Por Sabrina Bochen, Director, Product Planning and Marketing, and Sylvia Lu, Corporate Strategy, u-blox
Si bien las redes celulares 4G no desaparecerán a corto o medio plazo, en el caso del diseño de dispositivos, que dependen de la conectividad celular, es prudente pensar afuturo. specialmente para conseguir diseñar dispositivos capaces de permanecer en funcionamiento durante la próxima década.
El siguiente capítulo en la historia de la conectividad celular es, por supuesto, el 5G. Ya estamos viendo una adopción generalizada de 5G, especialmente en el espacio de los smartphones para consumidores. Pero en el Internet de las cosas (IoT), la adopción ha sido notablemente más lenta, especialmente en ciertos segmentos. Esto se debe a que ciertas aplicaciones, como dispositivos para el consumidor, equipos industriales pesados y dispositivos de fábrica inteligente, no están especialmente bien atendidos por las especificaciones originales de 5G, que se introdujeron en el 3GPP Release 15 en 2018.
Si estás involucrado en el diseño de cualquiera de estos tipos de dispositivos, entonces vienen buenas noticias: el 3GPP Release 17 introduce la Nueva Radio (NR) 5G con Capacidad Reducida. Esto generalmente se abrevia como 5G RedCap, o también conocida como NR-Light. Esto proporciona la pieza que faltaba en el rompecabezas de 5G, haciendo que 5G sea una opción viable para este tipo de productos.
En este artículo identificaremos el vacío que cubre RedCap y luego exploraremos sus características clave. También abordaremos la diferencia entre 4G LTE Cat 1 y Cat 4, y algunos factores a considerar al decidir si 5G RedCap es la solución de conectividad celular adecuada para tus dispositivos hoy y en los próximos años.
Una rápida mirada a las especificaciones originales de 5G
Para comprender por qué se necesita RedCap, necesitamos echar un vistazo rápido a las especificaciones originales de 5G.
5G NR debutó en junio de 2018 como parte del 3GPP Release 15. Esto define tres pilares principales de casos de uso, con características diferentes.
En primer lugar, está la banda ancha móvil mejorada (eMBB). Esta se ha convertido en el principal impulsor de despliegue para 5G, principalmente en el espacio de los smartphones para consumidores. eMBB proporciona tasas de datos más altas y latencias más bajas que 4G LTE.
En segundo lugar, está la comunicación de baja latencia ultra fiable (uRLLC). Como su nombre indica, esto está dirigido a aplicaciones críticas y sensibles a la latencia, proporcionando la latencia más baja y la mayor fiabilidad de la red posible. Se espera que experimente un auge de popularidad con la expansión de vehículos autónomos, automatización industrial y robótica.
La tercera área es la comunicación masiva de tipo máquina (mMTC). Dirigido al IoT, se centra en minimizar el consumo de energía y mejorar la cobertura en interiores en comparación con las tecnologías celulares heredadas. Curiosamente, aunque LTE-M y NB-IoT técnicamente se encuentran bajo el paraguas de 4G LTE, cumplen con los requisitos ITU IMT-2020 5G mMTC, por lo que son parte oficial de la familia 5G mMTC.
En este punto, también debemos mencionar un par de puntos más sobre 5G NR. Desarrollado específicamente para 5G, utiliza dos rangos de frecuencia. FR1 es para bandas de hasta 7.125 GHz y FR2 es para bandas entre 24.25 GHz y 71.0 GHz. El rango por encima de 24 GHz también se conoce como ondas milimétricas (mmWave).
Hay una brecha…
A pesar de las ventajas de las especificaciones originales de 5G, faltaba algo: una especificación adaptada a las necesidades de dispositivos IoT de rango medio y de consumo, muchos de los cuales actualmente utilizan LTE Cat 1 o Cat 4 para su comunicación celular.
En el ámbito del consumidor, esto incluye cosas como relojes inteligentes y otros dispositivos vestibles (wearables). En otros ámbitos como aplicaciones de fábrica inteligente, entre ellos , redes de sensores, vigilancia por video, dispositivos vestidles industriales o vehículos guiados autónomos, todos estos requieren tasas de datos medias. También se incluyen dispositivos de telemática, diagnósticos remotos y gestión de flotas utilizados en equipos de construcción, agricultura y minería. Estos también requieren tasas de datos medias, así como la capacidad de seguir en funcionamiento durante muchos años, en algunos casos, potencialmente más allá de la jubilación de las redes 4G.
En estos casos de uso, tanto eMBB como uRLLC están sobreespecificados y, por lo tanto, entre otras consideraciones, no son rentables. Al mismo tiempo, las soluciones mMTC, como LTE-M y NB-IoT, no satisfacen las demandas de rendimiento de estos tipos de dispositivos de rango medio.
La lleega del 5G RedCap: El sucesor de LTE Cat 1 o Cat 4
Afortunadamente, el 3GPP Release 17 introdujo la pieza que faltaba del rompecabezas: la Nueva Radio 5G con Capacidad Reducida, o RedCap para abreviar. Como mencionamos anteriormente, a veces también se conoce como 5G NR-Light.
