Las nuevas tecnologías a menudo siguen el clásico ciclo de exageración de Gartner, progresando desde la innovación inicial hasta el entusiasmo excesivo y la desilusión, hasta la iluminación y la productividad final. 5G no es una excepción. A medida que los titulares audaces y las exageraciones en torno a 5G dan paso a realidades prácticas, tanto los defensores como los críticos coinciden en que se deben resolver una serie de cuestiones técnicas antes de que 5G alcance su máximo potencial. Las redes 5G basadas en frecuencias de ondas milimétricas (mmWave) en el rango de 24 GHz a 40 GHz son las más prometedoras para la conectividad inalámbrica de alto ancho de banda y baja latencia. Sin embargo, mmWave la tecnología También plantea importantes desafíos de propagación de RF y obstáculos para el despliegue de redes 5G súper rápidas a escala que los diseñadores deben abordar para desbloquear el potencial de 5G en todas partes.
Transformación 5G: redes inalámbricas con velocidades similares a las de la fibra
La evolución celular es interminable: mensajería de texto habilitada para 2G, 3G trajo conectividad a Internet móvil y 4G introdujo transmisión de video móvil. 5G New Radio, la quinta generación de tecnología celular, está preparada para suceder al 4G LTE actual, ofreciendo velocidades de datos máximas 100 veces más rápidas que 4G, junto con un ancho de banda dramáticamente más alto, menor latencia, mayor disponibilidad y cobertura más consistente.
5G será un catalizador para la innovación en la forma en que vivimos, trabajamos y nos conectamos, transformando industrias y mejorando nuestras vidas de formas que aún no hemos imaginado. Así como la proliferación de comunicaciones por fibra de alta velocidad revolucionó Internet, las redes 5G potenciarán la conectividad móvil en todas partes. Las velocidades 5G similares a las de la fibra con una disponibilidad de espectro de 10 veces desdibujarán las líneas entre el acceso por cable e inalámbrico en nuestros hogares, oficinas, fábricas y paisajes urbanos.
Las aplicaciones que se benefician del rendimiento incomparable de 5G incluyen vehículos totalmente autónomos, comunicaciones de vehículo a vehículo, edificios y ciudades inteligentes, telemedicina, robótica médica, realidad virtual y aumentada, servicios móviles basados en la nube. Un aumento exponencial de los dispositivos conectados para el Internet de las cosas y las fábricas, almacenes y estadios deportivos inteligentes de IoT industrial estarán entre los primeros en beneficiarse de las redes 5G privadas.
mmWave: la tecnología 5G que todos queremos
Así como hay múltiples sabores de Wi-Fi y tecnologías inalámbricas Bluetooth con diferentes características y niveles de rendimiento, los operadores de telefonía móvil están implementando varios tipos de 5G con diferencias significativas en velocidades y latencia según el espectro utilizado.
Hay dos tipos principales de redes 5G:
- Las redes 5G mmWave ultrarrápidas se basan en bandas de frecuencia ultraalta que van desde 24 GHz a 40 GHz e incluso más, y ofrecen el rendimiento ultrarrápido, el ancho de banda amplio y el "factor sorpresa" que la mayoría de la gente espera de 5G. Este es el rango de frecuencia 5G que permite películas de larga duración en segundos en lugar de minutos.
- Las redes 6G de menos de 5 GHz, lo que la mayoría de la gente está experimentando actualmente en su servicio 5G, admiten bandas de frecuencia media y baja por debajo de 6 GHz. Las bandas de baja frecuencia son inferiores a 1 GHz y las bandas medias oscilan entre 3.4 GHz y 6 GHz.
Comprender las diferencias entre cada tipo de tecnología 5G es crucial para abordar los desafíos de implementación y cumplir con las expectativas del usuario final en cuanto a ancho de banda y latencia. El tipo de 5G que la mayoría de los usuarios reciben hoy en sus teléfonos inteligentes no es el 5G ultrarrápido de varios gigabits que esperan de inmediato.
Las redes 4G LTE son dramáticamente más lentas que las redes 5G mmWave, con velocidades de descarga 4G que van desde aproximadamente 35 Mbits / sa más de 50 Mbits / s. mmWave puede ofrecer velocidades de hasta 5 Gbits / s, considerablemente más rápido de lo que es posible con 4G LTE. Las velocidades de la red 6G por debajo de los 5 GHz se encuentran en algún lugar entre las velocidades mmWave y LTE. Si bien las redes de menos de 6 GHz superan a 4G LTE en términos de rendimiento, latencia y ancho de banda, no alcanzan el rendimiento de mmWave.
La mayoría de los usuarios comerciales y de consumo no pagarán la prima para cambiar de 4G a 5G a menos que vean mejoras dramáticas en las velocidades de datos, la latencia y el ancho de banda. mmWave es la única forma de tecnología 5G que ofrece una experiencia de usuario notablemente superior. Es el 5G que todos queremos.
