A rede sub-6GHz já está totalmente implementada, por que a China ainda está desenvolvendo a tecnologia 5G em ondas milimétricas?

As bandas de frequência da rede 5G global dividem-se principalmente em banda de frequência Sub-6GHz e banda de frequência de ondas milimétricas (mmWave). A rede 5G de ondas milimétricas e a rede Sub-6GHz não têm uma relação antagônica, em que "só se pode escolher uma das duas", mas sim uma relação complementar, em que "é possível ter o melhor dos dois mundos". A escolha de cada país sobre qual rota tecnológica seguir primeiro baseia-se mais nas suas próprias condições nacionais. Após a consolidação da rede 5G Sub-6GHz na China, a construção de redes 5G de ondas milimétricas também entrou na agenda.

Em março de 2020, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação emitiu o "Aviso sobre a Promoção do Desenvolvimento Acelerado do 5G". O aviso mencionava claramente que "o plano de utilização de frequências para algumas faixas de ondas milimétricas do 5G será divulgado em tempo hábil, e testes de desempenho e equipamentos de ondas milimétricas serão organizados para preparar o uso comercial da tecnologia de ondas milimétricas do 5G". Em 30 de abril de 2021, o Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação divulgou a versão preliminar para comentários do "Plano de Ação 'Navegação' da Aplicação do 5G (2021-2023)" (doravante denominado "Versão Preliminar"). A versão preliminar propõe que, até 2023, a taxa de penetração de usuários individuais do 5G no país ultrapasse 40%, e o número de usuários ultrapasse 560 milhões. Ao mesmo tempo, a versão preliminar propõe que "o plano de frequências de ondas milimétricas do 5G seja divulgado em tempo hábil e que um sistema de licitação para licenças de frequência de ondas milimétricas do 5G seja explorado". Isso também significa que, após a implantação completa da rede 5G Sub-6GHz na China, a construção da rede 5G de ondas milimétricas no país estará prestes a começar. Além disso, Tian Yulong, engenheiro-chefe do Ministério da Indústria e Tecnologia da Informação, enfatizou em uma coletiva de imprensa do Gabinete de Informação do Conselho de Estado, em março, ao falar sobre a promoção do desenvolvimento de alta qualidade do setor de informação e comunicação, que "a construção da rede 5G será promovida de forma ordenada e o planejamento do 6G será acelerado".

As ondas milimétricas 5G e Sub-6GHz são complementares.

Ondas milimétricas referem-se a ondas eletromagnéticas com comprimentos de onda de 1 mm a 10 mm e frequências de 30 GHz a 300 GHz. No campo das comunicações móveis, as ondas eletromagnéticas entre 24 GHz e 100 GHz são geralmente chamadas de ondas milimétricas.

A Conferência Mundial de Radiocomunicações de 2019 (CMR-19) da União Internacional de Telecomunicações (UIT) determinou que as faixas de frequência de ondas milimétricas entre 24 GHz e 86 GHz serão utilizadas para Comunicações Móveis Internacionais (IMT). Dentre elas, as faixas de frequência de 24.25-27.5 GHz, 37-43.5 GHz e 66-71 GHz são as faixas de frequência IMT integradas globalmente.

Em comparação com o sistema 5G Sub-6GHz (banda de frequência abaixo de 6GHz), a comunicação 5G em ondas milimétricas possui uma largura de banda ultralarga, que varia de 24GHz a 100GHz, conferindo-lhe vantagens exclusivas como maior velocidade, menor latência e configuração flexível e adaptável da interface aérea. Isso permite atender com eficácia às necessidades futuras da comunicação sem fio em termos de capacidade do sistema, taxa de transmissão e aplicações diferenciadas.

Por exemplo, em termos de taxa de transmissão, a análise mais recente da Ookla, baseada em uma grande quantidade de dados medidos em seu aplicativo Speedtest, mostra que a banda de frequência de ondas milimétricas do 5G pode atingir 16 vezes a velocidade da banda de frequência Sub-6GHz.

