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5G é um padrão em evolução. A versão inicial do 5G foi finalizada com o congelamento da Release 15, em 2019, e novos recursos foram incorporados nas versões 16 e 17, entre 2020 e 2022. Mais aprimoramentos de recursos definidos em versões anteriores, além de novas features, farão parte do Release 18, que está em preparação e deverá ser congelado até o final de 2023.
Em paralelo, o 6G está sendo estudado em institutos, universidades, empresas e grupos técnicos, e deverá ter sua primeira Release por volta de 2027/2028, entrando em operação comercial em 2029/2030. Este artigo traz uma visão resumida de todos os releases do 5G, do 15 ao 18,
O 3GPP (Third Generation Partnership Project) desenvolve e mantém especificações técnicas globais com o objetivo de garantir que os fabricantes de equipamentos de rede, smartphones, CPEs e endpoints em geral desenvolvam produtos que sejam interoperáveis em todo o mundo. O 3GPP é uma entidade colaborativa entre organizações de padronização regionais. As sete organizações de desenvolvimento de padrões de telecomunicações (ou Parceiros Organizacionais do 3GPP) usam essas especificações para criar os padrões.
Os participantes, incluindo os NEPs (fornecedores) e as carriers (operadoras), participam da criação das especificações desde o P&D inicial até o produto final. As ideias são levadas ao órgão para aprovação, que se traduzem em um item de estudo, seguido de itens de trabalho em reuniões periódicas, que resultam nas especificações técnicas.
Os parceiros 3GPP ou organizações de desenvolvimento padrão são as seguintes:
O papel desses organismos de normatização é:
Exemplo de funcionamento dessa organização:
Abaixo temos o histórico de todos os Releases, desde o 2G (GSM, GPRS, Edge), 3G (WCDMA, HSPA, HSPA+), 4G (LTE, LTE-Advanced, LTE-Pro) e 5G/NR:
Todas as especificações 3GPP fornecem uma descrição completa de sistemas para telecomunicações móveis e fornecem conectividade para acesso sem rádio à rede principal e interoperabilidade com redes não-3GPP. Os três Grupos de Especificação Técnica (TSG) no 3GPP são:
A primeira versão das especificações 5G surgiu no 3GPP Release 15 em 2018, que forneceu a arquitetura SBA (figura abaixo), as funcionalidades básicas, bem como um grande conjunto de recursos opcionais. Em versões subsequentes, o 3GPP adicionou novas funcionalidades à linha de base existente. Isso é feito mantendo a compatibilidade com versões anteriores, para que os terminais mais antigos ainda funcionem em redes atualizadas e vice-versa (interoperabilidade).
O 3GPP adiciona funcionalidades necessárias para atender às demandas crescentes dos serviços existentes (taxas de dados mais altas para banda larga móvel, por exemplo) ou para satisfazer requisitos de novos serviços, casos de uso e opções de implantação (como aplicações de segurança pública e retransmissão). No entanto, os recursos são normalmente especificados de maneira independente de serviço e caso de uso, o que significa que cabe aos fornecedores e operadores decidir como usar e combinar os recursos especificados.
As especs do 3GPP são então implementadas em soluções de mercado, como as dos fabricantes Nokia, Ericsson, Huawei, Samsung, ZTE, Mavenir, Dell etc. Não existe obrigatoriedade de interoperabilidade entre esses fabricantes, embora as especs dos Releases 5G sejam baseadas na arquitetura SBA, que prevê a implantação de blocos funcionais em modo virtualizado, em VNFs e CNFs. Mas a interligação de soluções entre fornecedores não é usual.
O 5G foi definido por um conjunto de requisitos mínimos que permitem determinados cenários de uso. Esses casos foram denominados pela União Internacional de Telecomunicações (ITU) como IMT2020. Foram definidos três grandes grupos de casos de uso, cada um com conjunto de aplicações e serviços, compartilhando os mesmos requisitos de largura de banda, disponibilidade e latência:
O Release 15 focou principalmente nos serviços de banda larga eMBB (Enhanced Mobile Broadband), com redes NSA (ainda dependentes do 4G LTE):
As mais importantes características do 5 NR Release 15:
A Release 16 foi uma versão complementar, necessária para ampliar as especificações gerais do sistema da Release 15. O foco principal na Release 16 é permitir baixa latência ultra confiável (URLLC) para aplicativos de missão crítica. A Release 16 trouxe extensões para:
Juntamente com aprimoramentos voltados para os casos de uso já existentes nos Releases 15 e 16, como banda larga móvel, automação industrial e V2X, o 3GPP Release 17 apresenta suporte para novos cases, incluindo segurança pública, redes não-terrestres e redes privativas.
