¿Qué es el 5G? Parte 1 - La evolución y la próxima generación

Bienvenidos a nuestra serie de conversaciones sobre el 5G. La 5G es la tecnología de red de próxima generación, que promete un ancho de banda exponencialmente mayor junto con una menor latencia para apoyar la amplia gama de aplicaciones comerciales y de consumo en el Internet de las Cosas (IoT). Para los que desarrollan aplicaciones con gran cantidad de datos, es importante saber cuándo y cómo se desplegará la 5G.

En este post, Scott Nelson, vicepresidente de producto de Digi, vuelve a entrevistar a Harald Remmert, director de ingeniería de Digi. El tema "¿Qué es la 5G?" se convirtió en dos conversaciones relacionadas. Este post, la primera parte, cubre la evolución de las generaciones de redes que conducen a la 5G. La segunda parte trata de la adopción de la 5G en los mercados de consumo y de la página web IoT.

En caso de que se lo haya perdido, no deje de consultar el primer blog de nuestra serie sobre el 5G,Aventurarse en la niebla del 5G.

¿Qué es el 5G y cómo han evolucionado las "G"?

Scott: En esta conversación repasamos las tecnologías pasadas y presentes que nos han llevado hasta donde estamos hoy y hacia dónde se dirige el mercado con las redes 5G. La tecnología celular sigue evolucionando y avanzando hacia la plena adopción de la 5G, pero esto llevará algún tiempo, ya que la construcción de la red es un proceso largo, largo y costoso.

En Digi International nos dedicamos a desarrollar las tecnologías de apoyo para el Internet de las cosas comercial IoT e industrial, o IIoT, que se mueve en una misión separada del mercado de consumo. Mi conversación con Harald reflexiona sobre cómo se utilizará el 5G y se desarrollará con esas vías separadas.

Empezar por el principio - ¿Qué fue la primera "G"?

Scott: Así que, Harald, hoy mucha gente se hace la pregunta: ¿Qué es el 5G? Vamos a hablar de la 5G en el contexto de la G. Tal vez podrías empezar por el principio y llevarnos hasta el 5G para que entendamos lo que es.

Harald: Claro, todo empezó con la primera generación, la 1G. Esto fue en los años 80, con tecnología analógica y pasando a la 2G, que es la primera tecnología digital GSM, también CDMA, 1xRTT. Por tanto, dos tecnologías que competían en ese momento y que en algunas zonas del mundo siguen existiendo.

Scott: ¿Puede deletrear acrónimos como GSM y CDMA para los lectores?

Harald: Sí. GSM significa Sistema Global para Móviles, y CDMA significa Acceso Múltiple por División de Código, que es una tecnología de telefonía móvil de la competencia.

Scott: AT&T se convirtió en GSM y Verizon en CDMA, ¿verdad?

Harald: Correcto, la mayor parte del mundo celular fue el GSM fourte. Verizon y Sprint fueron con CDMA.

Scott: Y Qualcomm era dueña de CDMA, ¿no es así?

Harald: Eso es correcto. No hay que confundirlo con Wide CDMA o WCDMA, que es la tecnología que luego se utilizó en 3G, y que fue utilizada conjuntamente por casi todas las partes.

Scott: ¿Todas las fiestas? Así que, estaban en 2G y luego...

Harald: Sí, 2G. Y al principio, la 1G y la 2G fueron impulsadas principalmente por los teléfonos. Es decir, poder comunicarse a través de los teléfonos. La 2G también ofrecía comunicación de datos a velocidades muy bajas, pero eso era más para los entusiastas de la época.

Scott: ¿Fue posible enviar mensajes de texto por primera vez en 2G?

Harald: Eso es correcto, y también las comunicaciones de datos muy lento, así 9600 baudios, por lo que muy, muy baja velocidad.

Scott: Todavía tenemos clientes que utilizan nuestros antiguos productos 2G, ¿verdad? ¿Y tienen que mudarse debido a los próximos cortes de red?

Harald: Sí, y les ayudamos a pasar de la tecnología 2G y también 3G a la 4G LTE y más allá.

