A finales de 2020 sólo un 2% de los 8000 millones de subscriptores móviles serán 5G. Pero, aunque la visión de 5G aún dista de estar completa, el trabajo en 6G ya ha empezado. El tiempo necesario para desarrollar una nueva generación de comunicaciones inalámbricas implica que el trabajo en 6G en realidad comenzó hace unos pocos años.
El trabajo inicial en 5G determinó el marco de desarrollo de una tecnología basada en una visión centrada en el usuario y en la sociedad; los que trabajan en 6G continúan con este ejemplo. Artículos de la ITU, de Samsung, de Docomo, y de la University of Oulu, describen casos de uso futuristas y capacidades de la red como por ejemplo: comunicaciones holográficas táctiles; gemelos digitales precisos; IoT Industrial en la nube; IoT para la sociedad y para las relaciones sociales; y un uso extendido de IA para unir comunicaciones y computación con la sociedad. Los indicadores clave de prestaciones (KPI) tradicionales incluyen tasas de datos de 1Tbps, movilidad a 1000 kmph, y latencia de 0.1ms. Nuevos KPI incluyen repetibilidad y precisión en temporización (comunicaciones “a tiempo” y “en tiempo”) y capacidades de localización con precisión de centímetros. Como la visión y los análisis de KIP están bien cubiertos y son fácilmente accesibles con los enlaces de arriba, me centraré en el impacto de 6G en el diseño, las pruebas y las medidas.
A menudo me preguntan cómo será el diseño y la prueba en 6G y habiendo observado las otras cinco generaciones evolucionar desde las ideas hasta la adopción general, creo que puedo anticipar un par de cosas:
- Las pruebas serán tanto tradicionales como en nuevos ámbitos.
- Las soluciones y la tecnología de pruebas evolucionarán con el tiempo.
- La compleja validación a nivel de sistema para todo el sistema tendrá una importancia aún mayor que en generaciones anteriores.
Con la historia como referencia, podemos afirmar que esto llevará tiempo. Los sistemas de radio automatizados; aquellos que no requieren de un operador o de funcionalidad presione para hablar, se concibieron a principios de los 1970 basándose en conceptos de reutilización de frecuencias patentados por Bell Labs a finales de los 1940. NTT puso en marcha el primer sistema comercial en 1979, seguido por los lanzamientos Saudís y Nórdicos de NMT en 1981, y posteriormente por AT&T en 1983 con AMPS en los Estados Unidos. Cada generación posterior se ha desplegado cada diez años (figura 1).
Las comunicaciones móviles nos permitieron inicialmente llevar nuestros teléfonos a cualquier parte, actualmente nos permite que nuestra oficina, educación y entretenimiento estén en cualquier sitio. El paso siguiente es que 6G se convierta en una parte integral de la sociedad. La industria presiona constantemente para que la tecnología más avanzada sea asequible. Algunos ejemplos que damos por hechos: 1G no era posible sin microprocesadores; 2G y 3G necesitaron revoluciones en los transceptores radio; y 4G no existiría sin la batería de ion de litio.
Esa misma presión también empuja la evolución de los requisitos de medida y prueba. Empezamos con un foco considerable en la medida del nivel físico de radio: potencia, sensibilidad, e interferencia. Cada generación siguiente forzó el cambio en dos ejes: 1) la forma en la que se tenían que hacer las medidas; y 2) nuevos requisitos de validación, a menudo en capas superiores de las prestaciones del sistema. Las medidas de sensibilidad basadas en relación de señal a ruido evolucionaron a medidas de tasa de error de bit (BER) y posteriormente a tasa de error de bloque (BLER), y actualmente debemos considerar ruido más interferencia. La precisión en modulación pasó de error de profundidad de modulación a magnitud del vector de error (EVM). Añadimos pruebas de codecs de voz, tasa de datos, drenaje de batería, y traspasos. Ahora medimos cosas como eficiencia del gestor (scheduler) e incluso calidad del servicio (QoS). 5G traerá problemas a nivel de sistema relacionados con requisitos de seguridad, fiabilidad, latencia, y consumo de potencia del sistema. Las mayores demandas de la industria y de la sociedad en forma de requisitos de simulación, diseño, medida, y validación hacen necesario evolucionar desde la capa física a las prestaciones de voz y datos, y posteriormente al rendimiento del sistema.
