Universidade de Sao Paulo

Escola de Engenharia de Lorena

A evolucao das tecnologias detransferencia de dados e o seu

oceano de aplicacoes

GrupoJoao F. Pierdona AntoniolliHenrique J. A. Silva Campos

Paulo Vitor Passos FreitasRafaela Marton

Raul Klemm de SouzaVictor Henrique M. Savanini

2021

1 Introducao

O 5G consiste na evolucao da tecnologia de banda larga sem fio, sendoo passo seguinte na geracao do 3G e 4G. Enquanto a rede 4G, que e usadaatualmente, entrega uma velocidade de conexao de cerca de 33 Mbps, atecnologia 5G pode chegar a 20 vezes mais velocidade, superando a marcade 1 Gbps. [1]

Ha tecnologias prontas na area da medicina, realidade virtual, carrosautonomos que ja estao aguardando para que se tornem possıveis, ao passoque muitas tecnologias ja estao se desenvolvendo para chegada da rede 5G.[1]

A nova geracao de transmissao de dados ira inovar a maneira de comu-nicacao entre os dispositivos e sera evidenciada no conceito da Internet dascoisas (Internet of Things - IoT ) que e definido como a conexao de objetosfısicos com a internet de forma que os itens do dia a dia sejam capazes decoletar e transmitir dados. Nenhuma das redes de tecnologia se compara atecnologia 5G, ela e inteiramente projetada para conectar praticamente tudoe todos, celulares, computadores, veıculos, maquinario industrial etc. A rede4G conectou as pessoas, ja a rede 5G conectara a sociedade.[1]

A grande diferenca entre as duas redes (4G e 5G) e o tempo de resposta,definido como o tempo que passa entre uma acao de determinado usuarioe resposta resultante. Uma caracterıstica muito importante das redes 5G ea baixa latencia, ja que ela proporciona uma experiencia unica, dado queo perıodo de transmissao dos dados e muito baixo. Espera-se que as redessem fio 5G transformem uma serie de setores, incluindo educacao online, telesaude, trabalho remoto, transmissao ao vivo e comercio eletronico.[1]

Assim, nesse trabalho, propoe-se mostrar os conceitos teoricos por trasda tecnologia, estrutura para implementacao, como a rede 5G vai impactarnas interacoes com as tecnologias e quais o desafios da rede 5G no Brasil.Pode-se notar que a fısica por tras da 5G nao e algo muito complexo, aocontrario de sua implementacao, que impoe alguns desafios importantes emalgumas areas. Tambem foram destacadas as possıveis novas tecnologias queas redes 5G podem proporcionar e como esses avancos podem revolucionar aforma que conhecemos a sociedade atualmente.

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2 Revisao bibliografica

Para comecar a compreender como funciona a tecnologia 5G, e impres-cindıvel conhecer o funcionamento das redes moveis digitais atuais. Por redemovel digital, pode-se citar desde a rede 2G (evoluindo para a 3G e 4G emseguida), que foi a primeira com largura de banda suficiente para transmissaode dados via mensagem e, em seguida, para o acesso a internet movel, ja noprimeiro iphone. Alem disso, precisa-se conhecer o espectro eletromagneticoe algumas interacoes possıveis entre radiacoes e atomos. [2]

O princıpio fısico que permite a existencia de tecnologias como as redesmoveis, sao as ondas eletromagneticas. Essas ondas sao divididas em nıveisde comprimento e frequencia, que chamamos de faixa, onde um determinadointervalo de frequencia e compreendido. Nesse trabalho, sera referenciadaapenas uma das duas grandezas, ou comprimento de onda ou frequencia,visto que essas sao inversas umas as outras, segunda a equacao:

f =1

λ. (1)

O espectro eletromagnetico contempla todas as faixas de frequencia dasondas eletromagneticas, e pode ser visto na figura 1.

Figura 1: Representacao do espectro eletromagnetico completo, comfreqencia e comprimento de onda.

