5G: panorama e perspectivas do novo padrão de comunicação sem fio
A comunicação sem fio ou comunicação móvel é uma tecnologia essencial nos dias de hoje, porém, sua criação para telefonia móvel remete ao final da década de 70 com a introdução da primeira geração de comunicação sem fio, denominada de 1G, a qual permitia apenas serviços analógicos básicos de áudio.
A tecnologia evoluiu e passou pelo 2G a partir da década de 90, pelo 3G no início dos anos 2000, 4G em meados de 2009, até à aplicação prática inicial do 5G já em 2019. Cada nova geração de comunicação móvel traz avanços em relação às gerações anteriores, não apenas em capacidade de transmissão de dados, mas também em novas aplicações.
Em relação à tecnologia 3G, a rede 4G permitiu a introdução, por exemplo, de serviços de transporte e entregas por aplicativos, já a rede 5G permitirá a aplicação de máquinas autônomas em larga escala, por exemplo.
Instituições de padronização e padrões técnicos
Os setores beneficiados pelo 5G são diversos, incluindo a indústria automobilística, a de manufatura, a indústria médica e também os usuários de telefones celulares, contudo, a definição do que é 5G é ratificada por apenas algumas instituições, das quais as indústrias interessadas, normalmente empresas envolvidas em P&D da área de telecomunicações, também fazem parte como membros.
No geral, todas as tecnologias aplicadas em larga escala no mundo passam por instituições de padronização, as quais, além de definirem especificações técnicas para que ditas tecnologias funcionem num aspecto prático, definem também padrões técnicos que descrevem os requisitos mínimos para que uma determinada tecnologia seja considerada como tal.
Por exemplo, para que um dispositivo ou sistema seja considerado do padrão 5G, ele precisa cumprir algumas especificações técnicas, que incluem: taxa de dados pico de 20 Gbit/s, taxa de dados experimentada pelo usuário de 100 Mbit/s, latência na faixa de 1 ms, densidade de conexões de 1 milhão de dispositivos/km2, entre outras especificações.
A figura 1, extraída da recomendação ITU-R M.2083 de 2015, apresenta o avanço das especificações técnicas da tecnologia 5G (denominada IMT-2020) sobre a tecnologia 4G (denominada IMT-Advanced).
No setor de telecomunicações, em especial para a tecnologia 5G, basicamente três instituições se destacam: 3GPP (3rd Generation Partnership Project), ETSI (European Telecommunications Standards Institute) e ITU (International Telecommunication Union).
Em termos gerais, a 3GPP é a organização responsável pelo desenvolvimento das especificações técnicas do padrão 5G e possui parceria estreita com instituições regionais de padronização, as quais criam os padrões técnicos regionalmente, sendo estas comumente instituições governamentais, como o ETSI. Assim, o ETSI é que define primariamente as especificações necessárias para a adoção do novo padrão na região europeia, enquanto o 3GPP desenvolve de fato as especificações num âmbito de engenharia. Ambas as instituições trabalham em conjunto, e fazem parte de seus membros as principais empresas relacionadas ao setor de telecomunicações, as quais desenvolvem e/ou fabricam as tecnologias e equipamentos para o 5G, isto é, são players chaves para a pesquisa e desenvolvimento do setor.
Diferentemente do ETSI que é uma instituição regional, a ITU é o braço das Nações Unidas para o setor das telecomunicações e, com isso, é a instituição responsável por determinar e adotar os padrões técnicos em âmbito mundial. A ITU possui também parcerias com o 3GPP e com instituições regionais como o ETSI para que os padrões técnicos regionais e mundial sejam adotados em concordância.
Assim, o padrão técnico adotado pela ITU e considerado mundialmente como tecnologia 5G parte das especificações criadas pelo 3GPP e adotadas pelas instituições regionais, como o ETSI, sempre com participação constante e inseparável das empresas do setor. Na verdade, pode-se afirmar que os institutos são compostos basicamente pelas próprias empresas da área, além de outras partes interessadas, como universidades e diferentes organizações públicas e privadas pelo mundo.
