O 5G é um dos temas mais debatidos nos últimos tempos. “Condução autónoma”, “casa inteligente” e “Internet de Todas as Coisas” estão, de certa forma, relacionadas com a popularidade do 5G. Neste momento, o meu país está a acelerar o desenvolvimento do 5G, promovendo a construção de novas infraestruturas, aprofundando o desenvolvimento integrado em todos os setores da sociedade e contribuindo para o desenvolvimento da economia digital internacional.
Talvez já saibas muito sobre o 5G: maior largura de banda, velocidade mais elevada, estações de base mais densas, bem como ondas milimétricas, estações de base macro, estações de base micro, D2D, etc… Hoje, o editor vai falar-te sobre o outro lado do 5G.
Acredito que, aos olhos de muitas pessoas, “5G = velocidade de rede mais rápida” é uma versão melhorada do “super 4G”. Então, será que o 5G é apenas mais rápido do que o 4G? Talvez a resposta não seja assim tão simples…
Fonte｜Sina
Porque é que o 4G às vezes é rápido e outras vezes é lento?
Vamos começar por analisar o 4G. Se já utilizou o 4G, certamente já passou por esta situação. No metro, que fica lotado de pessoas nas horas de ponta da manhã e da tarde, a velocidade da rede 4G do seu telemóvel fica extremamente lenta. Assim que se encontra num espaço aberto, a velocidade da Internet volta ao normal.
Por que é que a velocidade da Internet diminui em locais com muita gente? Será que há engarrafamentos na Internet? Se quiseres descobrir, também precisas de perceber como funcionam as estações base 4G.
As ondas eletromagnéticas emitidas por uma estação base 4G serão transmitidas em todas as direções, tal como as ondas de água. Estas ondas eletromagnéticas contêm a informação que o seu telemóvel irá receber.
As ondas que se espalharam por todos os cantos do mundo
Quando há muitos telemóveis ligados a esta estação base ao mesmo tempo, a estação base tem de enviar as informações que todos precisam de receber para os respetivos telemóveis.
Nesse momento, o sistema irá separar as informações necessárias a cada pessoa, agrupá-las em “pequenos pacotes” e transmiti-las a todos os cantos do país através de ondas eletromagnéticas, de acordo com a ordem especificada.
O 4G adota um modo de 8 entradas e 8 saídas, o que significa que o sistema divide a informação enviada pela rede em 8 pequenas partes e as transmite, respetivamente, por 8 canais. O destinatário recolhe as 8 partes de informação e junta-as para obter a informação completa. É como uma estrada de duas vias com oito faixas nos sentidos de marcha à frente e de marcha-atrás. Cada parte de informação dividida em “pequenos pacotes” é como um carro.
Portanto, se houver um número particularmente elevado de telemóveis ligados, a velocidade da sua ligação à Internet irá abrandar, tal como acontece com os engarrafamentos durante as horas de ponta da manhã.
Origem｜Aliança da Indústria de Sistemas de Antenas
Então, como é que se consegue aumentar a velocidade da Internet? Temos duas opções!
O primeiro método é muito intuitivo: consiste em enviar informação mais rapidamente, ou seja, cada carro circula a uma velocidade mais elevada. Permitir que as ondas eletromagnéticas, cuja capacidade é limitada, transportem mais informação, o que significa aumentar a largura de banda.
O segundo método consiste em alargar a “estrada” e até criar uma “faixa exclusiva” para cada telemóvel. Esta é também a tecnologia mais marcante do 5G: o Massive MIMO e o beamforming.
A sua “via rápida” exclusiva”
O 5G é semelhante ao 4G. Também utiliza métodos de múltiplas entradas e múltiplas saídas para dividir uma grande quantidade de informação em muitas partes pequenas, que são enviadas ou recebidas em sequência, de modo a que cada telemóvel possa trocar rapidamente informação com a estação base. .
A diferença é que o 5G tem até 64 canais de transmissão e 64 canais de receção! Ao construir estradas mais largas, o problema do “congestionamento” será naturalmente atenuado. (A isto chama-se tecnologia Massive MIMO)
No entanto, as mudanças no 5G não ficam por aí.
As ondas eletromagnéticas da estação base 4G são emitidas de forma quase uniforme. A estação base 5G transmitirá sinais direcionados para o telemóvel ligado.
Quando a estação base “deteta” um telemóvel, forma um feixe muito estreito de ondas eletromagnéticas e emite-o na direção do telemóvel, acompanhando-o constantemente à medida que este se desloca. Quando vários telemóveis estão ligados ao mesmo tempo, a estação base também emite vários feixes direcionados para cada telemóvel e acompanha-os.
formação de feixes
Origem｜Aliança da Indústria de Sistemas de Antenas
Em comparação com o 4G, em que todos estamos expostos a uma onda eletromagnética de grande escala, o 5G proporciona a cada telemóvel a sua própria “via exclusiva”.
