5G sin duda hará que evolucionen nuestras redes inalámbricas a cotas jamás imaginadas, pero su camino no estará exento de obstáculos.
Los investigadores no solo deben abordar los requisitos de velocidades de datos inalámbricos sin precedentes, sino también encontrar soluciones para la reacción y la latencia de la red, mientras que se adaptan a un aumento de mil veces en capacidad. Y, por si eso no fuera suficiente, los operadores de servicios están solicitando que estos avances consuman menos energía que la infraestructura existente.
¿Entonces cómo empezamos a resolver estos retos complejos? La respuesta se halla en los prototipos y, más concretamente, en el tipo de prototipos de 5G que permite a los investigadores de sistemas inalámbricos probar ideas experimentales utilizando sistemas reales en casos del mundo real. Estos prototipos de 5G, cuando se fabrican bien, pueden sentar las bases para aumentar con rapidez el tiempo de comercialización de una empresa.
Creación de un nuevo estándar
Reconociendo la gran cantidad de especulaciones sobre las redes
5G, los organismos de estandarización del mundo, incluido el 3GPP, recientemente han empezado a hacer realidad conceptos. No es de extrañar que aumente la visión que dibujaron IMT-2020, NGMN y 3GPP. Los investigadores de 5G ahora deben crear el marco que redefinirá nuestra existencia, desde automóviles y sistemas de transporte a fabricación, energía, control sanitario, etc.
Para ello, los investigadores están adoptando nuevas técnicas de diseño para ayudar con la difícil tarea de definir, desarrollar y desplegar tecnologías 5G en una red de acceso aleatorio. La mayoría reconocen que los enfoques convencionales para investigar tecnologías 5G llevan demasiado tiempo e incurren en costes significativos. Por lo tanto, crear un prototipo y la prueba del concepto antes en el proceso permite una comercialización más rápida. Thyaga Nandagopal, director del programa de la National Science Foundation, que observó la importancia de bancos de pruebas que permiten la investigación, afirmó: “Un prototipo viable es cada vez más el elemento crítico para determinar el éxito o fracaso de un concepto particular”.
Marcar una nueva ruta a través de la investigación
Para acelerar el tiempo que lleva producir un prototipo que funcione, muchos investigadores han adoptado una técnica de diseño basada en plataforma que engloba un flujo de diseño unificado. Empieza con matemáticas y simulación y después asigna el algoritmo en un sistema y hardware de funcionamiento.
Piense en Samsung, que ha construido uno de los primeros demostradores del mundo de tecnología multiantena con una estación de base (BTS) que incluye 32 elementos de antena llamados Full-Dimension MIMO o FD-MIMO. FD-MIMO utiliza una red 2D de antenas para crear un espacio de canales 3D. Con FD-MIMO, los operadores de servicios pueden colocar redes de antenas en posiciones elevadas, como edificios o postes, y orientar los haces de las antenas a usuarios en el suelo o en edificios adyacentes para ofrecer de forma coherente mejores velocidades de datos.
Investigadores de la universidad de Lund en Suecia han llevado este concepto de multiantena al siguiente nivel con su prototipo Massive MIMO. Massive MIMO aumenta a cientos el número de antenas en una BTS celular. La red de elementos de antena, que consta de tecnología de bajo coste, centra la energía directamente en el usuario, a la vez que permite que los cientos de antenas detecten mejor las señales débiles de dispositivos móviles. Además, Massive MIMO utiliza técnicas de codificación lineal para simplificar el procesamiento en la BTS.
A medida que aumenta el número de antenas BTS que mejoran la experiencia con datos de usuarios de móviles, podemos ver cómo la teoría confirma que Massive MIMO también puede reducir de forma significativa la energía que consumen la BTS y los dispositivos móviles. Como las múltiples antenas BTS de bajo coste transmiten menor energía en conjunto que con la técnica monolítica, la energía que consume la BTS puede reducirse a un factor de 10 o más.
Fundamentalmente, las velocidades de datos mejoradas y el aumento de la capacidad se ven limitados por un espectro, según la teoría de Shannon sobre la capacidad de los canales. El aumento del espectro produce velocidades de datos mayores, lo que ayuda a los operadores de servicios a alojar a más usuarios. Así, los operadores de servicios del mundo han pagado miles de millones de dólares por espectro para dar servicio a sus clientes, pero el espectro actualmente disponible por debajo de 6 GHz casi ha dejado de funcionar. Los investigadores ahora están investigando la posibilidad de desplegar redes celulares de más de 6 GHz, concretamente en las bandas mmWave.
Hay que señalar que el espectro mmWave es abundante y con licencia ligera, lo que significa que está accesible a operadores de servicio de todo el mundo. El profesor Ted Rappaport de la New York University Wireless lleva investigando mmWave como posible vía de evolución para redes móviles desde mediados de la década del 2000. Su trabajo pionero de medición de canales ha hecho que los investigadores de todo el mundo reconsideren sus suposiciones de que las redes móviles mmWave son poco prácticas o irrealizables.
Además, los investigadores de Nokia Networks también están investigando tecnologías mmWave, y los primeros resultados son alentadores. Solo en 2015 Nokia Networks demostró un prototipo de mmWave totalmente funcional que ofrece las más altas velocidades jamás registradas para el acceso móvil. El prototipo de Nokia Networks, que consta de un BTS y datos transferidos de forma coherente con UE a una velocidad de más de 10 Gbps a 73,5 GHz. Los logros de Nokia Networks dibujan un futuro prometedor para mmWave y 5G.
El futuro está aquí
5G promete muchos nuevos desarrollos fascinantes para mejorar más nuestras vidas a través de aumento de conectividad y de ofrecer gran valor económico. Pero para que aprovechemos estas ventajas, los investigadores necesitan una vía más rápida de creación de prototipos. Las técnicas tradicionales han demostrado ser demasiado caras y llevan mucho tiempo, por lo que el mundo empieza a perder la paciencia. Una técnica de diseño basada en plataformas promete la posibilidad de ofrecer estos nuevos desarrollos de forma más rápida, como ya están demostrando los investigadores en lugares como Lund University, Nokia Networks, NYU Wireless y Samsung. Es hora de unirse a esta ola de innovación y ver adónde nos lleva ahora.