Perspectivas da tecnologia de comunicação móvel
De todas as instituições que lidam com a padronização das tecnologias de telecomunicações, em especial o 5G, o ETSI é considerado o instituto mais relevante pois, dentre outras questões, os principais players do setor são seus membros. Ainda, todos os membros do instituto, como requisito de participação, precisam declarar publicamente suas patentes e pedidos de patentes relativos aos padrões técnicos em desenvolvimento.
Com isso, o ETSI é uma importante fonte de dados referentes à tecnologia 5G. O instituto publica anualmente relatórios com informações atualizadas do setor. O gráfico a seguir apresenta a distribuição de famílias de patentes declaradas pelos membros da instituição para cada geração de comunicação móvel desde 2002.
Como nota-se pelo gráfico acima, as famílias de patentes declaradas pelos depositantes a partir do final da primeira década do século são majoritariamente relacionadas às tecnologias 4G e 5G, enquanto as gerações anteriores passam a decrescer. A tecnologia 4G possui tendência de alta a partir de 2009, ano em que seu padrão técnico denominado LTE foi estabelecido. Nota-se também uma equiparação de declarações para as tecnologias 4G e 5G, o que se explica pelo fato de os membros do ETSI poderem declarar suas patentes para o instituto como sendo relevantes simultaneamente para mais de uma tecnologia, caso eles assim a considerem; percebe-se que tal equiparação termina a partir de 2016, pois em 2015 o ITU publicou quais seriam as primeiras especificações técnicas para o 5G através da recomendação ITU-R M.2083.
O gráfico também ilustra a tendência de alta da tecnologia 5G a partir de 2015, devido à definição de parâmetros pelo ITU. Assim, a partir de 2016, tendo os parâmetros estabelecidos, as empresas do setor puderam investir em pesquisa e desenvolvimento da tecnologia 5G com maior confiança e assertividade, como indica o gráfico. A partir de então, as declarações de patentes relevantes para o 5G aumentaram drasticamente até o ano de 2020.
Outro ponto de destaque é que, ao contrário do que se poderia imaginar, a tecnologia 4G não apresenta estagnação a partir da ascensão do 5G, mas o oposto, o 4G continua em evolução, como mostra o gráfico a partir de 2016. Tal fato é explicado basicamente por dois fatores. O primeiro fator é que o 5G passou a ser estudado pouco tempo após o estabelecimento do 4G. O primeiro relatório de estudo do ITU para o 5G data de 2012. O segundo fator é que as tecnologias móveis são aprimoradas constantemente com o passar dos anos, sendo o setor de telecomunicações um dos mais ativos em P&D e, portanto, com avanços mais rápidos.
A tecnologia 4G, por exemplo, evoluiu a partir de seu primeiro padrão denominado de LTE em meados da primeira década do século, para o chamado LTE-Advanced por volta de 2012 e, atualmente, continua em desenvolvimento com o chamado LTE-Advanced Pro, conhecido comercialmente como 4.5G. É interessante salientar que esta última evolução do 4G é trabalhada pelo 3GPP simultaneamente ao 5G, dividindo o mesmo conjunto de relatórios.
Adicionalmente e corroborando com o descrito acima, vale pontuar que a primeira fase de implementação do 5G engloba o designado 5G non-standalone (5G NSA), que faz uso de recursos do 4G. De fato, cerca de 90% das primeiras aplicações do 5G até 2021 são do tipo NSA. Tal procedimento é previsto pelos padrões técnicos adotados para o 5G e foi pensado para que a nova rede da tecnologia possa ser disponibilizada mais rapidamente, embora não alcance todo seu potencial, por utilizar infraestrutura do 4G.
A fim de confrontar os dados sobre as declarações de patentes pelos depositantes de acordo com as gerações de tecnologia móvel, vistos no primeiro gráfico e publicado pelo ETSI, foi feita uma busca na base de patentes Derwent Innovation, gerando um segundo gráfico.
Segundo estudo publicado pela Comissão Europeia, mais de 90% das patentes e pedidos de patentes declarados pelos depositantes para o ETSI compreendem apenas quatro códigos da classificação internacional de patentes (IPC), sendo as classificações H04B, H04J, H04L e H04W, todas referentes basicamente à área de telecomunicações e comunicação digital. Com isso, foi feita uma busca considerando apenas tais classificações de patentes, gerando os resultados a seguir.
