Antenas 4G vs 5G: Principais diferenças, desempenho e tendências futuras

Enquanto os avanços da era 4G ainda continuam, o 5G já está no horizonte. Os avanços em termos de velocidade, eficiência e capacidade proporcionados pelos dispositivos móveis num curto espaço de tempo são espantosos. Este artigo ajuda os leitores a compreender as diferenças entre as antenas 4G e 5G e as suas caraterísticas.

Representará um salto significativo em termos de conetividade, velocidade e capacidade, na evolução da tecnologia de commelecomunicações sem fios de 4G para 5G. A ativação destes sistemas sem fios foi, de facto, concretizada pelas antenas. Este artigo explica todas as diferenças nas bandas de frequência, os tipos, as várias vantagens e desvantagens associadas às antenas 4G e 5G e as suas caraterísticas em termos de latência, capacidade, débito e eficiência energética. Também examina os cenários de aplicação e as tendências futuras das mesmas, indicando como as antenas são a espinha dorsal das telecomunicações modernas1TP15.

Tabela de comparação: Antenas 4G vs. Antenas 5G

Caraterística	Antenas 4G	Antenas 5G
Bandas de frequência	700 MHz - 2,6 GHz (por exemplo, banda 12/20/3/7)	Sub-6 GHz (600 MHz - 6 GHz) e mmWave (24 GHz e superior, por exemplo, 28/39 GHz)
Latência	30-50 ms	<1 ms (Ultra-baixo para aplicações em tempo real)
Taxas de dados de pico	Até 100 Mbps (download), 50 Mbps (upload)	10+ Gbps (Pico teórico)
Tecnologias-chave	MIMO, formação de feixe básica	MIMO maciço, Formação avançada de feixes, mmWave, Células pequenas
Cobertura	Cobertura de área ampla; melhor penetração através de obstáculos	Alcance mais curto (especialmente mmWave); dificuldades com obstruções
Capacidade	Suporta ~2.000 dispositivos por km²	Apoios Mais de 1 milhão de dispositivos por km² (Escalabilidade maciça da IoT)
Eficiência energética	Menor potência por unidade, mas ineficiente para cargas de dados elevadas	Consumo inicial de energia mais elevado, mas optimizado através de modos de formação de feixes/sono
Custo de implantação	Inferior (infra-estruturas maduras)	Mais elevado (requer redes densas de pequenas células e hardware avançado)
Aplicações típicas	Banda larga móvel, streaming de alta definição, IoT (wearables, contadores inteligentes)	RV/RA, veículos autónomos, cirurgia à distância, cidades inteligentes
Vantagens	- Ampla cobertura - Económica - Fiável para as zonas rurais	- Velocidades ultra-elevadas - Baixa latência - Conectividade massiva de dispositivos
Desvantagens	- Velocidade/capacidade limitada - Maior latência	- Custo de implantação elevado - Alcance limitado (mmWave) - Fraca penetração de obstáculos

O que é uma antena 4G?

4G é a quarta geração da tecnologia de comunicações móveis. Em comparação com as gerações anteriores, esta tecnologia de comunicações móveis sem fios 4G é caracterizada por taxas de transferência de dados mais elevadas, acesso à rede mais estável e maiores capacidades de chamadas de voz e vídeo. As redes 4G podem permitir taxas de carregamento até 50 Mbps e velocidades de descarregamento até 100 Mbps. Uma vez que proporciona baixa latência e buffering insignificante, os utilizadores podem aceder facilmente a aplicações com grande volume de dados, jogos online e transmissão de vídeo HD em dispositivos móveis.

Uma antena para 4G destina-se especialmente a receber e enviar sinais na rede celular 4G. A antena 4G é utilizada para melhorar a intensidade do sinal e a cobertura de uma rede 4G, a fim de aumentar as taxas de transferência de dados mais rápidas e fiáveis. Estas antenas suportam tecnologias MIMO (Multiple Inputs and Multiple Outputs - entradas e saídas múltiplas) que oferecem dados de alta velocidade e uma melhor eficiência do espetro. As antenas 4G têm normalmente uma cobertura de área alargada, velocidades relativamente pequenas e fiabilidade; funcionam normalmente em gamas de frequência de 700 MHz a 2,6 GHz. Para melhorar a conetividade e o desempenho da rede, as antenas 4G são frequentemente instaladas em zonas rurais ou remotas, onde os sinais são bastante fracos ou instáveis.

