5G para el mundo inteligente

Se cree ampliamente que la verdadera revolución de la Internet de las Cosas será provocada únicamente por la popularización de la red de Internet móvil de quinta generación. Esta red aún se creará, pero las empresas no la están considerando ahora con la introducción de la infraestructura de IoT.

Los expertos esperan que 5G no sea una evolución, sino una transformación completa de la tecnología móvil. Esto debería transformar toda la industria asociada a este tipo de comunicación. En febrero de 2017, durante una presentación en el Mobile World Congress de Barcelona, ​​un representante de Deutsche Telekom llegó a afirmar que debido a los teléfonos inteligentes dejarán de existir. Cuando se popularice, estaremos siempre en línea, con casi todo lo que nos rodea. Y dependiendo de qué segmento de mercado utilizará esta tecnología (telemedicina, llamadas de voz, plataformas de juegos, navegación web), la red se comportará de manera diferente.

Velocidad de red 5G en comparación con soluciones anteriores

Durante el mismo MWC se mostraron las primeras aplicaciones comerciales de la red 5G -aunque esta redacción genera algunas dudas, pues aún se desconoce cuál será en realidad-. Las suposiciones son completamente inconsistentes. Algunas fuentes afirman que se espera que 5G proporcione velocidades de transmisión de decenas de miles de megabits por segundo a miles de usuarios simultáneamente. La especificación preliminar para 5G, anunciada hace unos meses por la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), sugiere que los retrasos no superarán los 4 ms. Los datos deben descargarse a 20 Gbps y cargarse a 10 Gbps. Sabemos que la UIT quiere anunciar la versión final de la nueva red este otoño. Todos están de acuerdo en una cosa: la red 5G debe proporcionar una conexión inalámbrica simultánea de cientos de miles de sensores, lo cual es clave para el Internet de las cosas y los servicios ubicuos.

Empresas líderes como AT&T, NTT DOCOMO, SK Telecom, Vodafone, LG Electronic, Sprint, Huawei, ZTE, Qualcomm, Intel y muchas más han dejado en claro su apoyo para acelerar el cronograma de estandarización de 5G. Todas las partes interesadas quieren comenzar a comercializar este concepto a partir de 2019. Por otro lado, la Unión Europea anunció el plan 5G PPP () para determinar la dirección del desarrollo de las redes de próxima generación. Para 2020, los países de la UE deben liberar la frecuencia de 700 MHz reservada para este estándar.

La red 5G es un regalo de las nuevas tecnologías

Las cosas individuales no necesitan 5G

Según Ericsson, a fines del año pasado, 5,6 millones de dispositivos estaban en funcionamiento en (IoT). De estos, solo unos 400 millones funcionaban con redes móviles, y el resto con redes de corto alcance como Wi-Fi, Bluetooth o ZigBee.

El desarrollo real del Internet de las Cosas se asocia muy a menudo a las redes 5G. Las primeras aplicaciones de las nuevas tecnologías, inicialmente en el sector empresarial, pueden aparecer en dos o tres años. Sin embargo, podemos esperar acceso a redes de próxima generación para clientes individuales no antes de 2025. La ventaja de la tecnología 5G es, entre otras cosas, la capacidad de manejar un millón de dispositivos ensamblados en un área de un kilómetro cuadrado. Parecería un número enorme, pero si se tiene en cuenta lo que dice la visión IoT sobre ciudades inteligentesen los que, además de la infraestructura urbana, se conectan vehículos (incluidos los coches autónomos) y dispositivos domésticos (smart homes) y de oficina, así como, por ejemplo, tiendas y bienes almacenados en ellos, este millón por kilómetro cuadrado deja de parecerlo grande. Especialmente en el centro de la ciudad o zonas con alta concentración de oficinas.

Sin embargo, tenga en cuenta que muchos dispositivos conectados a la red y los sensores colocados en ellos no requieren velocidades muy altas, ya que transmiten pequeñas porciones de datos. Un cajero automático o terminal de pago no necesita Internet ultrarrápida. No es necesario tener un sensor de humo y temperatura en el sistema de protección, informando, por ejemplo, a un fabricante de helados sobre las condiciones en los refrigeradores en las tiendas. No se necesitan altas velocidades y baja latencia para monitorear y controlar el alumbrado público, para transmitir datos desde medidores de electricidad y agua, para el control remoto usando un teléfono inteligente de dispositivos domésticos conectados a IoT o en logística.