O segundo gráfico ilustra a quantidade de famílias de patentes depositadas anualmente no mundo, considerando apenas os códigos IPC mencionados. A fim de se obter dados mais confiáveis para os depósitos, a busca foi limitada até o ano de 2019. Observa-se pela curva acima a mesma tendência vista através do primeiro gráfico. Considerando todo o período histórico de depósitos de patentes da área de telecomunicações de 2002 a 2019, nota-se um crescimento notável a partir de 2015, se tornando ainda maior a partir de 2017, de modo que em 2019 o valor supera e muito a média de todo o período histórico.
Tais anos são chaves para o 5G pois, como já mencionado, em 2015 o ITU definiu os parâmetros técnicos para a tecnologia, já em 2017 o 3GPP finalizou um dos três padrões técnicos adotados atualmente para o 5G. Com isso, as empresas do setor, que fazem parte dos grupos de estudo dos institutos, puderam investir com maior assertividade nos depósitos de patentes para a tecnologia, visto que os parâmetros daquele padrão técnico já estavam finalizados.
Um terceiro gráfico, ratificando os dois primeiros é visto a seguir.
Assim como é observado nos gráficos anteriores, o gráfico acima, de famílias de patentes relacionadas ao IPC de classe H04 e publicadas desde o início do século revela uma quantidade de publicações vertiginosa a partir de 2019. É possível constatar que a média de publicações da área era estável e abaixo de 20.000 famílias em todo o período histórico até 2016, tendo atingido tal marca apenas em 2017 e ultrapassado o valor de 100.000 famílias em 2020, um acréscimo súbito e extremamente alto.
Os picos elevados recentes vistos nos gráficos, em contraste com uma média mais baixa vista em todo o período histórico são impactantes, contudo, fazem sentido visto o desenvolvimento recente do setor de telecomunicações, em especial com a tecnologia 5G. Os gráficos reforçam os principais anos de pesquisa e desenvolvimento da tecnologia 5G, mostrando que os investimentos do setor se alavancaram a partir de 2015 com a definição dos parâmetros pelo ITU, seguindo em ascensão em 2017 com a finalização de um dos padrões do 3GPP e chegando ao pico em 2020, ano em que a ITU anunciou por fim os três padrões técnicos a serem adotados para a tecnologia 5G, sendo dois padrões apresentados pelo 3GPP e denominados de 5G-SRIT e 5G-RIT, além de um terceiro padrão denominado 5Gi e apresentado pelo instituto TSDSI (Telecommunications Standards Development Society, India), instituto o qual também possui parceria com o 3GPP.
Portanto, a perspectiva a curto e médio prazo tanto para o 4G quanto para o 5G é que as tecnologias ainda continuem em ascensão simultânea, com maior ênfase para a tecnologia 5G, principalmente a médio prazo. Como destacado anteriormente, as primeiras redes 5G aplicadas ainda são do tipo NSA, o que indica que ainda há campo vasto para o desenvolvimento e aplicação da tecnologia. Ademais, assim como ainda ocorre com o 4G, bem como ocorreu com todas as gerações anteriores, é praticamente certo que ocorrerão melhorias para a tecnologia 5G nos próximos anos, com adoção de novos parâmetros e, consequentemente, com mais investimento em pesquisa e desenvolvimento.
Maiores players mundiais da tecnologia 5G
Conforme citado, as principais empresas envolvidas em pesquisa e desenvolvimento da tecnologia 5G são membros dos institutos referenciados, de modo que o próprio P&D da tecnologia passa pelos estudos, reuniões e acordos entre tais empresas, feitos normalmente no âmbito dos institutos.
O gráfico a seguir, obtido através da base Derwent Innovation e considerando ainda a classe IPC H04 apresenta os principais players mundiais do setor de telecomunicações.
Os dados foram limitados a partir de 2015, pois tal recorte indica com maior fidelidade os principais avanços da área de telecomunicações, em especial com relação ao 5G, conforme corroboram os gráficos e informações anteriores. Assim, o quarto gráfico apresenta a quantidade de famílias de patentes depositadas pelas empresas do setor de telecomunicações entre 2015 e 2020.