O que é uma antena 5G?

5G é a quinta geração da tecnologia de rede celular sem fios. Basicamente, pode ser mencionada como a substituição da 4G LTE, com maior capacidade, menor latência e velocidades comparativamente mais rápidas. A rede 5G é exigida por aplicações como a realidade virtual, a realidade melhorada, os automóveis autónomos e a Internet das Coisas (IoT), utilizando bandas de alta frequência e tecnologias de antena complexas para obter taxas de dados mais rápidas.

Uma antena 5G desempenha um papel importante no fornecimento de conetividade de alta velocidade e baixa latência em dispositivos de arquitetura de rede 5G para transmissão e receção de sinais. Estas antenas suportam tecnologias avançadas, como beamforming, MIMO massivo e frequências de ondas milimétricas (Onda mm) para permitir funcionalidades de alto nível. Funcionam principalmente nas gamas de frequências de sub-6 GHz a mmWave (24 GHz e superior).

Esta antena para comunicação sem fios 5G comm, que transmite e recebe sinais nas gamas de frequências mm Wave e sub-6GHz, ajuda a manter as suas caraterísticas. As antenas 5G dependem da gama de frequências e dos requisitos específicos da rede 5G.

Bandas de frequência

Gama de frequências da antena 4G

As antenas 4G são concebidas para funcionar entre as bandas de frequência 700 MHz e 2600 MHz, o que permite o funcionamento em todo o mundo. No entanto, as bandas específicas podem variar consoante a região e o fornecedor de rede. O desempenho geral da antena é afetado pela sua banda de frequência, que é essencial para estabelecer a área de cobertura e a penetração do sinal através de obstáculos.

As bandas de frequência mais utilizadas para as redes 4G são 700 MHz (Banda 12/13/17), 800 MHz (Banda 20), 900 MHz (Banda 8), 1800 MHz (Banda 3), 2100 MHz (Banda 1), 2600 MHz (Banda 7)

Estas bandas são utilizadas por muitas tecnologias 4G, como a WiMAX (Interoperabilidade mundial para acesso por micro-ondas) e a LTE (Evolução a longo prazo). As bandas de frequência que serão utilizadas por uma antena 4G dependem exatamente do fornecedor de rede e da área em que está a ser utilizada.

Gama de frequências da antena 5G

Dependendo da aplicação, o 5G utiliza uma vasta gama de frequências, incluindo bandas sub-6 GHz e bandas mmWave (24 GHz e superiores).

• Sub-6 GHz: Trata-se de frequências como 600 MHz, 2,5 GHz e 3,5 GHz, todas inferiores a 6 GHz. Estes tipos de frequências são relativamente bons a penetrar através de paredes e outras barreiras; podem ser utilizados para fornecer uma cobertura de área alargada.

• Onda mm (onda milimétrica): Abrange as frequências acima de 24 GHz, como 28 GHz e 39 GHz. Estas frequências têm uma cobertura limitada, são facilmente bloqueadas por obstruções, mas são utilizadas para comunicações de alta velocidade em distâncias curtas e oferecem taxas de transferência de dados muito elevadas.

As bandas de frequência baixa, média e alta são outra forma de categorizar o 5G. Para um desempenho ótimo, o 5G pode utilizar mais frequências nas três bandas e pode potencialmente utilizar várias frequências em simultâneo. Por este motivo, as bandas 5G são mais adaptáveis do que as gerações celulares anteriores e oferecem uma melhor cobertura e fiabilidade. Cada banda de frequência tem caraterísticas e capacidades distintas.

1. Banda baixa:

Em comparação com outras bandas, a banda baixa 5G oferece maior cobertura, mas uma taxa de transferência de dados mais lenta, porque utiliza frequências inferiores a 1 GHz. A transmissão de sinal a longa distância e a penetração do sinal através de obstruções como árvores e edifícios são caraterísticas das antenas de banda baixa. De um modo geral, são maiores e têm um ganho menor do que as antenas de frequência mais elevada.

