5G: Introducción

La tecnología 5G fue pensada como la evolución de las generaciones anteriores de comunicaciones celulares móviles. Pero con una gran cantidad de innovaciones que van mucho mas allá que la red de acceso de radio o RAN. Ya 4G había pasado de las comunicaciones orientadas a circuitos por las orientadas a paquetes, dando la posibilidad de permitir conectarse al infinito mundo de Internet. Pero mas allá de alguna reorganización de funciones a nivel core seguía siendo una red pensada principalmente para servicios móviles.

Al igual que las evoluciones anteriores hay una mejora muy marcada en la tecnología de radio que le permite ofrecer servicios que, casi, están al límite de lo imaginable, como latencias increíblemente bajas, del orden del mili-segundo y capacidad para manejar servicios de misión crítica, acceso de ancho de banda muy alto, significativamente mayor que con 4G y la posibilidad de manejar millones de dispositivos de IoT por Km2. Todo esto da la posibilidad a 5G de generar todo un abanico de servicios hasta ahora imposibles.

Fuente: Technology@Intel

3GPP, que es la organización encargada de asentar las especificaciones globales para los sistemas de comunicaciones móviles, desde 3G, participo activamente de IMT-2020 y posteriormente agregó los demás componentes para completar el ecosistema de 5G(ITU solo definió la radio). Los estándares de 3GPP se organizan en forma de releases (o versiones). 5G comienza a estar presente en el release 15, en la siguiente versión obtiene un número considerable de evoluciones, como algunas relacionadas con Network Slicing (que es la posibilidad de crear redes virtuales para distintos tipos de clientes utilizando recursos de una misma red física) y algunas otras funcionalidades pensadas originalmente para redes privadas 5G. Al igual que el resto de las iniciativas a nivel mundial, el release 17 se retraso por mas de seis mases por el COVID-19. En el release 17 se prevén nuevas funcionalidades como el acceso satelital y la mejora en la vida útil de las baterías.

Las mejoras de las redes de comunicaciones inalámbricas en lo que hace a velocidad, latencia y confiabilidad le da una oportunidad única a los operadores de servicios de comunicaciones (CSP) de participar en el mercado de las industrias, la fabricación, la salud, el entretenimiento, la energía y muchos otros sectores. Algunos dicen que 5G, junto con la crisis del COVID son los impulsores clave para la próxima revolución industrial.

Pero tal vez las novedades mas importantes de 5G son las que pueden hacer que se convierta en un estándar para todos los medios de acceso: es modular, ampliable, arquitectura orientada a servicios, múltiples medios de acceso, separación clara entre plano de usuario y plano de control, pensado para funcionar sobre una infraestructura de microservicios y sobre la “nube”. Broadband Forum y Cablelabs están trabajando activamente, junto a 3GPP para que las redes de acceso para servicios fijos, ya sea inalámbricos como FWA (Acceso fijo inalámbrico) o cableados como FTTH o HFC formen parte del estandar. Para esto es clave la separación entre los conceptos de red de acceso, red core y red de datos.

En 5G la arquitectura se basa en funciones que son las encargadas de exponer y/o consumir todos los servicios necesarios interactuando de manera flexible, prevé (al menos en la especificación) un ecosistema construido nativamente para operar con varios proveedores. Si esto es finalmente así, junto con la posibilidad de unificar los servicios móviles y fijos independientemente del medio de acceso, hacen que 5G sea realmente uno de los candidatos mas fuertes para ser la tecnología de core unificada para los CSP del futuro.

Como decíamos antes 5G ofrece tres atributos con los que es posible crear una gran cantidad de servicios:

• eMBB (enhanced Mobile Broadband), que se enfoca principalmente en conseguir un ancho de banda de conexión muy grande
• uRLLC (Ultra Reliable Low Latency Communications), para servicios que requieren muy baja latencia y misión crítica
• mMTC (massive Machine Type Communications), pensado principalmente para IoT y M2M

Son los vértices del triángulo de nuevos servicios de IMT-2020 de la ITU:

Fuente: ITU

Hasta que todo esto sea posible existen modelos de transición entre las tecnologías actuales de comunicaciones celulares, especialmente 4G y la radio de 5G. Estos esquemas continúan utilizando el core de la red 4G que ya tiene el operador y permite, principalmente, ofrecer servicios del tipo eMBB, es decir, aumentar el ancho de banda ofrecido por las redes móviles.

Fuente: GSMA

Estos modelos iniciales de introducción de 5G en las redes se llaman 5G NSA (Non-StandAlone) ayudan a los operadores a ir aprovechando oportunidades de mercado y de marketing, mientras esté disponible el ecosistema 5G SA (StandAlone).

