Las claves del 5G

La tecnología 5G es algo más que una simple evolución sobre la actual tecnología 4G, también conocida como Long Term Evolution, ya que el objetivo que persigue es que la mayor parte de sus componentes se encuentren virtualizados y con soluciones en la nube.

Conseguirá proporcionar soporte y soluciones a una gran diversidad y variedad de casos de uso (coche conectado, industria 4.0, ciberseguridad, deporte, gaming, retail, logística, robotics, salud…), para lo que necesitarán que la red sea mucho más flexible y fiable.

Actualmente las redes móviles se prestan con un equipamiento y una tecnología en las que los componentes Hardware/Software (HW/SW) son propiedad de los diferentes fabricantes. El objetivo que se define dentro de la arquitectura 5G es conseguir desligar las funciones de red del HW, quedando implementadas como componentes software en un sistema en la nube, por sus siglas en inglés, VNFs (Virtualized Network Functions).

Por enumerar algunas de las ventajas asociadas a esta tecnología:
+ Flexibilidad y escalabilidad
+ Velocidad y ancho de banda
- Latencia
+ Fiabilidad
Network as a Service (NaaS)
 
En los siguientes puntos describimos algunas de las particularidades y funciones relacionadas con la tecnología 5G.
 

Escenarios de uso en 5G

La ITU-R ha establecido dentro de los requisitos IMT-2020, los siguientes escenarios de uso para la tecnología 5G:

• eMBB (Enhanced Mobile Broadband). Aborda los casos de uso centrados en el ser humano para el acceso a contenidos multimedia, servicios y datos (por ejemplo, video 3D, pantallas UHD, realidad aumentada, etc.).
• uRLLC (Ultra-Reliable and Low Latency Communications). Con requisitos estrictos en rendimiento, latencia, disponibilidad y ofreciendo alta movilidad (por ejemplo, conducción autónoma, automatización industrial, etc.).
• mMTC (Massive Machine Type Communications). Se centra en proporcionar conectividad a una gran cantidad de dispositivos (IoT), que comunican poco volumen de datos y de forma esporádica, poniendo especial foco en la eficiencia energética (por ejemplo, smart grid, smart home/building, smart cities, etc.).

SA (standalone) versus NSA (non-standalone)

La 3GPP, entidad encargada de establecer los estándares de telefonía móvil, decidió enfocar la transición al 5G en dos fases. Una fase inicial, la Release 15 3GPP o más conocido como 5G NSA (5G no autónomo), que ofrece un mayor aprovechamiento de la infraestructura 4G. Y una segunda fase, Release 16 o 5G SA (5G completo), que requiere de la instalación de gran cantidad de hardware nuevo.

A nivel de estandarización, la arquitectura 5G NSA ya estaría disponible hoy mismo, sin embargo, la  arquitectura target 5G SA está previsto que esté disponible durante 2021 o 2022. Tanto 5G NSA como 5G SA utilizan el espectro destinado al 5G (Banda 3,7 Ghz: 360 MHz TDD y Banda 700 MHz: pendiente de subasta tras el segundo dividendo digital, prevista para 2021).

Massive MIMO

Massive MIMO, siglas de Multiple-Input Multiple-Output, será uno de los principales pilares en cuanto a conectividad 5G. Gracias a ella, podremos contar con redes inalámbricas y dispositivos capaces de enviar y recibir señales de datos de forma más rápida.

La tecnología inalámbrica de mMIMO es, claramente, la columna vertebral del 5G. Esta recurre a varias decenas de antenas en vez de solo a unas pocas. Gracias a este incremento exponencial, se consigue aumentar considerablemente la velocidad de transferencia, optimizando el impacto positivo de nuestra experiencia de conexión (se pueden descargar archivos de un Giga en apenas unos segundos). Bajo esta premisa, para que mMIMO funcione, es necesario que los dispositivos involucrados dispongan de múltiples antenas.

Las decenas de antenas con las que contarán los equipos instalados en las estaciones base permitirán dar servicio a un número muy alto de dispositivos. Y, además, lo harán preservando la calidad de las conexiones, y, por tanto, evitando que parámetros tan importantes como son la velocidad de transferencia, la latencia o la estabilidad se resientan si el número de dispositivos conectados es muy alto y el tráfico alcanza un volumen muy importante.

El hecho de recurrir a más antenas también nos permite sacar más partido al canal de transmisión sin necesidad de incrementar el espectro de frecuencia ya que este último es un recurso limitado y está dividido entre los operadores de telecomunicaciones. 