Fonte: Souto, 2018

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O espectro eletromagnetico representa desde as frequencias de radio ateos raios gama. Quando se trata de comunicacoes, como sistemas de Wi-Fi,radios, televisoes e etc, a frequencia das ondas sempre se da na faixa das ondasde radios ou microondas. A tecnologia 5G funciona de uma forma levementediferente das suas tecnologias precedentes: ela e separada em tres faixas defrequencia, ao inves de apenas uma, permitindo uma grande versatilidade.Essas faixas sao divididas entre baixa, media e alta frequencia, com bandasde menos de 1GHz, entre 1 e 10 GHz e acima de 26GHz.[3]

As bandas com frequencias maiores (tambem chamadas de milimeter wa-ves, e ja dentro da faixa de microondas) permitem uma conectividade comuma velocidade de ate 100Gbits, mais de 100x maior do que as velocidadesatingidas pelas redes 4G mais recentes (LTE - Long Term Evolution, que pi-oriza o o trafego de dados e nao de voz, como tecnologias anteiores). [5]. Noentanto, como sao frequencias maiores, tem um alcance tambem muito me-nor, devido ao comprimento de onda. Com isso, sao necessarias mini celulasde repeticao de sinal, parecidas com as grandes antenas de todas as redesmoveis ate hoje, para permitir uma conectividade em grande escala. Issogera um problema logıstico e economico, dificultando a implantacao da 5Gnessa faixa de frequencia, ao menos em grande escala. [2]

Ja as redes 5G com frequencia media possuem um equilıbrio entre veloci-dade e qualidade de sinal, permitindo navegacoes acima dos 500MBits/segundo.Por fim, as redes 5G com baixa frequencia se assemelham muito as redes 4GLTE, que sao amplamente usadas e conhecidas ao redor do mundo. [3]

As maiores frequencias de rede usadas pela 5G ja foram tema de discussaosobre possıvel perigo para a saude humana que essas radiacoes representam.Para desmistificar esse topico, precisa-se compreender basicamente as in-teracoes entre radiacoes e atomos. Ao todo, sao 3 tipos de iteracoes: reflexao,absorcao e transmissao. A primeira acontece quando o comprimento de ondada radiacao nao e “compatıvel” com os nıveis de energia dos eletrons nosatomos e, com isso, a radiacao e refletida. A transmissao e aquela radiacaoque possui o comprimento de onda certo para ser absorvido pelos eletrons,mas nao possui a energia necessaria para ionizar um atomo e, por isso, geraapenas um efeito termico, aumentando a energia do atomo. [6]

Ja a absorcao, e quando o comprimento de onda e o certo para gerarinteracao e a energia e suficiente para interagir com os eletrons no atomo eionizar o atomo. Essa tipo de radiacao e a perigosa para os seres vivos, emespecial, nesse caso, para os seres humanos. No entanto, a radiacao de maiorfrequencia das redes 5G nao possuem a energia necessaria para ionizar um

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atomo. Isso pode ser provado pegando o exemplo do Cesio (Cs), o elementoquımico com menor energia de ionizacao. [7, 6]

Usando a equacao 2, que demonstra a quantizacao de energia, pode-semostrar que a energia de ionizacao da rede 5G e muito menor do que anecessaria para ionizar um atomo dentro de uma celula humana. Por contadisso, o maior efeito sentido pelas pessoas e um aquecimento, que pode sercalculado usando a equacao 3. Usando a equacao 3 e estimando uma potenciade 50 W para o aparelho movel e uma distancia de 5 metros, numa frente deonda esferica, obtem-se um valor de 0,16 W, aproximadamente 6000 vezesmenor que a intensidade da luz do sol. [8, 9, 6]

E = hf (2)

I =P

A(3)

As tecnologias subsequentes, como a 3G, 4G e 4G LTE, seguiram essalinha iniciada pela 2G, mas fornecendo uma maior velocidade de conexaopara os usuarios, visto que mais bandas de frequencias foram disponibilizadaspara cada uma das tecnologias.[10, 11]

As redes moveis precisam de relativamente poucos elementos (buildingblocks) para serem funcionais da maneira que as conhecemos hoje. No en-tanto, apesar de poucos em quantidade, possuem diversas caracterısticas im-portantes. [11]

Primeiramente, sao necessarias varias bases de dados para poder receberos dados, sejam eles de ligacoes, mensagens ou acessos a internet. Essas ba-ses sao fixas e devem ter uma capacidade de processamento de dados grande,visto que sao o centro de toda a cadeia de transmissao de dados. Em seguida,precisa-se dos cabos e torres para transmissao. Essas duas partes se com-plementam, juntamente com os centros de transmissao, visto que os cabosconectam as torres as bases. [11]

