Las redes 5G

PhD. Xavier Barragán Martínez
(Ecuador)

Los sistemas de comunicación inalámbrica y los sistemas digitales han cambiado a las sociedades y sus economías, razón por la que los Gobiernos de todo el mundo están implementado políticas públicas digitales con la finalidad de aprovechar las oportunidades de crecimiento social, económico, y medioambiental que representan las TIC, sus servicios y aplicaciones de tecnologías inalámbricas de nueva generación.

 

El desarrollo de nuevas tecnologías móviles y sus ecosistemas requieren del uso de espectro radioeléctrico para su operación y funcionamiento, sin embargo, en la Región existen diversas barreras que limitan su implementación y desarrollo.

 

En la evolución de las redes móviles que identifica a la quinta generación (5G), se había proyectado para el 2020, un masivo despliegue comercial para garantizar la continuidad de los servicios, una alta fiabilidad y baja latencia, factores claves para la inclusión de nuevas tecnologías de información y comunicación; nuevos desarrollos que integran hardware y software con procesadores muy potentes que requieren de una alta taza de comunicación como por ejemplo el Internet de las Cosas (IoT), tecnología desarrollada para mantener una comunicación entre las personas y los objetos, así como un uso unificado y dinámico para la integración de las redes, los sistemas y el almacenamiento. Esta proyección debió esperar por la emergencia sanitaria mundial COVID-19, que retrasó al mundo en la implementación de esta tecnología, y se espera que el 2021 sea el año de las implementaciones en la mayoría de los países del mundo.

 

La tecnología 5G es más que el desarrollo de las redes de acceso móvil y el futuro de Internet. Es la sucesora de la tecnología LTE Advanced que actualmente permite alcanzar altas velocidades y mayores capacidades de transmisión de datos. 5G pretende brindar una experiencia global y convergente al cliente, lo que se traduce en importantes desafíos técnicos diseñados para atender a la creciente necesidad de datos, ocasionada por el alto nivel de conectividad de la sociedad actual, el Internet de las Cosas que interconecta a miles de millones de sensores, las innovaciones de la analítica de datos y aplicaciones del mañana.

 

Es una red de radio frecuencia que transmite y recibe voz y datos con alta velocidad y capacidad de transmisión; inicialmente debe operar con la red 4G existente, para luego migrar a una red autónoma de mayor cobertura y prestaciones, con un rápido tiempo de respuesta entre dispositivos a través de la red inalámbrica (latencia)[1].

 

La tecnología 5G está caracterizada por una red central y una red de acceso con mejores características de infraestructura, que se enfoca a satisfacer las demandas y cumplir los desafíos complejos de cobertura incrementada, rendimiento mejorado de los datos, velocidad más alta con estado latente bajo, y administración de redes complejas.

 

La versión actual sobre las especificaciones IMT-2020 (Recomendación UIT-R M.2150) muestra tres tecnologías de interfaz radioeléctrica: “3GPP 5G-SRIT”; “3GPP 5G-RIT” y “5Gi”; que son la base para la implementación de redes 5G en todo el mundo y el medio que permitirá la implementación de nuevas tendencias, aplicaciones y servicios. Esta quinta generación móvil (5G) abre camino a la nueva era de uso de tecnologías abiertas en el sector de las telecomunicaciones, que utilizan a redes definidas por software (SDN) y la virtualización de las funciones de red (NFV); técnicas que permiten virtualizar la infraestructura y los servicios con el fin de agilizar, inteligenciar y transparentar los servicios ofrecidos.

