Enquanto a implementação prática do 5G ainda causa desafios em vários países, os pesquisadores do Fraunhofer estão trabalhando na rede celular do futuro, e isso deve ir além da geração 5G de atualmente. Em um projeto da União Europeia, bandas de alta frequência e inteligência artificial devem ajudar a melhorar ainda mais as conexões.

Não há dúvida de que os padrões celulares estão se modernizando cada vez mais. A digitalização está aumentando a demanda por conexões wireless de alto volume e baixa latência constantemente. Por conta disso, é extremamente importante ter uma ampla rede de sinal para manter os aparelhos conectados e permitir a utilização de aplicativos, bem como acesso às nuvens de dados.

A qualidade dessas conexões influencia diretamente o desenvolvimento da Indústria 4.0. A conexão 5G já está presente em alguns smartphones e se concretizando para se estabelecer em diversos países ao redor do mundo. Porém, ainda levará um tempo até que a rede esteja acessível para todos os países. Mesmo com todos os avanços, já está claro que o 5G não será suficiente a longo prazo.

Cientistas do Instituto Fraunhofer de Física Aplicada (Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik – IAF), em Freiburg, na Alemanha, estão desenvolvendo o projeto de uma rede de banda D assistida por inteligência artificial para a evolução do 5G a longo prazo (Projekt Artificial Intelligence Aided D-band Network for 5G Long Term Evolution – ARIADNE). Os membros do projeto estão cientes das abordagens promissoras para evitar sobreposições problemáticas de sinal. Tais ações devem ser desenvolvidas ainda mais para uma arquitetura de sistema avançada: “Beyond 5G” (Além do 5G).

Desconexão em áreas urbanas 

Das redes 5G, os especialistas em telecomunicações esperam uma melhora significativa no padrão de rádio móvel, principalmente devido às altas frequências que levam às altas taxas de transmissão. No entanto, a nova tecnologia não está isenta de problemas. No projeto ARIADNE, o objetivo é otimizar o 5G, trabalhando com bandas de alta frequência e inteligência artificial.

Para a alta frequência é usado um sistema direcional, que, geralmente, precisa de uma linha de visão (Line of Sight – LOS). O emissor e o receptor do sinal devem poder se ver, o que não pode ser garantido, especialmente nas áreas urbanas, resultando em problemas de conexão. O chamado ‘wiping effect’ é o causador desse problema. O efeito funciona da seguinte maneira: um sinal é transmitido por meio de uma linha de visão e, ao mesmo tempo, copiado através de reflexões. Por sua vez, a cópia sobrepõe o sinal da linha de visão e o apaga.

As frequências na banda D são a solução?

A base para uma comunicação móvel confiável, a ser criada como parte do projeto ARIADNE, pode ser a frequência na banda D (130 a 174,8 gigahertz, GHz). Segundo os pesquisadores, ela é ideal para o rápido tráfego de dados.

No entanto, como essa banda é dividida em várias sub-bandas, seria necessário adaptar a arquitetura do sistema de rádio usada anteriormente, incluindo o controle de rede correspondente. Os componentes de hardware necessários também devem ser criados no projeto. Os cientistas buscam ainda pesquisar meta-superfícies e usar inteligência artificial ou aprendizado de máquina para desenvolver um controle de rede adequado.

A Fraunhofer IAF possui experiência com eletrônicos de alta frequência e, portanto, está trabalhando em novas tecnologias de rádio para a banda D. “Nosso foco é o desenvolvimento de novos módulos de rádio com a mais alta eficiência espectral que aproveitam a diversidade de frequências e oferecem uma interface de controle para otimização na rede”, diz Thomas Merkle, coordenador de projetos da Fraunhofer IAF.

Refletores para uma conexão segura

As chamadas meta-superfícies também estão sendo pesquisadas. Tratam-se de refletores ajustáveis ​​para ondas de rádio que se destinam a resolver problemas de controle de rede em áreas urbanas. Simplificando, eles devem refletir as ondas de rádio e, assim, garantir sua propagação, mesmo que não haja linha de visão. “O conceito de meta-superfícies já está parcialmente implementado para o 5G, mas, até agora, apenas para baixas frequências. Quanto maior a frequência da conexão de rádio, mais finas devem ser as microestruturas na superfície; e, para frequências na banda D, as estruturas são muito complexas de fabricar ”, explica Merkle. Os pesquisadores estão planejando experimentos com pequenas meta-superfícies em antenas usadas para girar e focar feixes (refletir matrizes).

Finalmente, a inteligência artificial e o aprendizado de máquina devem melhorar o gerenciamento da rede. O objetivo é criar um sistema que, por um lado, identifique dificuldades e responda a elas, e por outro, seja capaz de identificar e solucionar problemas com antecedência.

Para saber mais sobre a rede 5G, confira o artigo ‘5G – Regulamentações no país’, que trata sobre a situação da tecnologia no país. O texto está disponível na Biblioteca VDI-Brasil. Confira.