Quais são as vantagens de fazer isto? Uma delas é tornar a utilização da energia das ondas eletromagnéticas mais eficiente. Basta emitir um feixe de ondas eletromagnéticas na direção do telemóvel. Não é necessário emitir ondas eletromagnéticas indiscriminadamente por todo o mundo.
Em segundo lugar, como as ondas eletromagnéticas se concentram numa área muito restrita, os sinais que os telemóveis conseguem receber serão mais fortes. A maioria destes sinais é válida e haverá menos sinais de interferência inúteis. Todos sabemos que, para aumentar a velocidade da Internet, além de aumentar a largura de banda, como se costuma dizer, o reforço dos sinais efetivos é também um método viável.
Competências em sistemas de antenas em fase e o radar mais potente
Os amigos que lerem isto poderão perguntar: como é que o 5G consegue que os feixes eletromagnéticos que transportam informação apontem para os telemóveis e os localizem?
Tudo começa com o radar.
Quer seja em jogos, quer em obras cinematográficas e televisivas, a maioria dos radares tem sempre de estar em rotação constante. Isto deve-se ao facto de os primeiros radares só poderem emitir ondas eletromagnéticas numa determinada direção para detetar a posição de aeronaves inimigas. Para monitorizar todo o céu, a base do radar tem de girar juntamente com o equipamento de transmissão, de modo a varrer todo o céu.
radar rotativo
Origem | Kerbal Space Program
Mas se é um entusiasta do mundo militar, irá certamente constatar que a maioria dos radares modernos tem uma forma plana e, geralmente, não roda. Este tipo de radar é designado por «radar de matriz faseada».
Radar de matriz faseada num avião de caça
Origem｜Rede Militar
radar de matriz faseada
Fonte｜Agência de Notícias da China
Mais vale fazermos uma pequena experiência. Atire duas pedras à água ao mesmo tempo e observe as ondulações da água. Verá que as ondas não se propagam uniformemente em todas as direções, mas apresentam flutuações fortes em algumas direções, flutuações fracas noutras, ou até mesmo nenhuma flutuação. Esta é a natureza das ondas. O princípio da superposição.
Em seguida, voltamos a atirar duas pedras para a água, mas, desta vez, deixamos que uma pedra caia primeiro e a outra caia mais tarde. Verá que continua a haver um fenómeno de flutuações com intensidades diferentes, mas a direção mudou, como se tivesse havido uma rotação de um certo ângulo.
Se alterar ligeiramente a diferença de tempo entre o momento em que as pedras entram na água, verificará também que esta perspetiva se altera significativamente. Por outras palavras, podemos controlar a direção da distribuição da intensidade das ondas, alterando a diferença de tempo entre duas ondas.
A alteração da diferença de fase pode alterar a direção do feixe
A diferença na sequência de várias ondas é designada por diferença de fase, e essa diferença de fase pode alterar a distribuição da intensidade e a direção da nova flutuação formada pela superposição dessas ondas. Este é o princípio do radar de matriz em fase.
Existem centenas de transmissores de ondas eletromagnéticas no radar de matriz faseada, e estes podem gerar ondas eletromagnéticas de forma independente. Ao alterar a diferença de fase entre centenas de feixes de ondas eletromagnéticas, é possível alterar a direção e a distribuição da intensidade das novas ondas eletromagnéticas geradas pela sua superposição, de modo a que as ondas eletromagnéticas possam varrer a maior parte do céu sem que seja necessário que a base do radar gire.
Depois de o radar de matriz faseada detetar uma aeronave inimiga, também pode alterar a fase de cada onda eletromagnética, de modo a que o feixe final acompanhe de perto a aeronave inimiga, não lhe deixando qualquer possibilidade de fuga.
O que acharam depois de ler isto? É isso mesmo, as estações base 5G e os radares de matriz faseada funcionam segundo o mesmo princípio, e o vosso telemóvel desempenha o papel de “avião inimigo”.
Uma estação base que não pretenda ser um radar de matriz faseada não é um bom sistema 5G
Fonte｜Sohu
Existem também centenas de unidades que emitem ondas eletromagnéticas na estação base 5G. Ao ajustar a fase das ondas eletromagnéticas, a estação base 5G consegue criar várias áreas com fortes flutuações no espaço, alterar a sua direção e localizar o seu telemóvel a qualquer momento. Deixe que o sinal eletromagnético de alta intensidade e baixa interferência esteja sempre direcionado para o seu telemóvel.
Sabias que...! Para além da tecnologia de matriz faseada 5G, esta também é utilizada na imagiologia médica por ultrassons, que é o que normalmente chamamos de ecografia B.
Para além das tecnologias “Massive MIMO” e de matriz faseada, a aplicação prática do 5G envolve também questões técnicas mais detalhadas. Quem estiver interessado pode informar-se por si próprio!