Em segundo lugar, o 5G utiliza as duas dimensões de subportadoras e intervalos de tempo para transmitir dados. As ondas milimétricas têm como características alta largura de banda, grandes intervalos entre subportadoras e intervalos de tempo correspondentes pequenos. Isso também faz com que o atraso das ondas milimétricas do 5G seja de apenas cerca de 25% da banda de frequência abaixo de 6 GHz. Da mesma forma, como as ondas milimétricas têm maior largura de banda disponível e taxas de transmissão mais altas, elas também podem fornecer maior capacidade para atender a uma gama mais ampla de acessos de terminais.

Além disso, a maior taxa de downlink das ondas milimétricas do 5G permite multiplexação espacial densa, reduzindo a interferência, o que resolve melhor o problema de congestionamento causado pelo acesso simultâneo de um grande número de usuários à internet na mesma área. É especialmente adequado para aplicações em cenários densamente povoados, como estações, aeroportos e estádios.

Em áreas de aplicação industrial relacionadas, como transmissão ao vivo de vídeo em ultra-alta definição, monitoramento de segurança, telemedicina e algumas aplicações industriais, onde há altos requisitos de velocidade de upload e baixa latência, as características de uplink de onda milimétrica 5G de grande alcance e baixa latência podem atender melhor a essas necessidades.

É importante destacar que a rede 5G de ondas milimétricas permite o backhaul autônomo sem a necessidade de conexão entre a rede de fibra óptica e a rede central. As redes 5G baseadas em Sub-6GHz ainda dependem de soluções tradicionais de backhaul por fibra óptica, ou seja, cada estação base 5G precisa ser conectada à rede central por meio de fibra óptica, o que aumenta os custos de implantação. A tecnologia IAB (Acesso e Backhaul Integrados) para ondas milimétricas em 5G permite que estações base 5G utilizem outras estações base 5G como nós de retransmissão, realizando o backhaul para a rede central por meio de transmissão sem fio com múltiplos saltos, o que reduz significativamente os custos de implantação. Isso também possibilita uma implantação mais eficiente e de maior densidade das estações base 5G em ondas milimétricas.

Além disso, a tecnologia de ondas milimétricas também pode ser usada na comunicação veículo-para-tudo (V2X) do 5G para fornecer serviços de posicionamento que superam em muito a precisão do GPS e do LTE (a precisão pode chegar ao nível submétrico).

Ma Hongbing, gerente geral do Departamento de Inovação Tecnológica da China Unicom, afirmou: "Ao combinar a tecnologia de ondas milimétricas 5G com as tecnologias MEC e de IA, as ondas milimétricas podem fornecer serviços de rede privada personalizados para clientes específicos e podem ser amplamente utilizadas em cenários como fábricas inteligentes, parques inteligentes e terminais inteligentes."

Embora as ondas milimétricas apresentem vantagens em termos de velocidade e atraso em comparação com a banda de frequência abaixo de 6 GHz, elas também possuem limitações. Por exemplo, os sinais são facilmente atenuados, têm baixa penetração e são facilmente bloqueados. Apesar de existirem tecnologias como beamforming e beam tracking que podem solucionar esses problemas de forma eficaz, a banda de frequência abaixo de 6 GHz ainda oferece maiores vantagens em termos de cobertura e custo de implantação.

Em suma, a implantação de redes 5G em ondas milimétricas e redes Sub-6GHz não competem nem se substituem, mas se complementam. Utilize Sub-6GHz para alcançar ampla cobertura do 5G e sistemas de ondas milimétricas para cobertura em ambientes internos (eventos esportivos, shows, grandes conferências), centros de transporte (estações de metrô, estações de trem de alta velocidade) e áreas de escritórios, bem como para cobertura de hotspots externos, acesso à internet sem fio de banda larga, etc. A implantação coordenada de ondas milimétricas e Sub-6GHz permite uma combinação orgânica de alta capacidade e ampla cobertura.

Os preparativos preliminares para a implantação da tecnologia 5G de ondas milimétricas na China já começaram e estão progredindo sem problemas.

Se a rede Sub-6GHz resolver o problema de cobertura do 5G, então a rede de ondas milimétricas 5G poderá maximizar as vantagens do 5G, liberando assim maior valor.