2. Banda média:

As frequências utilizadas pela banda média 5G variam entre 1 GHz e 6 GHz. Com uma cobertura mais pequena do que uma banda baixa, proporciona débitos de dados mais rápidos, mantendo um equilíbrio entre capacidade e cobertura. As antenas de banda média oferecem um melhor ganho e são mais pequenas do que as antenas de banda baixa. São frequentemente utilizadas em cidades para dar a muitos clientes acesso à Internet rápida.

3. Banda alta:

mmWave (millimeter Wave), ou banda alta 5G, refere-se a 5G em frequências superiores a 24 GHz. Embora tenha uma área de serviço muito limitada e seja facilmente bloqueada por edifícios e outros obstáculos, oferece velocidades muito elevadas. As antenas de banda alta são pequenas em tamanho e têm um ganho muito elevado para compensar a cobertura restrita. São normalmente instaladas em cidades muito populosas e oferecem uma conetividade extremamente rápida e de baixa latência.

A gama de frequências exacta pode mudar, uma vez que diferentes países e regiões podem utilizar diferentes bandas de frequência para o 5G.

Tipos de antenas

Descrição geral do common Tipos de antenas 4G

• Antena MIMO (múltiplas entradas e múltiplas saídas)

Com este tipo de antena 4G, utiliza várias antenas de transmissão e receção para aumentar a velocidade e a fiabilidade dos dados. Para fornecer taxas de dados extremamente elevadas, as redes móveis 4G utilizam a tecnologia MIMO nos canais de ligação ascendente e descendente. A base da tecnologia MIMO é a utilização de vários sistemas de antena tanto na estação de base como no terminal móvel.

• Formação de feixes:

Enviar sinais diretamente para os utilizadores para aumentar a capacidade e a cobertura. A tecnologia Beamforming, uma técnica sofisticada de processamento de sinais, é utilizada pelas antenas 4G para orientar a energia da transmissão para um determinado utilizador ou dispositivo. Para além de melhorar a qualidade da cobertura e a eficiência do sinal, isto também reduz as interferências e o desperdício de energia.

Visão geral de Tipos de antenas 5G

• MIMO maciço:

A tecnologia Massive Multiple Input Multiple Output (Massive MIMO) é normalmente utilizada em antenas 5G. Ao empregar dezenas ou mesmo centenas de elementos de antena de transmissão e receção, esta tecnologia aumenta a capacidade e a eficiência da rede, permitindo o serviço simultâneo de mais clientes. Em comparação com a tecnologia MIMO do 4G, isso representa um grande aumento na quantidade e na complexidade das antenas.

• Pequenas células:

As antenas 5G podem ser mais pequenas e compactas, uma vez que as transmissões de alta frequência têm comprimentos de onda mais curtos. Isto torna possível implantá-las mais livremente numa série de configurações, incluindo instalações interiores, superfícies de edifícios e postes de iluminação.

Vantagens da antena 4G e da antena 5G

Antenas 4G

• Cobertura de uma vasta área:

Em comparação com os routers Wi-Fi tradicionais, as antenas 4G podem oferecer uma área de cobertura maior. Isto garante aos utilizadores uma degradação mínima do sinal, mesmo a distâncias maiores da fonte de rede. Isto é especialmente útil em locais onde o serviço de banda larga é limitado ou em locais remotos onde as ligações à Internet com fios podem não estar acessíveis.

• Tecnologia madura com infra-estruturas estabelecidas

A instalação e a configuração da antena 4G são muito mais simples do que as da antena 5G. Podem ser facilmente ligadas a um computador ou a uma rede através de um cabo ethernet ou de uma porta USB e são frequentemente fornecidas com instruções diretas. Por conseguinte, são uma boa opção prática para os utilizadores que não dominam a tecnologia ou que não preferem lidar com o incómodo do trabalho de configurar uma ligação à Internet convencional.

• Implementação rentável

As antenas 4G podem ser uma opção acessível para os utilizadores que não têm acesso ou que não querem pagar por uma ligação normal à Internet. Normalmente, estas fornecem planos de dados que são ajustáveis e permitem que os clientes seleccionem a quantidade de dados que utilizam e façam a sua fatura de forma adequada. Os utilizadores com padrões variáveis de utilização da Internet ou os que apenas necessitam de ligação à Internet durante um curto período de tempo consideram esta opção especialmente útil.