Quando ocorre uma ligacao ou qualquer outra transmissao de dados, oprocesso e o seguinte: o sinal da chamada ou mensagem por exemplo esta emdeterminado espectro, que vai ate a torre, visto que as ondas de radio temotimo alcance; na torre, onde estao posicionados os transmissores e receptores(unidades de tecnologia), esse sinal e passado para os cabos, que levam ainformacao ate a central. Nesse ponto, o processo se inverte, a central passaa informacao pelos cabos de transmissao, que levam novamente ate a torre e,

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com as unidades de tecnologia, transformam o sinal do cabo em um sinal dafrequencia que ocorre a transmissao de dados, onde os receptores do aparelhomovel da outra pessoa recebe a informacao.[11]

2.1 A importancia polıtica e economica do 5G no Mundo

Com o advento da tecnologia 5G, iniciou-se uma disputa pela liderancadesse novo mercado, encabecada pelos Estados Unidos e pela China, alastrando-se para outros paıses na Europa, Asia e Oceania. [12]

Os Estados Unidos, no momento sob presidencia de Donald Trump, pro-mulgaram uma lei proibindo americanos de investirem em diversas empresaschinesas, com a justificativa de que o governo chines utilizaria a nova tecno-logia para roubar dados dos usuarios e espionar os Estados Unidos. Desdeentao, paıses como Japao, Australia, e alguns paıses europeus bloquearam to-tal ou parcialmente a implementacao da tecnologia 5G por meio de empresaschinesas.[12]

Outro fator importante impactado pelo advento da nova tecnologia e nosetor de inteligencia dos governos, a crescente dominancia da empresa Hu-awei poderia significar uma ameaca a dominancia internacional dos EstadosUnidos nesse setor, isso motivou a Agencia Nacional de Seguranca (NSA) ainvadir os servidores da empresa e obter falhas e vulnerabilidades no sistemade seguranca do aparelho, permitindo a agencia a monitorar seus usuarios,de acordo com documentos da propria agencia, vazados em 2013 por EdwardSnowden; agora, com o advento do 5G, a questao da privacidade e segurancase tornou ainda mais sensıvel, sendo o principal motivador do do bloqueiodos EUA contra tecnologia 5G de empresas chinesas. [13]

Por fim, o 5G impacta o setor economico, que alem de gerar lucros sig-nificativos para a empresa que provem os servicos para a maior parcela dosusuarios, existe tambem o fator do mercado de patentes; para criar um pa-norama, Huawei gastou cerca de 6 bilhoes de dolares em royalties desde 2001para empresas americanas para utilizacao da tecnologia de internet movel.Para o 5G, porem a empresa chinesa possui o maior portfolio de patentespara o desenvolvimento da nova tecnologia, o que, por si so, ja pode gerarum prejuızo de bilhoes para empresas americanas. [13]

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2.2 Implementacao da tecnologia 5G no Brasil

Fabio Faria, ministro das comunicacoes, prometeu que a tecnologia 5Gseria instalada em ate 20 pontos diferentes no paıs ate julho de 2022, alemdisso, o edital onde discutia-se a implementacao do 5G no Brasil foi aprovadopela Anatel em 25 de fevereiro de 2021. [14]

O edital, referente ao leilao das redes, determinou que cada agencia ven-cedora do leilao, ministrado pela Anatel, tera exigencias a cumprir, de acordocom a faixa de radiofrequencia leiloada e cidades onde as redes serao insta-ladas. Primeiramente, de acordo com a populacao dos municıpios, o editalpreve que as operadoras implementem a rede 5G ate 2025, para cidades commais de 500 mil habitantes; 2026, com mais de 200 mil; e 2027, para cidadescom mais de 100 mil habitantes. [15]