Meng Pu, presidente da Qualcomm China, também afirmou: "Para atingir os objetivos originais do projeto 5G, todos os recursos de espectro precisam ser utilizados. As bandas de frequência média e baixa abaixo de 6 GHz podem alcançar um equilíbrio entre cobertura, capacidade e desempenho, enquanto as ondas milimétricas de alta frequência acima de 24 GHz podem suportar o máximo desempenho e capacidade do 5G, levando a experiência de conexão sem fio de última geração a diversos cenários e setores, além de comunicações móveis ultraconfiáveis ​​e de baixa latência para áreas verticais como a Internet Industrial."

De acordo com o "Livro Branco sobre a Tecnologia de Ondas Milimétricas 5G", divulgado pela GSMA em setembro do ano passado, prevê-se que a tecnologia de ondas milimétricas 5G contribua com US$ 565 bilhões para o PIB global até 2035. Desse total, os benefícios econômicos diretos gerados pelo uso das faixas de frequência de ondas milimétricas 5G na China deverão atingir aproximadamente US$ 104 bilhões até 2034.

Atualmente, os Estados Unidos, o Japão, a Europa e o Sudeste Asiático já implementaram a tecnologia 5G em ondas milimétricas. De acordo com dados divulgados pela GSA em março deste ano, mais de 150 operadoras em todo o mundo estão investindo na tecnologia 5G em ondas milimétricas.

De acordo com o plano de testes de ondas milimétricas 5G do Grupo de Promoção IMT-2020 (5G) da China, os testes em ondas milimétricas começaram em 2019 para verificar as principais tecnologias e características do sistema 5G em ondas milimétricas. A partir de 2020, as funções, o desempenho e a interoperabilidade das estações base e terminais de ondas milimétricas serão verificados mais detalhadamente, e a verificação da rede colaborativa de alta e baixa frequência será realizada. Ao mesmo tempo, o Grupo de Promoção IMT-2020 (5G) da China também realizou verificações de cenários típicos em tempo hábil.

Em outubro de 2019, sob a organização do Grupo de Promoção IMT-2020 (5G), a ZTE e a Qualcomm realizaram o primeiro teste de interoperabilidade de ondas milimétricas (IoDT) 5G baseado em smartphone na China. Dois meses após o novo método de teste OTA MIMO de ondas milimétricas ter sido esclarecido na versão 3GPP Rel-16, lançada no início de julho de 2020, no final de setembro, sob a organização do Grupo de Promoção IMT-2020 (5G), a Qualcomm assumiu a liderança na conclusão do teste de desempenho de ondas milimétricas baseado no método de teste OTA MIMO 3GPP Rel-16 no laboratório MTNet da Academia de Tecnologia da Informação e Comunicações. Com isso, a Qualcomm tornou-se a primeira fabricante de chips na China a participar e ser aprovada em todos os dez testes de radiofrequência de ondas milimétricas 5G de 26 GHz.

Enquanto os testes de ondas milimétricas progridem de forma ordenada, as características dos chips também são constantemente otimizadas para atender às necessidades de implantação de ondas milimétricas na China. Em 19 de maio de 2021, a Qualcomm anunciou o lançamento de recursos e funções aprimorados especificamente para o Snapdragon X65, o primeiro modem 5G de 10 Gbps do mundo e sistema de radiofrequência lançado em fevereiro: ele suporta largura de banda de ondas milimétricas de 200 MHz e modo SA de ondas milimétricas, atendendo assim aos principais requisitos para a implantação da rede de ondas milimétricas na China.

Tendo em vista os cenários de aplicação industrial onde as ondas milimétricas demonstrarão seu potencial, os fabricantes a montante e a jusante da indústria de ondas milimétricas na China estão empenhados. Em 21 de maio de 2021, sob a orientação técnica do Grupo de Promoção IMT-2020 (5G) e da China Unicom, a ZTE, a Qualcomm e a TVU Networks concluíram com sucesso a primeira demonstração mundial de serviço de backhaul de vídeo 8K em ondas milimétricas 5G, baseada na estrutura de quadro de uplink de grande porte na banda de frequência de 26 GHz (n258), em ambiente laboratorial.

