Espectro 5G

Fondo

La tecnología 5G está destinada a cambiar significativamente el panorama en términos de asignación y uso del espectro, y en este artículo pretendemos aportar más claridad en cuanto a los numerosos temas relacionados con las licencias, la estandarización/armonización y el uso del espectro a medida que nos acercamos a la era 5G.

El espectro es muy buscado, principalmente porque permite a un operador aumentar la capacidad de la red de manera eficiente. El espectro adicional se puede agregar a las estaciones base existentes, lo que reduce la cantidad de estaciones base nuevas necesarias. Esto hace que el espectro sea muy valioso, por lo que los reguladores cobrarán una tarifa por el espectro con licencia. El costo del espectro varía, pero puede ser bastante sustancial según las frecuencias específicas que se licencien.

A menudo se utiliza un mecanismo de subasta para establecer el valor del espectro. Esto no sólo genera ingresos para el regulador/gobierno, sino que, a través de las fuerzas del mercado, prácticamente garantiza que el espectro se utilizará de forma adecuada y según lo previsto. Porciones significativas del espectro de frecuencias más bajas suelen atraer tarifas más altas que la misma cantidad de espectro de frecuencias más altas debido a la mejor cobertura que ofrecen.

Espectro 5G: panorama general

Con la introducción de la tecnología 5G, la industria puede disponer de un espectro de frecuencias mucho mayor. Además de las frecuencias celulares más tradicionales (generalmente de 450 MHz a 2600 MHz), se puede disponer de un espectro entre ~ 3 y 7 GHz y en las bandas de ondas milimétricas mucho más altas (inicialmente por encima de 24,25 GHz). La propagación de radio en estas frecuencias más altas significa que la asignación del espectro puede ser mucho más flexible (debido a la naturaleza aislada de la cobertura celular y la interferencia minimizada), y las bandas sin licencia, compartidas o locales son más factibles. La forma en que funciona la tecnología 5G con la tecnología 4G también introduce más flexibilidad, por lo que, en resumen, la tecnología 5G está destinada a cambiar significativamente el panorama en términos de asignación del espectro. La siguiente figura ilustra el principio general.

Bandas de frecuencia estándar 3GPP

En términos más específicos sobre lo que realmente se puede licenciar en un país en particular, en las primeras versiones 3GPP de 5G (versiones 15 a 17), se especificó que la nueva radio 5G operará en dos rangos de frecuencia.

• El rango de frecuencia 1 (FR1) está entre 410 y 7125 MHz, por lo que abarca y amplía el rango de frecuencia de LTE.
• El rango de frecuencia 2 (FR2) abarca ondas milimétricas, inicialmente entre 24250 y 52600 MHz.

3GPP ha definido los dos rangos de frecuencia (FR) porque los requisitos y las condiciones de prueba de la radio analógica 5G en FR1 y FR2 son algo diferentes. Como se muestra en la tabla que se encuentra debajo de este artículo (Fuente: 3GPP TS 38.104 Release 17), se han especificado bandas dentro de cada rango que admiten la Nueva Radio 5G y, para cada banda, el modo de operación se define como FDD (Dúplex por División de Frecuencia, donde hay frecuencias separadas de enlace ascendente y descendente) o TDD (Dúplex por División de Tiempo, donde se utilizan las mismas frecuencias tanto para el enlace ascendente como para el descendente). Cada banda está numerada, con el prefijo “n” (para la Nueva Radio).

FR1 incorpora algunas de las bandas utilizadas anteriormente para LTE, así como algunas bandas nuevas. Con algunas excepciones significativas, por debajo de los 3000 MHz, las bandas están especificadas principalmente para utilizar el modo dúplex por división de frecuencia (FDD), y las bandas por encima de los 3000 MHz están especificadas para utilizar el modo dúplex por división de tiempo (TDD). FR2 solo admite TDD y utiliza números de banda a partir del n257.

