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5G. REALIDAD Y PROBLEMAS

Por Manuel Gordillo Florencio

INTRODUCCIÓN

El tráfico en las redes de telecomunicaciones lleva años creciendo de forma exponencial. Se estima que para 2035 el número de dispositivos conectados supere los 35.000  millones. Ese aumento del número de dispositivos  vendrá acompañado, lógicamente, de un no menos espectacular aumento del tráfico de telecomunicaciones.  La gráfica siguiente, tomada de una publicación de Bell Labs del pasado año,  ilustra el  crecimiento del tráfico de datos desde el comienzo de la era internet y las perspectivas de futuro.

Este colosal aumento del tráfico no puede ser soportado por las redes actuales. En un mundo de establecida convergencia fijo-móvil el actual estándar móvil, 4G LTE se ha quedado corto. Era necesario desarrollar un nuevo estándar. Bautizado 5G es mucho más que una evolución mejorada del actual 4G, como este lo fue del 3G y este del 2G. El 5G establecerá un nuevo paradigma en las telecomunicaciones y tendrá un impacto amplísimo en nuestras vidas. Será un acelerador de progreso en las comunidades donde esté disponible y lamentablemente aumentaré la brecha digital de aquellas áreas donde no se instale.

LO BÁSICO DEL 5G

Se sale del propósito de este artículo  entrar en el detalle técnico del 5G. Incluso los estándares no están aún completamente definidos. El primer paquete de ellos ha sido aprobado el pasado diciembre y aún quedan muchas áreas de indefinición. Una vez más las implementaciones y el mercado irán más rápido que la regulación.

Las primeras redes móviles GSM, estándar 2G, eran muy sencillas. Un solo servicio, telefonía, una única aplicación, conectar personas por voz. Hoy se requiere algo mucho más complejo. Contrariamente a lo que muchas veces ha sucedido en Telecomunicaciones, son ahora las aplicaciones las que están forzando el desarrollo tecnológico del 5G y no al revés. Las redes 5G precisarán:

  • De un acceso radio de muchísimo más capacidad y densidad, para servir el gran número de usuarios  previstos y el intenso tráfico que estos van a generar.
  • De comunicaciones de mucha menor latencia que las actuales. La latencia de un sistema de telecomunicaciones es el tiempo necesario para que un mensaje llegue a su destinatario. Muchas de las aplicaciones previstas precisan de latencias más de un orden de magnitud menor que las actuales.
  • De plataformas de gestión de red y servicios mucho más poderosas y flexibles. No solamente habrá más usuarios, serán de muchos tipos (voz, video automóviles, virtual reality, IoT, Big data sensors…) y se multiplicarán los tipos de terminales conectables. Además, la mayoría de las aplicaciones que usarán la red 5G aún no han sido inventadas…

RED DE ACCESO RADIO, RAN

Muchos más usuarios, 12.5000 millones ya en 2022; 1000 veces más datos, 2/3 partes del tráfico en video…imposible de manejar con las redes 4G y con las frecuencias actualmente disponibles:

La red móvil actual tiene un interfaz radio basado en estaciones base, BS, emplazadas en las cubiertas de edificios conspicuos. Esas BS serán convertidas al 5G usando la tecnología Massive MIMO,(Multiple Input, Multiple Output) que permite aumentar la capacidad de usuarios servidos por cada BS. Los primeros despliegues más o menos piloto del 5G usaran sin duda esta técnica.

Sin embargo esto no será suficiente. Ni se conseguirán buenas y uniformes coberturas ni las frecuencias disponibles serán suficientes. Para resolver esto el 5G usará despliegues masivos de Small Cells, con radios de utilización de 200m o menos. Una ciudad como Madrid puede requerir varias decenas de miles de Small Cells para conseguir un buen despliegue 5G

Una cobertura uniforme es indispensable para las aplicaciones 5G que luego mencionaremos. La combinación de macro BS con Massive MIMO y de small cells lo harán posible. Para conectar los small cells la única solución económicamente viable hoy es usar  los despliegues de GPON FTTH, usando un drop para cada Small Cells.

También habrá que aumentar las bandas de frecuencia dedicadas al 5G. Y la eficiencia de su empleo. Las small cells, debido a su limitado radio de cobertura, permiten una mejora en la reutilización del espectro. Sin embargo no será suficiente y se destinarán bandas en los 3.5Ghz a 6Ghz y también en milimétricas, 26 Ghz y más.

Para la mejor utilización de estas bandas los terminales 5G harán el Band Aggregation, sumando todos los slots de frecuencia que encuentren disponibles en cada conexión.

Las Small Cells serán elementos cruciales para el despliegue de las redes RAN del 5G. En esencia una small cell es una mini BS, de muy reducido tamaño, como un pc portátil, de bajo  consumo, menos de 20W y con potencia radiada entre 1 y 5W. La imagen inferior ilustra una small cell o Metrocelda de WIFO Networks S.L.

LATENCIA

La latencia de una red es el tiempo empleado en cursar una llamada. Una red satelital introduce una latencia de casi medio segundo. Una red 4G tiene típicamente entre 30 y 50 ms. de latencia. Las redes 5G bajaran este factor a menos de 1ms. Estos es imprescindible para aplicaciones que conlleven la necesidad de respuesta casi-inmediata, como control de automóviles, medicina o incluso juegos electrónicos.