Lanzamiento de mmWave 5G: desafíos y oportunidades
El enorme potencial de la tecnología mmWave conlleva grandes desafíos. Las velocidades de la red mmWave del mundo real varían mucho según el alcance, los bloqueadores de señal y la proximidad a la torre 5G o celda pequeña más cercana. Si bien las redes mmWave 5G son ultrarrápidas, también son de muy corto alcance. Para recibir señales mmWave, los usuarios deben estar dentro de una cuadra o dos de una torre 5G sin obstrucciones de línea de visión (LOS). Las señales de ondas milimétricas de alta frecuencia se bloquean fácilmente por edificios, paredes, ventanas y follaje, lo que reduce aún más el rango 5G disponible (Figura 1 y XNUMX). Para optimizar la cobertura, los operadores se enfrentan a la instalación de numerosas celdas pequeñas en altas densidades, lo que aumenta el costo de implementar redes mmWave a escala.
Figura 1: Los desafíos del proveedor de servicios para las implementaciones rápidas de 5G mmWave incluyen un rango de señal limitado, requisitos de línea de visión, escasa penetración en edificios y cobertura y conectividad. (Fuente: Movandi) Haga clic para ampliar la imagen.
Debido a su cobertura y limitaciones de LOS, la tecnología mmWave es más adecuada para entornos urbanos densos. Debido a su limitación de alcance, mmWave no es una opción práctica para las áreas suburbanas y rurales, que están mejor atendidas por redes 4G LTE y 6G sub-5 GHz más fáciles de implementar y asequibles. El despliegue generalizado de redes mmWave 5G requerirá una extensa instalación subterránea de cable de fibra. Hasta que esto suceda, los operadores seguirán dependiendo de la infraestructura de red existente mientras el mercado pasa a 5G. Además, los teléfonos inteligentes actuales no son compatibles con todos los tipos de 5G. Sin embargo, se espera que Apple y Samsung lancen nuevos productos de teléfonos inteligentes habilitados para 5G en un futuro próximo.
Aunque el alcance, la propagación de la señal y las limitaciones de LOS son el "talón de Aquiles" de mmWave, las tecnologías avanzadas como los conjuntos de antenas miniaturizadas de múltiples entradas y salidas múltiples masivas, la formación de haces adaptable y los repetidores activos inteligentes pueden abordar eficazmente estos desafíos.
Los repetidores activos inteligentes resuelven los desafíos de la propagación de la señal 5G al amplificar las señales mmWave y ampliar el alcance y la cobertura de las redes basadas en mmWave en entornos exteriores y dentro de edificios. Los repetidores activos funcionan reforzando las señales mmWave, lo que les permite penetrar paredes y otros bloqueadores y doblarse alrededor de los edificios para superar los problemas de LOS sin la necesidad de diseños de antenas voluminosos o costosos backhaul de fibra (Figura 2 y XNUMX).
Cuando se implementa dentro de un edificio, un repetidor inteligente amplifica una señal de haz débil y puede iluminar una habitación entera, mejorando las experiencias de conectividad de aplicaciones y usuarios finales. El uso generalizado de repetidores activos en las redes 5G permite a los proveedores de servicios lanzar servicios 5G mmWave mejorados en interiores, exteriores y móviles a un 50% menos de costos.
Figura 2: Soluciones como los repetidores activos basados en BeamX de Movandi pueden aumentar la cobertura de las estaciones base mmWave en un 90% por menos del 40% del costo de inversión. (Fuente: Movandi) Haga clic para ampliar la imagen.
Todos los principales operadores de EE. UU. Están probando redes mmWave, que brindan disponibilidad en ciudades y vecindarios importantes seleccionados. La 6G de menos de 5 GHz está actualmente más disponible que mmWave, y los principales operadores están implementando redes 5G de baja frecuencia para muchos clientes en áreas urbanas.
Los operadores de nivel 1 están migrando a la tecnología mmWave para cumplir con los requisitos de capacidad de la red, ya que se espera que la demanda de los clientes supere la capacidad por debajo de los 6 GHz para 2023, y varios operadores ya están implementando redes 5G basadas en mmWave. Si bien los críticos de mmWave argumentan que las redes sub-6-GHz ofrecen mejor cobertura que mmWave y requieren menos nodos de radio de próxima generación (gNB), el espectro limitado por debajo de 6 GHz eventualmente requerirá el despliegue de más gNB. Además, mmWave de gran ancho de banda ayudará a aliviar la creciente congestión de la red en áreas urbanas abarrotadas, como estadios deportivos, salas de conciertos y aeropuertos.
Si bien la transición a las redes 5G está en marcha, todavía hay un largo camino hacia adelante hasta que 5G reemplace a 4G LTE, cumpliendo la promesa de velocidades ultrarrápidas de ondas milimétricas y baja latencia. La tecnología mmWave es la clave para desbloquear el potencial de 5G. Para lograr los ambiciosos objetivos de 5G de baja latencia, alto ancho de banda, velocidades más rápidas y amplia cobertura, los principales operadores y proveedores de soluciones mmWave están trabajando juntos para superar estos desafíos fundamentales.