Network Slicing

Uno de los aspectos que diferencia el 5G de anteriores generaciones de redes móviles es el network slicing, la posibilidad de lonchear la red para crear subredes, con el fin de proporcionar una conectividad más ajustada a necesidades concretas.

En las actuales tecnologías como el 4G o el 3G se disponen de las mismas características y ofrecen lo mismo a todo tipo de dispositivos, cuando las necesidades de cada objeto conectado pueden ser muy diferentes. Por ejemplo, los smartphones necesitan alta velocidad, las cámaras de vigilancia una alta capacidad de transmisión y los dispositivos controlados en remoto una bajísima latencia. El concepto de network slicing (del inglés slice, rebanada o rodaja) se ha desarrollado como respuesta a esta realidad.

“Network slicing es la tecnología que permite ejecutar múltiples redes lógicas como operaciones comerciales virtualmente independientes en una única infraestructura física común de una manera eficiente y económica”, explican desde la asociación de operadoras y compañías móviles GSMA. “Este es un cambio radical de paradigma en comparación con las implementaciones actuales. La red 5G podrá adaptarse al entorno y no al revés”.

Cada uno de estos canales, o rebanadas, puede configurarse para ofrecer el rendimiento deseado en términos de estabilidad, latencia, ancho de banda o cobertura, entre otros factores. Es necesario trabajar en un entorno cloud, por lo que virtualización de funciones de red (NFV) y las redes definidas por software (SDN) son herramientas claves.

“Desde el punto de vista de un operador móvil, una slice de la red es una red lógica independiente de extremo a extremo que se ejecuta en una infraestructura física compartida, capaz de proporcionar una calidad de servicio negociada. La tecnología que permite el corte de la red es transparente para los clientes comerciales”, señalan desde la GSMA.

 

Small Cells 5G

Las soluciones Small Cells se llevan implementando desde hace más de una década, con el objetivo de complementar la cobertura en puntos críticos, allá donde se necesita aumentar la capacidad. Con el despliegue de la tecnología 5G que trata de ofrecer tanto banda ancha móvil mejorada, como comunicaciones de baja latencia ultra confiables (eMBB y URLLC por sus siglas en inglés), que requieren de un servicio de alta capacidad y muy fiable, las Small Cells serán con total seguridad una necesidad.

Una Small Cell es una celda que tiene una cobertura limitada debido a su limitación de potencia y que da servicio a un limitado número de usuarios. Se pueden clasificar en micro cells, pico cells o femto cells según la capacidad ofrecida y potencia.

Para atender el aumento del tráfico de datos imparable y por las restricciones en el uso del espectro de frecuencias, habrá que hacer más densa la red de antenas, desplegando, junto a las actuales macro cells (las antenas en las azoteas), decenas de miles de Small Cells, mucho más pequeñas y de menor cobertura, con objeto de conseguir:

• Aumento de la capacidad en áreas con alta densidad de usuarios.
• Mejorar la cobertura y velocidades de datos disponibles.
• Menor coste por usuario conectado.
• Uso eficiente del espectro.

C-RAN (Cloud-RAN)

Actualmente la infraestructura RAN (Radio Access Network) está formada por estaciones base que se distribuyen por diferentes emplazamientos por todo el territorio. La infraestructura se encuentra localizada en el emplazamiento y los recursos están dedicados de forma permanente, infrautilizados normalmente por debajo de su capacidad máxima.

Con el objetivo de optimizar costes y conseguir un aprovechamiento más óptimo de los recursos se ha introducido una nueva arquitectura llamada Cloud RAN (C-RAN) que permite centralizar algunas de las funciones.

Aunque C-RAN no aparece con 5G, se espera que se expanda con los nuevos despliegues de esta tecnología. Con la solución Cloud RAN se consigue que las funcionalidades de procesado (BBU), se agrupen en un punto centralizado de la red denominado Hotel. Al estar las funcionalidades centralizadas estas se pueden virtualizar, con las ventajas que ello conlleva:

• Reducción de espacio en los emplazamientos radio, menor consumo de energía y de recursos en sistemas de refrigeración.
• Se crea una red más simplificada y escalable, mediante la implementación de hardware más flexible que posibilita un crecimiento más rápido.
• Mejora en la comunicación y la coordinación entre los nodos de la red alojados en un mismo hotel, consiguiendo desplegar nuevas funcionalidades radio.
• Disponer de una solución virtualizada permite modernizar la red y por lo tanto posibilita tenerla preparada para la introducción de funcionalidades 5G como network slicing, MEC (Multi Access Edge Computing), etc.