Soluções técnicas para 5G
Na primeira parte deste blogue, discutimos os requisitos para o 5G e o processo de especificação que está a ser realizado pela União Internacional de Telecomunicações (UIT) e pelo Third Generation Partnership Project (3GPP). Aqui, continuamos a discussão investigando as possíveis soluções técnicas.
Os sistemas de telecomunicações móveis têm operado tradicionalmente na faixa UHF, dos 300 MHz aos 3 GHz. Isto proporcionou o melhor equilíbrio entre as questões concorrentes de cobertura e capacidade, que são maiores nas frequências baixas e altas, respetivamente. Infelizmente a banda UHF está hoje extremamente fragmentada e congestionada, pelo que a atenção está a ser dirigida para as bandas SHF e EHF, dos 3 aos 300 GHz. O diagrama mostra algumas bandas que foram sugeridas em estudos do regulador britânico Ofcom, enquanto um item da agenda para identificar bandas adequadas foi adotado para a Conferência Mundial de Radiocomunicações em 2019.
A propagação rádio nas bandas SHF e EHF é um pouco diferente da que se verifica em UHF. O tamanho da célula num ambiente urbano parece limitado a cerca de 200 metros, surgindo este limite porque a propagação é dominada por sinais de linha de visão e porque o sinal é atenuado pela chuva e pela absorção atmosférica. As perdas por penetração são grandes e parecem impedir a comunicação exterior-interior. Além disso, a utilização de sinais de rádio com comprimentos de onda de milímetros ou centímetros implica que os conjuntos de antenas serão uma forma importante de maximizar a potência do sinal recebido.
A utilização de conjuntos de antenas sugere que as antenas de múltiplas entradas e saídas (MIMO) desempenharão um papel importante no 5G. Na nova técnica de MIMO massivo, cada estação base está equipada com centenas de antenas, que utiliza para comunicar com dezenas de telemóveis utilizando o mesmo recurso tempo-frequência. Se considerarmos as transmissões da estação base para um único alvo móvel, então os sinais das diferentes antenas da estação base combinam-se coerentemente no alvo, mas combinam-se incoerentemente noutros locais. Para antenas M que servem K móveis, a potência transmitida a partir da estação base é proporcional a 1/M, enquanto a relação sinal/interferência recebida é proporcional a M/K. Os benefícios para a eficiência espectral e energética do 5G são potencialmente grandes.
A tecnologia de acesso múltiplo mais provável para o 5G parece ainda ser a OFDMA, mas esta questão está a ser investigada mais aprofundadamente como parte dos estudos 3GPP. O MIMO massivo é mais eficaz quando utilizado com duplex por divisão de tempo (TDD) em vez de duplex por divisão de frequência (FDD), mas a atenção também está a ser dirigida para a comunicação full duplex, que envolve transmissão e receção simultâneas numa única frequência de portadora. Dando continuidade às tendências existentes, as redes 5G serão provavelmente heterogéneas, com uma variedade de tamanhos de células, e farão uma utilização crescente de relés e de comunicações entre dispositivos. Finalmente, a atenção está a ser dirigida para a centralização e virtualização da rede de acesso rádio, na qual o processamento do sinal das estações base é primeiro trazido de volta para um hub central e depois implementado em software em servidores de uso geral.
Author: Paul Waite
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