2019: El año del 5G
Tras muchos años de expectativa, llega, por fin, el 5G. En Estados Unidos, tanto Verizon como AT&T lanzaron servicios específicos a finales de 2018, seguidos de cerca por los tres principales operadores de Corea del Sur. En el resto del mundo, los planes de lanzamiento varían entre 2019 y 2020, pero no hay duda de que 2019 será el año en el que el 5G pasará de las pruebas de red a la realidad comercial.
Este año, habrá dos hitos clave que marcarán el progreso del 5G: en diciembre, 3GPP, la organización a la que la Unión Internacional de Telecomunicaciones (ITU, por sus siglas en inglés) encargó el desarrollo de las especificaciones técnicas del 5G, tiene previsto lanzar la Versión 16, completando así el trabajo, en línea con el objetivo de la ITU para 2020 . El otro pasa por octubre, fecha en la que se celebrará la reunión cuatrienal de la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones de la ITU (CMR-19) en la que se acordarán las asignaciones mundiales de espectro para el 5G.
En este artículo analizaremos más de cerca el 5G: qué es, por qué hay tanta expectación y qué podemos esperar ver en los próximos años.
¿Qué es el 5G?
La necesidad de ancho de banda a nivel mundial es insaciable y sigue creciendo exponencialmente, impulsada por el IoT y las aplicaciones emergentes, como vehículos autónomos y la IA. La actual tecnología inalámbrica 4G/LTE no será capaz de soportar este crecimiento durante mucho más tiempo. En 2010, la ITU reconoció las carencias del 4G/LTE al definir el futuro de la próxima generación de redes móviles: el 5G. La especificación, incluida en el documento IMT-2020 de la ITU y resumida en la figura 1 que aparece a continuación, contiene una serie de objetivos difíciles, entre los que se incluyen velocidades de transmisión de hasta 10 Gbps (100 veces superiores a las de las redes 4G), latencias de 1 ms, (factor cresta de 30-50 ms para 4G) y densidades de conexión de 1.000 dispositivos por kilómetro cuadrado (100 veces más que el 4 G).
Figura 1: Requisitos de rendimiento del 5G
(Fuente: NGMN)
Para hacer frente a estos retos, los diseñadores han utilizado varias tecnologías avanzadas con objeto de adoptar una arquitectura de red totalmente nueva. Entre estas tecnologías se incluyen:
- Sistema de múltiple entrada/múltiple salida (MIMO, por sus siglas en inglés) masivo y beamforming (formación de haces) (figura 2). El MIMO masivo aumenta de forma significativa la capacidad y la cobertura de red mediante la implantación de cientos de grandes conjuntos de antenas en estaciones base, lo que permite que varios usuarios utilicen simultáneamente los mismos recursos de tiempo y frecuencia. Por otra parte, La tecnología beamforming trabaja dentro del conjunto de antenas MIMO masivo para aumentar la capacidad y la eficacia de las transmisiones de radio al transformar las señales de radio en haces orientables altamente focalizados, que proporcionan una señal de radio más potente a una mayor distancia y con un consumo de energía menor.
Figura 2: MIMO masivo y beamforming
(Fuente: Ericsson)
- El espectro de radio es clave para las velocidades y las latencias que requiere el 5G. Aunque las asignaciones de espectro para el 5G no finalizarán hasta la CMR-19, ya ha surgido un marco en torno al cual muchos países han comenzado a celebrar subastas:
- Por debajo de 1 GHz, la "capa de cobertura": que proporciona una cobertura de área amplia y profunda en interiores.
- 1 GHz-6 GHz, "capa de cobertura y capacidad": utiliza un espectro de banda C de unos 3,5 GHz para ofrecer el mejor equilibrio entre cobertura y capacidad.
- Por encima de 6 GHz, "capa de superdatos": utiliza espectro de ondas milimétricas (mmWave) de mayor frecuencia para ofrecer velocidades de datos altas para casos de uso específicos. Esta banda será el factor clave para los futuros servicios 5G.
- El "network slicing" (segmentación de la red) es otro componente clave de arquitectura 5G: utiliza los principios de las redes definidas por software (SDN, por sus siglas en inglés), y la virtualización de funciones de red (NFV, por sus siglas en inglés), para crear varias redes virtuales además de una infraestructura física compartida común. Tras ello, estas redes virtuales se personalizan para satisfacer las necesidades específicas de aplicaciones, servicios, dispositivos, clientes u operadores.
- Mobile edge o Multi-access Edge Computing (MEC) permite realizar la computación en la nube en el extremo de una red móvil mediante la integración de funcionalidad en estaciones base móviles locales. Al acercar los cómputos y el almacenamiento de contenido online a los dispositivos 5G finales, permite gestionar la carga de tráfico de la red de forma más inteligente. El MEC también será una tecnología clave en la reducción de las latencias de redes 5G.