En términos de sus capacidades, 5G RedCap se encuentra por debajo de eMBB y uRLLC, pero por encima de LTE-M y NB-IoT, lo que lo convierte en la opción ideal para aplicaciones que actualmente utilizan LTE Cat 1 o Cat 4.
En el Release 17, los dispositivos RedCap deben admitir anchos de banda de hasta 20 MHz en FR1 y 100 MHz en FR2. Dado que las consideraciones de costes indican que la mayoría de los dispositivos RedCap se desplegarán en el espectro FR1, el ancho de banda máximo que muchos dispositivos deberán admitir es de 20 MHz.
RedCap admite tasas de datos de hasta el rango de LTE Cat 4 cuando se despliega en un ancho de banda de 20 MHz. Las tasas pueden variar según la configuración de la red y el tipo de funcionamiento dúplex. Por ejemplo, el funcionamiento en duplexación de división de frecuencia en modo completo (FD-FDD), con un ancho de banda de 20 MHz (considerando la diversidad de recepción), y utilizando 256-QAM, podría alcanzar hasta 227 Mb/s (descarga) y 91 Mb/s (carga).
El soporte para bandas FR1 y FR2 en teoría es el mismo que el de los dispositivos 5G eMBB. Esto facilitará una implementación más sencilla para los operadores de redes móviles en todo el mundo. Dicho esto, los operadores móviles podrían decidir en última instancia desplegar RedCap en un conjunto más limitado de bandas que el kit eMBB.
Desde el punto de vista del consumo de energía, RedCap incorpora ciclos de recepción discontinua extendida (eDRX) en modos inactivos y en reposo, y relaja las mediciones de celdas vecinas para dispositivos estacionarios. Esto ayuda a reducir el consumo de energía en comparación con eMBB.
RedCap también realiza otras acciones para reducir la complejidad del dispositivo, incluyendo menos antenas ycapas de entrada y salida múltiple (MIMO) en la banda descendente, orden de modulación en la banda descendente y funcionamiento dúplex. Para obtener más información sobre todas estas áreas, nuestro informe «Cellular technology evolution for IoT applications in the 5G era» (Evolución de la tecnología celular para aplicaciones de IoT en la era 5G) explora en detalle las especificaciones técnicas de 5G RedCap.
Comparando 5G RedCap con 4G LTE Cat 1 y Cat 4
Para la mayoría de los diseñadores que crean dispositivos que requieren el tipo de conectividad celular que proporcionará 5G RedCap, la elección se reducirá a RedCap o 4G LTE Cat 1 o Cat 4.
En ciertas configuraciones, podrás lograr tasas de datos pico más altas y latencias más bajas con RedCap que con LTE Cat 4 (que tiene una tasa de descarga pico de alrededor de 150 Mbps). RedCap también te proporcionará una conexión intrínseca al núcleo 5G en la red privada, lo cual será beneficioso si la longevidad de la red es un factor clave.
Otra consideración clave es el plazo estimado para el lanzamiento del dispositivo y las regiones en la que operará. Esperamos ver los primeros dispositivos 5G RedCap en el mercado durante 2024 en algunos de los primeros países en adoptar la tecnología celular, como en América del Norte China y otras naciones del Asia-Pacífico.
¿Cuánto tiempo esperarán los clientes que tu equipo siga funcionando? Si el equipo tiene una vida útil esperada muy larga, probablemente tenga más sentido adoptar la tecnología más nueva para asegurarse de que pueda seguir conectándose a las redes móviles hasta bien entrada la década del 2030.
La evolución de RedCap: 3GPP Release 18
Como siempre, los estándares 3GPP continúan evolucionando rápidamente, y se espera que el Release 18, previsto para principios de 2024, amplíe el soporte de RedCap para cubrir casos de uso adicionales. Estos son principalmente dispositivos IoT de nivel inferior con capacidades que se encuentran entre los equipos de usuario de áreas amplias de baja potencia (LPWA) existentes y los equipos de usuario RedCap del Release 17. Ejemplos incluyen redes inalámbricas de sensores industriales y redes inteligentes.
El Release 18 de RedCap apuntará a una tasa de datos pico de alrededor de 10 Mb/s. Esto se podría lograr reduciendo el ancho de banda de la banda base del equipo de usuario a 5 MHz para los canales de datos en FR1, manteniendo el ancho de banda de RF del equipo de usuario en 20 MHz. También ayudaría a minimizar la fragmentación del ecosistema de dispositivos. Es importante destacar que el Release 18 de RedCap no tiene como objetivo reemplazar las soluciones LPWA existentes, ya que estas seguirán siendo mejores en términos de cobertura en interiores y consumo de energía.
Dónde obtener más información
Para aquellos que crean soluciones que actualmente utilizan LTE Cat 1 o Cat 4 para enviar datos desde y hacia dispositivos remotos, el lanzamiento de la especificación 5G RedCap señala que es hora de comenzar a explorar cómo eventualmente reemplazar la conectividad celular 4G en diseños y ecosistemas. Aunque las redes 4G están a varios años de ser retiradas, la longevidad de muchos dispositivos que utilizan LTE Cat 1 y Cat 4 significa que es inteligente comenzar a planificar los próximos pasos hoy.
