Fundamentos de la tecnología 5G

Los operadores móviles acaban de empezar a comercializar LTE y solo unas pocas de las funciones que convierten a LTE en una tecnología 4G verdadera han llegado a las redes activas. Así que, ¿por qué el sector ya está hablando de 5G?

5G está ciertamente en el punto de mira y juega un papel claramente importante en la investigación y desarrollo previo a nivel mundial. Las demandas constantes del usuario para una mayor velocidad de transmisión y conexiones más rápidas requieren una capacidad de red inalámbrica muy superior, especialmente en áreas densas. El sector espera una multiplicación por 100 de la velocidad de transmisión demandada por usuario y una multiplicación por 1000 de la capacidad, y ha definido estos objetivos para las redes móviles de quinta generación (5G). Un ejemplo son los eventos deportivos o conciertos donde un gran número de espectadores desea compartir su experiencia de forma instantánea mediante fotografías o vídeos. Por su parte, la organización del evento puede ofrecer a los espectadores servicios adicionales como información complementaria acerca de la música reproducida o reproducciones a cámara lenta de secuencias deportivas.

Controladores 5G

Además de los requisitos interminables de "ofrecer más", como por ejemplo una velocidad de transmisión pico elevada, más capacidad y una mejor rentabilidad, por encima de todo, la nueva palabra de moda, Internet de las cosas (IoT), presenta nuevos retos a abordar. Se prevé que millones de dispositivos "hablarán" entre sí, incluida la comunicación máquina a máquina (M2M), comunicación entre vehículos (V2V) y casos de uso más generales entre X e Y.

Esto impondrá requisitos distintos a los que se abordan actualmente mediante sistemas 4G, que han sido optimizados para proporcionar acceso de datos de banda ancha móvil. Pero no solo es crucial el número de dispositivos: la alta fiabilidad, una vida útil de las baterías prolongada (años en lugar de días) y tiempos de respuesta muy bajos (latencia) requerirán otra "G" en el futuro. La reducción del consumo de potencia en las redes celulares es otro requisito importante. Este reto es particularmente complicado ya que la capacidad y la velocidad de transmisión pico deben aumentar a la vez.

El trabajo de investigación actual revela una serie de componentes tecnológicos cuyo objetivo es alcanzar estas metas ambiciosas, incluidos:

  • Ondas milimétricas: La exploración de rangos de más alta frecuencia permitiría el uso de anchos de banda superiores, lo cual llevaría a velocidades de transmisión pico y capacidades del sistema más elevadas.
  • Interfaces aéreas nuevas: La interfaz aérea LTE basada en OFDM no será adecuada para algunos casos de uso y, por tanto, algunas de las candidatas a nueva interfaz aérea están siendo discutidas.
  • Formación de haz/MIMO masiva, antenas activas: En particular, en frecuencias más elevadas, la pérdida de trayecto de propagación se ve significativamente aumentada y debe compensarse con una mayor ganancia de antena. Además, se requieren algoritmos de formación de haz adaptativos, incluso en función de cada dispositivo de usuario, que pueden implementarse mediante el uso de la tecnología de antena activa.
  • Comunicaciones dispositivo a dispositivo (D2D): Un caso de uso que ya existe para satisfacer los requisitos de seguridad pública mediante LTE. Permitir las comunicaciones de dispositivo a dispositivo también permitiría una baja latencia para escenarios específicos.
  • Virtualización de redes (red basada en la nube): El objetivo es ejecutar el hardware dedicado actual como funciones de software virtualizadas en hardware de uso general en la red central. Esto se extiende a la red de radio mediante la separación de estaciones base en unidades de radio y unidades de banda base (conectadas mediante, por ejemplo, fibra) y la agrupación de estas unidades de banda base para encargarse de un elevado número de unidades de radio.
  • Dividir el plano del usuario y de control y/o desacoplar el enlace de subida y de bajada: El interés se centra en implementaciones de red heterogéneas, lo cual hace posible controlar todos los dispositivos del usuario en una macro capa, mientras que los datos del usuario se proporcionan de manera independiente mediante una celda pequeña.
  • MAC ligera y estrategias de gestión de RRM optimizadas: Teniendo en cuenta el elevado número de celdas potencialmente muy pequeñas, se debe optimizar la gestión de recursos radioeléctricos. La programación de estrategias requeriría potencialmente pilas de protocolos más estilizadas, que también pueden implementarse en escenarios sin coordinar.

Es significativo que el programa de investigación 5G europeo se llame Horizon 2020. Esto da una idea del calendario previsto para la propagación de esta nueva tecnología. Algunas de las actividades de investigación 5G más importantes (no necesariamente completas) son:

  • Proyectos de investigación financiados por la Unión Europea (UE)
    • Proyecto de investigación 5GNow como parte del séptimo programa marco (PF7), iniciado en septiembre de 2012
    • Proyecto de investigación METIS como parte del séptimo programa marco (PF7), iniciado en noviembre de 2012
    • Horizon 2020 – programa de investigación e innovación de la UE de 7 años (2014 – 2020). Es el octavo programa marco (FP8)
    • 5GPPP, el proyecto de alianza pública/privada para infraestructuras 5G es una iniciativa conjunta de 1400 millones de euros entre el sector de tecnología de la información y la comunicación europea y la Comisión Europea
  • Centro de innovación 5G: Centro de investigación 5G en el Reino Unido, iniciado en noviembre de 2013
  • China: Foro de IMT-2020 y el futuro (Febrero de 2013)
  • Taiwán: Oficina de Ciencia y Tecnología trabajando con el Consejo Nacional de Ciencias y el Ministerio de Economía en un proyecto para el desarrollo de 5G en 2014
  • Foro 5G: Sistema de cooperación de investigación y desarrollo del sector y académico de Corea, establecido en mayo de 2013
  • Japón: ARIB fundó un nuevo grupo de trabajo (2020 y más allá) en septiembre de 2013
  • EE. UU.: Diversos proyectos de investigación dirigidos por universidades, patrocinados por actores clave del sector, como el centro de investigación NYU WIRELESS de la Universidad de Nueva York en Brooklyn, NY, que encabeza los esfuerzos del sector en términos de propagación de canal, así como la Universidad de Texas en Austin, la Universidad de Stanford y la Universidad de California en San Diego

5G se ha iniciado de forma global y abarca incontables proyectos a nivel de investigación e investigación y desarrollo previos. Resulta obvio a partir de estudios continuados que frecuencias más altas (> 6 GHz) tendrán un papel al permitir anchos de banda superiores y permitir velocidades de transmisión superiores. Pero 5G no se limita a altas frecuencias y más ancho de banda. La integración de tecnologías potencialmente disruptivas con tecnologías LTE/LTE-A (y/o WLAN) implementadas será la clave, incluyendo las estrategias de descarga. También será esencial obtener soluciones satisfactorias para los modos de dispositivo a dispositivo e Internet de las cosas.

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