Optimización de enlaces ascendentes y descendentes

El TDD tiene importantes ventajas de eficiencia sobre el FDD en frecuencias más altas, donde se utilizan esquemas de antena avanzados. En estas frecuencias más altas, la interferencia es menos significativa, lo que anula algunas de las ventajas del FDD en frecuencias más bajas (relacionadas con el control de interferencias); de ahí el paso al TDD a medida que adoptamos esas partes más altas del espectro para las comunicaciones celulares. Sin embargo, también hay bandas heredadas significativas que se asignaron para generaciones anteriores o para uso sin licencia, y esto complica enormemente el panorama. Básicamente, es por eso que tenemos una lista muy larga de bandas en FR1 y una lista muy corta en FR2, que se asigna recientemente con la introducción de 5G (sin la complicación de las bandas heredadas).

En las tablas, SDL significa enlace descendente suplementario. Se trata de una característica heredada de LTE, en la que una celda secundaria utilizada para la agregación de portadoras puede ser solo de enlace descendente. De manera similar, SUL significa enlace ascendente suplementario. Se trata de una nueva característica 5G, en la que el UE está configurado con dos portadoras de enlace ascendente (que transmiten una a la vez, según lo indique la estación base), que corresponden a un solo enlace descendente de la misma celda. El enlace ascendente suplementario suele estar en una frecuencia más baja que el enlace ascendente normal y mejora la cobertura del enlace ascendente para los móviles que están cerca del borde de la celda.

¿Qué bandas deben licenciarse?

Como parte de su planificación general del espectro, los distintos reguladores pueden optar (en teoría) por conceder licencias para cualquiera de las bandas estandarizadas del 3GPP. Sin embargo, la implementación rentable de la tecnología 5G en un mercado en particular depende de un respaldo más amplio de la industria a opciones específicas. En este sentido, el panorama se está volviendo más claro.

Un buen ejemplo es que las bandas n28 (703 a 748 UL, 758 a 803 DL), n78 (3300 a 3800) y n258 (24250 a 27500) son de particular importancia para los operadores 5G en Europa. Se trata de las bandas de ondas milimétricas, medias y bajas armonizadas por la CEPT (Conferencia Europea de Administraciones Postales y de Telecomunicaciones). Este enfoque de la asignación de espectro 5G proporciona una flexibilidad muy necesaria para los operadores y el ecosistema emergente más amplio. Garantiza que una vez que se haya obtenido la licencia de las bandas, se puedan satisfacer de manera eficiente todos los requisitos clave de los casos de uso existentes o nuevos, al menos en términos de espectro. Esto incluye cobertura, capacidad, latencia, implementación de celdas pequeñas, soporte para IoT (área más amplia) o 5G en bandas sin licencia/compartidas (entre muchas otras consideraciones). Muchos otros países están adoptando enfoques similares para la concesión de licencias.

Otras bandas importantes son n1, n3, n7, n8, n20 y n38, heredadas de GSM, WCDMA y LTE. Con el tiempo, y una vez que haya una cantidad suficiente de teléfonos del tipo adecuado en los distintos mercados (en diferentes momentos en todo el mundo), y si los reguladores lo permiten, estas bandas deberían experimentar un cambio hacia 4G y 5G para maximizar la eficiencia de la red. El abandono de las bandas GSM/GPRS (que todavía se utilizan ampliamente para las comunicaciones de tipo máquina (MTC) en muchas redes) puede llevar un poco más de tiempo, por razones relacionadas con el rendimiento de la radio.

Espectro para 4G vs 5G

Las interfaces de radio 4G y 5G comparten la misma tecnología subyacente y pueden funcionar juntas sin problemas para proporcionar la conectividad general dentro de la red. Los dispositivos están diseñados para utilizar una técnica denominada Conectividad dual para que funcionen con ambos tipos de interfaces simultáneamente, lo que permite que un dispositivo funcione sin problemas en una red combinada 4G/5G (además de interoperar con generaciones anteriores).

Tarde o temprano, y una vez que se acelere la adopción de 5G, los operadores podrían querer migrar incluso el espectro 4G a 5G. Esto se puede lograr de manera muy eficiente a través de una función llamada Dynamic Spectrum Sharing (ver más abajo). Esta función permite que el espectro dentro de la misma banda se asigne dinámicamente, o se comparta, entre 4G y 5G. Por lo tanto, con el tiempo, a medida que se vendan o suministren más teléfonos o dispositivos con capacidad 5G, la red asignará más recursos a 5G que a 4G.

