La tecnología detrás del 5G, estas son sus 5 'pequeñas' mejoras

Detrás del tan esperado 5G hay una serie de tecnologías que por separado son realmente interesantes y que rompen con los límites que teníamos hasta ahora.

Soy estudiante de ingeniería de las telecomunicaciones y el 5G está muy presente durante mis clases. Es el futuro de las comunicaciones móviles y el siguiente gran paso que daremos para comunicar a todos. Aunque en el caso del 5G, conectar a personas y dispositivos.

Hemos hablado ya sobre el 5G y sus diferencias con las redes 4G LTE de la actualidad. Pero detrás de un salto en las comunicaciones móviles como ese, hay unos aspectos en los que se ha de mejorar para alcanzarlo. El 5G es una norma que estandariza una serie de exigencias. Es la UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) la que ha marcado estas exigencias y poco a poco se están cumpliendo. Ya hay información sobre el posible despegue de algunas redes 5G en 2018, así que muy lejos no estamos.

Muchos que los que os interese el tema habréis leído sobre el 5G y sobre las mejoras que acarreará a las velocidades de transmisión, estabilidad de la señal, latencia (retardo) de los mensajes, etc. Pero en este artículo vamos a entrar en el 5G y en los objetivos más destacables que asegurarán todas estas mejoras en este salto en la comunicación móvil.

En primer lugar, hablemos de por qué este salto y por qué ha sido causado más por nosotros que por mera investigación. El 5G está centrado en abarcar más dispositivos al mismo tiempo y no sólo eso, sino en incrementar hasta 10 veces las velocidades alcanzadas con 4G. Es decir, más dispositivos y más velocidad de transmisión por dispositivo.

Ondas milimétricas, señales con frecuencia mayor

El auge del internet de las cosas es ya una realidad y son más los dispositivos que se conectan a internet para enviar o recibir información con la que trabajar. Ya sean drones, coches con conducción autónoma y un largo etcétera de dispositivos que se conectan a internet hoy en día.

Esto causa un atasco en el rango de frecuencias utilizado por las ondas utilizadas para transmisiones inalámbricas y limita este crecimiento. Concretamente, el rango actual es de los 3 Khz a los 6 Ghz. La frecuencia es la inversa de la longitud de onda. Y actualmente, la longitud de onda menor conseguida, nos permite llegar hasta los 6 Ghz de frecuencia. Pues el objetivo de los investigadores es pasar a las ondas milimétricas con las que se conseguiría abarcar el rango de frecuencias de los 3 Khz a los 300 Ghz. Un mayor ancho de banda se traduce en más espacio entre cada onda para un dispositivo y por tanto, una mayor tasa binaria (velocidad de transmisión).

El principal problema de este tipo de ondas está en que son muy sensibles y pueden verse afectadas notablemente ante objetos que se interpongan entre ellas. Por lo que hay que buscar una solución que permita que se puedan propagar sin problemas esquivando obstáculos. Aquí entran las celdas inteligentes.

Celdas inteligentes que te aseguran tu cobertura en cualquier sitio

Estas celdas inteligentes actuarán a modo de estaciones base intermedias y harán de repetidor para la estación base principal. Esto se hace para que, en caso de estar dentro de un edificio y que la señal cuya frecuencia le impide atravesar paredes sin verse gravemente perjudicada, puedas seguir conectado a internet. Es decir, irás cambiando entre celdas inteligentes según vayas moviéndote y será el propio smartphone el que te asegurará que estás conectado a la que mejor calidad de señal recibes.

Dichas celdas estarán en sitios que ‘esquiven’ los obstáculos y que permita al dispositivo del usuario tener ‘visibilidad’ directa con la celda inteligente. Así pues, se instalarían estas celdas inteligentes dentro de los edificios, en los parques con árboles y demás. Así las ondas milimétricas que comentamos anteriormente puedan moverse por el entorno.

