Explicado: Los Cinco Pilares de Soporte del 5G

La próxima gran cosa en Internet trata sobre el propio Internet, bueno, en cierto modo. 5G o quinta generación es la próxima generación de telecomunicaciones inalámbricas, sucesora de la cuarta generación (4G) o LTE. De hecho, esta no es la primera vez que las personas notan tal evolución en la industria de las telecomunicaciones. Aparentemente, lo mismo ha estado sucediendo casi cada década, siguiendo la primera generación (1G) – que dio origen a un sistema analógico para la transmisión de voz, la segunda generación (2G) – que agregó la capacidad de enviar voz y datos juntos, la tercera generación (3G) – que introdujo velocidades de internet de megabits y videollamadas, y la cuarta generación (4G) – que proporcionó una verdadera experiencia de banda ancha móvil con transmisión de contenido en HD.

Con la quinta generación (5G) esperada para alrededor del año 2020, se cree que mejorará significativamente las tasas de datos, aumentará la densidad de conexión, reducirá la latencia y proporcionará velocidades de internet de gigabits. Aunque todavía está en desarrollo y no estará disponible para su uso en el corto plazo, empresas como Nokia, Qualcomm, Ericsson, Samsung e Intel están gastando grandes cantidades de dinero en investigar y desarrollar 5G. Hasta ahora, a cierto nivel, estas investigaciones y desarrollos han dado sus frutos, con Nokia planeando lanzar su plataforma “5G first” destinada a proporcionar un servicio 5G de extremo a extremo, Intel afirmando que entregará laptops con 5G en el año 2019, y Qualcomm planeando entregar sus dispositivos Snapdragon X50 habilitados para 5G en 2019 también.

Con tanto potencial, se espera que 5G abra drásticamente oportunidades para AR (Realidad Aumentada), VR (Realidad Virtual) y IoT (Internet de las Cosas). La razón por la que estos servicios podrán aprovechar al máximo 5G es que se espera que una conexión 5G proporcione velocidades de internet realmente altas y muy poca latencia (retraso entre el momento en que se envía un mensaje y cuando se recibe) – que es todo lo que se requiere para que servicios como AR, VR e IoT funcionen adecuadamente.

Aparentemente, proporcionar internet de alta velocidad con latencia reducida requiere hacer cambios en la forma en que se transmiten y transportan las señales a largas distancias. Por esta razón, los investigadores han estado desarrollando varias tecnologías para mejorar 5G. Entre estas tecnologías, las más importantes que se consideran los cinco pilares de una red 5G son-

1. Ondas Milimétricas

La mayoría de los dispositivos electrónicos en nuestro hogar operan con ondas de radiofrecuencia (RF), que están por debajo de 6GHz. Con más dispositivos conectándose a internet cada día, esta banda de frecuencia está comenzando a saturarse, lo que lleva a problemas como velocidades de internet lentas, alta latencia y más conexiones caídas. Para resolver estos problemas, los investigadores están experimentando con el uso de ondas RF milimétricas más cortas que típicamente caen entre el rango de 30-300GHz. La razón para usar este rango de espectro RF es que nunca se ha utilizado antes, lo que significa que tiene un ancho de banda muy grande para ofrecer a los numerosos dispositivos que tenemos en internet.

2. Célula Pequeña

Aunque el uso de ondas milimétricas podría resolver problemas de ancho de banda bajo u otros problemas relacionados, tiene su propio conjunto de problemas que los investigadores necesitan encontrar una solución. Para entender cómo funcionan las células pequeñas, consideremos un problema existente con el uso de ondas RF de frecuencias más altas – muchos de nosotros podríamos estar al tanto de que el Wi-Fi que usamos para conectarnos a internet utiliza dos bandas de frecuencia, 2.4 GHz y 5 GHz. En la mayoría de los casos, usamos la banda de frecuencia de 2.4 GHz en nuestras conexiones (habilitada por defecto), ya que las ondas de menor frecuencia tienden a tener más alcance que las ondas de mayor frecuencia. El problema con las ondas milimétricas es similar a este problema, ya que estamos utilizando ondas RF de alta frecuencia que son débiles (tienen un alcance corto) y no poseen suficiente potencial para viajar a largas distancias sin atenuarse.