Vários dos recursos do Release 17 destinam-se a aprimorar o desempenho da rede para serviços e casos de uso existentes, enquanto outros abordam novos cases e opções de implantação. O chamado 5G-Advanced se baseará no Release 17, fornecendo soluções de rede inteligentes e abrangendo vários novos use cases.
Um componente chave do 5G-Advanced é o uso de inteligência artificial (IA) baseada em técnicas de aprendizado de máquina (ML); espera-se que AI/ML desencadeie uma mudança de paradigma nas futuras redes sem fio. As soluções baseadas em AI/ML serão usadas para introduzir o gerenciamento de rede inteligente e resolver problemas de otimização com relação à operação de rede em realtime e non-realtime.
AI/ML também será usado para melhorar a interface de rádio, otimizando ainda mais o desempenho de sistemas complexos de múltiplas antenas, por exemplo. Novos casos de uso, como comunicação de realidade estendida (XR), usarão redes sem fio para fornecer experiências imersivas em ambientes ciberfísicos e permitir interações homem-máquina usando dispositivos sem fio vestíveis.
O caminho para o 5G-Advanced começa com aprimoramentos significativos em várias funcionalidades da RAN, que já estão implantadas em redes NR:
Os itens de trabalho para essa Release incluem aprimoramentos de serviços de telefonia multimídia, relés montados em veículos, energia e infraestrutura inteligentes, e aprimoramentos para oferecer suporte ao 5G residencial. Um dos itens mais interessantes previstos para o Release 18 é um estudo sobre os requisitos de desempenho para modelo AI/ML e distribuição de dados, aprendizado distribuído/federado, transferência de modelo e requisitos de treinamento, divisão de operações e caracterização de casos de uso, como reconhecimento de imagem, melhorias de vídeo, controle robótico, reconhecimento de fala e redes automotivas.
A Release 18 representa uma grande evolução do Sistema 5G, e o 3GPP decidiu designá-lo como sendo o primeiro lançamento do 5G-Advanced. Entre outras melhorias, a Release 18 incluirá grandes aprimoramentos nas áreas de inteligência artificial e realidade estendida, permitindo soluções de rede altamente inteligentes que poderão suportar uma variedade muito maior de casos de uso.
Três das features mais notáveis do Release 18 para casos de uso de eMBB são os beamforming/MIMO, aprimoramentos de mobilidade e economia de energia de rede. Os sistemas avançados de antena (AASs) são o principal impulsionador do aumento da eficiência espectral das redes sem fio e continuarão a evoluir devido a fatores como permitir a mobilidade da camada 1 / camada 2, melhorias adicionais do MIMO de uplink e aprimoramentos relacionados ao acesso sem fio fixo (FWA).
O DSS é extremamente útil ao transitar de 4G para 5G, e muitas redes comerciais já contam com ele, inclusive aqui no Brasil. Para aumentar a eficiência da rede durante essa transição, outras melhorias são previstas, como desempenho NR aprimorado quando o número de UEs LTE diminui gradualmente e impacto reduzido no desempenho NR devido à interferência de sinais de transmissão LTE. O Release 18 também inclui esforços para explorar oportunidades que reduzam ainda mais o consumo de energia da rede.
Os aprimoramentos mais notáveis para aplicativos não-eMBB incluem melhorias nos dispositivos IoT RedCap, XR e segurança nacional e segurança pública. Espera-se que os IoT RedCap desempenhem um papel significativo em muitos aplicativos futuros. Com base no Release 17, as soluções Release 18 RedCap reduzirão ainda mais o custo dos dispositivos e seu consumo de energia.
No Release 17, as equipes de padronização 3GPP RAN estudaram várias formas de serviços de realidade aumentada e realidade virtual (AR/VR), avaliando seu desempenho ao operar por meio de 5G. O principal desafio é fornecer simultaneamente uma taxa de dados muito alta e uma latência baixa. No Release 18, o grupo 3GPP RAN analisa o gerenciamento de tráfego para alocação de recursos de rádio com eficiência de recursos e baixa latência, suporte à mobilidade com taxas de dados consistentes, operação com eficiência energética UE compatível com tráfego XR e requisitos de latência.
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