O que é uma rede 6G? Definição, recursos e benefícios

A rede 6G permite comunicação de alta velocidade e baixa latência em um ritmo várias vezes mais rápido do que as redes de quinta geração.

Uma rede 6G é definida como uma rede celular operando em frequências de rádio inexploradas e usa tecnologias cognitivas como IA para permitir comunicação de alta velocidade e baixa latência em um ritmo várias vezes mais rápido que as redes de quinta geração. Este artigo discute a nova geração de redes de dados celulares, 6G. Ele também explica as principais funcionalidades do 6G e como ele funciona. A rede 6G permite comunicação de alta velocidade e baixa latência em um ritmo várias vezes mais rápido do que as redes de quinta geração.

O que é uma rede 6G?

Uma rede 6G é definida como uma rede celular operando em frequências de rádio inexploradas e usa tecnologias cognitivas como IA para permitir comunicação de alta velocidade e baixa latência em um ritmo várias vezes mais rápido que as redes de quinta geração. As redes 6G estão atualmente em pesquisa e desenvolvimento, mas ainda não foram lançadas.

6G é o padrão de sistema móvel de sexta geração sendo atualmente desenvolvido para comunicações sem fio em redes de dados celulares em telecomunicações. É o sucessor, ou a próxima curva da estrada, depois do 5G e provavelmente será muito mais rápido.

A União Internacional de Telecomunicações (ITU) padroniza as gerações sem fio a cada década. Normalmente, eles são indicados por uma lacuna na “interface aérea”, significando uma mudança nas transmissões ou codificação. Isso é implementado para que dispositivos mais antigos não possam ser atualizados para a geração mais recente, pois isso geraria uma quantidade ilimitada de “ruído” e “poluição de espectro”.

Normalmente, as gerações subsequentes (ou seja, o próximo G) usam codificação digital muito mais sofisticada que os computadores desatualizados não conseguem alcançar. Eles dependem de bandas de ondas de rádio mais amplas que os governos não tornavam acessíveis anteriormente. Além disso, eles têm matrizes de antenas imensamente complexas que antes eram impossíveis de construir. Hoje, estamos na quinta geração. O primeiro padrão para 5G New Radio (NR) foi desenvolvido em 2017 e atualmente está sendo implementado globalmente.

De acordo com um relatório intitulado “6G The Next Hyper-Connected Experience for All”, a ITU começará a trabalhar em 2021 para criar uma declaração de missão 6G. O padrão provavelmente terminará em 2028, quando os primeiros dispositivos 6G estiverem disponíveis. Por volta de 2030, a implantação será quase onipresente.

Como vai funcionar o 6G?

O funcionamento exato do 6G ainda não é conhecido, pois a especificação ainda não foi totalmente desenvolvida, finalizada e liberada pela ITU. No entanto, dependendo das gerações anteriores de redes celulares, pode-se esperar várias funcionalidades principais. Principalmente, o 6G funcionará por:

  • Recorrendo ao espectro livre: Uma parte significativa da pesquisa 6G se concentra na transmissão de dados em frequências ultra-altas. Teoricamente, o 5G pode suportar frequências de até 100 GHz, embora nenhuma frequência acima de 39 GHz seja utilizada atualmente. Para 6G, os engenheiros estão tentando transferir dados por ondas nas faixas de centenas de gigahertz (GHz) ou terahertz (THz). Essas ondas são minúsculas e frágeis, mas ainda existe uma enorme quantidade de espectro não utilizado que pode permitir velocidades surpreendentes de transferência de dados.
  • Melhorando a eficiência do espectro livre: As tecnologias sem fio atuais permitem a transmissão ou recepção em uma frequência específica simultaneamente. Para comunicação bidirecional, os usuários podem dividir seus fluxos conforme a frequência (Frequency Division Duplex ou FDD) ou definindo períodos (Time Division Duplex ou TDD). O 6G pode aumentar a eficiência da entrega do espectro atual usando matemática sofisticada para transmitir e receber na mesma frequência simultaneamente.
  • Aproveitando a rede mesh: a rede mesh é um assunto popular há décadas, mas as redes 5G ainda são baseadas principalmente em uma arquitetura hub-and-spoke. Portanto, os dispositivos do usuário final (telefones) se conectam a nós âncoras (torres de celular), que se conectam a um Backbone. O 6G pode usar máquinas como amplificadores para os dados uns dos outros, permitindo que cada dispositivo expanda a cobertura além de usá-lo.
  • Integração com o “novo IP”: Um trabalho de pesquisa da iniciativa finlandesa 6G Flagship da Universidade de Oulu sugere que o 6G pode usar uma nova variante do Protocolo de Internet (IP). Ele compara um pacote IP atual em IPv4 ou IPv6 com correio tradicional, completo com um envelope rotulado e páginas de texto. O pacote “novo IP” seria comparável a um pacote de correio rápido com navegação e informações prioritárias transmitidas por um serviço de correio.

