5G está transformando las industrias, la sociedad y la forma en que nos comunicamos y vivimos. No es simplemente un 4G LTE más rápido, el 5G es una de las tecnologías más transformadoras en la historia de las telecomunicaciones. Es 10 veces más rápido que 4G, admite 10,000 veces más tráfico de red y puede manejar 100 veces más dispositivos, al tiempo que permite una latencia de una quincuagésima parte sin tiempo de inactividad percibido. Una de las tecnologías más importantes que ayudará a cumplir la promesa de 5G es la sincronización de los sistemas microelectromecánicos (MEMS). La sincronización MEMS proporciona soluciones que son mucho más pequeñas y de menor potencia que los dispositivos equivalentes a base de cuarzo, y son mucho más resistentes a las duras condiciones ambientales.
¿Qué cambios tecnológicos se requieren para realizar plenamente las capacidades 5G?
Aunque 5G se basa en la infraestructura 4G existente, las redes 5G implementadas a escala requerirán un rediseño completo de la infraestructura de comunicaciones. Los expertos de la industria generalmente están de acuerdo en que puede llevar una década implementar completamente las redes 5G y obtener su valor total a través del Internet de las cosas, la conducción automatizada, la telemedicina, la inteligencia artificial y la realidad virtual y aumentada. Los operadores líderes ya han comenzado a brindar servicios 5G en las principales áreas metropolitanas este año, y es posible que veamos hasta 1.8 millones de conexiones 5G implementadas en todo el mundo para fines de 2021. Una de las tecnologías más importantes que permiten 5G de extremo a extremo es la sincronización MEMS.
¿Qué sigue impulsando la necesidad de cumplir la promesa de 5G?
Cumplir plenamente la promesa de 5G requiere rendimiento, ancho de banda y latencia más allá de lo que es posible con las redes actuales. Hasta ahora, hemos implementado redes por debajo de 6 GHz y el mercado necesita ondas milimétricas ultrarrápidas (mmWave) la tecnología en el rango de 24 GHz a 40 GHz. Este cambio requerirá un despliegue generalizado de equipos exteriores para superar los desafíos de línea de visión, bloqueo y cobertura asociados con las frecuencias mmWave.
Han surgido dos requisitos de implementación importantes con 5G: la densificación de la red en la que se agregan sitios celulares donde sea posible para aumentar la cantidad de capacidad disponible y la cloudificación en la que se utilizan postes de luz y otros postes de servicios públicos para transformar las redes y habilitar los servicios impulsados por 5G. Debido a su exposición a golpes, vibraciones, temperaturas extremas y otros factores estresantes del entorno hostil, estas implementaciones requieren componentes de temporización resistentes y resistentes, y eso significa MEMS.
¿Cómo se garantiza la confiabilidad de 5G?
Asegurar redes de 5G mmWave confiables y resistentes puede requerir hasta 100 veces más equipos (estaciones base, celdas pequeñas, relés y repetidores) implementados más cerca de las instalaciones del cliente, como postes de luz, semáforos, estadios, azoteas y paredes exteriores. La mayoría de este equipo funcionará en entornos exteriores hostiles y resistirá temperaturas extremas, viento, vibraciones y golpes.
¿Qué tecnologías se ven afectadas por las implementaciones de 5G o están involucradas en ellas?
Las tecnologías de hardware y software afectadas por las implementaciones de 5G o involucradas en ellas incluyen, entre otras, circuitos integrados de RF optimizados, conjuntos de antenas, amplificadores, formación de haces y técnicas de gestión de haces. En una conferencia reciente definida por el operador sobre redes de acceso de radio inteligentes y abiertas (O-RAN), la necesidad de sincronización de tiempo para 5G fue un tema muy discutido. Esto se debe a que muchas de las técnicas fundamentales involucradas en 5G no solo requieren sincronización, sino que, de hecho, exigen niveles de alineación de tiempo más allá de lo que se implementó previamente en esta escala.
¿Por qué los dispositivos de cronometraje son tan importantes para las implementaciones de 5G?
Los dispositivos de temporización son el corazón de todos los sistemas electrónicos, incluida la infraestructura de comunicaciones, equipos industriales, sistemas automotrices e innumerables productos electrónicos. Piense en un chip de sincronización como un metrónomo utilizado por un pianista, que proporciona al músico un ritmo preciso y constante para una interpretación musical más nítida y clara. A pesar de la prevalencia de la tecnología de sincronización en nuestras vidas, relativamente pocas personas, excepto los ingenieros de sistemas y los arquitectos, son conscientes de los roles cruciales que los relojes y osciladores han jugado en las revoluciones de las comunicaciones durante las últimas décadas. A medida que ingresamos a la era 5G, la tecnología de sincronización es más crítica que nunca.
¿Cuáles son las diferentes tecnologías de sincronización en 5G? ¿Por qué MEMS basados en silicio?
La mayoría de los sistemas electrónicos han utilizado históricamente dispositivos de cronometraje basados en cuarzo, funcionalmente similares a los cristales de cuarzo que resuenan silenciosamente dentro de nuestros relojes de pulsera analógicos. El cuarzo es una tecnología de sincronización de 70 años, y sus resonadores y osciladores nos han servido bien durante décadas. Sin embargo, se está produciendo una revolución silenciosa en la industria del cronometraje. Las nuevas generaciones de dispositivos de sincronización basados en diminutos e ingeniosos resonadores de sistemas mecánicos microelectrónicos (MEMS) han reemplazado al cuarzo en aplicaciones que requieren la mayor confiabilidad y resistencia a los factores ambientales estresantes. La tecnología MEMS, combinada con circuitos analógicos, proporciona una solución de temporización completa que es mucho más pequeña y de menor potencia que los dispositivos equivalentes basados en cuarzo, y es mucho más resistente a las duras condiciones ambientales.
¿Por qué MEMS ha surgido como la tecnología de sincronización 5G de facto?
Los dispositivos de temporización MEMS se han perfeccionado a lo largo de varias generaciones y han desplazado constantemente a sus homólogos basados en cuarzo en muchas aplicaciones de redes y comunicaciones exigentes, como la infraestructura inalámbrica 4G LTE y 5G. Los resonadores, osciladores y dispositivos de “reloj-sistema-en-un-chip” basados en MEMS brindan un rendimiento, confiabilidad y resiliencia órdenes de magnitud mayor que las soluciones de cuarzo. Por estas razones, MEMS es una tecnología de sincronización de precisión ideal para estaciones base 5G de macro y pequeñas celdas implementadas al aire libre, lo que ayuda a los fabricantes de equipos y operadores móviles a cumplir la promesa de 5G.
Conclusión
El éxito de 5G dependerá en parte de la satisfacción del cliente, no solo en términos de rendimiento inalámbrico inigualable, sino también de confiabilidad sólida como una roca. Con 5G, simplemente no hay opción para llamadas interrumpidas o cortes de red causados por temperaturas extremas, vibración excesiva o golpes repentinos. Ya sea para un automóvil autónomo o para una cirugía remota, tanto los operadores como los usuarios deben poder confiar en 5G como tecnología a prueba de fallas. Los fabricantes de equipos 5G ya han comenzado a utilizar tecnología de temporización basada en MEMS en la infraestructura de red. De hecho, más de 10 aplicaciones 5G diferentes ahora usan dispositivos de temporización MEMS.
Ya era hora: la revolución 5G está en marcha y los últimos avances en la tecnología de sincronización MEMS ayudarán a impulsar la innovación y transformación de la red inalámbrica que se avecina.
Acerca del autor.
acerca de SiTime