 MHz – 915 MHz	925 MHz – 960 MHz	FDD
n12	699 MHz – 716 MHz	729 MHz – 746 MHz	FDD
n13	777 MHz – 787 MHz	746 MHz – 756 MHz	FDD
n14	788 MHz – 798 MHz	758 MHz – 768 MHz	FDD
n18	815 MHz – 830 MHz	860 MHz – 875 MHz	FDD
n20	832 MHz – 862 MHz	791 MHz – 821 MHz	FDD
n24 7	1626,5 MHz – 1660,5 MHz	1525 MHz – 1559 MHz	FDD
n25	1850 MHz – 1915 MHz	1930 MHz – 1995 MHz	FDD
n26	814 MHz – 849 MHz	859 MHz – 894 MHz	FDD
n28	703 MHz – 748 MHz	758 MHz – 803 MHz	FDD
n29	N / D	717 MHz – 728 MHz	SDL
n30	2,305 MHz – 2,315 MHz	2.350 MHz – 2.360 MHz	FDD
n34	2010 MHz – 2025 MHz	2010 MHz – 2025 MHz	TDD
n38	2,570 MHz – 2,620 MHz	2,570 MHz – 2,620 MHz	TDD
n39	1880 MHz – 1920 MHz	1880 MHz – 1920 MHz	TDD
n40	2.300 MHz – 2.400 MHz	2.300 MHz – 2.400 MHz	TDD
n41	2.496 MHz – 2.690 MHz	2.496 MHz – 2.690 MHz	TDD
n46	5150 MHz – 5925 MHz	5150 MHz – 5925 MHz	TDD3
n48	3550 MHz – 3700 MHz	3550 MHz – 3700 MHz	TDD
n50	1432 MHz – 1517 MHz	1432 MHz – 1517 MHz	TDD
n51	1427 MHz – 1432 MHz	1427 MHz – 1432 MHz	TDD
n53	2.483,5 MHz – 2.495 MHz	2.483,5 MHz – 2.495 MHz	TDD
n65	1920 MHz – 2010 MHz	2.110 MHz – 2.200 MHz	FDD
n66	1710 MHz – 1780 MHz	2.110 MHz – 2.200 MHz	FDD
n67	N / D	738 MHz – 758 MHz	SDL
n70	1695 MHz – 1710 MHz	1995 MHz – 2020 MHz	FDD
n71	663 MHz – 698 MHz	617 MHz – 652 MHz	FDD
n74	1427 MHz – 1470 MHz	1475 MHz – 1518 MHz	FDD
n75	N / D	1432 MHz – 1517 MHz	SDL
n76	N / D	1427 MHz – 1432 MHz	SDL
n77	3300 MHz – 4200 MHz	3300 MHz – 4200 MHz	TDD
n78	3300 MHz – 3800 MHz	3300 MHz – 3800 MHz	TDD
n79	4.400 MHz – 5.000 MHz	4.400 MHz – 5.000 MHz	TDD
n80	1710 MHz – 1785 MHz	N / D	SUL
n81	880 MHz – 915 MHz	N / D	SUL
n82	832 MHz – 862 MHz	N / D	SUL
n83	703 MHz – 748 MHz	N / D	SUL
n84	1920 MHz – 1980 MHz	N / D	SUL
n85	698 MHz – 716 MHz	728 MHz – 746 MHz	FDD
n86	1710 MHz – 1780 MHz	N / D	SUL
n89	824 MHz – 849 MHz	N / D	SUL
n90	2.496 MHz – 2.690 MHz	2.496 MHz – 2.690 MHz	TDD
n91	832 MHz – 862 MHz	1427 MHz – 1432 MHz	FDD 2
n92	832 MHz – 862 MHz	1432 MHz – 1517 MHz	FDD 2
n93	880 MHz – 915 MHz	1427 MHz – 1432 MHz	FDD 2
n94	880 MHz – 915 MHz	1432 MHz – 1517 MHz	FDD 2
n95 1	2010 MHz – 2025 MHz	N / D	SUL
n96 4	5,925 MHz – 7,125 MHz	5,925 MHz – 7,125 MHz	TDD3
n97 5	2.300 MHz – 2.400 MHz	N / D	SUL
n98 5	1880 MHz – 1920 MHz	N / D	SUL
n99 6	1626,5 MHz-1660,5 MHz	N / D	SUL
NOTA 1: Esta gama é aplicável apenas na China. NOTA 2: A operação duplex variável não permite a configuração duplex variável dinâmica pela rede e é utilizada de tal forma que as gamas de frequência DL e UL são suportadas independentemente em qualquer gama de frequência válida para a banda. NOTA 3 Esta gama está restrita à operação com acesso a canal de espectro partilhado conforme definido em [20]. NOTA 4: Esta gama é aplicável apenas nos EUA, sujeita ao Relatório e Encomenda da FCC [FCC 20-51]. NOTA 5: Os requisitos para esta gama são aplicáveis ​​apenas quando nenhuma outra(s) gama(s) de operação NR ou E-UTRA TDD são utilizadas dentro da gama de frequências desta gama na mesma área geográfica. Para cenários em que são utilizadas outras bandas de operação NR ou E-UTRA TDD dentro da gama de frequências desta banda na mesma área geográfica, podem ser aplicados requisitos especiais de coexistência que não são abrangidos pelas especificações 3GPP. NOTA 6: A operação UL está restrita a 1.627,5 – 1.637,5 MHz e 1.646,5 – 1.656,5 MHz de acordo com a encomenda DA 20-48 da FCC. NOTA 7: A operação DL está restrita à gama de frequências 1526-1536 MHz. A operação UL está restrita a 1.627,5 – 1.637,5 MHz e 1.646,5 – 1.656,5 MHz de acordo com o pedido DA 20-48 da FCC.

Bandas operacionais NR em FR2
(Fonte: 3GPP TS 38.104 Versão 17

Banda operacional NR	Banda operacional Uplink (UL) e Downlink (DL) Transmitir/receber BS Transmitir/receber UE F UL, baixo – F UL, alto F DL, baixo – F DL, alto	Modo duplex
n257	26.500 MHz – 29.500 MHz	TDD
n258	24,250 MHz – 27,500 MHz	TDD
n259	39.500 MHz – 43.500 MHz	TDD
n260	37.000 MHz – 40.000 MHz	TDD
n261	27.500 MHz – 28.350 MHz	TDD
n262	47.200 MHz – 48.200 MHz	TDD

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