5G: más conexiones, más rápidas y con mayor cobertura

Carlos López Ardao, Universidade de Vigo / La relación simbiótica entre las dos tecnologías más disruptivas y transformadoras del siglo XXI, las comunicaciones inalámbricas e Internet, ha alimentado un espectacular crecimiento en la demanda de datos móviles. En la actualidad, una cantidad de dispositivos sin precedentes se conecta a Internet utilizando tecnologías inalámbricas.

El problema es que las tecnologías 4G, que fueron concebidas principalmente en la era anterior al smartphone, no son capaces de adaptarse a este escenario y mantener el presente ritmo de crecimiento.

Un informe publicado en 2015 por Cisco estimaba que en 2019 el tráfico mundial de datos móviles se habría multiplicado por 10 y sería de 24 Exabytes mensuales, mientras que en 2020 el número de dispositivos conectados sería de 40 mil millones.

Para entender cómo hemos llegado hasta aquí, nada mejor que hacer un pequeño repaso de la historia de las distintas generaciones de telefonía y comunicaciones móviles.

Desde 1G hasta 5G

En España, la primera generación móvil data del año 1981 y ofrecía un servicio básico de telefonía analógica. La telefonía móvil de segunda generación llegó en 1995 de la mano del nuevo servicio Movistar de Telefónica; además, se otorgó una licencia adicional a un nuevo operador (Airtel, hoy Vodafone).

En 1998 ocurre un nuevo salto tecnológico y, a la vez, aparece en España un tercer operador, Amena, hoy propiedad de Orange. La novedad de esta generación fue que el servicio pasó a ser digital y se incluyó un servicio de mensajes de texto. Además, se definió una norma a nivel europeo, GSM, que introduce la itinerancia (roaming) entre países.

El gran salto de 2G a 3G lo protagoniza el servicio de datos, que permite la llegada de Internet al móvil. La 3G (UMTS) llega a España con algún retraso (2002) en los tres operadores. Los primeros años de comercialización de la 3G fueron difíciles, pues el usuario no veía la necesidad de tener acceso a Internet en el móvil.

La irrupción en 2007 del smartphone gracias a Apple supuso la gran revolución que hoy conocemos en el acceso móvil a Internet. En 2008 aparece el iPhone 3G y la espectacular idea de las apps y las App Store, que acabaría por derribar todos los muros.

Se produce entonces un incremento en la demanda de acceso a Internet desde los smartphone y, además, a la máxima velocidad posible. Eso hizo que la llegada del 4G en 2010 tuviese una gran acogida. El incremento de velocidad desde los 2 hasta los 100 Mbps permitió que aumentase significativamente el consumo de vídeo HD en el móvil.

En este breve repaso hemos visto que, del 1G al 4G, cada generación trajo consigo alguna novedad importante, primero fueron los SMS, después los datos y el acceso a Internet y, finalmente, la banda ancha real y el vídeo HD.

Características de las cinco generaciones móviles.

¿Para qué necesitamos 5G?

La tecnología 5G incidirá en tres aspectos clave:

• El incremento en la densidad de conexiones será del orden de 100 veces con respecto a la 4G. De los cientos de conexiones por celda de la 3G se pasó a miles con la 4G; ahora, con la tecnología 5G, se pasa a cientos de miles de conexiones por kilómetro cuadrado. Esta elevada densidad resulta esencial en muchas aplicaciones relacionadas con los vehículos, hogares y ciudades inteligentes.
• La reducción de la latencia o tiempo de respuesta. Este aspecto es muy importante en aplicaciones de tiempo real, donde es necesaria la sensación de inmediatez (control remoto, telemedicina, coches autónomos…). La nueva tecnología permitirá pasar de los 50 milisegundos de latencia de la 4G a latencias de hasta solo 1 ms.
• La velocidad de acceso será otro gran avance de la 5G. Se podrá alcanzar una velocidad de hasta 10 Gbps. Así, los móviles no necesitarán tanta memoria, pudiendo usar la nube como una memoria de acceso rápido. Tampoco será necesaria una gran capacidad de procesado: la nube también servirá para procesar muchas operaciones.

La tecnología 5G implica mejoras significativas no solo en la comunicación, sino también en la capacidad de almacenamiento y procesado.

Otras características importantes de la tecnología 5G son:

• Extraordinaria fiabilidad (99,99999%) y disponibilidad.
• Cobertura prácticamente total, pudiendo ofrecer 100 Mbps en cualquier parte, algo especialmente importante en entornos rurales.
• Ahorro energético, tanto en la red, donde se estima será del 90% con respecto a la tecnología 4G, como en los terminales, en los que se podrán usar baterías de hasta 10 años de duración.

Comparativa de conexiones, velocidad de descarga y latencia de las distintas generaciones móviles.

Internet de las personas y de las cosas

Si la tecnología 4G supuso el salto definitivo a la Internet de las personas, con la popularización del uso de las redes sociales desde el móvil, podemos decir que la tecnología 5G seguirá afianzando la Internet de las personas, pero supondrá, sin duda, la gran revolución de la Internet de las cosas (Internet of Things, IoT).

