5G networks impact on fiber-optic cabling requirements and infrastructure

As possibilidades parecem infinitas, tornando possível que o 5G seja uma revolução ao invés de apenas uma evolução em sua demanda por infraestrutura de fibra.

As redes 5G prometem conectar pessoas e coisas por meio de redes e aplicações inteligentes que geram uma imensa quantidade de dados. Elas buscam fornecer o melhor de todos os fatores de desempenho ao mesmo tempo em que conectam mais dispositivos. Esses avanços da rede permitirão e inspirarão uma nova onda de computação e inovação tecnológica, que mudará a maneira como vivemos e trabalhamos. Mas antes que o 5G se torne uma realidade, a infraestrutura de rede deve estar pronta para suportar os bilhões de dispositivos e os trilhões de megabits de dados que irão inundar a rede. Vamos dar uma olhada em como o 5G afetará os requisitos de fibra óptica.

Inicialmente, os recursos da rede celular eram bastante simples, mas à medida que cada geração expandia sua funcionalidade, suas aplicações e seus serviços, a infraestrutura de rede que os suportava ficava cada vez mais complexa. Para alcançar todas as ofertas de 5G, será necessária uma infraestrutura de rede mais densa e rica em fibra para fornecer os principais indicadores de desempenho: menor latência, vida útil da bateria mais longa, taxas de dados mais altas, confiabilidade ultra alta e maior número de dispositivos conectados.

Por que o 5G é diferente?

O 5G possibilita a perspectiva de uma sociedade verdadeiramente conectada, com seu impacto sendo sentido em praticamente todos os setores. A Internet das Coisas (IoT) transformará a economia e a maneira como vivemos nossas vidas. O 5G também mudará e criará novas oportunidades econômicas.

  • Edifícios/cidades/comunidades 5G inteligentes fornecerão serviços mais eficientes aos cidadãos, aumentarão a colaboração entre diferentes setores econômicos e estimularão modelos de negócios inovadores nos setores público e privado.
  • Na área da saúde, o 5G permitirá que a medicina virtual aumente substancialmente a eficácia dos cuidados preventivos, bem como da cirurgia robótica.
  • Os veículos autônomos ajudarão a tornar o transporte mais seguro, simplificarão o estacionamento e melhorarão o fluxo do tráfego e os congestionamentos.

As oportunidades acima dependem muito de dados em tempo real, tornando muito mais críticas a necessidade de menor latência e a maior largura de banda. Isso, por sua vez, gera a necessidade de computação de ponta para permitir que dados críticos sejam transferidos rapidamente.

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As capacidades da rede celular foram da voz analógica, a 14,4 kbits/s, para a promessa de conectividade da Internet das Coisas, a vários gigabits por segundo. A próxima etapa na evolução do acesso sem fio, para 5G, será muito diferente das etapas anteriores.

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O desenvolvimento inicial das redes celulares aproveitou macro torres usando espectro de comprimento de onda inferior, capaz de cobrir amplas áreas físicas, posicionando algumas a até 40 quilômetros de distância (se a topologia permitisse). As torres, no entanto, não podiam ser colocadas em todos os lugares, e small cells e cabeças de rádio eram cada vez mais implantadas para aproximar o rádio do usuário.

As small cells começaram a aumentar a cobertura e a capacidade nas implantações 3G e 4G, e o termo “densificação” foi apresentado. Com o 5G, ao contrário de seus predecessores, um conjunto diferente de frequências será usado para implementar novos serviços. O sub-6GHz será usado globalmente como base para conectividade móvel em toda a cidade, enquanto partes mais altas do espectro (frequências de ondas milimétricas de 24 GHz e acima) serão usadas para cobertura de alta largura de banda. Este novo espectro de banda mais alta possui de forma inerente uma limitação mais significativa de cobertura de distância. Assim, a densificação assume um significado inteiramente novo.

Como mostra a figura “Redes 4G atuais vs. redes 5G futuras”, o alcance de uma macrocélula 4G típica hoje pode, teoricamente, cobrir 25 quilômetros quadrados. Os planos para 5G têm até 60 small cells cobrindo apenas 2,5 quilômetros quadrados. As necessidades reais de implantação variam, mas uma proporção de 1:600 é um nível totalmente novo de densificação a ser considerado.