• Fiabilidade

Em comparação com as redes convencionais, os routers Wi-Fi e a antena 4G podem oferecer uma ligação à Internet mais fiável e estável. Isto deve-se à utilização de transmissões celulares, que são frequentemente menos vulneráveis a interferências e também mais fiáveis do que as ligações Wi-Fi. Por conseguinte, é menos provável que os utilizadores se deparem com desconexões inesperadas ou quedas na velocidade da Internet.

Antenas 5G

• Capacidade e velocidades ultra-elevadas

Em comparação com as antenas 4G, as antenas 5G são concebidas para suportar velocidades de dados muito mais elevadas. Assim, os clientes poderão carregar e descarregar dados a velocidades mais rápidas, permitindo-lhes jogar jogos online, ver vídeos HD e descarregar ficheiros grandes mais rapidamente.

• Baixa latência em aplicações em tempo real

A 5G tem uma latência muito mais baixa em comparação com a 4G, suportada por melhorias na tecnologia de antena e na arquitetura da rede. A latência é a diferença de tempo entre o envio de um pedido e a receção de uma resposta. Com uma latência reduzida, os utilizadores podem comunicar quase instantaneamente. Esta latência é exigida por aplicações como a realidade virtual, a cirurgia remota e os veículos autónomos.

• Conectividade IoT com grande escalabilidade

Como as antenas 5G são mais capazes de suportar mais capacidade, podem lidar com mais dispositivos ao mesmo tempo. Isto é muito importante em áreas onde muitas pessoas estão ligadas à rede ao mesmo tempo, como estádios, centros comerciais e aeroportos.

• Utilização da tecnologia Beamforming

As antenas 5G possuem uma tecnologia avançada de formação de feixes que tem a capacidade de focar o sinal numa direção específica. Isto ajuda a aumentar o desempenho geral, reduzindo a interferência e melhorando a qualidade do sinal.

Desvantagens da antena 4G e da antena 5G

Antenas 4G

• Em comparação com o 5G, velocidade e capacidade limitadas

A antena 5G tem a possibilidade de lidar com a velocidade de dados até 10 Gbps, enquanto as antenas 4G param nos 100 Mbps. Esta é a razão pela qual as antenas 4G são um pouco mais lentas e não conseguem lidar com tanta informação como as antenas 5G.

• Maior latência

A latência da antena 4G é mais elevada em comparação com a da antena 5G. A latência é o tempo que os dados demoram a viajar desde a sua origem até ao seu destino. As antenas 5G têm um atraso inferior a 1 milissegundo, enquanto as antenas 4G têm normalmente uma latência superior a 50 milissegundos. Aplicações como a cirurgia remota ou veículos autónomos que requerem comunicação em tempo real são essenciais para ter uma latência mais baixa.

• Capacidade limitada

As antenas 4G têm uma capacidade limitada para suportar muitos dispositivos ao mesmo tempo. Isto é um problema durante eventos em que todas as pessoas estão a utilizar os seus dispositivos ou em locais com elevada densidade populacional. Por outro lado, as antenas 5G são mais adequadas para áreas altamente povoadas, uma vez que podem suportar um grande número de dispositivos ao mesmo tempo.

Antenas 5G

• Custos de implantação elevados

Em comparação com as antenas 4G, as antenas 5G são mais dispendiosas de produzir e instalar. Este facto deve-se à exigência da tecnologia 5G em equipamentos mais avançados e complexos.

• Alcance limitado

Em comparação com as emissões 4G, os sinais 5G têm um alcance mais curto devido ao seu menor comprimento de onda. Para garantir a cobertura, é necessário instalar mais antenas 5G numa determinada área.

• Penetração através de obstáculos

Os obstáculos, como árvores e edifícios, dificultam a passagem dos sinais 5G. Isto geralmente requer mais antenas posicionadas em densidades mais elevadas para ter uma cobertura fiável com 5G, muitas vezes com o apoio da tecnologia de pequenas células.