Cuando hablamos de Internet de las cosas nos referimos al hecho de que los objetos cotidianos intercambian información entre sí y con centros de control a través de Internet, sin intervención humana, para actividades de monitorización y operación.

Resulta claro que las comunicaciones inalámbricas resultan esenciales en el ámbito de la IoT, y aunque tecnologías como Bluetooth, WiFi, RFID o NFC permiten comunicaciones de proximidad, son numerosas las ocasiones y escenarios donde se requiere conectividad en movilidad, a mayor distancia y en cualquier ubicación.

En este sentido, aunque la tecnología 4G permite comunicación ubicua, no lo hace en el rango de casos de uso que se requerirá en un futuro próximo y que la tecnología 5G sí permite. 5G no solo será mucho más rápido sino que, sobre todo, será mucho más flexible y escalable que la tecnología 4G.

Partición de la red en subredes virtuales

Una de las grandes innovaciones de la tecnología 5G es la partición de la red (network slicing), para la construcción de múltiples subredes virtuales extremo a extremo slices (rebanadas), que comparten una misma infraestructura física de red. Ello permitirá independizar la explotación de la red física de los operadores y proveedores de servicios 5G que usan y explotan estas subredes virtuales.

Una enorme ventaja de esta arquitectura de red es el ahorro de recursos, pues en 5G se podrán emplear técnicas de compartición (virtualización y cloud) entre múltiples tipos de slices sobre una misma infraestructura física de red.

Además, estas subredes virtuales podrán adaptarse a los requisitos de los operadores y de los distintos servicios y funciones que se deseen desplegar sobre ellas, en cuanto a prestaciones y calidad de servicio, como emergencias, salud, tráfico, comunicaciones entre vehículos (V2X), etcétera.

Inicialmente, 5G normalizará tres tipos de slices:

• URLLC (Ultra-Reliable Low-Latency Communication) o Critical IoT: Específico para latencia ultrabaja (< 2 ms) y alta fiabilidad (99,99999%) y disponibilidad. Para aplicaciones de monitorización y control en tiempo real (procesos industriales, vehículos autónomos, etc.).

• mMTC (Massive Machine Type Comunnication) o Massive IoT: Específico para una gran densidad de dispositivos conectados de bajo coste, con pequeñas baterías y bajas necesidades de ancho de banda y acceso esporádico (como sensores).

• eMBB (Enhanced Mobile Broadband): Servicio de banda ancha móvil mejorado que ofrece una gran cobertura con 100 Mbps mínimos por usuario (10 Gbps de pico), incluso en movilidad (hasta 500 Km/h) y que sea escalable con el número de usuarios. Ello permitirá vídeo 4K, 3D inmersivo para realidad virtual o dar servicio a grandes eventos.

Despliegue progresivo

Las primeras redes 5G serán una evolución sobre la infraestructura 4G existente.

Los teléfonos inteligentes habilitados con 5G se conectarán a frecuencias 5G para mejoras en el rendimiento de los datos, pero seguirán usando 4G para tareas como comunicarse con las torres de telefonía y los servidores.

El despliegue inicial de la infraestructura celular 5G se centrará en la banda ancha móvil mejorada para proporcionar mayor ancho de banda de datos y fiabilidad de conexión, a través de dos nuevas gamas de frecuencia de radio. De hecho, la implantación del 5G en España ha requerido la liberación de una parte del espectro radioeléctrico.

Mucha gente se pregunta si la tecnología 5G permitirá nuevos servicios que la 4G no permite desarrollar. La respuesta es un rotundo sí.

Si bien es cierto que las redes 4G actuales permiten desarrollar bastantes servicios IoT, su implantación masiva solo será posible con las nuevas infraestructuras 5G.

Por ejemplo, las comunicaciones V2X entre vehículos, vehículos y personas y vehículos e infraestructuras ya podrían probarse y desarrollarse pero su implantación a gran escala, que es donde se halla su verdadero potencial, solo podrá realizarse con tecnología 5G.

Cooperación empresarial y conexión total

Dado el tamaño potencial y la globalidad de soluciones que permitirá esta tecnología, los operadores y proveedores de servicios son conscientes de que se enfrentan a una gran oportunidad para invertir en nuevos e innovadores servicios basados en 5G, que les permitan aumentar significativamente su eficiencia y productividad.

El despliegue de nueva infraestructura 5G debe ser muy racional. España ya tiene experiencia en compartir infraestructuras, algo que se debe llevar aún más lejos, pues ha de jugar un papel fundamental en la implantación del 5G.

Las enormes ventajas comparativas de rendimiento y capacidad del sistema que ofrecerá la tecnología 5G serán sin duda el gran facilitador del Internet de las cosas y la sociedad conectada.

Carlos López Ardao, Profesor del Departamento de Ingeniería Telemática, Universidade de Vigo

Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original. / Foto: Shutterstock