Por fim, os requisitos exigidos de acordo com a radiofrequencia determinaque, para redes de 700 MHz, a operadora devera instalar antenas em todasas cidades e estradas determinadas pelo Ministerio das Comunicacoes ate2025; para 2,3 GHz a operadora devera “oferecer no mınimo a tecnologia4G para 95% da area urbana de municıpios sem acesso ao 4G e que tenhammenos de 30 mil habitantes”; por fim, para a rede de 3,5 GHz, a operadoradevera cumprir uma serie de condicoes, devido a qualidade da rede paraa propagacao do 5G no Brasil. Dentre as condicoes, estao a instalacao deantenas em cidades com 30 mil habitantes ou mais ate 2029, e expandir ouso de fibra optica no paıs por meio da construcao de um backhaul (ligacaoentre as redes perifericas e o nucleo da rede) nas cidades determinadas peloministerio ate 2025. [15]

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3 Metodologia/Materiais e metodos

Para a confeccao de uma pesquisa a respeito de um tema que abrangetanto como a introducao do 5G no Brasil, e necessario utilizar todos os meiospossıveis de informacoes, ou seja, livros, vıdeos, trabalhos academicos, profis-sionais da area, opiniao publica e outros. Agora com todas essas informacoesdisponıveis e necessario focar nos pontos de maior interesse e impacto. Essespontos podem nao se mostram apenas atraves das mıdias mais difundidas,por isso e muito importante consultar a opiniao de um profissional que es-teve perto desta implantacao em outros paıses, para que esta pesquisa tenhao maior aproveitamento possıvel.

Muito do que pode ser inferido a respeito da implantacao do 5G no Bra-sil tem origem especulativa, pois essa implantacao ocorrera em um futuroproximo, portanto e importante que ocorra o comparativo com as nacoesque ja introduziram essa tecnologia, e que nao comparemos informacoes ape-nas com a situacao do Brasil, mas tambem entre as outras nacoes para quepossamos filtrar as peculiaridades de cada grupo.

Em nosso trabalho abordaremos a apresentacao de dois colaboradores.Fora um aprofundamento mais conceitual, jurıdico e de aplicacoes. O nossoprimeiro colaborador e o Luıs Fernando Marton, que atua na IBM da RepublicaTcheca , como gerente de projetos possuindo um bom contato com a tecnolo-gia 5G. Em sua apresentacao ele nos trara uma visao geral da tecnologia 5G.Para isso, temos como base as seguintes perguntas para discussao, que acre-ditamos ser de grande valor para este seminario. As perguntas apresentadasserao:

• 1. Qual a diferenca entre a rede 4G e 5G ?

• 2. O que voce acha sobre as futuras aplicacoes com o 5G?

• 3. Como esta sendo o surgimento das novas tecnologias para imple-mentar a rede 5G?

• 4. Teve uma empresa ou paıs que teve uma influencia maior nessaimplementacao?

• 5. A tecnologia 5G pode afetar negativamente a saude humana?

• 6. O que voce acha que ira mudar na sociedade (seguranca de dados)tendo em vista que a maioria das coisas estarao conectadas a rede 5G?

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O nosso segundo colaborador e o Addison Tanikawa, responsavel pela areade Processos e Automacao de uma das 4 fabricas da Ericsson no mundo, ade Sao Jose dos Campos. Vemos como interessante, trazer partes de umaapresentacao feita em uma visita online a Ericcsson de Sao Jose dos Camposem abril de 2021, em que alguns integrantes do grupo participaram.

Nesta apresentacao sera abordado o processo de producao das placas decircuito impresso, no caso a tecnologia utilizada e a Surface-Mount Techno-logy (SMT), com duas linhas voltadas ao same machine layout e 1 voltadapara placas 5G. Ele tambem traz o exemplo de uma placa, a quantidade eo tamanho dos componentes acoplados a ela, e a demanda das novas placasfabricadas para tecnologia 5G. Nesse contexto sera dado um overview da li-nha de producao dessas placas com um breve comentario sobre modulos deproducao e CSS (Costumer Specific Solution).