Latência

A latência é o tempo que os dados demoram a viajar do emissor para o recetor e vice-versa. Nos sistemas 4G, a latência situa-se normalmente num intervalo de 30 a 50 milissegundos. Esta latência é bastante adequada para a maioria das aplicações tradicionais, como o streaming de vídeo e a navegação em linha. No entanto, constitui uma limitação para as aplicações em tempo real ou de missão crítica, como os jogos em linha e o controlo remoto de dispositivos.

Quando os sistemas 5G são concebidos para proporcionar uma latência tão baixa como 1 milissegundo, esta grande redução da latência permite uma comunicação em tempo real sem descontinuidades e, por conseguinte, permite aplicações que incluem veículos autónomos, realidade aumentada e mesmo cirurgia remota. A latência reduzida no 5G é obtida através da implementação de tecnologias avançadas, como o fatiamento da rede, a computação de ponta e as arquitecturas de antena optimizadas.

Algumas das tecnologias de antena 5G são a formação de feixes e o MIMO maciço, que melhoram a intensidade do sinal e reduzem as interferências, reduzindo assim consideravelmente a latência e garantindo a transferência de dados a alta velocidade.

Capacidade e rendimento

A capacidade e o débito da rede sem fios são cruciais para o seu tratamento e gestão do tráfego de dados, bem como para o suporte de uma série de aplicações. No caso da 4G, os débitos de dados atingem um pico de até 1 Gbps em condições ideais. Embora isto seja suficiente para muitas aplicações utilizadas atualmente, incluindo o streaming de vídeo HD e a utilização geral da Internet, a 4G tem-se debatido mais frequentemente com densidades elevadas de utilizadores e requisitos de dados cada vez maiores.

As redes 5G garantem a melhoria da capacidade e do rendimento. A velocidade de pico ultrapassa os 10 Gbps, enquanto o sistema será capaz de suportar conetividade massiva, até um milhão de dispositivos por quilómetro quadrado. Todos são impulsionados por tecnologias avançadas: como o MIMO massivo, com a possibilidade de transmitir simultaneamente muitos fluxos de dados e maiores larguras de banda com bandas de frequência mais elevadas.

Cenários de aplicação

Aplicações típicas possibilitadas pelas antenas 4G

• Routers sem fios e Internet de banda larga móvel: Através da utilização de antenas 4G, um router sem fios liga vários dispositivos à Internet em simultâneo.

• Telemóveis: Para facilitar uma ligação de voz estável e uma rápida transmissão de dados, os telemóveis são fabricados com antenas 4G incorporadas.

• Aplicações da Internet das Coisas: Alguns dispositivos IoT, como wearables, contadores inteligentes e câmaras de segurança, dependem de antenas 4G para a sua conetividade e transmissão de Internet.

• Transportes públicos: As antenas 4G são montadas em autocarros, comboios e eléctricos para fornecer acesso à Internet aos passageiros e permitir o seguimento e a monitorização em tempo real dos veículos.

• Utilizações industriais: As antenas 4G são utilizadas nas indústrias para comunicação máquina-a-máquina, localização de activos e monitorização remota.

• Serviços de emergência: Os veículos dos serviços de emergência utilizam antenas 4G para garantir a continuidade da comunicação e da transferência de dados durante situações de risco de vida.

• Zonas remotas e rurais: As antenas 4G fornecem Internet de alta velocidade às empresas e aos agregados familiares nas zonas onde a conetividade por cabo é reduzida.

• Marinha e aviação: As antenas 4G são instaladas em barcos, navios e aviões para fornecer acesso à Internet aos passageiros e tripulantes.

• Áreas públicas: Restaurantes, hotéis e lojas utilizam antenas 4G para fornecer Internet sem fios a clientes e funcionários.

• Implantações temporárias: As antenas 4G são utilizadas em concertos, eventos desportivos e estaleiros de construção, apenas para fornecer Internet aos visitantes e trabalhadores.

Aplicações emergentes possibilitadas pelas antenas 5G

• Realidade virtual e aumentada: as antenas 5G são úteis para os requisitos de elevada largura de banda e latência ultra-baixa que surgem na realidade virtual e aumentada. Quer se trate de jogar jogos, ver filmes ou participar em reuniões virtualmente, a antena proporciona aos utilizadores uma sessão suave e interactiva.

