May 22
Tecnología 5G

Tecnología 5G

Antes de adentrarte en los futuribles de la quinta generación y maravillarte con lo que se avecina en el terreno móvil, hay que echar la vista atrás y ver de dónde venimos. Durante este repaso histó rico, también te enterarás del significado de todas esas siglas que pululan por tu smartphone y qué es eso de las “generaciones de redes móviles”.

La generación cero

Nombrada así con carácter retroactivo tras la popularización de términos como 2G o 3G, la generación cero o radiotelefonía móvil hace referencia a todos los estándares de comunicación telefónica sin cables anteriores a la tecnología móvil actual. Los dispositivos empleados eran muy voluminosos y solían estar equipados directamente en medios de transporte, como coches o trenes. Aunque se llegaron a fabricar modelos en forma de maletín, no tuvieron demasiada aceptación por su elevado peso y baja autonomía. Esta generación tenía una principal limitación: había que hacer cola para que se liberara una de las pocas bandas disponibles, pues solo podía haber una llamada por frecuencia. Además, debido a la longitud de onda utilizada, había problemas de congestión e interferencias con otras señales de radio.

La primera generación de telefonía móvil

Las sucesivas revisiones de los estándares de radio fueron eliminando dichos problemas con la introducción de las infraestructuras celulares, dando lugar a lo que ahora conocemos como 1G. Eran estándares basados en transmisiones analógicas. Es decir, la voz de la llamada no se codificada en señales digitales de audio, sino que simplemente se modulaba a la banda de frecuencia necesaria, y se enviaba ‘tal cual’. Por tanto, se podía interceptar y decodificar con facilidad.

La era digital: 2G

La segunda generación fue la primera en introducir transmisiones 100% digitales con voz y datos, dando lugar a los SMS y MMS. Pese a surgir en los 90, este estándar sigue estando en uso en muchas partes del mundo. Una de las ventajas más evidentes de la naturaleza digital del 2G es que las transmisiones, además de poder comprimirse para que tuvieran un menor tamaño, podían cifrarse, lo que solucionaba los graves problemas de privacidad de la generación anterior.

El estándar base (estrictamente, 2G) en Europa fue GSM, mientras que en Estados Unidos fue CDMA. Permitían una velocidad máxima teórica de 50 kbps que usualmente se quedaba en unos 10kbps, a la altura de los módems de la época. Posteriormente, las redes 2G mejoraron y podían alcanzar unos 170 kbps con la revisión GPRS (apodado 2.5G) y hasta 384 kbps con la revisión EDGE (apodado 2.75G ó 2.9G). En tu móvil, GPRS suele ilustrarse con la letra G; EDGE aparece representada con la E.

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3G y el Internet móvil

Tras la segunda generación, la industria se puso manos a la obra con el 3G, prometiendo Internet móvil a la altura de las conexiones domésticas. En Europa, Japón y China se adoptó el estándar UMTS, que no dependía de la infraestructura GSM anterior. En EEUU y Corea del Sur, se optó por CDMA- 2000, construidos sobre la infraestructura de las redes 2G. UMTS se implementó principalmente como W-CDMA y ofrecía, en teoría, de 300 kbps a 2 Mbps. Es el estándar que usas cuando en tu móvil pone ‘3G’ sobre el icono de cobertura. A pesar de las mejoras, no tardó en recibir ‘actualizaciones’ que aumentaban aún más su ancho de banda: HSPA (representado como H en el móvil, entre 600 kbps y 10 Mbps) y HSPA+ (representado como H+, puede llegar a los 672 Mbps teóricos, aunque se suele quedar en 100).

Las promesas del 4G, a su ritmo

Los países ‘GSM’ han recibido la cuarta generación con la implementación LTE. Lo curioso es que, aunque lo anunciaran como tal, no era estrictamente 4G al principio. Más bien, un 3.9G, ya que no cumplía con los requisitos mínimos de velocidad: 100 Mbps en movimiento (coches, trenes…) y hasta 1 Gbps quietos. No obstante, debido a las mejoras que suponía respecto a los estándares existentes en el momento de su lanzamiento, se le permitió el uso de esa distinción. Por ello, sigue siendo el 4G más habitual, con picos de unos 150 Mbps en España. Lo que debería ser el 4G real se llama LTE-Advanced, a veces apodado como 4G+ o 4.5G. Hoy por hoy, puedes alcanzar picos de 300 Mbps en las redes españolas. Eso sí, necesitas un terminal compatible, una tarifa apta… y vivir en una de las pocas ciudades con cobertura 4G+.