Conclusión

En general, el uso del espectro para 5G es sumamente complejo y tiene muchas consideraciones: algunas técnicas, otras regulatorias y muchas asociadas con diversos casos de uso y opciones de implementación. Además, los mercados tienen posiciones muy diferentes en términos de licencias de espectro heredadas y, por supuesto, siguen trayectorias diferentes en términos del entorno competitivo de 5G (sobre todo en términos de plazos, número de proveedores de servicios de comunicaciones y participación gubernamental). Una visión clara de las cuestiones relacionadas con el uso del espectro con 5G brindará a las organizaciones de telecomunicaciones una ventaja en su toma de decisiones estratégicas. ¡Esperamos que este breve artículo haya ayudado a aclarar el panorama!

Bandas operativas NR en FR1
(Fuente: 3GPP TS 38.104 versión 17)

Banda operativa NR	Banda operativa de enlace ascendente (UL) BS recibe / UE transmite F UL,bajo – F UL,alto	Banda operativa de enlace descendente (DL) Transmisión BS / recepción UE F DL,baja – F DL,alta	Modo dúplex
número 1	1920 MHz – 1980 MHz	2110 MHz – 2170 MHz	Defensor del Pueblo
número 2	1850 MHz – 1910 MHz	1930 MHz – 1990 MHz	Defensor del Pueblo
número 3	1710 MHz – 1785 MHz	1805 MHz – 1880 MHz	Defensor del Pueblo
número 5	824 MHz – 849 MHz	869 MHz – 894 MHz	Defensor del Pueblo
número 7	2500 MHz – 2570 MHz	2620 MHz – 2690 MHz	Defensor del Pueblo
número 8	880 MHz – 915 MHz	925 MHz – 960 MHz	Defensor del Pueblo
n12	699 MHz – 716 MHz	729 MHz – 746 MHz	Defensor del Pueblo
n13	777 MHz – 787 MHz	746 MHz – 756 MHz	Defensor del Pueblo
n14	788 MHz – 798 MHz	758 MHz – 768 MHz	Defensor del Pueblo
número 18	815 MHz – 830 MHz	860 MHz – 875 MHz	Defensor del Pueblo
n20	832 MHz – 862 MHz	791 MHz – 821 MHz	Defensor del Pueblo
número 24 7	1626,5 MHz – 1660,5 MHz	1525 MHz – 1559 MHz	Defensor del Pueblo
n25	1850 MHz – 1915 MHz	1930 MHz – 1995 MHz	Defensor del Pueblo
número 26	814 MHz – 849 MHz	859 MHz – 894 MHz	Defensor del Pueblo
número 28	703 MHz – 748 MHz	758 MHz – 803 MHz	Defensor del Pueblo
número 29	N / A	717 MHz – 728 MHz	SDL
n30	2305 MHz – 2315 MHz	2350 MHz – 2360 MHz	Defensor del Pueblo
número 34	2010 MHz – 2025 MHz	2010 MHz – 2025 MHz	TDD
número 38	2570 MHz – 2620 MHz	2570 MHz – 2620 MHz	TDD
número 39	1880 MHz – 1920 MHz	1880 MHz – 1920 MHz	TDD
n40	2300 MHz – 2400 MHz	2300 MHz – 2400 MHz	TDD
n41	2496 MHz – 2690 MHz	2496 MHz – 2690 MHz	TDD
número 46	5150 MHz – 5925 MHz	5150 MHz – 5925 MHz	TDD 3
número 48	3550 MHz – 3700 MHz	3550 MHz – 3700 MHz	TDD
n50	1432 MHz – 1517 MHz	1432 MHz – 1517 MHz	TDD
n51	1427 MHz – 1432 MHz	1427 MHz – 1432 MHz	TDD
n53	2483,5 MHz – 2495 MHz	2483,5 MHz – 2495 MHz	TDD
n65	1920 MHz – 2010 MHz	2110 MHz – 2200 MHz	Defensor del Pueblo
n66	1710 MHz – 1780 MHz	2110 MHz – 2200 MHz	Defensor del Pueblo
n67	N / A	738 MHz – 758 MHz	SDL
n70	1695 MHz – 1710 MHz	1995 MHz – 2020 MHz	Defensor del Pueblo
número 71	663 MHz – 698 MHz	617 MHz – 652 MHz	Defensor del Pueblo
