6G: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

O 6G é esperado para 2025/30, existem várias idéias para a próxima geração, embora pareça que o OFDM esteja aqui para ficar.

Tendência 1: Mais espectro, mais bits: o desafio de atingir dezenas de Gb/s, pelo menos em sentido agregado a uma região pequena, dependerá da descoberta de mais espectro. Existem várias bandas entre 100 e 300 GHz que mostram alguma promessa.

Tendência 2: Maior ênfase na largura de banda em termos de espaço: existem alguns esforços para aprimorar ainda mais o MIMO maciço, com o 6G como alvo.

Tendência 3: Novas tecnologias: a tecnologia de antenas está vendo muita atividade no momento e há uma forte expectativa de que as antenas de mmW e acima sejam incorporadas no chip dos aparelhos e, posteriormente, nas soluções de pequenas células.

Tendência 4: Suporte a novos aplicativos: primeiro padrão de tecnologia celular projetada principalmente para comunicação entre máquinas e isso terá um impacto dramático nos requisitos de QoS e roaming. Outras classes de aplicação geral incluem a Internet Tátil, a Internet de Habilidades e Veículos Autônomos.

Tendência 5: revisões na 5G: o 5G está implementando muitas mudanças fundamentais, algumas delas vão precisar serem corrigidas.

5G: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

A implantação do 5G começou em 2019 e a implantação completa deve ocorrer em 2021. A nova arquitetura possui os seguintes recursos evoluídos:

  • Um novo core, denominado 5GC e dividido nas seguintes funcionalidades
    • Funções de autenticação e mobilidade (AMF)
    • Funções do plano do usuário (UPF)
    • Funções de gerenciamento de sessões (SMF)
  • Um novo rádio denominado NR (New Radio), que possui várias numerologias de subportadoras (vários espaçamentos de subportadoras) e é usado em dois tipos de estações de base:
    • ng-eNB: eNB 4G (estação base) que suporta conectividade com rádios 5G
    • gNB: estação base 5G

Esta versão 5G do LTE foi parcialmente especificada no Release 15 (2018) e concluída no Release 16 (2020), quando deve se tornar a UIT (União Internacional de Telecomunicações) IMT-2020 (International Mobile Telecommunications)

O NR alavancou a flexibilidade do OFDM e permitiu várias configurações de espaçamento. O formato da frame ficou mais flexível, mas muitas opções tiveram que ser incluídas para satisfazer todas as partes envolvidas na especificação. Finalmente, alguns anacronismos das especificações originais foram praticamente abandonados como o prefixo cíclico estendido e a DFT-S-OFDM.

A questão principal não foi abordada. A diversidade de canais especificada no WIMAX (permutação) não foi adotada; portanto, a diversidade de canais continua fraca.

The use of high frequencies and small cells will not be the panacea advertised but will address some situations (not many). Small cells can be used in 4G, as well as the high frequency bands.

In conclusion, 5G is a slightly enhanced 4G. The marketing promises by 3GPP are huge, but the reality is much more modest.

4G: OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

A tecnologia OFDM foi desenvolvida por R.W. Chang do Bell Labs em 1966, mas sua implementação prática não era viável na época.

Em 1999, o IEEE especificou o OFDM para sua rede local sem fio 802.11 como 802.11a-1999 (5 GHz inicialmente e, depois, 2.4 GHz), com o nome comercial de Wi-Fi (Wireless-Fidelity). Em breve, esta solução conquistou o mundo e é a implementação sem fio mais difundida hoje, presente na maioria das residências e estabelecimentos comerciais.

Em 2001, o IEEE emitiu o 802.16, comercialmente denominado WiMAX (Interoperabilidade Mundial para Acesso a Microondas). Tornou-se o primeiro sistema 4G de portadora OFDM a ser implantado.

O 3GPP lançou sua própria versão OFDM em 2009 (Versão 8), sob o nome comercial de LTE (Long Term Evolution). O LTE se beneficiou da experiência de campo do WiMAX e foi apoiado pela Comunidade Europeia e seus fornecedores. Foi atualizado constantemente por meio de versões adicionais (Versão 9 a dezembro de 2009, Versão 10 a março de 2011 (LTE Advanced), Versão 11 a setembro de 2012, Versão 12 a junho de 2014, Versão 13 a dezembro de 2015 e Versão 14 a junho de 2017).

A demanda de comunicações sem fio continua a crescer e as operadoras estão ficando sem capacidade de espectro. Novos aplicativos, como IoT e M2M, estão surgindo e exigem novos recursos, antes não necessários. Isso abre as portas para redes privadas alimentadas por fornecedores especializados.

Operadores e fornecedores tradicionais perceberam que sua implementação (4G LTE) não era capaz de lidar com todos os requisitos nem a demanda. Além disso, possuía algumas falhas herdadas desde o início.

Uma nova arquitetura e um novo rádio foram necessários para evoluir ainda mais a tecnologia. Essa evolução foi rotulada pelo 3GPP como 5G, embora tecnologicamente ainda seja o mesmo OFDM que o 4G.

3G: CDMA (Code-Division Multiple Access)

Essa tecnologia foi desenvolvida pela Qualcomm e adotada pela TIA em 1995 como IS-95, sob o nome comercial de cdmaOne e, posteriormente, cdma2000. A capacidade de transmissão de dados foi adicionada com o EV-DO (Evolution Data Only) em 1999, RevA / B em 2006 e SVDO (Simultaneous Voice and EVDO) em 2011.

Os europeus desenvolveram seu próprio padrão sob o nome de UMTS (Universal Mobile Telecommunication Standard). As primeiras especificações foram feitas pelo 3GPP na versão 99 (1999). A capacidade de transmissão de dados foi adicionada com o HSDPA (High Speed ​​Downlink Packet Access) em 2005, o HSUPA (High Speed ​​Uplink Packet Access) em 2007 e o HSPA + (High Speed ​​Packet Access) em 2009.

2G: Digital (TDMA)

Os sinais analógicos utilizados em 1 G foram digitalizados com a intenção de aumentar a capacidade dos sistemas. A primeira implementação digital foi especificada pela TIA como IS-54 e mais tarde IS-136. O padrão IS-54 foi publicado em 1990 com o nome de marketing de D-AMPS. Multiplexou 3 canais digitais em 1 canal AMPS. A primeira rede comercial foi implantada em 1993. Os países europeus emitiram sua própria implementação digital GSM (Groupe Spécial Mobile, alterada renomeada Global System for Mobile) em 1991. A capacidade de transmissão de dados foi adicionada com o GPRS (General Packet Radio Service) em 2000 e o EDGE ( Taxas de dados aprimoradas para a evolução do GSM) em 2003.

1G: Analog

Essa tecnologia estabeleceu o conceito de células, que permitiu a explosão de tecnologias sem fio. Foi concebida pela Bell Labs e publicada no Bell System Technical Journal (manuscrito recebido em 1 de agosto de 1978, por N. Ehrlich, R.E. Fisher e T.K. Wingard e publicado no BSTJ vol58, No1, janeiro de 1979). O nome de marketing foi AMPS (Advanced Mobile Phone Service) e foi implementado pela primeira vez em 1983. O NMT (Nordic Mobile Telephone) e TACS (Total Access Communication System) foram as versões europeias dessa tecnologia.

A primeira implementação deste tipo de sistema utilizava canais de 30 kHz na banda de 800 MHz.