Tecnología de red 5G

Seguro que ha oído hablar mucho de la tecnología de red 5G y de todas las maravillas que promete, ¿verdad? Pero, ¿qué es exactamente el 5G?

Actualmente, el "hype" en torno al 5G es altísimo, ya que tenemos a grandes fabricantes como Ericsson, Nokia y Huawei haciendo importantes esfuerzos para presentar sus soluciones y garantizar contratos con los operadores para lanzar las primeras redes y comunicados de prensa.

Las ventajas de la red 5G son muchas: desde velocidades de acceso del tipo Gigabit, latencia en torno a 1ms, virtualización o "slicing" de la infraestructura de red, para ofrecer niveles de servicio diferenciados por aplicación y uso.

Así como multitud de aplicaciones inusuales respecto al modelo básico actual de Voz + Datos, como la densificación de la fibra óptica, las nuevas tecnologías de radio y la ya famosa NFV.

¿Qué se puede esperar del futuro del 5G?

Esta es otra oportunidad para que la industria de las telecomunicaciones intente reinventarse. Esta vez se promete una reordenación completa de los servicios móviles y la infraestructura de banda ancha.

Lo que hoy llamamos 5G es un exceso creciente de tecnologías que están siendo añadidas y relacionadas por el 3GPP (3rd Generation Partnership Project) en las nuevas versiones "Release 15" y "Release 16" de su estandarización.

Esta estandarización tiene como objetivo permitir a los operadores móviles utilizar tecnologías modernas para mejorar eficazmente sus productos, ampliando la cobertura geográfica, las velocidades y las funciones disponibles para los clientes. Y más que eso, sirve para una nueva generación de aplicaciones como IoT y M2M, entre otras.

Los operadores de telefonía móvil esperan que con esta tecnología puedan hacer frente al creciente uso de la banda ancha con FTTH + Wi-Fi, que ha ido aumentando a un ritmo acelerado y ocupando una parte del mercado que antes ocupaban ellos.

¿Qué nuevos servicios se introducirán con el 5G?

Los operadores de redes tienen previsto incluir una serie de nuevos servicios en sus productos 5G, para recuperar el margen que ha ido disminuyendo en los últimos años y ampliar mercados nuevos y hasta ahora no explotados. Estos son algunos de los servicios:

Banda ancha móvil: conexión de banda ancha de alta velocidad, con una capacidad de 1 Gigabit por segundo o superior, utilizando una nueva red de antenas distribuidas geográficamente cerca del usuario final.

Computación distribuida: También conocida como Edge Computing, ofrece la posibilidad de distribuir la potencia de cálculo al borde de la red, con un alcance cercano al abonado, ya sea un cliente o una red de sensores. En comparación con los servicios centralizados de cloud , la latencia es radicalmente inferior.

Servicios M2M: Conexión de máquinas con características de baja latencia y bajo ancho de banda, como robots, sensores e IoT.

¿se necesitan nuevas infraestructuras para una red 5G?

Como ya se ha dicho, la 5G es un conjunto de tecnologías modernas y una nueva arquitectura de red más eficiente y distribuida. Los principales requisitos de estas modernas tecnologías son:

Eficiencia energética: Tal vez sea el principal obstáculo para el crecimiento de las redes de telecomunicaciones, tanto fijas como móviles. Los esfuerzos de investigación y desarrollo de la industria de las telecomunicaciones garantizan una evolución significativa en el uso de la energía y apuntan a una reducción efectiva de los costes de refrigeración, que hoy en día es uno de los costes operativos más críticos para los operadores.

Eficiencia espectral: Aprovechar mejor las frecuencias disponibles en la actualidad y utilizar las nuevas bandas desocupadas, lo que permite la agregación del espectro para lograr un mayor alcance y velocidad. A este respecto, los gobiernos desempeñan un papel crucial en la evaluación de las nuevas subastas y la reutilización del espectro.

¿Qué es el network slicing en 5G?

Con la 5G, los operadores pueden "trocear" su infraestructura de red para permitir un nivel de servicio diferenciado para cada aplicación, sin incurrir en los costes de construir redes separadas, haciendo uso de cada "trozo" por separado para servicios como:

Banda ancha móvil:También conocida como eMBB (Enhanced Mobile Broadband), destinada a dar servicio a un área metropolitana con altas velocidades como 1 Gigabit por segundo en regiones de alta densidad y 300 Megabits por segundo o más en lugares remotos.

Para cumplir este requisito, se instalarán nuevas antenas de muy alta frecuencia, conocidas como mmWave (ondas milimétricas), en entornos como hogares, oficinas, farolas, cimas de edificios, torres e incluso autobuses públicos.

Como cada antena cubre un área muy restringida, se necesitarán decenas o cientos de ellas para cubrir un área metropolitana densamente poblada. Y para las regiones rurales o menos densas, se utilizarán frecuencias de mayor alcance y cobertura, limitando las velocidades a algo entre 100 y 300 Mbps.

M2M: Una aplicación que no está muy extendida hoy en día, pero que tiende a crecer, es la comunicación Máquina a Máquina (M2M), también conocida como Internet de las Cosas (IoT). Estas aplicaciones exigen un nivel de servicio diferenciado y no son como la banda ancha móvil.

Las aplicaciones M2M e IoT funcionarían mejor con las tecnologías de segunda generación (2G). Sin embargo, el enfoque de los operadores cambió con el crecimiento de la banda ancha, y los servicios que exigían poco ancho de banda no aparecieron en sus radares.

Con el 5G, estas aplicaciones recuperan la atención y se presentarán como una "tajada" de la infraestructura con servicios que permiten una latencia inferior a 10 ms y velocidades de entre 64 y 128 kilobits por segundo (comunes en los tiempos de Internet dial-up).