Las aplicaciones de mayor actualidad
Las capacidades del 5G prometen desbloquear la demanda latente dentro de un creciente número de aplicaciones en una amplia gama de sectores. En el sector de la automoción, la tecnología C-V2X (vehículo móvil para todo) lo conectará todo en las carreteras, incluidos vehículos, semáforos, pórticos, farolas e incluso las propias carreteras. Se recopilarán e intercambiarán datos entre los sensores sobre el estado de la carretera, el tráfico, el tiempo, etc. Para garantizar la viabilidad de todo ello, la tecnología va a precisar de velocidades y latencias de 5G, sobre todo considerando que hay vidas humanas en juego. Las especificaciones de 3GPP han evolucionado para ser compatibles con varias generaciones de tecnología V2X, (figura 3), y el lanzamiento de la Versión 16 será fundamental para llegar a ver vehículos completamente autónomos.
Figura 3: Evolución de la tecnología C-V2X
(Fuente: Qualcomm)
En el sector industrial, los requisitos de los volátiles mercados mundiales están impulsando a los fabricantes a adoptar el modelo de fábrica inteligente Industria 4.0, basado en técnicas de producción flexibles, modulares y versátiles, que combinan la experiencia humana con la automatización, incluidos los sistemas cibernéticos. Las redes cableadas existentes no son compatibles con los requisitos de las fábricas inteligentes, dado que la latencia de las redes inalámbricas actuales las hace inadecuadas para muchas de las aplicaciones de automatización de procesos en tiempo real. El 5G promete eliminar estas restricciones de red. En la figura 4 se muestra cómo la fábrica inteligente utiliza mapas de casos para los requisitos del servicio 5G definidos en las especificaciones de la ITU.
Figura 4: Descripción general de determinados casos de uso industrial de acuerdo con sus requisitos de servicios básicos
(Fuente: “5G for Connected Industries and Automation”, 5GACIA, noviembre de 2018)
Los robots, con un uso industrial ya consolidado, están descubriendo nuevos usos en sectores como el sanitario, el logístico, la orientación, la seguridad y la vigilancia, la enseñanza y el entretenimiento. Los avances en la inteligencia artificial (IA) aumentan constantemente sus capacidades, y la aparición de robots en la nube ofrece una serie de ventajas, incluido el intercambio de información, la computación off-loaded y la mejora en la colaboración.
Hasta ahora, sin embargo, el rendimiento de la red ha sido una barrera para la robótica en la nube, tanto en lo que se refiere a la cantidad de datos que se pueden soportar como a la latencia. Las capacidades de respuesta ininterrumpida de los robots requieren que la captura de vídeo, la codificación de vídeo, la transmisión de red, la decodificación en la nube y la IA visual se alcancen en 100 ms, para lo que se necesitan los niveles de latencia del 5G. En la figura 5 se muestran las capacidades de red para diversas aplicaciones de robótica.
Figura 5: Requisitos de red para aplicaciones de robots en la nube
(Fuente: Grupo GTI)
Consideraciones de implantación
La implantación del 5G ofrece importantes oportunidades para los operadores de red, pero también plantea diferentes retos. Muchos operadores todavía están desplegando las redes 4G y, en muchos casos, siguen esperando los beneficios de estas inversiones en 4G. Las implantaciones completas de 5G a gran escala requerirán un gasto de capital incluso mayor, en infraestructura y espectro, y los operadores deben ir con cuidado a la hora de monetizar estas inversiones.
Conscientes de ello, el trabajo inicial de 3GPP se centró en el desarrollo de especificaciones para la tecnología 5G non-stand-alone (NSA), que permite el despliegue de determinados elementos del 5G a modo de evolución de las redes 4G/LTE, permitiendo a los operadores aprovechar las inversiones existentes. Las redes 4G/LTE pueden convertirse en redes 5G de banda media y baja mediante la reconversión del espectro 2G/3G, y la posterior actualización de la infraestructura existente con MIMO masivo. Esta estrategia permitiría a un operador lanzar servicios basados en 5G de banda baja, de forma que se generarían nuevos flujos de ingresos, al tiempo que se retrasaría la implantación de las infraestructuras de banda alta, que precisan de redes mucho más densas y tienen un coste superior.
Según un estudio sobre los planes de implantación en los importantes mercados de China, Japón y Europa, parece que muchos operadores han optado por seguir esta estrategia, incluidos los japoneses KDDI y Softbank, así como EE y Vodafone en el Reino Unido, cuyos planes iniciales sobre el 5G se basan en el espectro de las bandas de 3,5-4,5 GHz.
Conclusión
2019 supondrá un punto de inflexión para el 5G, puesto que los operadores están comenzando a ofrecer este servicio. Esto marca el inicio de un periodo de cinco años durante los que la cobertura mundial del 5G se prevé que alcance el 40 %. Los ingresos de los operadores crecerán en una tasa de crecimiento anual compuesto del 2,5 % hasta alcanzar los 1,3 billones de USD a finales de este mismo periodo, y se espera que los ingresos por el 5G de los profesionales del sector de las TIC en la vertical de fabricación alcancen los 234 mil millones de dólares: habrá que comenzar a tener en cuenta las oportunidades que ofrece el 5G.
El 5G lleva tiempo prometiendo transformar nuestras vidas, tanto en casa como en el trabajo, y 2019 está llamado a ser el año en el que la tecnología comience a cumplir esta promesa.