Nesta demonstração, a ZTE forneceu uma estação base de ondas milimétricas 5G. O roteador de agregação de múltiplas redes 5G da TVU Networks forneceu uma conexão de ondas milimétricas 5G através de um terminal de teste do tipo CPE equipado com modem Qualcomm Snapdragon X55 5G, sistema de RF e módulo de antena de ondas milimétricas Qualcomm QTM527. O conteúdo de vídeo 8K coletado em tempo real foi retornado de forma estável através do uplink de ondas milimétricas 5G e, finalmente, recebido com sucesso na extremidade receptora para reprodução.

De acordo com o plano de testes de ondas milimétricas 5G do Grupo de Promoção IMT-2020 (5G), a estrutura de quadros de uplink de grande porte para ondas milimétricas será promovida em 2021 para suportar diferentes cenários de aplicação. O backhaul em tempo real de vídeo de ultra-alta definição, especialmente vídeo 8K, impõe requisitos muito elevados à largura de banda de uplink da rede móvel. A estrutura de quadros DSUUU utilizada nesta demonstração triplica a taxa de uplink máxima da tecnologia de ondas milimétricas existente, alocando mais intervalos de tempo para o uplink. A demonstração comprovou as capacidades de super uplink das ondas milimétricas 5G, o que é de grande importância para atender aos requisitos de largura de banda de uplink de muitas aplicações industriais 5G no futuro.

Vale destacar que, durante a MWC Shanghai 2021, a área de exposição de ondas milimétricas 5G, organizada pela China Unicom e GSMA e com o apoio da Qualcomm, apresentou de forma abrangente aplicações e terminais 5G de ondas milimétricas, com o suporte de 39 empresas líderes do setor. Os terminais 5G de ondas milimétricas de diversos fornecedores em exibição incluíam módulos, celulares, CPEs, PCs, equipamentos de RA (realidade aumentada) e XR (realidade estendida), mochilas para transmissão ao vivo, robôs e outras categorias.

Os diversos cenários de aplicação suportados pela tecnologia 5G de ondas milimétricas incluem: experiência competitiva para atletas, resort de neve inteligente com realidade mista 5G, transmissão de vídeo 8K, serviço de eventos com visão completa em 5G e transmissão ao vivo gratuita de eventos, experiência panorâmica com ondas milimétricas em 5G, etc. A solução de transmissão ao vivo com múltiplas visões em 5G, baseada em ondas milimétricas, captura diretamente a pista externa do Centro Internacional de Esqui Cross-Country de Zhangjiakou. Drones, câmeras acopladas a capacetes e câmeras fotográficas profissionais comunicam-se com a estação base por meio de redes sem fio, e as performances heroicas dos atletas no Centro Nacional de Esqui Cross-Country são transmitidas em tempo real a partir de múltiplos ângulos, possibilitando a transmissão ao vivo multiangular da pista e proporcionando uma variedade de experiências de visualização para os espectadores. A China Unicom é atualmente a única parceira oficial de serviços de comunicação dos Jogos Olímpicos de Inverno de Pequim 2022. A maturidade dos terminais e aplicações relacionados à tecnologia 5G de ondas milimétricas contribuirá para a oferta de melhores serviços 5G utilizando essa tecnologia nos Jogos Olímpicos de Inverno de Pequim 2022.

A tecnologia de ondas milimétricas 5G continua a evoluir e poderá se tornar um componente importante do 6G.

A tecnologia de ondas milimétricas ainda está em evolução. Por exemplo, a tecnologia de acesso e backhaul integrados (IAB) mencionada anteriormente; há também a tecnologia de posicionamento de banda larga que pode suportar o posicionamento preciso do terminal; suporte a espectro estendido: suporta bandas de frequência acima de 52.6 GHz e espectro livre de licença para operação auxiliar licenciada e independente; gerenciamento de feixe aprimorado: por meio da otimização de feixe completo e suporte a feixe de painel multiantena, melhora a latência, a robustez e o desempenho; otimização de conexão dupla: reduz a latência de acesso inicial do terminal e melhora a cobertura ao conectar vários nós; recursos de economia de energia: melhoram o consumo de energia maximizando o tempo de inatividade do terminal para suportar um feedback de link mais rápido.

