5G
[gL.edu] Este artículo recoge contribuciones de Eric Martín León, elaboradas en el contexto de la Clarificación conceptual en torno a las "Redes de comunicaciones móviles", bajo la supervisión de Iris Celorrio.
La tecnología 5G es el nuevo estándar de comunicaciones sin cables que es capaz de soportar un tráfico varias veces mayor que el que soportan las redes actuales basadas en la tecnología 4G o LTE, lo que permite por ejemplo descargar una película de alta definición en pocos segundos.
Su desarrollo e implantación, como en las versiones anteriores, viene de la mano del desarrollo de la tecnología y los nuevos usos que hacemos de ella, como pueden ser la realidad virtual, la conducción autónoma o el internet de las cosas entre otros.
La tecnología 5G se fundamenta a su vez en la convergencia de cinco tecnologías a las que nos vamos a referir en las secciones siguientes. La combinación de las prestaciones aportadas por estas tecnologías hace posible un cambio del paradigma de la comunicación inalámbrica, permitiendo implementar servicios ultra rápido para cualquier usuario de la red.
Ondas milimétricas
Los teléfonos y otros dispositivos electrónicos utilizan frecuencias muy específicas del espectro radioeléctrico, y todos ellos típicamente están por debajo de los 6 GHz, pero este espectro empieza a estar cada vez más abarrotado, por la cantidad de dispositivos que comparten el espacio radioeléctrico, y cuyas portadoras solo pueden llevar unos pocos bits de datos en las frecuencias en las que operan, por lo que cuantos más dispositivos se encuentren conectados, el servicio se vuelve más lento y debido a las interferencias entre ellos, hay más conexiones que se pierden.
La solución es abrir ese espectro por encima de los 6 GHz utilizando ondas cortas milimétricas entre los 30 y los 300 GHz (típicamente utiliza la banda de los 600 a los 86 GHz)ya que esta sección del espectro nunca se ha utilizado para dispositivos móviles, y esta apertura supondría un mayor ancho de banda.
Lamentablemente las ondas milimétricas no se mueven bien en el espacio libre donde no son capaces de atravesar obstáculos y por ello las ondas son absorbidas por plantas o lluvia, por lo que para solucionar este problema se recurre a utilizar una tecnología que desarrolla otra compañia diferente.
Céldas pequeñas (small cells)
Actualmente la tecnología móvil se basa en grandes antenas de transmisión que propagan la señal a distancias muy largas, pero estas antenas que emiten ondas milimétricas tienen el problema, como mencionábamos, de los obstáculos físicos que encuentran a su paso, por lo que se requiere una implantación tecnológica que resuelva esta situación, y eso se consigue instalando miles de mini estaciones base que se encuentren mucho más próximas entre ellas que las estaciones principales, formando así un pequeño grupo de estaciones que se aseguran el poder transmitir recibir la señal de estas ondas milimétricas en cualquier lugar.
Esto es un punto especialmente importante en las ciudades donde los usuarios lidian con obstáculos que podrían interrumpir la señal, especialmente los edificios, pero sus dispositivos móviles se conectarían de una a otra mini estación base automáticamente, si es que el usuario está en movimiento, permitiendo así mantener la conexión.
MIMO masivo (Massive MIMO)
Esta tecnología hace referencia a sus siglas en inglés, múltiples entradas - múltiples salidas (Multiple Inputs - Multiple Outputs). Actualmente las estaciones base para la tecnología 4G cuentan con docenas de puertos para sus antenas que manejan todo el tráfico de las células, pero las estaciones base con tecnología MIMO pueden soportar hasta un centenar de puertos, con lo que se incrementaría la capacidad de las redes actuales.
El problema de este escalado de antenas supone que los espectros de radiación de cada una de ellas se verían perturbados unos con otros alterando la recepción de la señal a causa de las interferencias que se producirían entre ellas, por lo que se hace necesaria una nueva solución ante este problema.
Conformación de haces (Beamforming)
Esta tecnología hace las veces de regulador de tráfico, como si de un semáforo para redes celulares se tratase, ya que, en lugar de emitir las antenas de la estación base en todas direcciones, es posible orientar cada una de ellas para que emitan los datos a la estación base o usuario que lo requiera en ese momento.
Una estación base MIMO recibe todas las señales que le lleguen de los usuarios que están enviando o recibiendo datos y los algoritmos de procesado de la señal que utiliza la estación permiten averiguar de qué dirección provienen, para posteriormente triangular la posición exacta desde dónde está recibiendo cada una de las señales, y así reenviar de forma inequívoca los datos a cada teléfono.
Con esta implementación se evitan interferencias y se hace un envío más eficiente, lo que implica que las estaciones pueden manejar más conexiones de datos de entrada y salida a la vez.
Duplex completo (full dúplex)
Imitando la tecnología de los walki-talkies donde la comunicación debe realizarse por turnos, en la comunicación celular las antenas funcionan de la misma manera, ya que cada una puede realizar un solo trabajo cada vez, es decir, o enviar o bien recibir datos, debido al principio de reciprocidad que es la tendencia por las que viajan las ondas de radio en sus caminos de ida y vuelta dentro de la misma frecuencia.
Para evitar que se produzcan estas interferencias entre las señales, enviadas y recibidas, que incluso se podrían anular unas a otras, se establecen frecuencias diferentes de forma temporal para cada sentido en el que se cruzan los datos, que evitarían estos problemas.
Referencias
- IEEE Spectrum (6 de febrero de 2017) Everything You Need to Know About 5G [Video]. Youtube. Obtenido de https://www.youtube.com/watch?v=GEx_d0SjvS0