Scott: Aunque no se etiquete como tal, la 2G era efectivamente una tecnología de IoT en ese momento...

Harald: Por supuesto. Recuerdo que a mediados de la década de 2000 Digi presentó uno de los primeros routers celulares con un módem 2G. En aquel momento los módems eran muy caros y bastante grandes. Desde entonces, los costes han bajado y el tamaño también se ha reducido considerablemente.

Scott: Bien. Entonces, volvemos a la 3G.

Harald: La 3G fue impulsada principalmente por los teléfonos, y fue realmente la primera tecnología que tenía velocidades de datos razonables, en el rango de Megabit/s. Empezó con alrededor de 1 megabit, y en su punto álgido llegó a 30 o 40 megabits/s. Eso era bastante rápido para una variedad de aplicaciones tanto en los teléfonos inteligentes como en el ecosistema de IoT . Luego hubo un paso intermedio entre 3G y 4G. Algunos operadores lo llamaban 3,5G, otros ya lo llamaban 4G. Así que este 3,5G o el 4G inicial no-LTE era más o menos las variantes de mayor velocidad de la tecnología 3G.

Scott: ¿Como 3G+?

Harald: Sí, 3G+. Esto era HSPA, que significa High Speed Packet Access. Era la misma tecnología o la misma generación, pero con un pequeño giro de marketing.

¿Qué es una generación en tecnología de redes?

Scott: Cambiando de tema, hablemos de lo que define una generación cuando hablamos de estas tecnologías. ¿Cómo se sabe cuándo se ha pasado realmente de una generación a otra?

Harald: La Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y sus socios definen los requisitos y el calendario del futuro sistema de comunicaciones móviles. A continuación, el Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP) toma estos requisitos y redacta especificaciones que se agrupan en una serie de versiones. Aproximadamente cada década, la UIT define una nueva generación para reflejar los avances tecnológicos y atender las necesidades de las aplicaciones y la industria.

Por ejemplo, la primera versión de 4G LTE que aplicaba los requisitos de la UIT para los sistemas de comunicaciones móviles IMT-Avanzadas fue la versión 8 (2008). A esta versión le siguieron varias versiones que se basaban en la versión inicial y proporcionaban más funcionalidad. Pasando a la 5G, la primera versión 5G fue la 15 (2018), con la versión 16 en el horizonte para principios de 2020 y la versión 17 prevista para 2021.

Scott: En otras palabras, dentro de una generación, los sistemas de comunicación móvil son compatibles. Pero cuando la generación cambia, hay que actualizar el hardware, ¿correcto?

Harald: Correcto.

Scott: ¿Así que CAT-M, que forma parte de LTE, pudo desplegarse en el hardware LTE existente?

Harald: Eso es correcto. Podría desplegarse en la infraestructura LTE existente con una actualización de software.

Está claro que el 5G va a requerir un nuevo hardware. Tal vez esa sea la forma de pensarlo. Cada generación requiere que los operadores de red salgan y toquen todas sus torres para poner un nuevo hardware.

Harald: Sí, así es.

Scott: ¿Y podemos decir que cada pocos lanzamientos tendemos a llegar a ese punto?

Harald: Sí, así es. Me gusta pensar en sindicatos generacionales. Así que, si lo piensas, el 5G, más o menos, se va a disparar en 2020, ¿verdad? El 4G empezó a funcionar en 2010, y antes de eso el 3G empezó a funcionar en la década de 2000. Entonces puedes contar hacia atrás.

Scott: Eso es interesante. Así que cada generación es también aproximadamente una década...

Harald: Sí, aproximadamente una década.

Scott: Es interesante saberlo porque a mucha gente le ha pillado desprevenida el cierre de la 2G-3G, y la tecnología sobre la que están operando actualmente tiene 20 años. Así que tienen productos que viven tanto tiempo.