A evolução contínua das tecnologias de ondas milimétricas do 5G trará novas oportunidades em termos de funcionalidade, eficiência, espectro e implantação. Além disso, espera-se que a tecnologia de ondas milimétricas do 5G se torne um componente importante da próxima geração de tecnologia 6G.

De acordo com o white paper 6G "Next Generation Hyper-Connected Experience", lançado pela Samsung no ano passado, a taxa de transferência máxima do 6G atingirá 1000 Gbps e a latência será de apenas 100 microssegundos. A tecnologia poderá ser concluída e comercializada já em 2028, e a comercialização em larga escala poderá ocorrer por volta de 2030. Em relação a esses indicadores-chave e prazos, outros fabricantes de equipamentos de comunicação compartilham basicamente a mesma visão.

A Samsung também propôs tecnologias candidatas que podem ser usadas no padrão 6G, como a banda de frequência de terahertz (THz), nova tecnologia de antena para melhorar a cobertura de sinal de alta frequência, tecnologia duplex avançada, desenvolvimento de topologia de rede e compartilhamento de espectro para melhorar a utilização da rede e aprimorar a aplicação de IA.

O relatório "6G: Sem Limites, com IA", divulgado pela UNISOC, prevê a diversificação das tecnologias centrais do 6G, e comunicações em terahertz, comunicações por luz visível, modulação e decodificação avançadas, e transmissão colaborativa entre satélite e solo poderão se tornar tecnologias centrais do 6G.

A Qualcomm enfatizou a inovação de tecnologias relacionadas, como design orientado a dados de IA/ML, full-duplex, ondas milimétricas de alta frequência, posicionamento aprimorado, banda de terahertz, interface inteligente, rede verde, detecção de radiofrequência, nova topologia, desacoplamento extremo, busca de estrutura de rede neural em nuvem, comunicação ultrassegura, novo paradigma de compartilhamento, etc.

É possível observar que muitos fabricantes acreditam que a tecnologia de comunicação em terahertz será uma das tecnologias-chave para as comunicações 6G. A faixa de frequência de terahertz geralmente se refere à faixa de 300 GHz a 10,000 GHz, e as ondas eletromagnéticas em torno de 300 GHz também podem ser consideradas ondas milimétricas na faixa de frequência mais alta. Somente dominando a tecnologia de comunicação em ondas milimétricas teremos a oportunidade de realizar avanços significativos na tecnologia de comunicação em terahertz.

Em meados de 2020, Yang Tao, vice-presidente do Departamento de Negócios de Operadoras da Huawei na China, também revelou publicamente que a Huawei já participa de trabalhos de pré-pesquisa relacionados ao 6G. O 6G que está sendo pré-pesquisado utiliza principalmente bandas de ondas milimétricas e está na fase de mapeamento de cenários e busca de tecnologias.

Vale mencionar que, no final de 2019, o Laboratório de Tecnologia de Equipamentos do Grupo NTT do Japão desenvolveu um chip 6G de ultra-alta velocidade feito de semicondutor composto de fosfeto de índio (InP) e realizou experimentos de transmissão sem fio de alta velocidade na banda de frequência de 300 GHz. Ao utilizar modulação 16QAM, é possível atingir uma taxa de transmissão sem fio de até 100 Gbps. Se for utilizada uma combinação de tecnologias de multiplexação espacial, como MIMO e OAM, espera-se alcançar uma transmissão sem fio de alta capacidade superior a 400 Gbps, o que já se aproxima da taxa máxima exigida pelo 6G.

Além disso, o 6G viabilizará uma rede de comunicação integrada de alta velocidade no ar, no céu, na terra e no mar, e a faixa de frequência de ondas milimétricas será a primeira opção para enlaces intersatélites, enlaces de usuário para cobertura descendente de satélites e enlaces de alimentação de satélites para estações terrestres.

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