Hoy en día, aunque disponemos de la tecnología LTE, que nos permite enviar varias decenas o incluso cientos de megabits de datos por segundo a través de redes móviles, una parte importante de los dispositivos que operan en el Internet de las cosas siguen utilizando Redes 2G, es decir. ha estado a la venta desde 1991. estándar GSM.

Para superar la barrera del precio que desalienta a muchas empresas a utilizar IoT en sus actividades actuales y, por lo tanto, frena su desarrollo, se han desarrollado tecnologías para construir redes diseñadas para soportar dispositivos que transmiten pequeños paquetes de datos. Estas redes utilizan tanto las frecuencias utilizadas por los operadores móviles como la banda sin licencia. Tecnologías como LTE-M y NB-IoT (también denominada NB-LTE) operan en la banda utilizada por las redes LTE, mientras que EC-GSM-IoT (también denominada EC-EGPRS) utiliza la banda utilizada por las redes 2G. En el rango sin licencia, puede elegir entre soluciones como LoRa, Sigfox y RPMA.

Todas las opciones anteriores ofrecen una amplia gama y están diseñadas de tal manera que los dispositivos finales son lo más económicos posible y consumen la menor cantidad de energía posible y, por lo tanto, funcionan sin cambiar la batería incluso durante varios años. De ahí su nombre colectivo - (bajo consumo de energía, largo alcance). Las redes LPWA que operan en los rangos disponibles para los operadores móviles solo necesitan una actualización de software. El desarrollo de redes comerciales LPWA es considerado por las empresas de investigación Gartner y Ovum como uno de los eventos más importantes en el desarrollo de IoT.

Los operadores utilizan diferentes tecnologías. La holandesa KPN, que lanzó su red nacional el año pasado, eligió LoRa y está interesada en LTE-M. El grupo Vodafone ha elegido NB-IoT: este año comenzó a construir una red en España y tiene planes de construir una red de este tipo en Alemania, Irlanda y España. Deutsche Telekom ha elegido NB-IoT y anuncia que su red se lanzará en ocho países, incluida Polonia. Telefónica española eligió Sigfox y NB-IoT. Orange en Francia comenzó a construir una red LoRa y luego anunció que comenzaría a implementar redes LTE-M desde España y Bélgica en los países en los que opera y, por lo tanto, probablemente también en Polonia.

La construcción de la red LPWA puede significar que el desarrollo de un ecosistema IoT específico comenzará más rápido que las redes 5G. La expansión de una no excluye a la otra, porque ambas tecnologías son fundamentales para la red inteligente del futuro.

Es probable que las conexiones inalámbricas 5G necesiten mucho de todos modos energía. Además de los rangos antes mencionados, el año pasado debería lanzarse una forma de ahorrar energía a nivel de dispositivos individuales. Plataforma Web Bluetooth. Será utilizado por una red de bombillas inteligentes, cerraduras, sensores, etc. La tecnología le permite conectarse a dispositivos IoT directamente desde un navegador web o sitio web sin necesidad de aplicaciones especiales.

Visualización de la tecnología Web Bluetooth

5G antes

Vale la pena saber que algunas empresas han estado buscando la tecnología 5G durante años. Por ejemplo, Samsung ha estado trabajando en sus soluciones de red 5G desde 2011. Durante este tiempo, fue posible lograr una transmisión de 1,2 Gb/s en un vehículo que se desplaza a una velocidad de 110 km/h. y 7,5 Gbps para un receptor permanente.

Además, ya existen redes 5G experimentales y se han creado en colaboración con varias empresas. Sin embargo, por el momento todavía es demasiado pronto para hablar de la estandarización inminente y verdaderamente global de la nueva red. Ericsson lo está probando en Suecia y Japón, pero los pequeños dispositivos de consumo que funcionarán con el nuevo estándar aún están muy lejos. En 2018, en cooperación con el operador sueco TeliaSonera, la compañía lanzará las primeras redes comerciales 5G en Estocolmo y Tallin. Inicialmente será redes de la ciudad, y tendremos que esperar hasta 5 para 2020G de "tamaño completo". Ericsson incluso tiene primer teléfono 5G. Quizás la palabra "teléfono" sea la palabra incorrecta después de todo. El dispositivo pesa 150 kg y debe transportarse en un autobús grande armado con equipos de medición.