A legenda apresenta os 15 principais players, contabilizando-os em ordem decrescente de acordo com a maior quantidade de depósitos, considerando o período total dos seis anos analisados. Portanto, observa-se que, neste recorte de seis anos, os 5 principais players de telecomunicações são, nesta ordem, a Huawei, a Qualcomm, a Ericsson, a Samsung e a LG.
Porém, se analisarmos os dois últimos anos, vemos algumas variações interessantes. Primeiro, observa-se que, diferentemente dos anos anteriores onde havia uma equiparação de depósitos entre os players, em 2019 e 2020 os depósitos das principais empresas além de crescerem consideravelmente, também se tornam discrepantes entre si. Por exemplo, percebe-se um aumento da distância entre a Huawei e as principais empresas subsequentes, e também destas para as demais.
Nota-se também que a única empresa com decréscimo notável em depósitos em 2020, na área de telecomunicações, foi a IBM, que é sexta colocada no geral. Em contraste, observa-se um aumento de depósitos pela chinesa ZTE, sendo 2020 seu melhor ano com 1305 famílias de patentes, ocupando a sexta posição daquele ano.
Das 15 empresas observadas no gráfico, todas são membros do ETSI e algumas também de outras instituições ligadas ao 3GPP. As mesmas empresas podem ter diferentes membros individuais nos institutos, tendo diferentes filiais e subsidiárias como membros.
Com isso, dos 15 maiores players observados no gráfico, os 3 que mais possuem membros individuais ligados ao 3GPP são a Qualcomm com 16 membros, a Intel com 15 e a Samsung e Nokia empatando em terceiro com 14; a destacar, a Huawei, principal depositante do setor, aparece em quatro com 12 membros. Já as empresas com menos membros são a Sony com 3, e a Microsoft e IBM com apenas 1 membro cada.
Com dados a partir de estudos publicados pela IPlytics em fevereiro de 2021, os próximos dois gráficos apresentam um panorama da importância dos principais players no desenvolvimento da tecnologia 5G.
O gráfico acima mostra os 15 players com as maiores taxas de famílias de patentes da tecnologia 5G declaradas para o ETSI. Assim como lideram nos depósitos de patentes mundiais do setor de telecomunicações, a Huawei e a Qualcomm, respectivamente, lideram na participação das famílias de suas patentes para o 5G. Percebe-se que a ZTE toma a terceira posição do gráfico, se equiparando a Samsung e Nokia nas posições subsequentes.
Se somarmos as participações das 15 empresas listadas no gráfico acima, chegamos a mais de 90% de famílias de patentes declaradas para o 5G, ou seja, apenas 15 players representam a grande maioria dos envolvidos em P&D da tecnologia 5G. Vale destacar que os cerca de 10% que completam as declarações se estendem mais largamente, de modo que a participação total de empresas envolvidas em pesquisa e desenvolvimento do 5G chega a cerca 100 empresas.
O gráfico acima fornece uma boa base para indicar quais são os principais players mundiais envolvidos em P&D da tecnologia 5G, contudo, é preciso destacar que ele se baseia nas declarações feitas pelas próprias empresas, de modo que as taxas reais podem ser susceptíveis a certa variação.
Já o sexto gráfico, apresentado a seguir, pode ser considerado ainda mais fidedigno com relação à eficiência das empresas para o P&D do 5G, pois o gráfico mostra os players com as maiores taxas de contribuições técnicas para o desenvolvimento da tecnologia 5G, incluindo a taxa de aprovação de suas contribuições.
Observa-se um destaque de 3 empresas que mais contribuem tecnicamente para a tecnologia 5G, sendo respectivamente a Huawei, a Ericsson e a Nokia, de modo que as três empresas, além de terem as maiores taxas de contribuição, têm também as maiores taxas de aprovação pelo 3GPP, sendo as aprovações até mesmo maiores. Somando apenas as contribuições aprovadas, constata-se que as 3 líderes detêm mais de 55% de todas as contribuições aceitas para os padrões técnicos da tecnologia 5G desenvolvidos no 3GPP, sendo um número bastante alto e que mostra que tais empresas possuem grande eficiência em P&D da tecnologia, determinando fortemente a padronização do 5G.
Destacam-se também nas posições seguintes, respectivamente, a Samsung, a Qualcomm e a ZTE, sendo as únicas empresas restantes a ultrapassarem a taxa de 5% de contribuições e aprovações. Contudo, no gráfico com as 15 principais empresas, é possível observar que diversas outras também são relevantes.