O 6G contará com o uso seletivo de diferentes frequências para avaliar a absorção e ajustar os comprimentos de onda adequadamente. Essa técnica aproveitará que átomos e moléculas produzem e absorvem radiação eletromagnética em determinados comprimentos de onda, e as frequências de emissão e absorção de qualquer material específico são idênticas.

Quando o 6G estará disponível?

Como mencionado anteriormente, a estreia comercial da Internet 6G está prevista para ser lançada por volta de 2030-2035. Além da ITU, o Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE), uma sociedade sem fins lucrativos para padronização de tecnologia, ratifica esta data em seu artigo revisado por pares intitulado “ Arquitetura 6G para conectar os mundos ”.

O documento afirma: “2030 e além oferecerão um conjunto único de desafios e oportunidades de relevância e escala global: precisamos de uma visão 6G ambiciosa para a arquitetura de comunicações do futuro pós-pandêmico para permitir simultaneamente o crescimento, a sustentabilidade e o digital completo inclusão.”

Embora tenha havido algumas conversas preliminares para caracterizar a tecnologia, os esforços de pesquisa e desenvolvimento (P&D) de 6G começaram para valer em 2020.

A iniciativa 6G Flagship combina estudos sobre tecnologias 6G em toda a Europa. O Japão está investindo US$ 482 milhões na expansão do 6G nos próximos anos. O objetivo geral do país é apresentar tecnologias móveis e sem fio inovadoras até 2025. Na Rússia, a instituição de P&D NIIR e o Instituto Skolkovo de Ciência e Tecnologia produziram uma estimativa para 2021 prevendo a disponibilidade de redes 6G até 2035.

Os provedores móveis americanos estão avançando em seus roteiros individuais de inovação 6G. É importante ressaltar que AT&T, Verizon e T-Mobile estão liderando a Next G Alliance, uma iniciativa do setor. Em maio de 2021, a Next G Alliance iniciou um programa de trabalho técnico para desenvolver a tecnologia 6G.

Por que o 6G é necessário?

Dado que a tinta ainda não secou totalmente nas implantações 5G (e mesmo a penetração 4G permanece baixa em regiões remotas), pode-se perguntar por que os esforços 6G são necessários. Seu foco principal é apoiar a 4ª Revolução Industrial, construindo uma ponte entre nós humanos, máquinas e ambientes.

Além de superar o 5G, o 6G terá uma gama de recursos exclusivos para estabelecer redes de comunicação sem fio de última geração para dispositivos vinculados usando aprendizado de máquina (ML) e inteligência artificial (IA). Isso também beneficiará tecnologias emergentes como cidades inteligentes, carros autônomos, realidade virtual e realidade aumentada, além de usuários de smartphones e redes móveis.

Ele combinará e correlacionará diferentes tecnologias, como aprendizado profundo com análise de big data. Foi observada uma correlação substancial entre 6G e computação de alto desempenho (HPC). Embora alguns dados móveis e de IoT possam ser processados ​​por recursos de computação de borda, a maioria deles exigirá uma capacidade de HPC muito mais centralizada, tornando o 6G um componente essencial.

8 recursos exclusivos do 6G

As redes 6G podem coexistir com o 5G por um tempo e serão uma melhoria significativa em relação às gerações anteriores de várias maneiras. Isso porque o 6G oferecerá os seguintes recursos diferenciados:

1. O uso de novas bandas de espectro

O espectro é um componente essencial das conexões de rádio. Cada nova geração de dispositivos móveis requer um espectro pioneiro para aproveitar totalmente as vantagens de qualquer avanço tecnológico. Reenquadrar o atual espectro celular digital de tecnologias legadas para a próxima geração também fará parte dessa transformação.

Para células externas urbanas, espera-se que as placas de espectro pioneiras mais recentes para 6G estejam nas bandas intermediárias de 7 a 20 GHz. Isso ofereceria maior capacidade via MIMO (Multiple Input Multiple Output) extremo. Abre uma nova janela, bandas baixas de 460-694 MHz para ampla cobertura e espectros sub-THz (entre 90 GHz e 300 GHz) para picos de velocidade de dados superiores a 100 Gbps.

O 5G-Advanced estenderá o 5G além da transferência de dados e aumentará significativamente a precisão da localização para precisão ao nível de centímetro. A localização será levada para o próximo nível pelo uso do 6G de um amplo espectro, incluindo novas faixas espectrais de até terahertz.

2. Velocidades de transferência de dados muito altas

O 5G está programado para oferecer uma taxa de transferência de dados de pico de 20 Gbps e uma taxa de dados experimentada pelo usuário de 100 Mbps. No entanto, o 6G fornecerá uma taxa de dados máxima de 1 Tbps. Da mesma forma, aumentará a taxa de dados experimentada pelo usuário para 1 Gbps. Portanto, a eficiência espectral do 6G será quase o dobro da do 5G.

