Rede de acesso ao rádio ou RAN
Uma rede de acesso de rádio (RAN) é um componente principal de um sistema de telecomunicações sem fio que conecta dispositivos individuais a outras partes de uma rede através de um link de rádio. A RAN conecta os dispositivos de um usuário, como celular, computador ou qualquer máquina controlada remotamente, a uma conexão de transferência de retorno de fibra ou sem fio. Esse link vai para a rede principal, que gerencia informações de assinantes, localização e muito mais.
A RAN, que às vezes também é chamada de rede de acesso, é o elemento de rádio da rede celular. Uma rede celular é composta de áreas terrestres chamadas células. Uma célula é servida por pelo menos um transmissor de rádio, embora o padrão seja tipicamente três para locais de células.
As RANs evoluíram da primeira geração (1G) para a quinta geração (5G) da rede celular. Com o desenvolvimento da tecnologia de quarta geração (4G) nos anos 2000, o Projeto de Parceria de 3ª Geração introduziu a RAN de Evolução de Longo Prazo (LTE), e a rede de acesso ao rádio e a rede principal mudaram significativamente. Com o 4G, a conectividade do sistema pela primeira vez foi baseada no Protocolo de Internet (IP), substituindo as redes anteriores baseadas em circuitos.
Agora, com o LTE Advanced e o 5G, as melhorias estão vindo na forma de RAN centralizadas, também chamado de RAN de nuvem (C-RAN), e várias matrizes de antenas, como entrada múltipla e saída múltipla (MIMO).
Desde que as primeiras redes celulares foram introduzidas, as capacidades de RAN se expandiram para incluir chamadas de voz, mensagens de texto e streaming de vídeo e áudio. Os tipos de equipamentos de usuário que utilizam essas redes aumentaram drasticamente, incluindo todos os tipos de veículos, drones e dispositivos de internet das coisas (IoT).
Que componentes fazem uma RAN?
Os componentes RAN incluem estações base e antenas que cobrem uma região específica, dependendo de sua capacidade. Chips de silício na rede principal e no equipamento do usuário fornecem funcionalidade RAN.
Uma RAN é composta de três elementos essenciais:
- Antenas convertem sinais elétricos em ondas de rádio.
- Rádios transformam informações digitais em sinais que podem ser enviados sem fio e garantem que as transmissões estejam nas faixas de frequência corretas com os níveis de energia certos.
- As unidades de banda base (BBUs) fornecem um conjunto de funções de processamento de sinal que tornam possível a comunicação sem fio. A banda base tradicional usa eletrônicos personalizados combinados com várias linhas de código para permitir a comunicação sem fio, normalmente usando o espectro de rádio licenciado. O processamento BBU detecta erros, protege o sinal sem fio e garante que os recursos sem fio sejam usados de forma eficaz.
Como funciona uma RAN?
Uma RAN fornece acesso e coordena a gestão de recursos nos locais de rádio. Um telefone ou outro dispositivo está conectado sem fio à rede central, ou principal, e a RAN envia seu sinal para vários pontos finais sem fio para que possam viajar com tráfego de outras redes. Um único aparelho ou telefone pode ser conectado ao mesmo tempo a várias RANs, às vezes chamados de dispositivos de modo duplo.
Na segunda geração (2G) e terceira geração (3G) da arquitetura RAN, a controladora RAN gerencia os nós conectados a ela. A controladora de rede da RAN - que gerencia recursos de rádio, mobilidade e criptografia de dados - conecta-se à rede central comutada pelo circuito e à rede central comutada por pacotes, dependendo do tipo de RAN.
Com o advento do 4G LTE e da rede totalmente IP, o layout da rede de acesso ao rádio mudou. Em particular, a introdução do C-RAN dividiu os rádios e antenas do controlador da banda base para se adaptar melhor às demandas modernas dos dispositivos móveis.
