Soluciones técnicas para 5G
En la primera parte de este blog, analizamos los requisitos para la tecnología 5G y el proceso de especificación que están llevando a cabo la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) y el Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP). En esta sección, continuamos el debate investigando las posibles soluciones técnicas.
Los sistemas de telecomunicaciones móviles han operado tradicionalmente en la banda UHF, de 300 MHz a 3 GHz. Esto ha proporcionado el mejor equilibrio entre las cuestiones en pugna de cobertura y capacidad, que son mayores en las frecuencias bajas y altas respectivamente. Lamentablemente, la banda UHF está ahora extremadamente fragmentada y congestionada, por lo que se está dirigiendo la atención a las bandas SHF y EHF, de 3 a 300 GHz. El diagrama muestra algunas bandas que han sido sugeridas en estudios realizados por el regulador británico Ofcom, mientras que se ha adoptado un punto del orden del día para identificar bandas adecuadas para la Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones de 2019.
La propagación de radio en las bandas SHF y EHF es algo diferente a la de UHF. El tamaño de la celda en un entorno urbano parece estar limitado a unos 200 metros, límite que surge porque la propagación está dominada por señales de línea de visión y porque la señal se atenúa por la lluvia y la absorción atmosférica. Las pérdidas por penetración son grandes y parece probable que impidan la comunicación entre el exterior y el interior. Además, el uso de señales de radio con longitudes de onda de milímetros o centímetros implica que los conjuntos de antenas serán una forma importante de maximizar la potencia de la señal recibida.
El uso de conjuntos de antenas sugiere que las antenas de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO) desempeñarán un papel importante en 5G. En la nueva técnica de MIMO masivo, cada estación base está equipada con cientos de antenas, que utiliza para comunicarse con decenas de móviles que utilizan el mismo recurso de tiempo-frecuencia. Si consideramos las transmisiones desde la estación base a un único móvil objetivo, entonces las señales de las diferentes antenas de la estación base se combinan de manera coherente en el objetivo, pero se combinan de manera incoherente en el resto del mundo. Para M antenas que dan servicio a K móviles, la potencia transmitida de la estación base es proporcional a 1/M, mientras que la relación señal recibida/interferencia es proporcional a M/K. Los beneficios para la eficiencia espectral y la eficiencia energética de 5G son potencialmente grandes.
La tecnología de acceso múltiple más probable para 5G parece seguir siendo OFDMA, pero esta cuestión se está investigando más a fondo como parte de los estudios 3GPP. La MIMO masiva es más eficaz cuando se utiliza con dúplex por división de tiempo (TDD) en lugar de dúplex por división de frecuencia (FDD), pero también se está prestando atención a la comunicación dúplex completa, que implica la transmisión y recepción simultáneas en una única frecuencia portadora. Siguiendo las tendencias existentes, es probable que las redes 5G sean heterogéneas, con una variedad de tamaños de celdas, y que hagan un uso cada vez mayor de relés y comunicaciones de dispositivo a dispositivo. Por último, se está prestando atención a la centralización y virtualización de la red de acceso por radio, en la que el procesamiento de la señal de las estaciones base se lleva primero a un concentrador central y luego se implementa en software en servidores de uso general.