Para conseguir esta baja latencia as básico modificar la plataforma de gestión de la red móvil. Hoy las señales se adquieren en la RAN y son enviadas al centro de control y gestión de la red, al Core. Esto emplea mucho tiempo y requeriría mucha capacidad de backhaul. El 5G tendrá una arquitectura de core distribuido hacia el borde de la red, Multi Access Edge Computing o MEC. Incluyendo la gestión en la RAN se disminuye drásticamente la latencia y se aumenta la fiabilidad del proceso. Pero es un cambio fundamental, no una modificación de lo existente.

PLATAFORMA DE GESTIÓN

La plataforma de gestión de tráfico y servicios 5G , EPC, EvolvedPacket Core, va a ser enormemente complicada. Una solución basada en Hw dedicado sería muy compleja y cara. Aunque no existen aún arquitecturas ni soluciones estándar, los operadores se están orientando a emplear soluciones virtuales usando para el EPC y los MEC soluciones flexibles basadas en tecnologías FPGA y plataformas abiertas situadas en la nube. Estos temas están en gran medida aún por desarrollar, van bastante mas retrasados que la RAM. Hoy podrán llevarse a cabo pruebas 5G pilotos, pero falta bastante para que estén disponible las plataformas de gestión que permitan despliegues masivos del 5G. Seguramente esas futuras plataformas serán flexibles, empleando en cada momento los recursos y arquitecturas que convengan para la aplicación en curso y simultaneando diferentes configuraciones virtuales para atender un tráfico heterogéneo

APLICACIONES Y SERVICIOS

El 5G permitirá dejar volar la imaginación y crear aplicaciones y servicios que van a cambiar substancialmente nuestro entorno de vida y hábitos. La imagen siguiente ilustra algunas aplicaciones, pero aún habrá más…

PROBLEMÁTICA ACTUAL

Se ha descrito lo esencial del 5G y las múltiples ventajas que va a proporcionar. Se están anunciando pruebas piloto, ciudades 5G, pero, realmente, ¿qué falta  para que este estándar sea el de uso común?.

  • Lo primero, dinero. Inversión. Es difícil y arriesgado dar cifras , pero para un país como España la inversión necesaria para que una parte mayoritaria de la población acceda al 5G puede suponer un coste de más de 10.000M€, y eso si los operadores se deciden a compartir infraestructuras.
  • Hacen falta terminales. Este será seguramente el menor de los problemas. Los fabricantes los tienen desarrollados. Aparecerán rápidamente.  Pero los usuarios que están adquiriendo hoy nuevos y caros Smart phones no podrán usarlos para el 5G…
  • La implantación de un nuevo estándar conlleva la compatibilidad con los anteriores…no serán Green fields. Hay muchas incógnitas aún en como asegurar esta compatibilidad.
  • Para la red de acceso, RAN, hay que modificar las BS existentes, pasándolas al Massive MIMO y desplegar progresivamente redes lineales de small cells. Para esto será necesaria la existencia de redes FTTH. España ha hecho bastante sus deberes en este sentido, al contrario de muchos de los grandes países europeos. La imagen adjunta ilustra lo mucho por hacer en esta cobertura FTTH

Algunos operadores argumentan que podrán conectar las small cells vía radio desde las BS MIMO. Será solo una solución muy limitada en capacidad , cobertura y fiabilidad.

  • Compartición de despliegue entre operadores. No tiene sentido desplegar nuestras ciudades con redes de small cells superpuestas. De la misma forma que ya se consiguió la compartición de antenas para las BS actuales, hay que avanzar en que la red de distribución de señal a las small cells e incluso estas, sean compartidas. Las actuales soluciones basadas en DAS, Distributed Antena System, son de aplicación limitada e insuficiente. Se esperan pronto soluciones Neutral Host que hagan posible este uso común de una infraestructura que es tan cara y también tan invasiva
  • La compatibilidad en las coberturas de origen Metro BS y las de las small cells sigue siendo un problema mal resuelto. Sería conveniente que el Regulador destinara bandas de frecuencias, p.ej, la de 3.5 Ghz, al uso exclusivo de las small cells.
  • NEC y EPC. Seguramente la parte menos estandarizada del 5G. El riesgo es que en la ausencia de estándares cada operador (y cada fabricante) tire por un camino diferente. Esto no irá en línea con la optimización de costes. Pero puede que sea la única forma de avanzar. Pronto se verá.

CONCLUSIONES

  • El estándar 5G avanza y será una respuesta a muchas aplicaciones útiles para el desarrollo de la sociedad de la información.
  • Aunque ya están apareciendo demos, pruebas piloto, ciudades 5G, etc, hoy mucho es aún Me Too entre operadores y fabricantes. Quedan aún problemas y temas técnicos por resolver para que se puedan llevar a cabo despliegues masivos. Esos no se esperan hasta bien entrada la próxima década
  • Una red 5G es cara. Su disponibilidad aportará muchas ventajas al usuario. Las autoridades regulatorias tienen que ser muy vigilantes y determinadas para evitar que estas ventajas se ofrezcan solo a una parte de la población, aumentando aún más la brecha digital.

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2 comments


  1. Muy buen articulo Manuel, vision clara sobre el 5G, el reto que supone y las oportunidades que se presentan tato para los que la exploten como para los usuarios. Enhorabuena.


  2. JOSE LUIS VILAR TEN

    Siempre es un placer aprender de la fuente de conocimiento más fiable.

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