Comunicações IMT-2020 : interferência e compartilhamento de frequência em ondas milimétricas

Abstract

Projeções estimam que, globalmente, o tráfego mensal de dados móveis pode chegar a 57 exabytes em 2020, com perspectivas de crescimento exponencial nos anos subsequentes. Mais do que isso, a quantidade e densidade de usuários em redes de telefonia móvel também deve aumentar significativamente, uma vez que smartphones e dispositivos sem fio estão ficando cada vez mais difundidos. Como sistemas de telefonia de quarta geração não estão preparados para atender a essa demanda, a União Internacional de Telecomunicações (UIT) definiu o IMT-2020 (International Mobile Telecommunications 2020, telecomunicações móveis internacionais 2020) como o conjunto de tecnologias de quinta geração para redes de comunicação móvel em uso a partir de 2020. O IMT-2020 deve operar também em faixas de frequências altas, acima de 20 GHz, conhecidas como faixas de ondas milimétricas. Das faixas em estudo para serem identificadas para o IMT-2020, as bandas de 27-27,5 GHz e 37-42,5 GHz são alocadas ao serviço de satélite fixo, por exemplo, e a faixa de 42,5-43,5 GHz é identificada para o serviço de radioastronomia. Qualquer alocação dessas bandas para o IMT-2020 deve acontecer mediante a realização de estudos de compartilhamento que mostrem que ele não causará interferência danosa aos sistemas existentes. Esses estudos são ainda mais relevantes se considerarmos que no ano de 2019 será realizada a World Radiocommunication Conference (WRC, Conferência Mundial de Rádiocomunicação). Nela, a UIT realizará debates e discussões com o objetivo de rever e revisar as Regulamentações de Rádio para os próximos anos. Com isso, a agenda do evento já inclui debates referentes à alocação de frequência para o IMT-2020 baseada em estudos de convivência submetidos por estados membros e convidados. Para contribuir ativamente com esses estudos, a Agência Nacional de Telecomunicações vem desenvolvendo, junto com parceiros da academia e da indústria, o simulador SHARC, projetado para executar simulações de compartilhamento e convivência. Uma das tecnologias que pode integrar o IMT-2020 é o full duplex, por meio do qual estações transmitem e recebem informação ao mesmo tempo na mesma frequência. Essa tecnologia foi considerada inviável por muito tempo, devido à autointerferência que a transmissão de uma estação operando em full duplex causa ao sinal que ela recebe. Recentes avanços na eletrônica, no entanto, têm proporcionado técnicas de cancelamento dessa autointerferência em níveis que permitem a implementação de um nó full duplex operacional. Outro desafio introduzito pelo full duplex é a maior interferência sistêmica que ele introduz, tanto dentro da rede celular quanto a sistemas operando na mesma faixa de frequência. Como é provável que o IMT-2020 compartilhe espectro com outros serviços, essa interferência extra introduzida pelo full duplex pode lhes ser danosa. Esse trabalho apresenta estudos de compartilhamento de frequência do IMT-2020 com os serviços citados acima. É utilizada a ferramenta FD-SHARC, uma variação do simulador SHARC para avaliação de tecnologias full duplex. Inicialmente, a metodologia de simulação é descrita, seguida por uma avaliação da viabilidade do full duplex, de forma a se levantar os cenários mais prováveis de implementação dessa tecnologia. Em seguida, os estudos de convivência são apresentados e os níveis de interferência estimados em simulação são avaliados perante os critérios de proteção dos sistemas interferidos. Conclui-se que o IMT-2020 pode compartilhar as faixas de frequência supracitadas, desde que algumas restrições sejam impostas. Distâncias de separação entre as redes IMT e as estações terrestres do serviço de satélite fixo e as estações de radioastronomia devem ser empregadas. Mais do que isso, quando operando em ambientes indoor, o IMT-2020 pode utilizar as mesmas faixas de frequência que o terminal de usuário do serviço de satélite fixo, desde que alguma medidas de coordenação simples sejam empregadas. Por fim, a estação espacial do serviço de satélite fixo estará protegida de interferência em todos os casos simulados. Vários dos resultados apresentados aqui foram submetidos à UIT, e fazem parte dos textos preparatórios para a WRC. Junto com centenas de outros estudos, eles serão utilizados como base para se criar regulamentações de validade global, e ajudarão agências regulatórias do mundo todo a tomar decisões técnicas específicas para a realidade de cada país. Além disso, no conhecimento do autor, estudos de convivência do IMT-2020 operando em full duplex com outros sistemas não estão presentes na literatura. Nesse sentido, este trabalho apresenta contribuições pioneiras que aprofundam a discussão sobre a viabilidade dessa tecnologia.