Apenas 91 estações base foram construídas em dois anos. Por que a tecnologia de ondas milimétricas do 5G é tão difícil de implementar?

 Se compararmos a rede 5G sub-6GHz à expansão de uma rodovia de pista única em uma cidade antiga, então a rede 5G de ondas milimétricas equivale à construção de uma nova rodovia de quatro a oito faixas em uma cidade nova.      

Em comparação com a faixa de frequência abaixo de 6 GHz, a onda milimétrica não só apresenta as vantagens de grande largura de banda, alta capacidade e baixa latência, como também, por estar na faixa de frequência ultra-alta, assemelha-se a uma terra virgem para a indústria móvel, um território puro e intocado que pode ser utilizado livremente, sem preocupações com interferências sem fio.    

A onda milimétrica já foi considerada o recurso de espectro mais valioso na era do 5G. Mas atualmente, enquanto o 5G sub-6GHz está se desenvolvendo rapidamente em todo o mundo, o desenvolvimento do 5G em ondas milimétricas é bastante lento e até mesmo se encontra em um dilema.
   
   

      1       ,Em relação ao dilema do desenvolvimento do 5G em ondas milimétricas, a Coreia do Sul, como pioneira global do 5G, deve ser o exemplo mais típico. A Coreia do Sul leiloou as faixas de frequência 5G de 3.5 GHz e 28 GHz já em 2018. Após a aquisição dessas faixas, as três principais operadoras sul-coreanas apresentaram aos órgãos reguladores um plano de construção de estações base 5G de 3 a 5 anos. Entre elas, estava a promessa de construir 45,215 estações base 5G de 28 GHz em ondas milimétricas dentro de 3 anos (até o final de 2021).

Contudo, embora a construção da rede 5G de 3.5 GHz na Coreia do Sul esteja a todo vapor, a construção da rede 5G de 28 GHz está muito lenta. Até março de 2021, as três principais operadoras sul-coreanas haviam construído apenas 91 estações base 5G de 28 GHz no total, o que está muito aquém do planejado inicialmente.      

Os reguladores sul-coreanos têm reiteradamente solicitado às operadoras que acelerem a construção da rede 5G de ondas milimétricas, chegando a alertar que, caso as metas estabelecidas não sejam atingidas até o final de 2021, a faixa de frequência de 28 GHz será desativada. Contudo, a resposta das operadoras coreanas foi simplesmente a descrença e a demonstração de impotência. Elas alegaram que o modelo de serviço em ondas milimétricas ainda não está claro, a tecnologia e os equipamentos não são maduros e a capacidade de cobertura representa apenas 10% a 15% da de 3.5 GHz. Isso exige a implantação de uma densidade muito alta de estações base, o que aumenta exponencialmente o custo de investimento na rede em comparação com a de 3.5 GHz. Portanto, a tecnologia de ondas milimétricas não é adequada para a construção de uma rede nacional e só pode ser utilizada em áreas de alta demanda e para a implantação de redes privadas 5G.

     

Operadoras coreanas também afirmaram que não há necessidade de a Coreia do Sul competir com os Estados Unidos pela liderança na construção da rede 5G de 28 GHz. Como a taxa de penetração da banda larga de fibra óptica nos Estados Unidos é baixa, elas esperam usar a tecnologia 5G de ondas milimétricas para substituir a fibra até a residência (FTTH). Entretanto, a taxa de penetração da banda larga de fibra óptica na Coreia do Sul é alta, e a faixa de frequência de ondas milimétricas será usada principalmente para serviços móveis e redes privadas corporativas. Para serviços móveis voltados ao consumidor, porém, é necessário implantar um grande número de estações base, o que eleva os custos de implantação da rede. Já para redes privadas 2B em setores verticais, o modelo de negócios atual ainda não está maduro.      

Considerando o alto custo de implantação da rede 5G de ondas milimétricas e a relutância das operadoras em investir, a proposta é que as três operadoras construam e compartilhem a infraestrutura em conjunto. Diante do lento progresso na implantação do 5G de ondas milimétricas, a indústria coreana apresentou essa sugestão.    

Mas o problema surge novamente. Por um lado, se três operadoras construírem e compartilharem conjuntamente a rede pública 5G de ondas milimétricas, devido à cobertura sem fio de ondas milimétricas ser muito pequena, as interrupções de comunicação serão propensas a ocorrer quando o terminal se deslocar da área de cobertura de uma operadora para a de outra. Por outro lado, no caso das redes privadas 5G, o foco da competição entre as operadoras no setor B2B será acirrado, dificultando a cooperação na construção e no compartilhamento de infraestrutura.    