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4 Resultados esperados

“O 5G esta relacionado diretamente com inovacao. Se analisarmos oGlobal Innovation Index de 2020, veremos que os dez paıses mais bem po-sicionados no ranking de inovacao sao tambem os dez maiores em adocaoda tecnologia 5G: Suıca, Suecia, Estados Unidos, Reino Unido, Holanda,Dinamarca, Finlandia, Cingapura, Alemanha e Coreia do Sul. Isso nao ecoincidencia”. Essa frase de Eduardo Ricotta que e presidente da Ericssonpara o Cone Sul da America Latina, que ilustra o potencial de crescimentodo Brasil com a implementacao do 5G. [16]

No geral os servicos e aplicacoes com o 5G se dividem em tres grandes gru-pos, de acordo com seus requisitos de desempenho: eMBB (enhanced MobileBroadband ou Banda Larga Movel Melhorada), MIoT (Massive Internet ofThings, Internet das Coisas Massiva), e URLLC (Ultra Reliable Low LatencyCommunications, Comunicacoes Ultra confiavel de Baixa Latencia).[17]

O eMBB esta associado a aplicacoes como realidade virtual ou vıdeo emultra alta definicao (UHD), o que demanda uma alta taxa de transferencia euma boa cobertura de servicos

O MIoT dependem esta associado a uma grande quantidade de dispositosem pequenas areas, como o monitoramento de saude ou cidades inteligentes.

O URLLC sao aqueles mais rigorosos em termo de seguranca, latencia econfiabilidade, nesse sao enquadrados os equipamentos de cirurgia remota ecomunicacao entre veıculos.

Na figura 2 temos uma representacao de algumas aplicacoes associandoseus requisitos de desempenho (eMBB, MIoT e URLLC), considerando otipo de interacao: ”entre pessoas”, ”entre maquinas”ou ”entre pessoas emaquinas”.

Espera-se que a proxima geracao de Internet 5G crie uma sociedade to-talmente conectada, que trara profundas mudancas socioeconomicas, carac-terizadas pela produtividade, flexibilidade, eficiencia e o bem-estar geral daspessoas e comunidades. Espera-se que as tecnologias de proxima geracao re-modelem mercados verticais inteiros, como automoveis, energia, alimentos eagricultura, municıpios, governos, saude, manufatura, transporte, etc. Valeressaltar uma pesquisa realizada pela Ericsson que traz os principais casosde uso do consumidor, relacionando as principais areas de interesse. Comopode ser visto na figura 3.

Com as entrevistas aplicadas neste trabalho, espera-se obter uma visaomais proxima da realidade de como estao as implementacoes ao redor do

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Figura 2: Requisitos e tipos de interacao para aplicacoes do 5G

Fonte: Otero, 2019

mundo partindo de expecialistas na area. Com suas opnioes teremos umabase maior para explicacoes e os conceitos aplicados, desde a seguranca aaplicabilidade do 5G no mundo.

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Figura 3: Os casos de uso do consumidor, relacionando as principais areasde interesse

Fonte: Cossetti, 2019

5 Conclusao

Assim, e possıvel concluir que o 5G e uma ferramenta revolucionariaque trara diversas mudancas a vida de todos com acesso, trazendo muitaspossibilidades para sua aplicacao devido sua resposta rapida e sua imensatransmissao de dados.

Tambem podemos ver que devido ao grande nıvel de tecnologia necessarioe aos custos relacionados a sua implementacao, a tecnologia 5G levara bas-tante tempo para atingir a populacao geral (principalmente no Brasil).

E possıvel perceber tambem que a tecnologia 5G e uma area de interesseglobal no setor de tecnologia e telecomunicacoes, trazendo a tona disputaspelo seu controle ao redor do mundo devido ao seu impacto no setor deinteligencia e economico dos paıses, como esta sendo visto pela disputa entreEstados Unidos e China para obter novas areas de influencia em paıses daEuropa, Asia e America Latina.

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6 Bibliografia

Referencias

[1] OLIVEIRA, Rafael Souza. Confiabilidade de conexao en-tre dispositivos aplicado ao 5G, mar./2017.Disponıvel em:https://www.monografias.ufop.br/bitstream/35400000/627/1/MONOGRAFIA ConfiabilidadeConex%C3%A3oDispositivos.pdf. Acesso em :13/06/2021 1

[2] VERGE, The. How 5G works: the pros and cons. Disponıvel em:https://www.youtube.com/watch?v=9j8G 4FocrAt=525s. Acesso em:14 jun. 2021. 2, 3

[3] GSMA. 5G Spectrum. Disponıvel em:https://www.gsma.com/spectrum/wp-content/uploads/2021/04/5G-Spectrum-Positions.pdf. Acesso em: 18 jun. 2021. 3