5G no Brasil e seus principais players
No final do mês de setembro de 2021, a Anatel, Agência Nacional de Telecomunicações, aprovou a versão final do edital para o leilão da tecnologia 5G, preparando o país para a adoção da tecnologia. O leilão do 5G, realizado no início de novembro, arrecadou mais de 47 bilhões de reais, ofertando para as empresas interessadas quatro faixas de frequência (700 MHz, 2,3 GHz, 3,5 GHz e 26 GHz), de modo que, em contrapartida, as empresas terão que cumprir diversas exigências, como por exemplo disponibilizar o 5G em todas as capitais do país até julho de 2022, o que pode ser considerado como um grande desafio, dado o curto período de tempo. Outras contrapartidas envolvem a disponibilização do 4G para 31 mil quilômetros de rodovias do país, disponibilizar pelo menos a rede 4G em 95% da área urbana dos municípios com menos de 30 mil habitantes que não tenham cobertura atualmente, disponibilizar internet às escolas públicas de educação básica, além da requisitada construção de uma rede privativa de comunicação para a administração federal.
As empresas participantes e vencedoras do leilão do 5G se referem a operadoras de telefonia, como Claro, Tim e Vivo em âmbito nacional, além de operadoras regionais como a Algar Telecom, Cloud2U, Sercomtel, entre outras. As operadoras de telefonia serão responsáveis pela distribuição dos sinais da tecnologia 5G, contudo, as operadoras não fazem parte do grupo de empresas responsáveis pelo P&D da tecnologia, vistas anteriormente. Os principais players da tecnologia 5G no território brasileiro, em âmbito de P&D, são a Huawei, a Qualcomm, a Ericsson e a Nokia, as quais são fornecedoras dos equipamentos para as operadoras de telefonia, em que cada empresa fornecedora toma parte necessária para a implementação da tecnologia, seja com infraestrutura para a distribuição de sinal, como as antenas e estações rádio base ou com tecnologia envolvida nos smartphones, como chips.
Para dar uma visão mais ampla dos players envolvidos com a tecnologia 5G no Brasil, foi coletada uma amostra de 815 famílias de patentes com extensões para o território brasileiro a partir das declarações de patentes feitas pelas empresas para o ETSI, entre os anos de 2017 e 2019. A grande maioria das famílias de patentes foram declaradas como relevantes para os padrões do 5G, e o gráfico a seguir apresenta as 10 principais empresas considerando a amostra selecionada.
Na amostra selecionada, o gráfico apresenta um domínio da Qualcomm, com quase 450 patentes ou pedidos de patentes estendidos para o território brasileiro, sendo seguido pela Huawei, com quase 150. A supremacia da Qualcomm se explica pelo fato de a empresa ser a maior depositante de patentes do Brasil no século. Destaca-se também que as principais empresas reconhecidas como atuantes com a tecnologia 5G no Brasil constam na amostra, com a Ericsson em quarto lugar e a Nokia na décima posição.
A empresa MediaTek também se destaca, aparecendo na terceira posição da amostragem; observando o gráfico de contribuições para o 5G apresentado anteriormente, a empresa ocupa o 11° lugar. Numa pesquisa rápida, é possível descobrir que em 2020 a MediaTek ampliou seu espaço no território brasileiro no quesito de chips de smartphones, ocupando a segunda posição, ficando apenas atrás da Qualcomm. Além disso, já em 2021, a empresa se tornou a líder global no mercado de chips para smartphones, tendo lançado seu primeiro chip 5G no Brasil, o que ratifica sua posição de importância para a tecnologia 5G no território brasileiro.
Portanto, como não poderia ser diferente, os principais players da tecnologia 5G no Brasil compreendem seguramente os mesmos em nível mundial, tendo maior relevância para a infraestrutura do 5G no Brasil as empresas Huawei, Ericsson e Nokia, além de existir ainda uma tendência de maior participação de empresas asiáticas. Dessa forma, as operadoras de telefonia vencedoras do leilão do 5G contarão com o fornecimento de tecnologia das principais empresas envolvidas na pesquisa e desenvolvimento do 5G em âmbito mundial.
