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Perspective Future Networks

5G – El poder de la red de redes

15-abr-2018

5G no será simplemente un estándar de comunicaciones móviles nuevo e incluso más potente; será una red completamente nueva para el Internet de las Cosas.
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5G será un estándar móvil nuevo así como una nueva red para el Internet de las Cosas.
Estar “en el centro de la acción y no ser un mero espectador” – el eslogan de una cadena de deportes alemana– es ya realidad en los Juegos Olímpicos de Pyeongchang. Mientras los saltadores de esquí descienden por la rampa de salto o los pilotos de bobsleigh vuelan por las pistas de hielo, los espectadores pueden disfrutar de la acción desde la perspectiva de los atletas y vivir el acontecimiento mucho más cerca que nunca antes gracias a minúsculas cámaras instaladas en los cascos de los atletas. Y con 5G.
El proveedor de telefonía móvil surcoreano Korea Telecom y sus socios Intel y Samsung han conectado los lugares donde se celebran los JJ.OO. y otros hotspots a una red de comunicaciones móviles 5G a la que todos los involucrados en la competición, desde los deportistas hasta las cadenas de televisión, se pueden conectar. La nueva tecnología no solo permite la retransmisión directamente por Internet, y en directo, de videos de alta resolución. Gracias a las cámaras de 360°, los espectadores con gafas de Realidad Virtual pueden seguir lo que está pasando alrededor desde la perspectiva de los atletas, y todo ello en tiempo real.

De 1G a 5G: un salto tecnológico cada diez años

Pyeongchang marca el lanzamiento de la nueva tecnología 5G. Los saltos tecnológicos suelen tener lugar en intervalos regulares, y eso en el caso de las comunicaciones móviles. En 1990, 2G sustituyó el estándar de primera generación y marcó el inicio de los mensajes de texto. En 2000, 3G llevó Internet al teléfono móvil y en 2010, 4G permitió a los usuarios de smartphone acceder a aplicaciones multimedia mediante conexiones de banda ancha a Internet. El lanzamiento comercial global de la quinta generación de comunicaciones móviles está previsto para 2020. Pero 5G es mucho más que otro salto tecnológico.
5G –que se ha convertido en un término popular al igual que HD, 3D, 4K o  IdC– es un nuevo estándar tecnológico así como una infraestructura de red nueva. Los trabajos en este nuevo estándar ya están en marcha. En el Mobile World Congress de Barcelona, en 2017, la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) presentó una serie de requisitos y un calendario para 5G sobre los cuales los miembros de la ONU ya habían dado su acuerdo.

Los enormes requisitos de la red del futuro

5G llevará el rendimiento de las comunicaciones móviles a un nivel superior. Los requisitos más estrictos serán los del Internet de las Cosas. A los aproximadamente dos mil millones de smartphones que según un pronóstico de IDC estarán utilizando Internet móvil en 2020 se les unirán, dependiendo de las estimaciones, hasta 50 mil millones de dispositivos, vehículos y máquinas conectados y comunicándose entre sí, con la Nube y con los usuarios.
Una red de comunicaciones capaz de lidiar con todos los escenarios presentes y, sobre todo, futuros tiene que ser lo suficientemente potente. Tomemos como ejemplo las velocidades de transmisión. La UIT quiere que las velocidades de subida de datos sean de 10 gigabits por segundo y las de bajada de 20 gigabits por segundo como rendimiento máximo para una torre de comunicaciones móviles en condiciones ideales. A modo de comparación, utilizando 4G LTE avanzado, los clientes pueden alcanzar unos 300 Mbit/s. En el laboratorio de pruebas y en las pruebas piloto en la red real, los operadores móviles superaron 1 gigabit por segundo por primera vez en agosto de 2016. Con el ancho de banda de 10 a 20 veces superior que nos ofrecerá 5G, escenarios como la Realidad Virtual y Aumentada o la retransmisión de video de alta resolución ininterrumpida en trenes y en vehículos será viable por primera vez.

Una latencia mínima y una densidad de suministro máxima

Tomemos, por ejemplo, el tiempo de demora. En una red 5G, según la UIT, la latencia –el tiempo que necesita la información para viajar desde el emisor hasta el receptor– no debe rebasar el milisegundo para aplicaciones donde el tiempo de respuesta sea extremadamente importante. Eso hace que las transmisiones de las señales en casi un tiempo real sea posible para controlar infraestructuras clave como por ejemplo los suministros eléctricos o la ayuda frente a catástrofes.
El segundo principio importante es la densidad de la conexión. Si las celdas de comunicación móvil ya han alcanzado sus límites en las grandes poblaciones, la comunicación inalámbrica se encontrará frente a un cuello de botella con 50 o 100 mil millones de cosas conectadas. La idea es que una red 5G  proporcione calidad garantizada en los servicios para un millón de dispositivos por kilómetro cuadrado al mismo tiempo (1000 veces la capacidad de las celdas de radio actuales).