[4] SOUTO, Ana Lucia. O espectro eletromagnetico. Disponıvel em:https://pt.khanacademy.org/science/9-ano/materia-e-energia-as-ondas/ondas-eletromagneticas/a/o-espectro-eletromagnetico. Acessoem: 17 jun. 2021

[5] BRAGA, Lucas. 4G/LTE: saiba como o 4G funciona. Disponıvel em:https://tecnoblog.net/88088/lte-4g-como-funciona/. Acesso em: 17 jun.2021. 3

[6] KARIPIDIS, Ken et.al. 5G mobile networks and health—a state-of-the-science review of the research into low-level RF fieldsabove 6 GHz. Journal Of Exposure Science Environmental Epi-demiology, 16 mar. 2021. Springer Science and Business MediaLLC. http://dx.doi.org/10.1038/s41370-021-00297-6. Disponıvel em:https://www.nature.com/articles/s41370-021-00297-6.pdf. Acesso em:15 jun. 2021. 3, 4

[7] FOGACA, Jennifer Rocha Vargas. Energia de ionizacao. Disponıvelem: https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/energia-ionizacao.htm. Acesso em: 17 jun. 2021. 4

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[8] vPHYSICS, Cowen. The Physics of 5G. Disponıvel em:https://www.youtube.com/watch?v=O43LFz2Fzq8t=79s. Acessoem: 17 jun. 2021. 4

[9] UNICAMP, Ifi. Origens Mecanica Quantica. Disponıvel em:https://www.ifi.unicamp.br/ fauth/1OrigensMecanicaQuantica/1Oquantumdeluz/Oquantumdeluz.html. Acesso em: 17 jun. 2021. 4

[10] PHYSICS, Lumen. Energy in Waves: Intensity. Disponıvel em:https://courses.lumenlearning.com/physics/chapter/16-11-energy-in-waves-intensity/. Acesso em: 17 jun. 2021. 4

[11] Referencia: MCPHAIL, Tim. Demystifying mobile networks. Dis-ponıvel em: https://www.vodafone.com.au/red-wire/demystifying-mobile-networks. Acesso em: 17 jun. 2021. 4, 5

[12] Referencia: DIAZ, Luccas. 5G: entenda o que e a tecnologia e adisputa entre EUA e a China. Guia do estudante, 2020. Disponıvelem: https://guiadoestudante.abril.com.br/atualidades/5g-entenda-o-que-e-a-tecnologiae-a-disputa-entre-eua-e-a-china/. Acesso em: 12 dejun. de 2021 5

[13] Referencia: SIMOES, Luiz Felipe. China X EUA: Saiba o que ha portras da guerra do 5G com a Huawei. einvestidor.estadao, 2020. Dis-ponıvel em: https://einvestidor.estadao.com.br/mercado/huawei-china-eua-guerra-5g. Acesso em: 12 de jun. de 2021. 5

[14] Referencia: BRASIL tera 5G em 20 pontos do paıs nesteano, diz Fabio Faria. AgenciaBrasil, 2021. Disponıvel em:https://agenciabrasil.ebc.com.br/politica/noticia/2021-03/brasil-tera-5g-em-20-pontos-do-pais-neste-ano-diz-fabio-faria. Acesso em: 12de jun. de 2021. 6

[15] Referencia: SBRISSIA, Helena. Quanto tempo levara para o 5G es-tar disponıvel em todas as capitais?. Tecmundo, 2021. Disponıvelem: https://www.tecmundo.com.br/5g-no-brasil/216356-tempo-levara-5g-disponivel-capitais.htm. Acesso em: 12 de jun. de 2021 6

[16] Referencia: Otero, Jose. Casos de uso: para que servira o 5G. Canal-tech, 2019. Disponıvel em: https://canaltech.com.br/telecom/casos-de-uso-para-que-servira-o-5g/. Acesso em: 19 de jun. de 2021 9

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[17] Referencia: COSSETTI, Marina Cruz. 31 formas de uso da inter-net 5G. Muito alem das conexoes moveis em smartphones, a inter-net 5G torna possıvel casas conectadas e carros autonomos. Tecnoblog,2019. Disponıvel em: https://tecnoblog.net/290961/31-formas-de-uso-da-internet-5g/. Acesso em: 19 de jun. de 2021 9

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