Maior eficiência espectral oferecerá a muitos usuários acesso instantâneo a serviços multimídia modernos. As operadoras de rede devem redesenhar suas estruturas de infraestrutura atuais para permitir maior eficiência espectral.

3. Funções de rede de latência ultrabaixa

A latência do 5G será reduzida para apenas um milissegundo. O desempenho de muitos aplicativos em tempo real será aprimorado por essa latência ultrabaixa. No entanto, a tecnologia de comunicação sem fio de sexta geração reduzirá a latência do usuário para menos de 0,1 milissegundos. Vários aplicativos em tempo real sensíveis a atrasos terão melhor desempenho e funcionalidade devido a essa redução drástica na latência.

Além disso, a latência reduzida permitirá resposta de emergência, procedimentos cirúrgicos remotos e automação industrial. Por isso, o 6G facilitará a execução perfeita de aplicativos em tempo real sensíveis a atrasos, tornando a rede 100 vezes mais confiável do que as redes 5G.

4. Maior suporte para conexões máquina a máquina (M2M)

Enquanto o 5G aborda tanto os usuários humanos quanto os casos de uso da Internet das Coisas (IoT), o 6G se concentrará mais na conectividade M2M. As redes 4G de hoje suportam cerca de 100.000 dispositivos por quilômetro quadrado. O 5G é significativamente mais avançado, permitindo a conectividade de um milhão de dispositivos por quilômetro quadrado. Com o advento das redes 6G, a meta de 10 milhões de dispositivos conectados por quilômetro quadrado está ao alcance.

Todas as redes 6G incluirão computação de borda móvel, embora deva ser adicionada às redes 5G atuais. No momento em que as redes 6G forem implementadas, a computação de ponta e central será cada vez mais assimilada como elementos de uma comunicação unificada e estrutura de infraestrutura de computação.

5. Foco na eficiência energética

Conforme discutido anteriormente, as redes 6G exigirão frequências de rádio mais fortes para atender ao requisito de maior largura de banda. No entanto, um dos desafios é que a tecnologia fundamental (chip) não pode (ainda) funcionar com eficiência energética nessas faixas de frequência. Portanto, otimizar o consumo de energia será uma área de foco principal para os desenvolvedores de 6G. Atualmente, os pesquisadores pretendem reduzir o consumo de energia por bit para menos de um nanojoule (10-9 joules), conforme o artigo revisado por pares intitulado “ From 5G to 6G Technology: Meets Energy, Internet-of-Things and Machine Learning: Uma pesquisa.

6. Maior confiabilidade da rede

O serviço de comunicação ultra confiável de baixa latência (URLLC) liderado por 5G será desenvolvido e aprimorado em 6G. A confiabilidade pode ser aprimorada por meio de transmissão simultânea, vários saltos sem fio, conectividade de dispositivo a dispositivo e AI/ML. Consequentemente, o 6G será melhor que o 5G em termos de penetração e estabilidade da rede. Além disso, o 6G otimizará as interações M2M aumentando a confiabilidade da rede em mais de cem vezes e diminuindo as taxas de erro em dez vezes em comparação com as gerações anteriores.

7. O surgimento de novas arquiteturas

O 5G representa a primeira solução projetada para substituir conexões com fio em ambientes corporativos e industriais. Ela está implantando arquitetura orientada a serviços na base principal e implantações nativas da nuvem, que serão expandidas para partes da rede de acesso por rádio (RAN). Prevê-se também que as redes 6G sejam implementadas em configurações de nuvem heterogêneas, incluindo uma combinação de nuvens privadas, públicas e híbridas com uma arquitetura adequada para suportar isso.

8. O uso de IA e ML para conectividade ideal

O 5G permitirá que as tecnologias de inteligência artificial (IA) e aprendizado de máquina (ML) atinjam todo o seu potencial. Eventualmente, AI/ML será implementado em vários componentes de rede, níveis de rede e serviços de rede. Do refinamento do beamforming na camada de rádio ao planejamento no local da célula com redes auto-otimizadas, o AI/ML ajudará a alcançar eficiência superior com complexidade computacional reduzida. Os desenvolvedores de 6G, como o Nokia Bell Labs, desejam adotar uma abordagem em branco para AI/ML, permitindo que AI/ML determine o método ideal de comunicação entre dois endpoints.

Vantagens das Redes 6G

Prevê-se que as redes 6G ofereçam os seguintes benefícios:

1. Reforça a segurança

Os ataques cibernéticos estão cada vez mais focados em redes de vários tipos. A absoluta imprevisibilidade desses ataques exige a implementação de soluções de segurança robustas. As redes 6G terão salvaguardas contra ameaças como interferência. As preocupações com a privacidade devem ser abordadas ao criar ambientes de realidade misturada que incluam representações digitais de objetos reais e virtuais.