Hoje, a arquitetura RAN divide o plano do usuário e o plano de controle em elementos separados. A controladora RAN pode trocar um conjunto de mensagens de dados do usuário através de um comutador de rede definido por software e um segundo conjunto através de uma interface baseada em controle. Essa separação permite que a RAN seja mais flexível, acomodando as funções de rede técnicas de virtualização, como fatiamento de rede e MIMO alto, necessárias para o 5G.
O que é RAN em 5G?
O padrão 5G New Radio (5G NR) é a interface de rádio mais recente e a tecnologia de acesso a rádio para a tecnologia celular 5G. A interface suporta várias bandas de frequência, incluindo bandas sub-6 giga-hertz e bandas de ondas milimétricas (mmWave), como 24 GHz, 28 GHz e mais. As bandas mmWave oferecem mais de 1 gigabits por segundo de velocidades de download, mas têm faixas de alcance reduzidas em comparação com serviços sub-6 GHz.
Tipos de rede de acesso por rádio
As tendências RAN incluem o seguinte:
- Open RAN é o assunto mais quente no mundo de redes de acesso. Envolve o desenvolvimento de hardware aberto interoperável, software e interfaces para redes sem fio celulares que usam servidores de caixa branca e outros equipamentos padrão, ao invés do hardware personalizado normalmente utilizado nas estações base.
- C-RAN separa os elementos de rádio em uma estação base em cabeças de rádio remotas (RRHs). Estas podem ser usadas no topo das torres de celular para uma cobertura de rádio mais eficiente. As RRHs devem ser conectadas a controladores centralizados de banda base através de links de rádio de fibra ou micro-ondas. A maioria do processamento de banda base usa servidores de caixa branca padrão.
- O Global System for Mobile Communications (GSM) RAN, ou GRAN, foi desenvolvido para 2G.
- GSM EDGE RAN, ou GERAN é semelhante ao GRAN, mas especifica a inclusão de Ambiente GSM de dados Aprimorados (EDGE, em inglês) nos pacotes de serviços de rádio.
- Universal Mobile Telecommunications System (UMTS) ou RAN terrestre, ou UTRAN, surgiu com o 3G.
- Evolved Universal Terrestrial RAN, ou E-UTRAN, faz parte do LTE.
A evolução da RAN
Redes celulares 1G foram lançadas em Tóquio em 1979, usando rádios analógicos e tecnologia sem fio. A primeira rede celular comercial nos EUA foi construída em 1983. Em 1991, uma rede 2G GSM digital foi lançada na Finlândia. Logo, redes celulares foram lançadas em todo o mundo, permitindo que as pessoas transferissem dados e enviassem mensagens de texto pela primeira vez.
Isso desencadeou uma divisão entre os padrões GSM e CDMA (Code-Division Multiple Access, acesso múltiplo de divisão de código). O padrão GSM foi desenvolvido pelo European Telecommunications Standards Institute e é utilizado em todo o mundo. A Qualcomm desenvolveu o CDMA, e os antecessores da Sprint e Verizon o usaram na América do Norte, bem como em partes da América do Sul, Japão e Coreia do Sul.
A NTT DoCoMo implantou comercialmente o 3G em 2001. UMTS é o padrão baseado em GSM para 3G, enquanto CDMA2000 foi um padrão rival. O acesso à internet móvel tornou-se possível com o 3G, que entregava uma velocidade de download de 6 megabits por segundo.
O serviço 4G LTE foi lançado pela primeira vez entre Oslo, Noruega e Estocolmo, em dezembro de 2009. Como mencionado anteriormente, o 4G LTE foi a primeira grande especificação de rede celular a usar IP para todos os pacotes de dados, incluindo voz. A partir de 2013, à medida que o verdadeiro 4G LTE Advanced foi implantado, mais conjuntos de antenas C-RAN e MIMO ficaram disponíveis.
O 5G NR começou a ser lançado no final de 2018 e continuou em 2019 e 2020. A maioria das redes 5G implantadas até o momento são redes RAN que usam uma rede central 4G para lidar com sessões de dados, embora redes 5G autônomas que funcionam sem uma base 4G estejam começando a chegar.