A Coreia do Sul não é exceção. Os Estados Unidos comercializaram a tecnologia 5G em ondas milimétricas já em 2019. De acordo com os dados mais recentes da empresa de pesquisa de mercado OpenSignal, a taxa de disponibilidade da sua rede 5G em ondas milimétricas é atualmente inferior a 1%. Segundo as estatísticas, em janeiro de 2021, apenas 8 operadoras no mundo ofereciam serviços 5G em ondas milimétricas. Esses dados demonstram o lento progresso do desenvolvimento global da tecnologia 5G em ondas milimétricas.    

2,O que aconteceu com a tecnologia 5G de ondas milimétricas? Por que o desenvolvimento é tão lento? Abaixo, utilizamos uma tabela para ilustrar.    
   
   

Capacidade de cobertura

As vantagens das ondas milimétricas são a grande largura de banda e a alta capacidade. No entanto, devido à sua alta frequência, comprimento de onda curto, perdas de propagação no espaço livre, perdas de penetração e perdas por difração, a cobertura de uma única célula é muito pequena. Medições reais mostram que, mesmo que o terminal esteja em um ambiente com visada direta (LoS), a cobertura de uma célula de ondas milimétricas é de apenas cerca de 100 metros, o que é quase a mesma cobertura do Wi-Fi. Comparado com a frequência abaixo de 6 GHz, quanto pior a capacidade de difração das ondas milimétricas, pior a capacidade de penetração, dificultando a transposição de obstáculos como paredes, portas e móveis. Portanto, em áreas urbanas com alta densidade de edifícios, as operadoras precisam construir mais estações base e garantir que as estações base e os terminais estejam em visada direta para obter comunicações estáveis ​​e de alta velocidade.

     

Mesmo que as redes privadas 5G sejam implantadas em cenários 2B, por um lado, será necessário construir mais estações base em grandes campi, fábricas de grande porte, etc.; por outro lado, devido aos diversos obstáculos presentes em ambientes internos como fábricas, prédios de escritórios e hospitais, como paredes, portas e equipamentos, é imprescindível manter a linha de visão direta entre os terminais e as estações base para garantir comunicações estáveis ​​e de alta velocidade. Além disso, a implantação de mais estações base em múltiplos pontos acarretará custos mais elevados de implantação da rede.

A solução é aumentar a cobertura através da formação de feixe Massive MIMO+, mas isso aumentará o número de unidades de antena, amplificadores de potência, amplificação de baixo ruído e outros componentes, elevando também o custo do equipamento. Além disso, a cobertura de ondas milimétricas também pode ser expandida com a instalação de repetidores e refletores.    

preço unitário da estação base    

Em comparação com a frequência abaixo de 6 GHz, a onda milimétrica não só exige a construção de mais estações base, como também apresenta o problema maior de que o preço unitário das estações base de onda milimétrica é cerca de 30% a 40% mais alto do que o das estações base de onda sub-6 GHz.    

Os principais motivos são:
1) A maioria das operadoras em todo o mundo implantou redes 5G em frequências abaixo de 6 GHz, o que oferece a vantagem da escalabilidade. No entanto, existem pouquíssimas estações base de ondas milimétricas no mundo e o preço unitário é mais elevado;
2) A DU e a RU da estação base sub-6GHz são separadas, e a DU pode ser implantada centralmente, enquanto a RU e a DU da estação base de ondas milimétricas são localizadas no mesmo local, por isso o preço é mais caro;
3) Existem diferenças arquitetônicas internas entre estações base de ondas milimétricas e estações base abaixo de 6 GHz (por exemplo, as estações base de ondas milimétricas têm mais unidades de antena).    

Ecologia Terminal    

Em relação ao ecossistema de terminais sub-6GHz, existem atualmente diversos tipos de smartphones, CPEs 5G e módulos 5G, e o ecossistema de terminais está em expansão. No entanto, o ecossistema de terminais de ondas milimétricas ainda está em um estágio muito inicial, especialmente no setor B2B. Ao mesmo tempo, os fabricantes globais de chips para terminais estão mais otimistas em relação ao ecossistema sub-6GHz e não desenvolverão modems que utilizem exclusivamente ondas milimétricas. Isso significa que não haverá uma rede privada 5G que utilize exclusivamente ondas milimétricas.    

custos de construção e operação    

Como mencionado anteriormente, se você usar ondas milimétricas para construir uma rede pública 5G, precisará implantar uma alta densidade de estações base. Os custos de construção e operação aumentarão exponencialmente em comparação com a tecnologia sub-6GHz. E se você usar ondas milimétricas para implantar uma rede privada 5G? Atualmente, um dos maiores obstáculos para o desenvolvimento de redes privadas 5G 2B é o seu custo, superior ao do Wi-Fi. O custo de implantação de redes privadas 5G usando ondas milimétricas é maior do que o da tecnologia sub-6GHz. Obviamente, isso eleva ainda mais o patamar para a implantação de redes privadas 5G corporativas.    

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