Sin embargo, los investigadores han encontrado una solución a esto, que implica instalar miles de mini estaciones base de baja potencia cerca unas de otras en comparación con las estaciones inalámbricas tradicionales, creando una red de relé y saltando las señales para cubrir largas distancias. Así como las ondas milimétricas no pueden viajar a largas distancias, también fallan en penetrar objetos como edificios, árboles, nubes, etc., lo que provoca que las señales reboten en estos objetos y se pierdan. Para abordar este problema, las antenas de células pequeñas ubicadas a proximidades cercanas serían realmente útiles, ya que cambiarían las estaciones base del usuario cuando se encuentran con un objeto que obstruye para proporcionar una experiencia fluida e ininterrumpida.

3. MIMO Masivo (Entrada Masiva Salida Masiva)

La actual red 4G utiliza estaciones base con una docena de puertos para antenas, de los cuales tiene ocho puertos para transmitir y cuatro puertos para recibir. Por otro lado, el nuevo estándar 5G puede soportar alrededor de cien puertos para acomodar más antenas en un solo arreglo, lo que aumentaría la capacidad de la red al permitirle enviar y recibir señales con más usuarios.

En resumen, MIMO o múltiples entradas múltiples salidas se relaciona con redes inalámbricas que utilizan dos o más transmisores o receptores para enviar y recibir datos. Con numerosas estaciones base cercanas y mucho tráfico entrando y saliendo de las estaciones base, hay una gran posibilidad de interferencia de señales, lo que podría llevar a mucha atenuación y distorsión.

4. Formación de Haz

Para contrarrestar el problema de la atenuación y distorsión de señales causado por la transmisión omnidireccional de señales por cientos de puertos utilizados en las estaciones base impulsadas por MIMO, los investigadores han ideado otra tecnología, llamada formación de haz. Similar a las señales de tráfico que evitan que las personas colisionen entre sí al permitirles turnarse para cruzar la calle, la formación de haz hace lo mismo, pero con señales y paquetes de red. Enfoca un haz de señal directamente hacia un usuario en lugar de transmitirlo en todas las direcciones mientras simultáneamente crea un patrón de transmisión de señales para que un mayor número de usuarios pueda ser atendido al mismo tiempo sin pérdida de señal. Para esto, utiliza algoritmos en las estaciones base para enviar múltiples paquetes a través de la región rebotándolos en los objetos circundantes para proporcionar la mejor ruta de señal y así atender a muchos usuarios utilizando la tecnología MIMO sin atenuación y distorsión.

5. Dúplex Completo

Las estaciones base actuales utilizadas en redes 4G son capaces de comunicarse en medio dúplex, que es un tipo de comunicación en la que las partes conectadas se turnan para comunicarse entre sí. El problema con este tipo de comunicación es que no permite la comunicación simultánea entre las partes conectadas (comunicación de dúplex completo). Debido a esto, la estación base envía o recibe señales en un momento particular para evitar interferencias. Hasta ahora, ha habido dos soluciones para combatir este problema: ‘usar diferentes frecuencias’ y ‘operación por turnos’.

Sin embargo, con la nueva red 5G que utiliza ondas milimétricas, los investigadores han tenido que encontrar una manera de enrutar las señales entrantes y salientes para que no colisionen entre sí. Para esto, los investigadores han ideado interruptores (hechos de transistores) que desvían momentáneamente una señal para prevenir colisiones e interferencias. Y al igual que otras tecnologías que tienen algunas desventajas, el dúplex completo no es diferente y tiene su propia desventaja: enviar y recibir señales utilizando la misma antena puede llevar a lo que se llama eco molesto, y para superar este problema debe haber alguna manera de crear una red libre de eco molesto.

Con la conexión 5G, se espera que tecnologías como AR, VR e IoT aumenten y se vuelvan más comunes y fáciles de usar, lo que de otro modo no sería plausible. Para entender el caso de uso de 5G en el avance de estas tecnologías, consideremos un escenario donde un médico necesita realizar una operación en un paciente ubicado a medio mundo de distancia. Para ello, utiliza dispositivos VR y un asistente robótico ubicado cerca del paciente. Para hacer que esta operación sea exitosa, hay una necesidad absoluta de tener una red sin retrasos, de modo que no haya latencia entre el momento en que el médico envía un comando u operación y el momento en que los robots interceptan y realizan la operación en el paciente.

Además de los avances en AR, VR e IoT, las otras grandes ventajas que se pueden esperar de inmediato con una red 5G sobre la conexión de red existente son-

1. Internet de alta velocidad
2. Interfaz de baja latencia
3. Mejora en la comunicación entre máquinas

Actualmente, 5G está siendo desarrollado y probado para su lanzamiento en el año 2020, con dispositivos compatibles que se espera comiencen a llegar a finales del mismo año, y la red disponible de manera generalizada en todo el mundo para 2025.