Harald: Así que cada década, tenemos una nueva generación, ¿verdad? Y las generaciones anteriores se solapan con ella hasta cierto punto. Muchas veces el cambio a la nueva generación está impulsado por los operadores para reutilizar, reutilizar el espectro. Las nuevas generaciones tienen más eficiencia espectral, lo que significa que se pueden transmitir datos más rápida y eficazmente a través de la red. Y con el aumento de los dispositivos en línea y las velocidades más rápidas requeridas por los usuarios, tanto en los teléfonos de consumo como en IoT , los operadores no tienen más remedio que encontrar espectro adicional, o básicamente tienen que apagar una tecnología para reutilizar el espectro de esa tecnología.

Sobre la tecnología LTE, los gatos y NB-IoT

Scott: Volvamos a la evolución y hablemos de 4G. Para un purista como tú, el verdadero 4G es LTE, ¿verdad?

Harald: LTE son las siglas de Long-Term Evolution (evolución a largo plazo), y eso es realmente una evolución. Los primeros dispositivos LTE eran de categoría (CAT) 3, lo que significa que el dispositivo puede transferir hasta 100 megabits por segundo en el enlace descendente y 50 megabits/s en el ascendente. Esa fue realmente la primera categoría LTE ampliamente adoptada. Y desde entonces, tenemos algunos otros términos de marketing para hacer esto un poco más fácil. LTE-Advanced es CAT 6 y superior, LTE-Advanced Pro es CAT 11 o 12 y superior, y luego está 5G.

Scott: LTE contiene en realidad las versiones CAT-1, CAT-M y NB-IoT , ¿correcto?

Harald: Eso es correcto, sí. Curiosamente, CAT-1 también se definió muy pronto. Estaba en la versión 8 del 3GPP, pero no se desplegó hasta mucho más tarde porque el principal caso de uso inicial de LTE eran los teléfonos. Pero luego el ecosistema descubrió que, oye, necesitamos una radio menos costosa. Y para algunas aplicaciones que solían funcionar bien con velocidades 2G, incluso 3G, 100 megabits era una exageración. Así que teníamos que encontrar una forma de ofrecer una solución más rentable que fuera atractiva para una gama más amplia de productos. Y en ese momento, realmente los papeles de la tecnología se dividieron en una vía de alta velocidad y una vía de gama baja. La primera fue la CAT1, a la que siguieron, en versiones posteriores, la CAT-M y la NB-IoT.

Scott: Y estas redes, a las que en Digi nos referimos como IoT o redes de extremo a extremo, se caracterizan por una velocidad de datos mucho menor y una potencia mucho menor, por lo que son apropiadas para máquinas que no tienen mucho que decir y además son más fáciles desde el punto de vista de la energía y la gestión.

Harald: Sí. Y la energía específicamente en la vida de la batería. Así que estos son dispositivos que pueden funcionar con baterías, y funcionar durante un largo período de tiempo, así que años.

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¿Qué es el 5G? ¿Y cómo se desplegará?

Scott: Bien, ahora, llévanos a casa. ¿Qué es el 5G? El 5G es la próxima generación. ¿Qué tiene de nuevo? ¿Qué es?

Harald: Es la siguiente generación. Las generaciones anteriores se centraron inicialmente en la velocidad, es decir, 2G, 3G, 4G LTE, y luego dentro de LTE también empezamos a ver la diversificación para soportar un gran número de dispositivos para IoT. Ahora, la 5G es la quinta generación y eso le añade otra dimensión, que es la menor latencia. Así que amplía las otras dimensiones en velocidades más altas y un mayor número de dispositivos, pero también se expande, añade otra dimensión, que es una menor latencia. Y esta latencia es realmente clave para las nuevas aplicaciones en torno a la RA/VR, para poder tener las gafas puestas.

Scott: AR es realidad aumentada y VR es realidad virtual.

Harald: Sí. Y una menor latencia para las aplicaciones de los vehículos será fundamental, por ejemplo, en los vehículos autónomos que se comunican entre sí y con la infraestructura. Por lo tanto, reducir la latencia ayuda a cumplir esos requisitos de comunicación, ¿verdad? De lo contrario, si tienes una fila de coches, todo se produce con una latencia de 20 o 30 milisegundos, ¿no? Para cuando estás en el décimo coche, tienes una latencia muy larga.