Bienvenido milímetro

Uno de los problemas inherentes a las comunicaciones móviles actuales es la fragmentación. Hoy en día conviven multitud de estándares incompatibles entre sí y, de hecho, es una de las razones por las que no te vale con cualquier móvil para hablar en países como Estados Unidos: el receptor de radio del móvil ha de soportar múltiples redes y bandas para poder realizar las diferentes conexiones necesarias. Con la quinta generación se espera poder resolver el problema proporcionando un estándar unificado para todos los países. El problema, como siempre, está en el espectro electromagnético. El rango de frecuencias al que suelen operar los estándares actuales abarca las bandas situadas entre los 700 MHz y 2.6 GHz.

Dichas bandas están bastante saturadas en todos los países, por lo que encontrar una banda disponible en todo el mundo es una tarea complicada: habría que organizar un esfuerzo político global para liberar esas licencias, aumentando los tiempos de desarrollo, costes y fuerzas implicadas. A fin de cuentas, ¡a nadie le gustaría volver a tener que resintonizar el TDT! Dejando atrás las bandas clásicas de telefonía, consideradas de baja frecuencia o microondas, la industria está dirigiendo la mirada hacia los espectros de frecuencia extremadamente alta, como las de 6, 28 o, incluso, 38 GHz. Debido a que las ondas situadas entre los 30 y 300 GHz tienen una longitud de onda de entre 1 y 10 mm, se las suele llamar ondas milimétricas y parece que serán las responsables de dar respuesta a la unificación en la quinta generación. Las microondas tienen la ventaja de contar con un largo alcance, a costa de tener una menor capacidad.

Es decir, llegan más lejos, pero transmiten menos información. Con las ondas milimé- tricas pasa al contrario: si bien pueden transmitir mucha más información, su rango de alcance es mucho menor. Para compensar este déficit, manteniendo y mejorando la cobertura existente, habrá que instalar un mayor número de antenas. Podría suponer un enorme desembolso para infraestructuras, por lo que se están considerando estrategias alternativas. En vez de recurrir al modelo clásico de antenas masivas para dar conexión a un área amplia, se está tanteando la posibilidad de usar microantenas, separadas entre sí 200 o 300 metros y acopladas a farolas, por ejemplo.

Un mayor número de celdas en la misma superficie provocaría problemas a los dispositivos en movimiento, que podrían sufrir pérdidas de paquetes o cortes en la llamada. Para evitarlo, las microantenas estarían coordinadas con una estación base que actuaría de ancla, garantizando una conexión sostenida. Este cambio de paradigma también permitiría la implementación de antenas por software y computación descentralizada. Es decir, en vez de que cada petición de datos tuviese que viajar hasta la ‘centralita’ y volver, las conexiones 5G podrían resolver gran parte del tráfico en los nodos inmediatos al dispositivo, reduciendo la latencia y liberando la congestión en los nodos principales, lo que a su vez permitirá un mayor número de conexiones simultáneas. Otro de los beneficios de las celdas pequeñas será el menor consumo de batería de los dispositivos lo que, de paso, permitirá que los equipos que participen en el Internet de las Cosas puedan tener baterías más pequeñas con una autonomía equivalente, miniaturizándolos aún más. Y por supuesto, ¡también te permitirá alargar la vida útil de tu smartphone.

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La importancia de la latencia

El tiempo de latencia no ha de confundirse con la velocidad de la conexión o, mejor dicho, el ancho de banda. Comparemos el proceso de llenado de una bañera con la descarga de un archivo. Para llenar una bañera, sólo tienes que abrir el grifo al máximo y parar cuando se llegue al límite. El caudal de agua que emana del grifo es, por tanto, la velocidad de descarga de un archivo. Siguiendo el símil, la latencia de red correspondería al tiempo que tarda el agua en salir tras abrir el grifo.

Las latencias de red que tenemos en las generaciones actuales son suficientemente bajas como para que resulten despreciables al visitar una página web o ver un vídeo. Al fin y al cabo, una vez se supera ese periodo inicial de latencia (de entre 100 y 500 ms), comienza la transmisión y deja de ser relevante. No obstante, cuando el tráfico consiste en millones de microtransacciones que han de llegar a su destino lo antes posible, la dimensión de las latencias actuales se vuelve problemá- tica: de ahí que la quinta generación deba proporcionar latencias por debajo del milisegundo. Si bien hoy día no es tan importante, en la próxima década tendrá una relevancia capital.

Con la llegada del Internet de las Cosas, habrá millones de dispositivos comunicándose autónomamente entre sí, sin mediación humana. El ejemplo más claro es el del coche inteligente. Unos retrasos de medio segundo por transacción son inconcebibles cuando cientos de coches están circulando en un espacio reducido a altas velocidades. Ese medio segundo podría ser la diferencia entre un susto por frenazo a tiempo y un atropello de graves consecuencias.

