Com a crescente demanda por largura de banda ultra-alta, latência ultrabaixa e serviços de conexão flexíveis e inteligentes, as redes de transporte precisaram evoluir para suportar os requisitos das aplicações 5G. Para atender a esses desafios, a arquitetura da rede de transporte 5G incorpora tecnologias-chave definidas pela União Internacional de Telecomunicações (UIT) desde 2015.

Nos últimos cinco anos, o 5G tornou-se uma realidade, estando presente em 332 operadoras em 116 países e regiões. Essa tecnologia possibilita a conectividade massiva, promovendo inovações para indivíduos, residências e indústrias. Projeções indicavam que até o final de 2024 haveriam mais de 2 bilhões de conexões 5G e mais de 30.000 redes privadas 5G impulsionando transformações em setores e verticais.

O DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing) tem papel fundamental na infraestrutura 5G. Detalhamos aqui como essa tecnologia garante a eficiência, escalabilidade e confiabilidade das redes de transporte do backhaul e fronthaul do 5G. A tecnología DWDM utiliza a fibra óptica como meio físico de transmissão adotada e possui grandes vantagens, permitindo transmissão de sinais suficiente para atendimento do fluxo de dados na ordem de grandeza já bastante utilizada em Terabit por segundo (Tbps) e até mesmo Petabit por segundo (Pbps) concentrando os usuários e dispositivos de aplicações do 5G.

5G: Uma arquitetura mais ou menos complexa

Uma rede de transporte LTE tradicional possui oito camadas, enquanto a rede 5G foi projetada para operar com um total de cinco camadas, reduzindo a complexidade da arquitetura de rede.

• ACC (Access Router) – Roteador de acesso responsável por conectar os dispositivos e estações-base à rede de transporte.
• mEG (Metro Edge Gateway) – Gateway de borda metropolitana que gerencia a conexão entre as redes de acesso e a infraestrutura metropolitana.
• mAEG (Metro Aggregation Edge Gateway) – Gateway de agregação metropolitana, consolidando o tráfego de múltiplos pontos de acesso antes de encaminhá-lo ao backbone.
• mBB (Metro Backbone Router) – Roteador de backbone metropolitano, conectando diferentes regiões da rede metropolitana ao backbone central.
• 5G BB (Backbone Router) – Roteador do backbone principal, responsável pelo tráfego de alto volume entre redes metropolitanas e data centers centrais.

Simplificação de Protocolos de Rede e EVPN no 5G

A arquitetura de rede do 5G busca reduzir a complexidade operacional e uma das estratégias para isso é a simplificação dos protocolos de rede. Especificamente, o número de protocolos foi reduzido de seis para dois, o que diminui significativamente a carga de trabalho de O&M (Operação e Manutenção). Essa mudança permite uma gestão mais eficiente, redução de latência e maior escalabilidade das redes móveis.

Um dos principais avanços nessa transição é a adoção do EVPN (Ethernet VPN), que unifica a transmissão de serviços de Camada 2 e Camada 3. O EVPN possibilita uma implantação flexível, pois permite que redes de operadoras transportem múltiplos serviços de forma integrada, otimizando a eficiência e garantindo isolamento seguro entre diferentes aplicações. Além disso, a tecnologia substitui soluções tradicionais baseadas em MPLS/VPLS, proporcionando maior escalabilidade e interoperabilidade em redes modernas.

DCI como solução

Para atendimento do transporte de dados do 5G, podemos segmentar a rede em 03 camadas: Acesso, Agregação e Core. Todas essas camadas requerem cabos de fibra óptica como infraestrutura de rede física conectando diretamente salas de Datacenter. Soluções que usam DWDM com equipamentos denominados DCI (Datacenter Interconnect) se fortalecem por vários motivos. Tendo um bom custo benefício, um eficiente custo do bit por segundo e uma característica bastante importante: a latência reduzida. O DCI, que se baseia nos princípios DWDM, trabalha interligando as camadas de acesso, agregação e core através dos anéis ópticos. Isso permite a interligação com maior distância para rede IP dos roteadores e switches e seus protocolos SRv6/EVPN e plano de controle, SR-MPLS/SRv6 e EVPN.

Na prática, implantar dispositivos em locais AAU (Active Antenna Unit ou Unidade de Antena Ativa)  e salas de equipamentos onde instala-se as DU  (Distributed Unit ou Unidade Distribuída) permite que sinais de múltiplas AAUs sejam transportados em uma única fibra óptica, compartilhada. Mecanismos de encapsulamento, gerenciamento e proteção OTN são introduzidos, e a solução fornece proteção e suporta topologias P2P, em cadeia, em anel, bem como sincronização de tempo de alta precisão Classe A+.

Essa solução apresenta alta confiabilidade, baixo custo e fácil operação e manutenção, além de economizar um grande número de fibras. No entanto, o compartilhamento da fonte de alimentação entre dispositivos WDM ativos e AAUs deve ser considerado.

Dessa forma, as soluções DWDM também desempenham um papel crucial na interconexão de data centers. O crescimento do tráfego em nuvem, inteligência artificial e big data exige soluções ópticas de alta capacidade para conectar datacenters, provedores de cloud e operadoras de telecomunicações. As capacidades de cada canalização podem ser 100G, 200G, 400G e até 800G. Imaginando múltiplos caminhos, isso pode se tornar na ordem de grandeza de Peta Bit por segundo, que é 100 vezes mais rápido que Terabit por segundo.