Eficacia energética, fiable y en todas partes

Las especificaciones de 5G de la UIT también colocan las rigurosas exigencias de eficacia energética tanto en la red como en los dispositivos que tienen que dar soporte a modos de ahorro de energía diferentes cuando la transferencia de datos está inactiva. La fiabilidad –la probabilidad de que un paquete de datos de un cierto tamaño sea transmitido en un tiempo específico– se regulará, al igual que la cobertura y la velocidad máxima de transmisión de datos, con una calidad en los servicios conforme a las velocidades diferentes a las que se mueva el usuario: a pie (hasta 10 km/h), en coche (hasta 120 km/h), en tren (hasta 500 km/h) o en avión (hasta 1,000 km/h).
Junto con las condiciones del marco técnico, 5G necesita una infraestructura de red nueva. La red 5G ofrecerá una máxima flexibilidad para prever cualquier eventualidad. Los proveedores están utilizando tecnologías diferentes para volver su red lo suficientemente inteligente. Una combinación de Software-Defined Networking (SDN) y de Network Functions Virtualization (NFV) asegura que los flujos de datos se puedan canalizar y gestionar centralmente en tiempo real en un software (y ya no un hardware).
Ya no es el hardware sino el software el que decide qué tecnología inalámbrica y qué canal hay que usar para transmitir. El software, recordemos, se puede actualizar con gran facilidad. Mientras que antes había que reemplazar los dispositivos, ahora solo se necesita una actualización del software.

Una red adecuada para cada aplicación

Una red 5G puede, por ejemplo, proveer contenido tanto de Internet como de servicios prioritarios con calidad de servicios y seguridad de datos para aplicaciones especiales. Network slicing, o segmentación de la red, es como se ha denominado esto. Dependiendo de la velocidad de transmisión de datos, la velocidad y los requisitos de capacidad, la infraestructura de red 5G dotará a cada usuario y a cada aplicación con la conexión adecuada; una porción personalizada de la red.
Para ello, las redes 5G planeadas integran tecnologías diferentes, no solo 5G con los estándares más nuevos sino también redes fijas (fibra óptica y cable de cobre), redes inalámbricas tipo WLAN, estándares móviles nuevos como NarrowBand IoT y, por supuesto, estándares existentes como LTE. Esto significa que los operadores de red no tendrán, necesariamente, que montar estaciones base nuevas que brinden una cobertura exhaustiva; también pueden dotar los equipos de transmisión existentes con la tecnología moderna. Sin embargo, uno de los posibles anchos de banda para 5G supera los 3 GHz. Con cada gigahercio, el alcance disminuye rápidamente, exigiendo el correspondiente aumento del número de torres de transmisión. Así que para una cobertura nacional, los operadores de red necesitarían volver al 4G durante un período ilimitado y un 5G “genuino” puede que, en un principio, tuviera que estar limitado a las áreas metropolitanas.

El inicio en 2020 y mientras tanto investigación

En diciembre de 2017 el organismo de normalización 3GPP estableció la primera fase del estándar 5G. El Non-Standalone 5G New Radio (NSA 5G NR) permite el uso de la infraestructura LTE existente. Al utilizar tecnologías como la Enhanced Mobile Broadband (eMBB), la banda ancha móvil reforzada, se pueden conseguir transferencias de datos superiores y latencias inferiores en el canal de datos LTE. El 3GPP planea finalizar el estándar Standalone 5G NR a mediados de 2018.
Ya se han planeado redes piloto para finales de 2018. Los primeros anchos de banda estarán disponibles en 2019. La aprobación de un estándar final tanto por parte de la UIT como del 3GPP y las primeras aplicaciones comerciales se han previsto para finales de 2020. Hasta entonces, la investigación continuará y los proyectos de 5G seguirán avanzando, a toda velocidad, en todo el mundo.

Una carrera por el liderazgo tecnológico

Asia, como era de esperar, se encuentra entre los líderes, y los Juegos Olímpicos están desempeñando un papel fundamental, al igual que en el caso de innovaciones técnicas en el pasado. Siguiendo la estela de Corea del Sur, Japón confiará completamente en 5G como base de comunicaciones en los JJ.OO. de verano de 2020 en Tokio, y lo mismo hará China en los Juegos Olímpicos de invierno en Pekín. Los proveedores más importantes de los EE.UU. también están avanzando en cuestiones de innovación, al igual que lo hace Europa, donde la UE ha puesto en marcha el Plan de acción de Europa para 5G para regular y, sobre todo, coordinar los avances. Y para que sea algo más que el mero despliegue, sin éxito, de LTE en Europa.
Alemania pretende adoptar el papel de líder en 5G, con Berlín a la cabeza. En el 5G-Testfeld, puesto en marcha por el senado berlinés, el Instituto Fraunhofer para las telecomunicaciones entre otros ofrece a los operadores de red y a las empresas la oportunidad de probar las redes y los servicios 5G. Para poner a prueba 5G en vivo, los investigadores están utilizando transceptores Software-Defined Radio (SDR). El hardware SDR consiste en un transmisor, un receptor y convertidores analógicos/digitales. El procesamiento de la señal está controlado por un software para que un módulo inalámbrico pueda dar servicio a frecuencias diferentes y cambiar entre LTE, WLAN o 5G sin necesidad de cambiar el hardware.
El proveedor de red Nokia y Deutsche Telekom han creado otro campo de pruebas en el puerto de Hamburgo. Una antena 5G a 150 metros de altura sobre la torre de televisión de Hamburgo facilita, en un área de 8000 metros cuadrados en la zona portuaria, comunicaciones móviles 5G. 5G se utiliza para controlar los semáforos y recopilar datos medioambientales, mientras que las aplicaciones de Realidad Virtual sirven para vigilar los terrenos de construcción y las compuertas. Las empresas asociadas están poniendo a prueba si se puede cumplir de manera fiable con esos diferentes requisitos en una única red a través de la tecnología de segmentación de la red.