Samsung e Nokia demonstram 6G Terahertz Wireless a 1 Tbps em teste de laboratório conjunto

A Samsung Research e o Nokia Bell Labs demonstraram em conjunto uma taxa de transferência de dados sem fio de 1 terabit por segundo usando bandas de frequência terahertz (THz) em um ambiente de laboratório controlado. A conquista, anunciada no Mobile World Congress em Barcelona, representa o link sem fio mais rápido já demonstrado e estabelece uma referência para as redes 6G que deverão começar a ser implantadas comercialmente por volta de 2030.

A Fronteira Terahertz

As atuais redes 5G operam principalmente nas faixas de frequência sub-6 GHz e ondas milimétricas (24-47 GHz), proporcionando velocidades de pico de aproximadamente 10 Gbps em condições ideais. A banda terahertz, abrangendo frequências de 100 GHz a 10 THz, oferece muito mais espectro, mas vem com severas limitações físicas: os sinais nessas frequências são absorvidos pela umidade do ar, bloqueados por objetos sólidos e atenuam rapidamente com a distância.

A demonstração Samsung-Nokia usou uma banda de frequência centrada em 140 GHz, que fica no limite inferior da faixa de terahertz e oferece um equilíbrio relativo entre largura de banda e características de propagação. A transmissão cobriu uma distância de 100 metros – muito aquém dos quilômetros que os sinais celulares devem percorrer em redes do mundo real, mas uma melhoria significativa em relação às demonstrações anteriores de THz que estavam limitadas a distâncias de bancada de alguns metros.

As equipes de pesquisa alcançaram a taxa de transferência de 1 Tbps combinando diversas técnicas avançadas: enormes conjuntos de antenas MIMO com 256 elementos, multiplexação de momento angular orbital (OAM) que codifica dados em múltiplas espirais de feixe simultâneas e um chip de silício personalizado desenvolvido pela Samsung Semiconductor que processa sinais em velocidades de terahertz.

Por que o 6G é importante

A questão óbvia é se alguém precisa de velocidades sem fio de 1 Tbps. As redes 5G atuais já excedem os requisitos da maioria das aplicações de consumo, incluindo streaming de vídeo 4K, videochamadas e jogos em nuvem. A resposta está em aplicações que ainda não existem em grande escala, mas que deverão surgir no final da década de 2020 e na década de 2030.

A comunicação holográfica — a capacidade de transmitir em tempo real uma representação 3D de corpo inteiro de uma pessoa — é um caso de uso frequentemente citado. As estimativas da indústria sugerem que um fluxo holográfico de alta fidelidade exigiria uma taxa de transferência sustentada de 500 Gbps a 1 Tbps, muito além do que o 5G pode oferecer.

Ambientes gêmeos digitais, onde espaços físicos inteiros são continuamente mapeados e simulados em tempo real usando dados de sensores, apresentam demandas de largura de banda semelhantes. Aplicações industriais, incluindo coordenação autônoma de fábrica, cirurgia remota com feedback tátil e monitoramento ambiental em escala urbana também estão na lista.

"Não estamos construindo 6G para as aplicações atuais", disse o Dr. Sunghyun Choi, chefe do Centro de Pesquisa de Comunicações Avançadas da Samsung. "Estamos construindo a camada de rede que torna possível a próxima geração de aplicativos. Assim como o 4G habilitou vídeos móveis e aplicativos de compartilhamento de viagens que ninguém previu, o 6G permitirá experiências que mal podemos conceituar hoje."

Cronograma dos Padrões

O 3GPP, o órgão de padronização que rege as especificações das redes celulares, iniciou o trabalho preliminar no 6G sob sua estrutura Release 21. Não se espera que uma especificação formal 6G seja finalizada antes de 2028, com implantações comerciais iniciais previstas para 2030 nos principais mercados, incluindo Coreia do Sul, Japão, Estados Unidos e partes da Europa.

Os governos estão investindo pesadamente. Os EUA alocaram US$ 1,5 bilhão para pesquisas em 6G por meio do CHIPS and Science Act. A iniciativa de investigação Hexa-X-II da União Europeia envolve 44 organizações em 18 países. A Coreia do Sul comprometeu-se com 450 milhões de dólares através do seu fundo nacional de desenvolvimento 6G, com a Samsung e a SK Telecom como principais parceiros da indústria.

Desafios futuros

A lacuna entre o laboratório e o campo para a tecnologia terahertz é enorme. Alcançar 100 metros em um ambiente controlado é muito diferente de atender usuários dentro de edifícios, em desfiladeiros urbanos densos ou em paisagens rurais. Chuva, umidade e até mesmo vapor de água em uma multidão podem degradar significativamente os sinais THz.

A maioria dos investigadores espera que as redes 6G utilizem frequências terahertz de forma seletiva, implantadas em locais específicos de alta densidade, como estádios, aeroportos e centros de trânsito, ao mesmo tempo que dependem de bandas de frequência mais baixas para uma cobertura mais ampla. A arquitetura da rede provavelmente será heterogênea, combinando links de satélite, torres de celular tradicionais e malhas densas de pequenos pontos de acesso em THz.

O consumo de energia é outra preocupação. Os conjuntos de antenas de 256 elementos e os chips de processamento de sinal de alta velocidade necessários para a transmissão em THz consomem substancialmente mais energia do que os equipamentos atuais da estação base. Reduzir o consumo de energia e manter o desempenho é uma área ativa de pesquisa.

Ainda faltam anos para o 6G comercial, mas a demonstração desta semana em Barcelona mostra que a tecnologia fundamental está progredindo mais rápido do que muitos esperavam.