Massive MIMO, de doce a cientos de antenas transmisoras

Pasamos de hablar de las celdas inteligentes para centrarnos en las estaciones base que son las que irradian las señales móviles que nos conectamos. Actualmente se hace uso de la tecnología MIMO para la transferencia de información mediante señales móviles.

MIMO viene del acrónimo «Multiple Input Multiple Output» y consiste en aumentar el número de antenas transmisoras y receptoras con el fin de reducir la tasa de error y aumentar la velocidad de transmisión. Si puedes transmitir por diez antenas, una de las diez ondas recibidas estará mejor que el resto y por tanto, esa es la que se toma para la comunicación entre móvil y estación base.

Las estaciones base que vemos en la mayoría de sitios tienen una docena de antenas transmisoras. Pues con «Massive MIMO» se quiere pasar a montar cientos de ellas por estación base. Esto aumentaría considerablemente la capacidad de usuarios que puede albergar una estación base y por tanto, se adapta a las tecnologías de hoy en día donde cada vez más dispositivos hacen uso de internet.

Tener tantas antenas transmisoras hace que las interferencias entre las ondas adyacentes estén muy presentes. Y esto es algo que se tiene que solventar para poder aprovechar las bondades de tener tantísimas antenas transmisoras en las estaciones base. ¿Cómo? Mediante un algoritmo de detección de haz.

La estación base sabrá dónde estás y adaptará la señal para ti, Beamforming

Como ya dijimos, tener tantas antenas por estación base supone un mayor ruido entre ellas a causa de las señales adyacentes. Por eso, con la tecnología beamforming se pretende focalizar el envío de paquetes hacia una dirección de modo que la onda final recibida sea la que queremos que llegue.

Mediante un algoritmo, se calcula la distancia y la posición del dispositivo que se comunica con la estación base. La estación base procesa esta información y construye el paquete de modo que al usuario le llegue, a pesar de las interferencias con el medio y otras señales, los paquetes intactos. Es decir, focaliza la transmisión de información y construye las señales que manda en función del usuario que va a recibirla y su ubicación.

Un canal de frecuencia bidireccional para transmitir y recibir al mismo tiempo

Por último, se quiere mejorar la eficiencia de la banda de frecuencia usada para las transmisiones móviles. A día de hoy, las señales móviles no son bidireccionales dentro de una misma frecuencia. El mecanismo usado es similar al de los anteriores walkie talkies. Donde sólo uno puede mandar mientras que el otro tiene que escuchar. No se podía transmitir en una misma frecuencia dos señales en sentidos opuestos. Sí se solventó de aquella manera apoyándose en frecuencias adyacentes pero esto no es bidireccional al completo.

Para hacerlo bidireccional o full duplex se hará uso de conmutadores de alta velocidad que permita intercambiar entre señales para poder así permitir el paso de dos señales al mismo tiempo en direcciones distintas. Así se aprovecharía mucho más cada banda de frecuencia y permitiría el paso de más información simultáneamente.

‘Pequeñas’ mejoras para conseguir el 5G

Estas son algunas de las tecnologías que se están investigando actualmente que permitirán alcanzar los umbrales establecidos por la UIT. Para poder tener menor latencia, mejor velocidad de transmisión y demás, es necesario conseguir resultados positivos en estas cinco investigaciones. Actualmente se ha conseguido ya realizar transmisiones por 5G y las velocidades alcanzadas superan el gigabit por segundo. Pero las ciudades también han de adaptarse a este 5G, así como las operadoras que funcionen en dichas ciudades cambiando las estaciones base.

El 5G es un salto importante en las comunicaciones móviles, estamos hablando de poder romper con problemas que nos limitaban hasta ahora. Las ondas milimétricas para aumentar el espectro de frecuencia, las interferencias entre ondas y la transmisión bidireccional son algunas de las mejoras importantes que tiene el 5G pero no se basa sólo en esto.