En octubre pasado, la noticia del debut de la red 5G llegó desde la lejana Australia. Sin embargo, este tipo de informes deben abordarse con distancia: ¿cómo sabe, sin un estándar y una especificación 5G, que se ha lanzado un servicio de quinta generación? Esto debería cambiar una vez que se acuerde el estándar. Si todo sale según lo planeado, las redes 5G preestandarizadas harán su primera aparición en los Juegos Olímpicos de Invierno de 2018 en Corea del Sur.

Ondas milimétricas y células diminutas

El funcionamiento de la red 5G depende de varias tecnologías importantes.

Estación base fabricada por Samsung

primero conexiones de ondas milimétricas. Cada vez más dispositivos se conectan entre sí o a Internet utilizando las mismas frecuencias de radio. Esto provoca pérdida de velocidad y problemas de estabilidad de la conexión. La solución puede ser cambiar a ondas milimétricas, es decir, en el rango de frecuencia de 30-300 GHz. Actualmente se utilizan sobre todo en comunicaciones por satélite y radioastronomía, pero su principal limitación ha sido su corto alcance. Un nuevo tipo de antena resuelve este problema y el desarrollo de esta tecnología aún está en curso.

La tecnología es el segundo pilar de la quinta generación. Los científicos se jactan de que ya son capaces de transmitir datos mediante ondas milimétricas a una distancia de más de 200 m y, literalmente, cada 200-250 m en las grandes ciudades puede haber, es decir, pequeñas estaciones base con un consumo de energía muy bajo. Sin embargo, en áreas menos pobladas, las "celdas pequeñas" no funcionan bien.

Esto debería ayudar con el problema anterior. Tecnología MIMO nueva generación. MIMO es una solución también utilizada en el estándar 4G que puede aumentar la capacidad de una red inalámbrica. El secreto está en la transmisión de múltiples antenas en los lados de transmisión y recepción. Las estaciones de próxima generación pueden manejar ocho veces más puertos que los actuales para enviar y recibir datos al mismo tiempo. Por lo tanto, el rendimiento de la red aumenta en un 22%.

Otra técnica importante para 5G es que "formación de haces“. Es un método de procesamiento de señales para que los datos se entreguen al usuario a lo largo de la ruta óptima. ayuda a que las ondas milimétricas lleguen al dispositivo en un haz concentrado en lugar de a través de una transmisión omnidireccional. Por lo tanto, la fuerza de la señal aumenta y la interferencia se reduce.

El quinto elemento de la quinta generación debería ser el llamado duplex completo. Duplex es una transmisión bidireccional, es decir, aquella en la que la transmisión y recepción de información es posible en ambas direcciones. Dúplex completo significa que los datos se transmiten sin interrupción de la transmisión. Esta solución se mejora constantemente para lograr los mejores parámetros.

 

¿Sexta generación?

Sin embargo, los laboratorios ya están trabajando en algo incluso más rápido que 5G, aunque nuevamente, no sabemos exactamente qué es la quinta generación. Los científicos japoneses están creando una futura transmisión inalámbrica de datos, por así decirlo, la próxima sexta versión. Consiste en utilizar frecuencias de 300 GHz y superiores, y las velocidades alcanzadas serán de 105 Gb/s en cada canal. La investigación y el desarrollo de nuevas tecnologías se han llevado a cabo durante varios años. En noviembre pasado se lograron 500 Gb/s utilizando la banda de 34 GHz de terahercios y luego 160 Gb/s utilizando un transmisor en la banda de 300-500 GHz (ocho canales modulados a intervalos de 25 GHz). ), es decir, resultados muchas veces superiores a las capacidades esperadas de la red 5G. El último éxito es el trabajo de un grupo de científicos de la Universidad de Hiroshima y empleados de Panasonic al mismo tiempo. La información sobre la tecnología se publicó en el sitio web de la universidad, los supuestos y el mecanismo de la red de terahercios se presentaron en febrero de 2017 en la conferencia ISSCC en San Francisco.

Como sabe, un aumento en la frecuencia de operación no solo permite una transferencia de datos más rápida, sino que también reduce significativamente el rango posible de la señal y también aumenta su susceptibilidad a todo tipo de interferencia. Esto significa que es necesario construir una infraestructura bastante compleja y densamente distribuida.

También vale la pena señalar que las revoluciones, como la red 2020G prevista para 5 y luego la hipotética red de terahercios aún más rápida, significan que millones de dispositivos deben reemplazarse con versiones adaptadas a los nuevos estándares. Es probable que esto disminuya significativamente la velocidad del cambio y haga que la revolución prevista se convierta en realidad en una evolución.

To be continued Número de tema en el último número del mensual.