O que é a tecnologia 4G e como ela se aplica à Internet das Coisas?

A tecnologia 4G é a quarta geração de redes celulares que oferece taxas de dados mais rápidas, menor latência e uso mais eficiente das frequências de rádio. Existem dois ramos principais do 4G: LTE (Long Term Evolution) e WiMax.

Quais são as principais características do 4G?

As redes 4G são baseadas no padrão ITU chamado International Mobile Telecommunications-Advanced (IMT-Advanced). Este padrão especifica velocidades de download de até 100 Mbps em veículos em movimento rápido e até 1 Gbps quando os usuários estão parados ou caminhando, com velocidades de upload de até 50 Mbps. Essas velocidades são significativamente mais rápidas do que as oferecidas pelas redes 3G. As redes 4G foram projetadas especificamente para lidar com um maior volume de dispositivos celulares e atender a atividades intensivas em dados, como streaming de vídeo em alta definição. Para atingir isso, o 4G incorporou tecnologias de telecomunicações não utilizadas nas gerações anteriores.

Componentes da tecnologia 4G

A tecnologia 4G emprega uma combinação de recursos avançados e protocolos para facilitar a comunicação eficiente entre os dispositivos IoT e a infraestrutura de rede. Aqui está uma visão geral dos principais componentes e mecanismos envolvidos:

  • Rede de Acesso Rádio (RAN): A Rede de Acesso Rádio atua como intermediária entre os dispositivos IoT e a rede central. Ela é composta por estações base, antenas e outros equipamentos responsáveis pela transmissão e recepção de sinais sem fio.

  • LTE (Long Term Evolution): LTE é o padrão principal usado nas redes 4G, oferecendo taxas de dados aprimoradas, maior eficiência espectral e menor latência. Dispositivos IoT equipados com recursos LTE podem se conectar perfeitamente à infraestrutura LTE, garantindo transmissão de dados rápida e confiável.

Especificações Técnicas do 4G na IoT

  • Velocidades de Transferência de Dados de Pico. As redes 4G, conforme os padrões da União Internacional de Telecomunicações (UIT), podem oferecer velocidades de download de até 100 Mbps em veículos em movimento rápido e 1 Gbps quando os usuários estão parados ou caminhando. Isso possibilita a transmissão eficiente de dados em tempo real em cenários de IoT.

  • Redução de Latência. O 4G reduz significativamente a latência em comparação com as gerações anteriores. Com latências tão baixas quanto alguns milissegundos, os dispositivos IoT podem trocar dados rapidamente com plataformas em nuvem, permitindo tempos de resposta quase instantâneos para aplicações críticas.

  • Capacidade da Rede. As redes 4G oferecem maior capacidade de rede, permitindo um número maior de dispositivos conectados por unidade de área. Essa escalabilidade é crucial para implantações de IoT, onde um grande número de dispositivos precisa se conectar simultaneamente. 

Tipos de redes Baseadas em 4G LTE na IoT

  • LTE-M (Long Term Evolution for Machines). O LTE-M é uma variante do 4G projetada especificamente para aplicações de IoT. Ele prioriza a eficiência energética, a vida útil prolongada da bateria e uma cobertura aprimorada, tornando-o adequado para dispositivos IoT de baixo consumo de energia que exigem operação de longo prazo sem recarga frequente.

  • LTE-Cat 1 (Categoria 1). O LTE-Cat 1 é outra classificação dentro do 4G que equilibra velocidade de dados e consumo de energia. Ele oferece taxas de dados mais altas em comparação com o LTE-M, mantendo a eficiência energética. O LTE-Cat 1 é adequado para aplicações IoT que exigem throughput de dados moderado a alto. As redes LTE Cat-1 oferecem altas capacidades de transmissão de dados, incluindo throughput de transmissão de dados de até 10 Mbps.

  • NB-IoT (LTE Cat-NB). O NB-IoT, ou LTE Cat-NB, opera com velocidades típicas de download de 0,07 Mbps e upload de 0,03 Mbps. Apresenta uma taxa de latência relativamente mais alta, superior a 1,6 segundos, tornando-o mais adequado para aplicações que envolvem transmissões de dados intermitentes e pequenas, onde a latência não é um fator crítico. O NB-IoT se destaca na densidade de conexões, oferecendo suporte a longas distâncias e forte penetração de sinal, tornando-o ideal para uso interno e projetos IoT que abrangem grandes distâncias. Casos de uso populares para NB-IoT incluem medidores inteligentes de utilidades, tecnologia para casas inteligentes e sistemas de monitoramento industrial e agrícola.

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