Si el coche autónomo va a conquistar los medios de transporte domésticos, no pueden darse fallos de ese tipo. Las comunicaciones entre vehículos han de ser instantáneas sí o sí. Los primeros intentos Como bien sabes, el estándar 5G aún está por definir y quedan bastantes años hasta que lo podamos disfrutar de forma cotidiana. Eso no quiere decir que todas esas pretensiones de ancho de banda y microlatencia sean una utopía aún por demostrar. Los principales fabricantes ya se han puesto las pilas y están realizando pruebas piloto a un ritmo frenético.

Uno de los principales protagonistas en la contienda es Samsung. Ya en 2013, cuando en España estaban a punto de comercializarse las primeras conexiones 4G, el fabricante surcoreano realizó unas pruebas en las que logró alcanzar velocidades de 1 gbps. Un año más tarde, esas pruebas elevaron las cifras récord a 7,5 gbps en situaciones estáticas, y 1,2 gbps en un coche a 100 km/h. Teniendo en cuenta que las conexiones LTE de la época alcanzaban 300 mbps en situaciones ideales, estamos hablando de conexiones 25 veces más rápidas en unas pruebas preliminares.

Nada mal para empezar, ¿no? Aunque la compra de la división de móviles de Nokia por parte de Microsoft en 2013 no parece estar dando sus frutos, la sección dedicada a telecomunicaciones e infraestructuras de la popular empresa finlandesa, aún independiente, sigue teniendo un papel capital en los operadores de occidente. De hecho, están apostando muy fuerte por el 5G, como han demostrado en numerosos experimentos y acuerdos.

Tras varios años de esbozos, en 2015 batieron un par de récords simulando condiciones reales de conexión: 10 gbps en abril y 19,1 gbps en octubre. Otras pruebas más técnicas realizadas por grupos de investigación universitarios en condiciones de laboratorio han logrado cifras aún más espectaculares. El ejemplo más sorprendente será probablemente el de la Universidad de Surrey en el Reino Unido: ¡1 tbps! Sí, como lo lees: un terabit por segundo. Es cierto que fue en un entorno controlado, a 100 metros de distancia, pero la cifra no deja de ser impresionante.

El protagonismo en el MWC 2016

Todos los ensayos anteriores han llegado a su culmen en el pasado Mobile World Congress, celebrado en Barcelona el pasado mes de febrero. Allí, el 5G fue protagonista y no había stand que no tuviera algo dedicado a la próxima generación. Samsung demostró las posibilidades de la microlatencia con un experimento de lo más interesante. Un brazo robótico tenía que capturar dos pequeñas bolas al vuelo. Una de las bolas estaba controlada a través de una red 4G LTE convencional, mientras que la otra estaba conectada a través de un prototipo de red 5G.

Sólo en el caso de la bola 5G, el retraso era suficientemente pequeño como para que la señal se transmitiera a tiempo para la captura. La bola 4G, por el contrario, siempre llegaba ‘tarde’ debido a las diferencias en la latencia. Nokia, por su parte, demostró su apuesta 5G con una impresionante demo de realidad virtual en la que la latencia volvía a ser la protagonista. Gracias a los retrasos por debajo del milisegundo, demostraban que las experiencias en tiempo real son posibles, y centraban el enfoque en el mundo de la enseñanza y la educación remota. En este caso se trataba de una clase de astronomía en la que estudiante y profesor podían participar en una visita virtual al mundo de las constelaciones.

Otra de las demos de Nokia consistía en la retransmisión instantánea de vídeo en streaming en 360º grabado a 1,5 gbps, sin compresión ni latencia. Todos estos hitos fueron posibles gracias a la plataforma AirScale de Nokia, sobre la que están depositando todos los esfuerzos. Hay más información en networks.nokia.com/portfolio/ products/airscale-radio-access. Intel, que perdió la carrera del 4G, no quiere volver a repetir la experiencia en esta generación y también tiene un ambicioso plan para el futuro de Internet móvil. Tiene abiertos varios frentes de colaboración con operadoras y empresas de telecomunicación para proporcionar los chips necesarios en 5G: Ericsson, KT, Nokia, LG, SK Telecom, Verizon o, aquí en España, la propia Telefónica. Prueba de ello es su proyecto Mobile Trial Platform (plataforma de prueba móvil), que demostraron en varias sesiones del MWC.