La sociedad y los gobiernos están vigilando atentamente 5G con un interés especial en la seguridad pública, seguridad de la información, e intereses nacionales. Esto conlleva requisitos de diseño y validación, no sólo para las nuevas prestaciones físicas, como precisión temporal y jitter, sino también para atributos del sistema que incluyen cumplimiento del nivel de servicio acordado (SLA) y calidad de experiencia (QoE). En 6G, podemos predecir requisitos impuestos por cláusulas de rendimiento a nivel del sistema. Un ejemplo obvio sería el uso gubernamental de una network slice en 6G. Un ejemplo no tan obvio sería el uso de 6G como una parte integral de conducción autónoma o de salud pública. Cualquiera de estos ejemplos conlleva requisitos estrictos de seguridad, fiabilidad y confidencialidad, cuya supervisión y ejecución deberá ser garantizada por los gobiernos tal como esperan sus ciudadanos.
Podemos ver actualmente algunos de estos cambios mientras ayudamos a nuestros clientes con la tecnología 5G. Por supuesto, todos quieren medir sus radios o la velocidad de sus sistemas de fibra óptica y sus centros de datos. Sin embargo, también recibimos preguntas como: ¿Cómo puedo validar qué estoy proporcionando a mi cliente con mi SLA? ¿Qué está causando los problemas de calidad de voz? ¿Cómo puedo asegurar que los juegos de móvil se ejecutan adecuadamente en mi red y en modelos específicos de terminales? ¿Qué nivel de seguridad puede ser garantizado?
6G impulsará nuevas demandas técnicas en cinco áreas principales:
- Próxima generación radio en todas las bandas además de nuevas bandas por encima de 100GHz. Incluyendo nueva tecnología que mejore la eficiencia espectral y energética por debajo de 8GHz, mejoras generacionales en milimétricas de 20 a 70GHz, y la inclusión de sub-THz (100-1000 GHz) en comunicaciones, sensado, e imagen.
- Sistemas heterogéneos integrados de tecnología de acceso radio (RAT) múltiple – uso inteligente y transparente de sistemas de radio 6G con redes no terrestres, así como con sistemas inalámbricos de tecnologías anteriores, redes de área personal, y comunicación de campo cercano (NFC).
- Ingeniería de tiempo en redes – Mayor reducción de la latencia, agregación de latencia predecible y programable para aplicaciones de precisión temporal.
- Redes basadas en IA – El uso de inteligencia artificial (IA) para optimizar prestaciones y operaciones de tiempo real en red. También, la conectividad e intercambio de datos, modelos y conocimientos de IA ampliamente extendidos.
- Seguridad avanzada – Aplicación omnipresente de tecnología de seguridad para asegurar la privacidad, prevenir ataques, detección de ataques, resistencia ante ataques, y recuperación en un entorno no seguro.
Excepto las primeras, todas deberán ser validadas desde el nivel físico hasta el de sistema. A veces mis colegas restan importancia a mis predicciones de que algún tipo de pruebas a nivel de sistema serán determinadas por requisitos de directrices. Como mencionaba anteriormente, gobiernos en todo el mundo están enfrascados en un intenso diálogo de 5G en su relación con intereses nacionales y de seguridad. Gobiernos regionales y comunitarios están desarrollando directrices y normativas locales respecto al uso de dispositivos, ubicación de celdas y exposición a campo electromagnético. E incluso, de forma más temprana del ciclo de desarrollo de 5G que en generaciones anteriores, los departamentos de defensa están explorando el uso de 5G para sus necesidades.
Si todavía tiene dudas del impacto de las directrices, considere la historia temprana de la radio: la señal universal de auxilio S-O-S (en código morse ··· –— ···) no siempre fue el estándar. Estos tres símbolos, que fueron elegidos por su simplicidad y facilidad de diferenciación, se estandarizaron en la Convención Internacional de Telegrafía Radio en Berlín en 1906. El desastre del Titanic en 1912 consiguió que se estandarizada no sólo un canal radio común de emergencia (500KHz (λ=600m)), sino también que se crease la estipulación por ley marítima internacional de que las oficinas de comunicaciones telegráficas tenían que estar atendidas en todo momento. Por tanto, tenemos directrices tempranas que determinan 1) tipo de mensajes, 2) canales radio, y 3) comportamiento. Hay muchos más ejemplos desde entonces y, siendo los sistemas radio una parte fundamental de la sociedad, podemos esperar que haya más.