Usando nosso exemplo de 60 células a cada 2,5 quilômetros quadrados, algumas estimativas sugerem que as oportunidades que virão do 5G dependem muito dos dados em tempo real, tornando a latência mais baixa e a largura de banda mais alta mais críticas do que nunca. Seriam necessários 12 quilômetros de cabo de fibra para conectá-los. Mas espere, ainda precisamos de mais informações...

Hoje, muitas operadoras estão usando o protocolo Common Public Radio Interface (CPRI) para cabeças de rádio em macro torres para oferecer suporte a uma ampla variedade de serviços celulares (2G, 3G e 4G/LTE). Tradicionalmente, cada setor e cada banda recebia um par dedicado (uma fibra para transmissão e recepção de dados); as operadoras podiam colocar 24 ou 36 fibras em um site de célula e estarem certas de que tinham espaço para aumentar a capacidade naquele local.

As operadoras precisarão decidir reter redes e protocolos dedicados ponto a ponto ou optar por empregar soluções multiplexadas por divisão de onda (WDM) para reduzir as necessidades de contagem de fibras.

Com uma solução WDM, a mesma macro torre descrita anteriormente poderia ser atendida com apenas duas fibras. Existem compensações com qualquer um dos métodos e as circunstâncias individuais podem levar a decisões diferentes.

Com o crescimento da densificação de small cells (não apenas para as necessidades futuras de 5G, mas também para as necessidades existentes de 3G e 4G), a proliferação de fibra óptica e pontos de conexão ao longo dessas redes crescerá em um ritmo acelerado.

Se uma operadora opta por fazer a manutenção de um site de small cell com uma, duas ou doze fibras, como isso realmente afeta o custo? Uma coisa que sabemos com certeza na implantação da infraestrutura de rede é que adicionar mais capacidade física no início é muito menos oneroso do que voltar para adicionar uma camada a mais. O aumento incremental nos custos quando a contagem de fibras por célula aumenta não é tão dramático quanto você imagina. O aumento do custo para passar de uma para doze fibras é inferior a dez por cento.

As operadoras estão tendendo a uma abordagem convergente na planta externa, onde as redes sem fio se sobrepõem às implantações com fio. Há anos que vimos isso no metro, e agora as construções de fibra para a casa estão sendo combinadas com iniciativas de densificação sem fio. Impulsionada pelo ciclo de demanda do consumidor, novas aplicações e infraestrutura reforçada, a demanda por fibra continua crescendo.

Levando-o para dentro

O 5G não é apenas para ambientes externos - seu impacto será sentido também em ambientes internos. O 5G vai “romper” muitas redes de sistema de antenas distribuídas (DAS), já que o posicionamento da antena precisará ser mais próximo do que nas implantações 3G e 4G.

Além disso, as infraestruturas legadas baseadas em cobre não serão capazes de acompanhar a largura de banda do 5G. Para acompanhar, os edifícios inteligentes passarão por sua própria transformação de fibra na horizontal.

Lembra da época você perdia o sinal quando entrava no elevador? Com a maior parte do tráfego de celular atual ocorrendo em ambientes fechados, muitos prédios atualizaram sua cobertura de celular, de modo que esses incidentes são agora poucos e espaçados. O DAS e as small cells aumentaram a cobertura celular interna e em grandes locais públicos com base nas demandas dos consumidores por conectividade contínua. Na verdade, a tecnologia sem fio agora é frequentemente referida na indústria como a quarta utilidade, tão importante para um edifício quanto água, eletricidade ou AVAC (aquecimento, ventilação e ar condicionado). Essa tendência só aumentará, à medida que a sede de conectividade do consumidor aumenta.

E isso não é tudo. Nós apenas falamos brevemente sobre a IoT, mas imagine novamente sensores e dispositivos em quase todas as “coisas” que os tornam inteligentes: serviços públicos e iluminação, geladeiras, latas de lixo, sistemas de segurança, garagens de estacionamento etc. Adicione a isso os vestíveis e a realidade aumentada e você pode começar a ver as possibilidades dentro e fora de casa.

O 5G certamente será uma evolução das redes atuais, mas seu impacto provavelmente será ainda mais significativo. Além de uma evolução, o 5G é potencialmente uma revolução. As possibilidades são virtualmente ilimitadas, mas uma infraestrutura inteligente com fiber-deep será fundamental para tornar essa perspectiva realidade.

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