 

Además, define un conjunto de especificaciones estandarizadas (3GPP, IMT-2020), que permite las siguientes aplicaciones o usos:

  1. Banda ancha móvil mejorada, con velocidades de descarga de 20 Gbps y 100Mbps en zonas urbanas, para servicios de video, servicios de realidad aumentada y realidad virtual.
  2. Comunicaciones ultra confiables de baja latencia, con latencias de 1 ms y alta disponibilidad, confiabilidad y seguridad para servicios de vehículos autónomos y la salud móvil.
  3. Comunicaciones masivas tipo máquina, con capacidad de un millón de conexiones IoT por km2 que incluye larga vida de batería y amplia cobertura, fuera y dentro de edificios.
  4. Acceso inalámbrico fijo, con velocidades de fibra óptica a hogares y negocios mediante el uso de nuevas bandas de frecuencia más amplia, MIMO masivo y tecnologías beamforming 3D, entre otros.

 

Estas características facilitarán la transformación de los negocios y habilitar los componentes para la llamada Cuarta Revolución Industrial, como Internet de las Cosas, Big Data, Inteligencia de negocios, Computación en la nube, sistemas ciberfísicos, Inteligencia Artificial y la computación cognitiva, entre otras.

 

El estándar 5G, incluye al estándar 5G New Radio (NR), que admite bandas móviles y bandas nuevas más amplias, así como el uso de canales de 5 MHz a 100 MHz para bandas bajo los 6 GHz, y canales de 50 MHz a 400 MHz en bandas mayores de 24 GHz. Los criterios de las IMT-2020 especifican canales de 100 MHz por operador y la compatibilidad de hasta 1 GHz por operador en bandas superiores a 6 GHz.

 

Con estas facilidades, los operadores móviles podrán crear porciones virtuales de red, con recursos a medida como bandas y canales de espectro, acceso radioeléctrico, y seguridad de acuerdo a las necesidades de los usuarios. Por ejemplo, para aplicaciones de producción automatizada, automóviles conectados y cirugía remota, cada porción virtual puede contar con porciones de latencia ultra-baja y alta disponibilidad; en caso de redes IoT que cuentan con miles de sensores puede utilizar una porción virtual diseñada para comunicaciones de enlace ascendente.

 

En este sentido, se requiere del uso de diferentes bandas del espectro y de su partición, razón por la que las ANR o reguladores de todo el mundo se han propuesto establecer planes flexibles de espectro radioeléctrico para 5G que incluyen nuevas bandas móviles, en diferentes rangos:

 

  1. Bandas bajas: 600 MHz (EEUU) y 700 MHz (Europa), admiten servicios 5G de área amplia, incluida la IoT.
  2. Bandas Medias: 2.3 GHz y 2.5/2.6 GHz para 5G, 3.5 GHz (es decir, de 3.3-3.8 GHz) asignado ya en varios países, 4.5-5 GHz para 5G, incluidos China y Japón, 3.8- 4.2 GHz, y de 5925/6425 –7125 MHz.
  3. Bandas de ondas milimétricas: superior a 24 GHz (26-28 GHz, 38-42 y 86 GHz).

 

La tecnología 5G de redes celulares para la transmisión de las estaciones base y los dispositivos de usuarios finales, utiliza la duplexación por división de tiempo (TDD) en las frecuencias superiores a 3 GHz, es por esto que al utilizar el mismo canal en distintos momentos, puede ocasionar problemas de interferencia entre redes 5G, razón por la que se requiere que la operación de estas redes sea en el mismo rango de frecuencia y dentro de la misma zona de manera sincronizada, de esta manera las estaciones base tendrán que transmitir en los mismos periodos fijos de tiempo y todos los dispositivos 4G y 5G deberán hacerlo en diferentes periodos.

 

Según la GSMA, el éxito de los servicios de telecomunicaciones de la 5G, depende de los gobiernos y reguladores nacionales y que estos, permitan un acceso oportuno a la cantidad y el tipo de espectro adecuada y asequible, bajo las condiciones apropiadas; en estas circunstancias la cantidad de espectro asignado y los precios que se pagaron varia de país a país.

 

[1] Las redes 3G tienen un tiempo de respuesta típico de 100 milisegundos, la 4G tarda alrededor de 30 milisegundos y el tiempo de respuesta de la 5G será tan bajo como 1 milisegundo.

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