Lo que podrás hacer con tu tarifa 5G

Con las intenciones de la industria bien claras y viendo las pruebas realizadas hasta el momento, ya se puede entrever qué posibilidades traerá la quinta generación. Para empezar, el usuario ya tiene en la cabeza las ventajas de un mayor ancho de banda. Es evidente que, a mayor velocidad de transferencia, mayor cantidad de datos se pueden mover en la conexión. Por tanto, espera sin duda algunas descargas más rápidas, rozando la instantaneidad, y streaming de contenidos de alto bitrate. Podrás ver contenido 4K en 360º desde el móvil, o, incluso, conforme avance la década, algo en 8K. No obstante, lo que marcará la diferencia será la bajada drástica de la latencia. Las comunicaciones en directo se sentirán en tiempo real, desapareciendo todos esos problemas del retraso en las llamadas y vídeollamadas VoIP. De hecho, uno de los colectivos más afortunados serán los músicos: por primera vez se podrá contemplar la posibilidad de ensayos a distancia a tiempo real o, incluso, conciertos colaborativos por Internet.

Interconexión será la palabra clave

De todas formas, los mayores beneficios para el usuario no los experimentará de forma directa, sino a través del ecosistema conectado que permitirá el 5G. Dispositivos que tradicionalmente operaban offline, ahora formarán parte del Internet de las Cosas gracias a la mayor densidad de conexiones que permitirá la nueva generación. El coche autónomo y la realidad virtual compartida, así como las nuevas posibilidades en los procesos industriales darán una nueva luz a la década que se aproxima. No en vano, ya se habla de la industria 4.0. Pero… ¿qué es exactamente? La primera generación o 1.0 hace alusión a la primera revolución industrial propiamente dicha: la correspondiente a la máquina de vapor y la mecanización del siglo XVIII. La segunda se refiere a la llegada de la electricidad, las cadenas de montaje y la producción en masa en el siglo XIX, mientras que la tercera y actual es la revolución de la automatización computerizada. Llegados a este punto, ¿qué puede tener de diferente la cuarta revolución industrial para merecer ese nombre?

Industria 4.0 y 5G

El concepto ‘Industria 4.0’ tiene que ver mucho con las fábricas inteligentes y el Internet de las Cosas, y se basa en seis pilares fundamentales: la interoperabilidad entre los equipos implicados, virtualización de los procesos para simularlos, descentralización, análisis en tiempo real, orientación hacia el servicio y modularidad. Como ves, todo gira en torno a la mencionada interconexión en tiempo real. Teniendo en cuenta que el 99% de los equipos industriales trabajan ‘offline’, será todo un reto darle conexión con las tecnologías actuales. Ahí es donde entra el 5G: conexiones de bajo consumo y ultra baja latencia que permitirán implementar una arquitectura de red a bajo coste, posibilitando la cuarta revolución industrial. Fabricantes como Nokia o Huawei ya han adoptado este enfoque y ya hay implementaciones reales. En el caso de Huawei, recibe le nombre de SAP. Con ella, han logrado que Harley Davidson reduzca el tiempo de fabricación de una moto personalizada, que cuenta con más de 1.200 componentes, de 21 días a 6 horas. El cliente puede encargar su moto por la mañana y tenerla por la tarde.

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Ya queda menos

Hay que tener en cuenta que todos estos detalles son sólo las conclusiones extraídas de las conversaciones que han tenido lugar entre los fabricantes y organismos de estandarización de cara a las necesidades que afrontaremos en la próxima década, así como algunas pruebas piloto realizadas en entornos simulados. Este proceso de diálogo y planteamiento se repite en cada generación años antes de que se empiece a ver en el mercado. Hasta el momento, se ha visto una periodicidad de unos 10 años. En los 90, fue la telefonía GSM la que solucionó los problemas de seguridad de las comunicaciones analógicas. Con el cambio de siglo, el 3G respondía a la demanda de una mejor conexión de datos por parte de los usuarios, aunque sólo parcialmente.

En la presente década, el 4G ha terminado el trabajo iniciado por su predecesor y proporcionará conexiones comparables a las que tenemos en casa. Si el proceso de implantación de la quinta generación se hace bien, respondiendo a todos los requisitos pronosticados para los años venideros, podría ser la última G que tuviéramos que contar. No más cambios de paradigma: simplemente actualizaciones y revisiones de un estándar bien asentado. Además, es una oportunidad de oro para que todos los países aúnen fuerzas en el proceso de unificación del uso del espectro electromagnético.

¿Quién espera que sus nietos se anden quejando de que su tarifa 9G es pésima y que ojalá llegue la 10G pronto a su zona? Eso, sencillamente, no es una opción que se pueda considerar. Por otro lado, también hay que reconocer que la industria no tiene un buen historial en eso de pronosticar cambios tecnológicos a largo plazo. ¿Serán capaces de conseguir que esta nueva oleada de estándares sea la última iteración? A nosotros, como usuarios de las nuevas redes, sólo nos queda esperar y contemplar el desarrollo de los acontecimientos… No te olvides y apunta esta fecha en tu agenda inmediatamente: año 2020.

 

 

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