n74	1427 MHz – 1470 MHz	1475 MHz – 1518 MHz	Defensor del Pueblo
n75	N / A	1432 MHz – 1517 MHz	SDL
número 76	N / A	1427 MHz – 1432 MHz	SDL
número 77	3300 MHz – 4200 MHz	3300 MHz – 4200 MHz	TDD
número 78	3300 MHz – 3800 MHz	3300 MHz – 3800 MHz	TDD
número 79	4400 MHz – 5000 MHz	4400 MHz – 5000 MHz	TDD
n80	1710 MHz – 1785 MHz	N / A	SUL
n81	880 MHz – 915 MHz	N / A	SUL
n82	832 MHz – 862 MHz	N / A	SUL
n83	703 MHz – 748 MHz	N / A	SUL
n84	1920 MHz – 1980 MHz	N / A	SUL
n85	698 MHz – 716 MHz	728 MHz – 746 MHz	Defensor del Pueblo
n86	1710 MHz – 1780 MHz	N / A	SUL
número 89	824 MHz – 849 MHz	N / A	SUL
n90	2496 MHz – 2690 MHz	2496 MHz – 2690 MHz	TDD
n91	832 MHz – 862 MHz	1427 MHz – 1432 MHz	2.ª edición
n92	832 MHz – 862 MHz	1432 MHz – 1517 MHz	2.ª edición
n93	880 MHz – 915 MHz	1427 MHz – 1432 MHz	2.ª edición
n94	880 MHz – 915 MHz	1432 MHz – 1517 MHz	2.ª edición
n95 1	2010 MHz – 2025 MHz	N / A	SUL
número 96 4	5925 MHz – 7125 MHz	5925 MHz – 7125 MHz	TDD 3
n97 5	2300 MHz – 2400 MHz	N / A	SUL
número 98 5	1880 MHz – 1920 MHz	N / A	SUL
número 99 6	1626,5 MHz - 1660,5 MHz	N / A	SUL
NOTA 1: Esta banda es aplicable únicamente en China. NOTA 2: La operación dúplex variable no habilita la configuración dúplex variable dinámica por parte de la red, y se utiliza de manera que los rangos de frecuencia DL y UL sean compatibles de forma independiente en cualquier rango de frecuencia válido para la banda. NOTA 3 Esta banda está restringida a la operación con acceso al canal de espectro compartido según se define en [20]. NOTA 4: Esta banda es aplicable en EE. UU. únicamente sujeto al Informe y Orden de la FCC [FCC 20-51]. NOTA 5: Los requisitos para esta banda son aplicables únicamente cuando no se utilizan otras bandas operativas NR o E-UTRA TDD dentro del rango de frecuencias de esta banda en la misma área geográfica. En los casos en que se utilizan otras bandas operativas NR o E-UTRA TDD dentro del rango de frecuencias de esta banda en la misma área geográfica, pueden aplicarse requisitos especiales de coexistencia que no están contemplados en las especificaciones 3GPP. NOTA 6: El funcionamiento de UL está restringido a 1627,5 – 1637,5 MHz y 1646,5 – 1656,5 MHz según la Orden DA 20-48 de la FCC. NOTA 7: El funcionamiento DL está restringido al rango de frecuencia de 1526-1536 MHz. El funcionamiento UL está restringido a 1627,5 – 1637,5 MHz y 1646,5 – 1656,5 MHz según la Orden DA 20-48 de la FCC.

Bandas operativas NR en FR2
(Fuente: 3GPP TS 38.104 versión 17

Banda operativa NR	Banda operativa de enlace ascendente (UL) y enlace descendente (DL) BS transmisión/recepción UE transmitir/recibir F UL,bajo – F UL,alto F DL,baja – F DL,alta	Modo dúplex
número 257	26500 MHz – 29500 MHz	TDD
número 258	24250 MHz – 27500 MHz	TDD
número 259	39500 MHz – 43500 MHz	TDD
n260	37000 MHz – 40000 MHz	TDD
número 261	27500 MHz – 28350 MHz	TDD
número 262	47200 MHz – 48200 MHz	TDD

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