• Veículos autónomos: As antenas 5G podem ser utilizadas por veículos autónomos para se comunicarem com infra-estruturas como sinais de trânsito e semáforos. Estas antenas permitem a partilha de informações em tempo real entre carros, melhorando assim a navegação, o fluxo e a segurança.

• As cidades inteligentes envolvem candeeiros de rua inteligentes, sistemas de gestão de resíduos e redes de transportes públicos, entre muitos outros sistemas e dispositivos que as antenas 5G ligam para tornar as cidades inteligentes uma realidade. As antenas facilitam a comunicação de dados e permitem uma transmissão mais eficaz.

• Cirurgia remota e telemedicina: As antenas 5G permitem uma vasta gama de aplicações de cuidados de saúde, desde a monitorização remota de doentes até à telemedicina. Isto permite o transporte de doentes e a comunicação em tempo real de dados médicos por profissionais de saúde ou a monitorização, diagnóstico e tratamento remotos virtualmente.

• Internet das Coisas: Desde wearables e sensores industriais a electrodomésticos inteligentes, as antenas 5G podem suportar e ligar uma série de dispositivos IoT. Ajudam a efetuar transições suaves e eficientes de dados destes dispositivos para a Internet.

• Acesso fixo sem fios: As antenas 5G são utilizadas para fornecer acesso à Internet de alta velocidade a casas e empresas sem a utilização de ligações tradicionais ligadas. As antenas são flexíveis e leves, substituindo facilmente as ligações por cabo ao receberem o sinal 5G e distribuírem-no sem fios no interior do edifício.

• Automação industrial: As antenas 5G em ambientes industriais fornecem conetividade sem fios entre dispositivos e sistemas. Estas antenas contribuem para o aumento da produção, da eficiência e da segurança, permitindo a monitorização e o controlo remotos e facilitando o fluxo de informações em tempo real entre máquinas.

• Redes móveis: As antenas 5G facilitam a ligação de dispositivos móveis sem fios a taxas elevadas, permitindo assim aos utilizadores trocar mensagens, fazer chamadas e aceder a dados a uma velocidade superior à das gerações tecnológicas anteriores.

• Segurança pública e serviços de emergência: Os serviços de emergência, incluindo a polícia, os bombeiros e as ambulâncias, são apoiados por uma antena 5G. Os tempos de reação e a coordenação são melhorados em casos de emergência através de canais de comunicação mais rápidos e fiáveis entre os centros de expedição de emergência e os socorristas.

• Entretenimento e jogos: as antenas 5G fornecem aplicações de baixa latência e alta velocidade para entretenimento e jogos. Estas antenas melhoram a experiência do utilizador para os jogadores através do streaming de conteúdos de vídeo de alta qualidade sem armazenamento em buffer e também permitem a reprodução suave de jogos online sem atrasos.

Consumo de energia

Embora as antenas 4G utilizem menos energia por unidade, têm dificuldade em lidar eficazmente com grandes exigências de dados. Apesar de inicialmente consumirem muita energia, as antenas 5G optimizam a utilização de energia através da utilização de tecnologias como a formação de feixe eficiente e os modos de suspensão. Em comparação com a 4G, a tecnologia 5G utiliza mais energia para funcionar. Isto implica que as antenas 5G podem necessitar de mais energia, o que pode aumentar as despesas de funcionamento. Os sistemas de antenas mais ecológicos e sustentáveis estão a tornar-se possíveis nas redes 4G e 5G devido ao desenvolvimento de materiais, à gestão de redes baseada em IA e às tecnologias de recolha de energia.

Conclusão

Com suas respectivas capacidades e requisitos, as antenas 4G e 5G marcam avanços significativos na communicação sem fio. As antenas 5G actualizam a conetividade com velocidade, capacidade e baixa latência excepcionais, enquanto as antenas 4G se destacam em termos de cobertura e custo. As antenas 5G são uma parte essencial das redes sem fios da próxima geração porque proporcionam melhor velocidade, capacidade, cobertura e desempenho geral da rede do que as antenas 4G. O futuro das telecomunicações será moldado pelos avanços na eficiência energética e na conceção de antenas à medida que a tecnologia se desenvolve, abrindo aplicações revolucionárias e fechando o fosso digital. De um modo geral, este artigo apresenta uma análise abrangente das principais caraterísticas e diferenças das antenas 4G e 5G.