Ultra-Low Latency:Conocido como ULL (Ultra-low latency), este "slice" pretende dar respuesta a los servicios que requieren un destacado nivel de fiabilidad y exigen una estrecha comunicación entre los terminales y los centros de datos.

¿Qué soluciones aporta la arquitectura RAN 5G?

Con la implantación de las tecnologías modernas y la necesidad de ampliar el modelo actual, ya han surgido retos desconocidos y se han empezado a desarrollar algunas soluciones como:

Coste de la infraestructura: Uno de los mayores obstáculos para la expansión de la red de los operadores es el coste de la refrigeración y la energía eléctrica para mantener una amplia infraestructura de antenas distribuidas.

Para el desarrollo del 5G, los operadores necesitan un nuevo modelo de expansión de la red, que permita nuevas antenas sin los elevados costes actuales de energía y refrigeración.

Fronthaul: C-RAN (Cloud Radio Access Network) es una nueva solución para los costes de infraestructura. Se trata de una nueva arquitectura Fronthaul para redes móviles, propuesta en 2010 por China Mobile, que pretende modificar cómo se despliegan las estaciones base.

En la arquitectura C-RAN se utilizan tecnologías como CWDM/DWDM, NFV, e interfaz CPRI, que permiten una transmisión de larga distancia de la señal desde la estación base hasta las antenas, permitiendo así la centralización de las estaciones y manteniendo las antenas de forma distribuida.

Uno de los puntos fuertes de esta arquitectura es que optimiza las unidades base (BBU) que suelen instalarse en la base de las torres y antenas, a menudo conectadas por cables de cobre de baja eficiencia.

En la arquitectura prevista, la BBU está centralizada y consigue dar servicio a decenas de antenas distribuidas desde un único punto, ya que con el uso de la virtualización (NFV) es posible acelerar el despliegue de nuevas BBU en el borde data center, que puede estar a una distancia de hasta 30 km de las antenas.

Para interconectar estos 30 km, ¡aparecen las fibras ópticas!

En la futura arquitectura de las redes 5G, la densificación de las fibras ópticas es el principal factor para mejorar la calidad y la cobertura. Es posible cumplir con una alta capacidad para cada antena con bajo coste y ahorro de energía con la fibra. Y si es necesario, es posible multiplexar varios canales en la misma fibra utilizando tecnologías como CWDM/DWDM o incluso GPON.

Optimización de la refrigeración: Aplicando el concepto C-RAN, es posible eliminar todos los equipos de la base de una estación móvil. Así se elimina la principal fuente de disipación de calor, lo que permite que el resto de los equipos se refrigeren de forma pasiva, exactamente, ¡al aire libre! Al eliminarse el aire acondicionado, el coste de la electricidad se reduce drásticamente y, además, la infraestructura ocupa menos espacio y se pueden reducir los costes de alquiler.

¿Cómo se beneficiará el Edge Computing de la tecnología 5G?

Edge Computing, o computación distribuida, define la arquitectura que extiende la capacidad de computación y el almacenamiento cloud a las capas de acceso de la red.

Y el éxito de la tecnología 5G está ligado a esta nueva clase de Centros de Datos, ya que en ellos se alojarán las BBUs Fronthaul y la potencia de cálculo se distribuirá en servidores que pueden realizar muchas funciones, como la distribución de contenidos locales y la gestión de redes.

Los operadores pueden desarrollar una nueva línea de negocio para explorar esta oportunidad. Sin embargo, las empresas más pequeñas y las startups también están invirtiendo en el "Edge", y estas empresas tendrán a su disposición una gran cantidad de potencia informática distribuida y una latencia infinitamente menor que los centros de datos centralizados "cloud".

¿Y la ultra banda ancha 5G?

Todos los estudios recientes apuntan al crecimiento exponencial del consumo de datos en los dispositivos móviles. Y para el 5G, la palabra móvil no significa necesariamente el smartphone tal y como lo conocemos.

La tecnología 5G debería extenderse a muchos dispositivos y no sólo a los smartphones. Robots industriales, coches, máquinas y sensores son algunas de las posibilidades y cada uno de estos dispositivos tendrá un requisito de comunicación distinto.

Algunos requerirán altas velocidades, otros un uso prolongado de la batería y otros una baja latencia. Por lo tanto, no hay un único escenario, y las redes tendrán que adaptarse a diversos dispositivos y requisitos.

Para satisfacer la demanda de banda ancha, el 5G también utilizará frecuencias extremadamente altas -conocidas como mmWave- que operan en el rango de 24Ghz a 100Ghz. Estas bandas de frecuencias permiten velocidades 100 veces superiores a las utilizadas hoy en día en 4G LTE, pero con un alcance mucho menor, y uno de los problemas que hay que resolver son las "interferencias humanas", ya que la banda de frecuencias mmWave es sensible a las interferencias o incluso al bloqueo cuando está en contacto con una cara, un cuerpo o la palma de la mano.

Este efecto ya es conocido por los investigadores, y se están estudiando tecnologías como la formación de haces para hacer más eficiente la transmisión a dispositivos más pequeños.

¿Va a ser el 5G algo grande?

Vivimos un momento crítico para el mercado de las telecomunicaciones, en el que se definirán nuevos ganadores y nuevos mercados.

La tecnología 5G es una gran apuesta para la industria. Esta oportunidad exigirá una suma notablemente alta de inversiones, y el mero aumento de la velocidad de conexión de datos en los smartphones no será suficiente justificación para este empeño.

La verdad es que el aumento de la velocidad es un beneficio secundario de la tecnología y será aprovechado por los operadores, pero la verdadera razón de esta nueva ola de inversiones es mucho más que eso y, lo estamos experimentando con el 5G.