Pero esta introducción, así como la serie de próximos artículos que vendrán en el futuro, no se refiere a 5G como una tecnología móvil, sino a una plataforma de comunicaciones totalmente ampliable, que puede soportar múltiples redes de acceso, tanto para servicios móviles como fijos, sobre redes alámbricas, inalámbricas y hasta satelitales. Pensada para la nube y con una arquitectura que facilita implementaciones multi-vendor, ofrece la oportunidad de construir un ecosistema de comunicaciones totalmente integrado, para todos los tipos de redes y todos los servicios. ¿Seremos capaces de hacerlo posible?

Autor: Ing. Gabriel Carro (gcarro@stechs.io)

Acrónimos:

3GPP: 3rd Generation Partnership Project. Es un término genérico para una serie de organizaciones de estándares que desarrollan protocolos para telecomunicaciones móviles.

CSP: Communication Service Provider. Proveedor de Servicios de Comunicaciones. Es la evolución de las empresas telefónicas y los cable operadores.

eMBB: enhanced Mobile Broadband. Atributo de las redes móviles 5G que permite conexiones de banda ancha de muy alta velocidad.

FWA: Fixed Wireless Access. Sistemas que ofrece conectividad a clientes fijos utilizando redes de acceso inalámbricas.

FTTH: Fiber to the Home. Red de acceso basada en redes de fibra óptica tipo PON.

HFC: Hybrid Fiber Coaxial. Son las redes de acceso de los cable operadores, basado en fibra óptica y cable coaxial.

IEEE: Institute of Electrical and Electronics Engineers. El Instituto de Ingenieros en Electricidad y Electrónica, es la organización técnica profesional más grande y prestigiada del mundo, fundada en New York, el 13 de mayo de 1884, por un grupo de profesionales, como Thomas Alva Edison, Alexander Graham Bell y Franklin Leonard Pope. (Fuente IEEE).

IMT-2020: International Mobile Telecommunications-2020. son los requisitos emitidos por el Sector de Radiocomunicaciones de la ITU en 2015 para redes, dispositivos y servicios 5G.

ITU: International Telecommunication Union. Es un organismo especializado de las Naciones Unidas responsable de todos los asuntos relacionados con las tecnologías de la información y las comunicaciones.

M2M: Machine to Machine. ‘Máquina a Máquina’ es un concepto genérico que se refiere al intercambio de información o comunicación en formato de datos entre dos máquinas remotas.

mMTC: massive Machine Type Communications. Se refiere a la capacidad de las redes móviles 5G de soportar cantidades masivas (mas de un millón por km²) de dispositivos con bajo volumen de datos intercambiados

NSA: Non Standalone. Se refiere a los primeros pasos de la evolución de las redes para servicios móviles en los que se utilizan las capacidades de la radio comunicación mientras que se sigue utilizando el control de las redes 4G.

PON: Passive Optical Network. Son redes de acceso basadas en fibra óptica que no contienen ningún elemento activo (alimentado eléctricamente) en la planta externa.

RAN: Radio Access Network. Es la red de acceso inalámbrico de las redes celulares. Estas redes han sido estandarizadas por ITU e IEEE.

SA: Standalone. Es la evolución de las redes 5G en las que es posible establecer comunicaciones completas basadas en esta tecnología, sin necesidad de contar con el auxilio de 4G.

uRLLC (Ultra-High Reliability & Low Latency). Son capacidades de las redes 5G para ofrecer servicios críticos basados en comunicaciones muy confiables (misión crítica) y una latencia extremadamente baja.

Referencias:

[1] 3GPP meets IMT-2020 https://www.3gpp.org/news-events/2143-3gpp-meets-imt-2020

[2] An overview of 3GPP 5G releases and what each one means https://www.techtarget.com/searchnetworking/feature/An-overview-of-3GPP-5G-releases-and-what-each-one-means

[3] Emerging Trends in 5G/IMT2020 ITU https://www.itu.int/en/membership/documents/missions/gva-mission-briefing-5g-28sept2016.pdf

[4] 5G for the Fourth Industrial Revolution, Isabelle Mauro, World Economic Forum, Mobile World Congress Shanghai, China, June 2019, https://www.gsma.com/spectrum/wp-content/uploads/2019/05/1-Isabelle-Mauro-Director-Head-of-Telecoms-Digital-Communications-Industry-WEF.pdf

[6] 5G Implementation Guidelines, GSMA, July 2019, https://www.gsma.com/futurenetworks/wp-content/uploads/2019/03/5G-Implementation-Guideline-v2.0-July-2019.pdf