Resumidamente, os benefícios do DWDM para atendimento da tecnologia 5G com DCI incluem:

✔ Transmissão de altas taxas (100G/400G/800G) sem necessidade de regeneração de sinal em distâncias metropolitanas.

✔ Economia de fibra – Multiplexação de diversos canais no mesmo enlace óptico.

✔ Gerenciamento inteligente – Monitoramento em tempo real do desempenho óptico e predição de falhas.

✔ Baixo consumo de energia – Equipamentos modernos baseados em plataformas coerentes são altamente eficientes.

Fronthaul 5G Ultra-Lean para simplificar

O conceito de Ultra-Lean 5G Fronthaul refere-se a uma arquitetura de transmissão altamente otimizada para redes 5G, minimizando a complexidade da infraestrutura de transporte entre as unidades de rádio (AAUs) e as unidades centrais (CUs/DUs). Esse modelo visa reduzir o consumo de recursos de rede, melhorar a eficiência espectral e otimizar o uso de fibras ópticas.

Os sites 5G podem fornecer um alto pico de throughput, o que significa que um grande número de recursos de transmissão é necessário nas redes 5G. Para os sites 5G, as redes de transmissão fronthaul devem atender a requisitos rigorosos em relação à largura de banda, recursos de fibra óptica, latência e sincronização de clock.

⚫ Na transição do 4G para o 5G, a largura de banda da interface CPRI aumenta mais de 10 vezes (de 9,8G para 100G), representando um grande desafio para as redes de transmissão fronthaul. ⚫ O número de fibras ópticas disponíveis para os sites é insuficiente, tornando a redistribuição e instalação de novos cabos ópticos difícil, cara e demorada. ⚫ CPRI e eCPRI devem atender ao requisito de latência ultrabaixa. De acordo com os padrões CPRI, o atraso de transmissão unidirecional não deve ser superior a 100 μs. ⚫ Os serviços TDD 4G e TDD 5G exigem alta precisão de clock. A precisão do clock no fronthaul deve estar dentro de ±0,15 μs.

Soluções recomendadas para enfrentar esses desafios:

⚫ Uso da tecnologia eCPRI, permitindo uma divisão flexível CU/DU para a transmissão fronthaul, reduzindo a largura de banda necessária por AAU de 100 Gbit/s para 25 Gbit/s. ⚫ Solução de multiplexação de fibra óptica para minimizar a quantidade de fibras ópticas utilizadas. Atualmente, as principais soluções de multiplexação incluem CWDM/DWDM passivo e OTN ativo.

Tendências Futuras para o 5G-Advanced e a Evolução para o 6G

De acordo com a visão predominante da indústria, os primeiros lançamentos do 6G não ocorrerão antes de 2030. Até lá, os provedores de serviços de comunicação (CSPs) precisarão depender do 5G e suas evoluções para suportar o crescimento exponencial do tráfego impulsionado por aplicações de IA. Nesse cenário, o 5G-Advanced surge como a tecnologia ideal para atender às crescentes demandas de conectividade.

Uma das inovações do 5G-Advanced é a tecnologia Multi-Band Single-Cell (MBSC), que permite agregar portadoras em múltiplas faixas de frequência dentro de uma única célula, otimizando a experiência do usuário e a capacidade da rede. Recentemente, a operadora e& UAE atingiu uma velocidade recorde de 30,5 Gbps, combinando espectros de 1600 MHz em mmWave e 300 MHz na banda C, demonstrando o enorme potencial do 5G-Advanced para aprimorar a performance das redes móveis.

Além disso, a capacidade extensiva da rede e a arquitetura baseada em Network Slicin permitem que os CSPs criem planos de serviço baseados na experiência do usuário, uma nova abordagem para monetização das redes de banda larga móvel. Provedores da China, Hong Kong, Tailândia e América do Norte já oferecem serviços inovadores baseados em slicing, como o VIP Uplink Service da China Unicom Guangdong, o QoS Living Network App da AIS Tailândia e o Event Slicing da Verizon, mostrando o potencial do 5G-Advanced na construção de modelos de negócios sustentáveis para banda larga móvel.

No mercado empresarial e de indústrias verticais, a tecnologia 5G Reduced Capability (RedCap) se destaca como uma solução acessível para a conectividade industrial em aplicações de IoT, oferecendo suporte completo ao Network Slicing para garantir a gestão de SLAs complexos. O 5G RedCap surge como uma solução ideal para aplicações de IA em B2B, enquanto o 5G-Advanced abre novas oportunidades de mercado. Um exemplo inovador é a adoção da tecnologia Integrated Sensing and Communication (ISAC) na China, onde CSPs testam serviços de aviação de baixa altitude para entregas logísticas. Essa abordagem não só cria novas fontes de receita para os provedores de telecomunicações, mas também apoia a expansão dos negócios do setor logístico. Os dados coletados por essas redes podem ser processados por modelos de IA para otimizar a gestão do tráfego aéreo, criando um modelo ganha-ganha entre operadoras, indústrias e autoridades reguladoras.

Thyago Monteiro, Head de Engenharia.