2. Suporta personalização

OpenRAN é uma tecnologia nova e em evolução que o 5G utiliza. No entanto, OpenRAN será uma tecnologia madura para 6G. A RAN alimentada por IA permitirá que as operadoras de redes móveis forneçam aos usuários uma experiência de rede personalizada com base em dados de usuários em tempo real coletados de várias fontes. As operadoras podem explorar ainda mais os dados do usuário em tempo real para fornecer serviços superiores, personalizando a qualidade da experiência (QoE) e a qualidade do serviço (QoS). As operadoras podem customizar diversos serviços usando IA.

3. Estende os recursos dos aplicativos 5G

Esse grau de largura de banda e capacidade de resposta aumentará o desempenho do aplicativo 5G. Ele também ampliará o espectro de recursos para permitir novos e inovadores aplicativos de rede sem fio, cognição, monitoramento e imagem. Usando o acesso múltiplo ortogonal por divisão de frequência (OFDMA), os pontos de acesso 6G poderão atender vários clientes simultaneamente.

4. Impulsiona o desenvolvimento de tecnologias de detecção sem fio

A taxa de amostragem refere-se ao número de amostras obtidas de um sinal contínuo por segundo (ou conforme uma unidade de tempo equivalente) para formar um sinal digital. As frequências do 6G permitirão taxas de amostragem muito mais rápidas do que o 5G. Além disso, eles fornecerão taxa de transferência e taxas de dados dramaticamente aumentadas. Por isso, espera-se que a utilização de ondas sub-mm (comprimentos de onda inferiores a 1 milímetro) e a seletividade de frequência acelerem o avanço das tecnologias de detecção sem fio.

A rede se tornará um repositório de dados situacionais coletando sinais refletidos de objetos e detectando seu tipo, forma, posição relativa, velocidade e possivelmente qualidades materiais. Tal método de detecção pode facilitar a criação de um “espelho” ou contraparte digital do ambiente real. Quando combinadas com AI/ML, essas informações fornecerão novos insights sobre o mundo físico, tornando a rede mais inteligente.

5. Novas inovações tecnológicas inspiradoras

O 6G beneficiará a sociedade como um todo, pois novas inovações tecnológicas surgirão para apoiá-lo. Isso inclui:

  • Centros de dados mais avançados: as redes 6G gerarão significativamente mais dados quando comparadas às redes 5G, e a computação evoluirá para abranger a coordenação de plataforma central e de ponta. Como resultado dessas mudanças, os data centers precisarão se desenvolver.
  • Nano-cores que substituem os tradicionais núcleos de processador: espera-se que os nano-cores se desenvolvam como um único núcleo de computação que combina HPC e IA. Não é necessário que o nano-core seja um nó de rede tangível. Em vez disso, pode consistir em uma agregação conceitual de recursos de computação compartilhados por várias redes e sistemas.5. Novas inovações tecnológicas inspiradoras.

6. Economiza custos por meio da redução da dependência de software

As operações definidas por software já estão sendo usadas pelas redes contemporâneas. Componentes 6G adicionais, como o controle de acesso à mídia (MAC) e as camadas físicas (PHY), serão virtualizados. Atualmente, as soluções PHY e MAC requerem a implantação de hardware de rede especializado. A virtualização fornecida pelo 6G reduzirá o custo do equipamento de rede. Portanto, um lançamento 6G imensamente denso se tornará economicamente viável.

7. Melhora a penetração da rede celular

Entre as muitas vantagens das redes 6G está sua vasta área de cobertura. Isso implica que torres menores são necessárias para cobrir uma determinada quantidade de espaço. Isso é útil se você quiser construir torres onde chove regularmente ou onde abundam árvores e vegetação. Além disso, o 6G destina-se a oferecer suporte a conexões móveis adicionais além do 5G. Isso implica que haverá redução da interferência entre os dispositivos, resultando em melhor serviço.

8. Otimiza o uso da rede interna

A maioria do tráfego celular hoje é produzida em ambientes fechados, mas as redes celulares nunca foram construídas para atingir adequadamente a cobertura interna. O 6G supera esses obstáculos usando femtocells (small cells sites) e Distributed Antenna Systems (DASs).

Conclusão

Mesmo com o lançamento do 5G em todo o mundo, os principais consórcios de pesquisa e empresas móveis estão trabalhando na sexta geração de conectividade móvel. As redes 6G visam conectar os mundos físico e virtual por meio de comunicação M2M mais rápida e melhor suporte para tecnologia imersiva. As organizações devem conhecer o funcionamento e a importância das redes 6G para se preparar para o futuro e usar plenamente a infraestrutura sem fio disponível para elas.

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