Scott: Sí, tienes accidentes.

Harald: Y tienes accidentes, exactamente. También para IoT, así que para la industria IoT, esto es realmente interesante porque ahora se puede tener una infraestructura de comunicación de forma inalámbrica que se puede utilizar para la automatización industrial. La automatización industrial es muy sensible al tiempo.

Scott: ¿Cuál es un buen ejemplo de aplicación industrial IoT para el 5G?

Harald: Por ejemplo, podrías enviar una señal cuando un motor o una cinta transportadora necesita detenerse, ¿verdad? Eso tiene que ser una fracción de segundo y a veces incluso un milisegundo de sincronización, y la 5G será capaz de proporcionar eso. Ahora, con el 5G hay una nueva infraestructura, por lo que se ven nuevos núcleos de red que se construyen en paralelo con el núcleo 4G. En algunos casos, se instalan nuevas antenas en los mismos emplazamientos y, en muchos casos, hay nuevos emplazamientos de antenas.

Scott: Tengo entendido que el 5G tendrá un despliegue mucho más denso.

Harald: Así es. Para los operadores, es una migración interesante. Al principio, se centran en la construcción de la red 4G y en proporcionar cobertura, y luego, en algún momento, empiezan a cambiar de marcha y comienzan a trabajar en la densificación de la red 4G LTE, y luego también la utilizan. Cuando vieron que se acercaba el 5G, hicieron algunas inversiones para poner también tecnología con capacidad 5G para poder usarla y encenderla más fácilmente.

Scott: He oído, Harald, 50 metros al cuadrado. He tenido nodos en una cuadrícula de 50 metros. ¿Es realmente tan denso o es sólo en determinadas situaciones? Cuando piensas en la densidad, ¿qué imaginas?

Harald: Así, con las redes celulares de hoy, es en realidad una superposición de redes. Tienes las macrocélulas en tus macro redes. Estas son las que operan a una frecuencia muy baja y cubren un largo rango. Allí puede haber una torre celular cada pocos kilómetros, ¿verdad? Luego están las células pequeñas, de las que hay diferentes tipos, pero vamos a utilizar el término genérico de células pequeñas. Éstas cubren un área mucho más pequeña, y pueden tener un radio de 50 metros cuadrados.

Ahora bien, estas células pequeñas suelen operar a frecuencias más altas, y esa es también una de las principales diferencias entre 4G LTE y 5G. 4G LTE operaba típicamente en lo que se llama las bandas bajas de frecuencias entre 1 y 2 GHz o incluso por debajo de 1 GHz y 2 GHz. Entonces, estas frecuencias penetran muy bien en las paredes, ¿verdad? Llegan. Pero es un espectro muy utilizado.

Lo que ahora se está haciendo más popular con las células pequeñas es la banda media. Se trata de la gama de frecuencias que va desde los 2 GHz hasta los 6 GHz, y toda esa gama que va desde menos de 1 GHz hasta 6 GHz también se denomina sub-6. Así que, cuando se oyen términos en 5G, se habla de sub-6 y puede que se hable de ondas milimétricas (mmWave).

La onda milimétrica 5G utiliza frecuencias en el espectro de 24, 28 y 39 GHz, es decir, frecuencias muy, muy altas. Y cuanto más alta es la frecuencia, más corta es la distancia que puede alcanzar una onda de radio. Por eso se habla de tener una pequeña célula o radio en cada poste de la luz, por ejemplo.

Scott: He leído en una de las cosas que has escrito recientemente que uno de los efectos de esa densidad será la fiabilidad, y que la fiabilidad va a subir dos o tres metros de magnitud. ¿Hay algo más que la densidad? Básicamente, puedes estar conectado a muchas torres al mismo tiempo. ¿Qué más crea la fiabilidad?

Harald: Bueno, parte de la densidad es, obviamente, que se necesita tener una torre de telefonía móvil en el rango para estar conectado en el primer lugar.

Scott: ¿Así que puedes ver varias torres en cualquier momento?

