Como funciona o 5G?

Como funciona o 5G? É a quinta geração de redes de telefonia móvel. Ela combina novas faixas de frequência, antenas menores e técnicas para direcionar o sinal, com o objetivo de transmitir muito mais dados, com menos atraso.

Segundo a União Internacional de Telecomunicações (ITU), o 5G é tecnicamente chamado de IMT-2020. O nome faz referência ao ano previsto para a chegada desses sistemas, 2020.

Segundo a ITU, o IMT-2020 é uma extensão da família de normas IMT-2000 e IMT-Advanced, que servem de base para as tecnologias 3G e 4G.

Explicado de forma simples

Pense em uma estrada. O 4G é uma estrada de duas faixas que já está cheia. O 5G tenta resolver isso de duas maneiras: abrindo novas faixas de tráfego, com frequências que antes não eram usadas para celulares, e construindo mais postos de acesso, cada um atendendo uma área menor.

Essa comparação ajuda a entender a ideia central. Não é só uma antena mais potente. É um conjunto de tecnologias que trabalham juntas.

Por que as redes precisavam mudar

Segundo a IEEE Spectrum, a demanda por dados móveis cresce o tempo todo. Mais pessoas e mais aparelhos consomem mais dados, e todos eles disputam as mesmas faixas do espectro de rádio.

Por isso, a rede 5G precisa lidar com muito mais tráfego, em velocidades bem superiores às das estações-base atuais. O resultado é menos largura de banda para cada usuário, serviço mais lento e mais quedas de conexão.

Uma solução é usar uma faixa completamente nova do espectro, que nunca tinha sido usada para telefonia móvel. Esse é o princípio das ondas milimétricas.

O que são ondas milimétricas

Segundo a IEEE Spectrum, as ondas milimétricas são transmitidas em frequências entre 30 e 300 gigahertz. Para comparação, as faixas abaixo de 6 GHz eram as usadas pelos celulares até então.

O nome vem do tamanho das ondas, que variam de 1 a 10 milímetros. As ondas dos celulares atuais têm dezenas de centímetros.

Até então, esse tipo de onda era usado principalmente por satélites e sistemas de radar. Algumas operadoras já a usam para enviar dados entre pontos fixos, como duas estações-base.

Usá-la para conectar um celular a uma antena próxima, porém, é uma abordagem nova.

A desvantagem: dificuldade de atravessar obstáculos

Segundo a IEEE Spectrum, as ondas milimétricas têm um problema importante: elas não atravessam facilmente prédios e obstáculos, e podem ser absorvidas pela folhagem e pela chuva.

Por isso, o 5G não depende de uma única antena alta. Ele depende de uma rede densa de antenas menores, espalhadas pela cidade.

As células pequenas

Segundo a IEEE Spectrum, as células pequenas devem complementar as torres tradicionais nas redes 5G. Elas são estações-base menores, com antenas mais discretas, que podem ser instaladas em postes e em telhados de prédios.

Como cada célula cobre uma área pequena, a mesma faixa de frequência pode ser reutilizada por outra célula em um bairro vizinho para atender outro usuário. Isso aumenta a capacidade total da rede.

Segundo a IEEE Spectrum, uma limitação é que o número de células necessárias pode tornar a implantação pouco prática em áreas rurais.

Direcionar o sinal: o beamforming

Entre as tecnologias apontadas pela IEEE Spectrum estão o massive MIMO, o full duplex e o beamforming.

O beamforming é uma técnica que concentra o sinal em uma direção específica, em vez de espalhá-lo em todas as direções. Assim, a energia chega com mais força ao aparelho que está sendo atendido.

A própria IEEE Spectrum lista o beamforming entre as tecnologias mais promissoras para o 5G, ao lado das ondas milimétricas e das células pequenas.

O que o 5G promete

Segundo o comunicado da ITU, a rede 5G deve dar suporte a serviços como vídeos em altíssima definição, aplicações de baixa latência em tempo real e a Internet das Coisas, que é a conexão de objetos do cotidiano à rede.

Segundo a IEEE Spectrum, as metas de desempenho incluem atraso de menos de 1 milissegundo na transmissão, contra cerca de 70 milissegundos em redes 4G, segundo dados de 2017 citados pela revista.

Também há a meta de pico de download de 20 gigabits por segundo, contra 1 gigabit por segundo no 4G, segundo a ITU.

Esses números são metas e valores de pico, e não a velocidade média que cada usuário recebe no dia a dia.

Como o 5G chegou aos celulares

Segundo a ITU, a organização definiu em 2015 o roteiro para o desenvolvimento do 5G e o nome IMT-2020, como extensão das normas usadas no 3G e no 4G. A ITU também previu que os sistemas estariam disponíveis por volta de 2020.

Segundo o comunicado, o passo seguinte era definir requisitos técnicos detalhados para as interfaces de rádio do 5G.

Segundo a IEEE Spectrum, em 2017 já se esperava que serviços 5G ultrarrápidos chegassem ao consumidor em cerca de cinco anos.

Na prática, a implantação depende de cada país e de cada operadora. Por isso, a velocidade percebida pode variar bastante de um lugar para outro.

Mitos sobre o 5G

“O 5G é só um 4G mais rápido.” Mito parcial. A velocidade é uma parte do avanço, mas o 5G também combina novas faixas de frequência, redes de células pequenas e técnicas de direcionamento do sinal.

“As ondas milimétricas cobrem uma cidade inteira com uma só antena.” Mito. Segundo a IEEE Spectrum, elas têm dificuldade para atravessar obstáculos, por isso a rede depende de muitas antenas menores.

“O 5G vai funcionar igual em todo lugar.” Mito. Segundo a IEEE Spectrum, a cobertura é mais densa nas cidades, e áreas rurais enfrentam mais dificuldades para receber a mesma rede.

Perguntas frequentes

O 5G faz mal à saúde?

Este artigo não trata desse tema. Para informações sobre os efeitos da radiação de radiofrequência, consulte órgãos de saúde e de regulação, como a Organização Mundial da Saúde e as autoridades nacionais de telecomunicações.

Por que o 5G funciona melhor em algumas áreas do que em outras?

Segundo a IEEE Spectrum, as ondas milimétricas exigem muitas antenas próximas, e a rede depende de uma densidade de instalações que costuma existir nas cidades. Em áreas rurais, o número de células necessárias pode tornar a implantação mais difícil.

Resumindo

• O 5G combina novas faixas de frequência, redes de células pequenas e técnicas de direcionamento do sinal.

• As ondas milimétricas, entre 30 e 300 GHz, carregam mais dados, mas têm pouco alcance e são bloqueadas por obstáculos.

• As células pequenas e o beamforming compensam essas limitações e aumentam a capacidade da rede.

• Segundo a ITU, o 5G é a evolução das normas do 3G e do 4G e deve dar suporte a serviços de baixa latência e à Internet das Coisas.

• As metas de velocidade e atraso são valores de pico ou de projeto, e a experiência real varia conforme o local.

Veja também como funciona o Wi-Fi e como funciona o Bluetooth, outras tecnologias sem fio explicadas de forma simples.

Fontes

• ITU, ITU defines vision and roadmap for 5G mobile development (comunicado de imprensa, 19 de junho de 2015): https://www.itu.int/net/pressoffice/press_releases/2015/27.aspx

• IEEE Spectrum, 5G Bytes: Millimeter Waves Explained (6 de maio de 2017): https://spectrum.ieee.org/5g-bytes-millimeter-waves-explained