Harald: Exactamente. Si cambias de torre, no hay problemas, pero puede haber un pequeño tiempo de transición, ¿no? Lo que realmente ayuda a la fiabilidad es una función llamada Multipunto Coordinado (CoMP).

De acuerdo.

Harald: En el pasado, cada torre celular funcionaba básicamente de forma independiente, y no había comunicación entre ellas en el lado de la radio. Así que la radio sólo podía conectarse a una torre celular a la vez. Con el multipunto coordinado, hay una coordinación entre ellas y la radio está conectada a varias torres. Así que si de repente entras en un túnel, o hay un edificio de gran altura y conduces en ese rango, si la torre celular de repente desaparece, la otra torre celular puede recoger de inmediato y así no hay latencia.

Scott: Para cualquiera que haya conducido alguna vez por Wisconsin, esto se llama entrega de torres y a menudo no ocurre, ¿verdad?

Harald: Correcto, y luego tienes una gota.

Scott: De acuerdo, con el 5G podemos esperar una menor latencia, mayor fiabilidad, mayor ancho de banda y mayores frecuencias. Permítanme volver a algo que me parece interesante. Soy físico, así que me encanta la palabra "espectro". ¿Correcto? Usas mucho la palabra "espectro" y luego hablamos de frecuencias, 6 gigahercios, sub-6 y por encima de 6. La forma en que pienso en el espectro es un poco como las redes de televisión. Así, si la cadena NBC sólo tuviera luz azul y la cadena CBS sólo tuviera luz roja y la cadena ABC sólo tuviera luz verde, sólo podrían emitir en esa parte del espectro. Esto ayuda a visualizar el espectro. Tengo que pensar en todo el espectro radioeléctrico en un histograma, básicamente, y luego tomo trozos de él. Y literalmente compras un trozo, ¿verdad?

Harald: Eso es correcto, sí.

Scott: Entonces, dime cómo funciona esto. El 3GPP dice: "Esta es la parte del espectro que va a soportar esta liberación", y en este caso, es de sub-6 a 39, ¿dijiste, o 29?

Harald: Treinta y nueve.

Scott: Treinta y nueve gigahercios. Entonces, ¿cómo asignan...? Es decir, subastan, se oye hablar de estas subastas del espectro. Entonces, ¿cómo compran los transportistas las distintas partes del espectro?

Harald: Una muy buena pregunta. Es una cuestión global, ¿verdad? La UIT organiza la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones (CMR) cada cuatro años y examina todo el espectro a nivel mundial y decide qué espectro debe estar disponible. Y luego, por cierto, también definen cómo deben ser las generaciones futuras. Así que son más visionarios, mientras que el 3GPP es más ejecutivo. Y entonces dicen que, oh, vale, necesitamos tener estos nodos por kilómetro cuadrado, necesitamos tener estas velocidades, etc., ¿verdad?

Scott: Se dan cuenta de todo eso.

Harald: Sí. Y hablan del espectro más bien en general. Dicen: "Vale, hay, digamos, 24 GHz, ¿no? Y luego lo distribuyen a entidades como la FCC en EE.UU., y luego la FCC trabaja junto con el gobierno para subastarlo. Así que una compañía, como operador de redes móviles, puede pujar por todo el espectro o por ciertas partes del mismo y, si gana la puja, se lleva miles de millones de dólares y el espectro es bueno durante décadas. Son dueños de ese espectro y pueden utilizarlo para su servicio.

¿Y nadie más puede?

Harald: Y nadie más puede. Y eso también se llama espectro de licencias.

Scott: ¿Espectro de licencias? Es un buen punto. Entonces, presumiblemente, podrían vender 5,95 gigahercios a Verizon y 6,05 gigahercios a algún rango. ¿Así que están en el vecindario pero tienen frecuencias muy específicas en las que operan?

Harald: Exactamente.

Scott: Gracias por todas estas ideas. Siempre disfruto de nuestras conversaciones. Continuaremos nuestra serie hablando del estado actual de la construcción de la red 5G y de lo que cabe esperar de los plazos de despliegue del 5G.

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