Introducció al 5G: el gran salt cap a la Internet de les coses

El 5G obrirà les portes a noves experiències i serveis que ara només podem imaginar

La tendència amb més repercussió del Mobile World Congress en les últimes edicions està sent el 5G, per les seves oportunitats per a la indústria i per a la societat connectada.

Per tenir una visió completa d’aquesta tecnologia, que apunta a revolucionar les comunicacions, iniciem una sèrie d’articles on analitzarem el 5G des de diferents perspectives: la carrera tecnològica mundial, l’impacte global o especificacions més tècniques com l’arquitectura de xarxa i l’espectre.

En aquesta primera part, a tall d’introducció, exposarem les característiques generals, principals usos i avantatges respecte a les tecnologies anteriors.

La gran aposta

Des dels inicis de les telecomunicacions mòbils digitals, cada generació de tecnologia (2G, 3G, 4G) s’ha anat desenvolupant per millorar l’eficiència, cobertura i capacitat d’espectre, i permetre que les xarxes de telecomunicacions segueixin el ritme de creixement del tràfic. Tot i que encara la implantació generalitzada del 4G està lluny de ser una realitat, els principals operadors i fabricants ja estan treballant en l’estandardització de la quinta generació. El 5G no només serà una ferramenta per transmetre més dades en menys temps, sinó que obri un ventall de possibilitats a la Internet de les coses (IoT) on serà necessari suportar la interacció de milions de dispositius.

Aquesta nova tecnologia es troba actualment en una fase primerenca de desenvolupament, ja que entre els molts obstacles significatius als quals s’enfronta, es troba la problemàtica de l’estandardització. Tot i això, els principals players coincideixen en el fet que el 5G no és només una necessitat, sinó una aposta de cara al futur.

Amb què ens trobarem?

Les premisses bàsiques que s’han definit per al 5G, una vegada s’estandarditzi, són les següents:

• Velocitat: el 5G assolirà velocitats 100 vegades superiors a la velocitat de LTE i 10 vegades superior a la tecnologia LTE-advanced, un estàndard intermedi que s’està desplegant a Espanya.

• Baixa latència: entenem la latència com l’acumulació de diferents retards entre que s’envia una petició fins que es rep una resposta, a conseqüència del viatge del senyal pel mitjà radioelèctric. La disminució de la latència al 5G és clau, ja que permetrà l’entrada a serveis diferencials respecte de les tecnologies passades.

• Alta densitat: a diferència de les tecnologies anteriors, que eren molt sensibles a la quantitat de dispositius connectats (pensem en un concert multitudinari o en un partit de futbol, on la connectivitat passa a ser molt limitada), el 5G tindrà la capacitat de suportar un gran nombre de dispositius connectats alhora, arribant a tolerar densitats de fins a 100 dispositius per m2.

En desembre de 2017 el 3GPP (3rd Generation Partnership Project) va aprovar les especificacions del 5G New Radio (NR) per al non-standalone. Es tracta d’una tecnologia 5G (el primer estàndard aprovat oficialment) que no pot actuar de forma autònoma, sinó que es suporta sobre LTE, la tecnologia actual. La trucada realitzada amb 5G el passat 20 de febrer per Vodafone i Huawei des de Castelldefels (Barcelona) i Madrid va ser la primera del món en fer-se segons aquest estàndard.

Una llista de desitjos per a la quinta generació de telecomunicacions mòbils

La llista de demandes i millores per al 5G és llarga i toca pràcticament tots els aspectes de les telecomunicacions i de les prestacions de serveis. Els principals avenços respecte a les tecnologies anteriors són:

1. Una operativa en temps real: parlar de 5G és parlar de ràpids temps de resposta, alta disponibilitat, baixa latència i jitter. Latència i jitter són dos conceptes que van molt units, ja que ambdós es refereixen a retards: el primer és generalitzat a totes les xarxes, mentre que el segon és un efecte de les xarxes de dades no orientades a connexió i basades en commutació de paquets. La latència deuria ser inferior a 150 mil·lisegons i el jitter hauria d’estar per baix de 100 mil·lisegons per adequar-se a la sensibilitat de l’oïda humana en comunicacions en temps real (com VoIP).

2. Infraestructura crítica: si bé fins ara el dimensionament de les xarxes 3G i 4G ha estat condicionat per problemes a la xarxa de transport, amb el 5G el dimensionament serà d’acord amb l’experiència d’usuari, oferint alta fiabilitat i cobertura.

3. Xarxes de molt alta capacitat: es treballarà amb cobertura d’alta qualitat i la tecnologia suportarà serveis multiespectre per a l’aprofitament màxim de la capacitat espectral.

4. Infraestructura virtualitzada: les xarxes aniran definides per software (SDN) i per funcions (NFV). Parlem de virtualització de xarxes orientada al núvol, que permetrà realitzar millors escalats i obtenir eficiències en costos que fins ara no eren factibles.

5. IoT i M2M: el 5G serà capaç de suportar milions de dispositius connectats enviant informació periòdicament. El “tot connectat” podrà ser una realitat.

És el 5G una necessitat? 

El 2020 s’espera que hi hagi 30.000 milions de dispositius connectats. Tenir accés a Internet al mòbil s’ha convertit en una necessitat bàsica i ser capaços de fer videotrucades de qualitat i veure contingut en streaming sense interrupcions són exigències cada vegada més imperioses. Els 300 Mb/s de baixada que ofereixen actualment les xarxes 4G sembla que no podran satisfer les demandes futures dels usuaris pel que fa a la connectivitat i a la velocitat.

A més de connectar els nostres telèfons o ordinadors, la Internet de les coses (IoT) aspira a la hiperconnectivitat, a la capacitat de connectar simultàniament les nostres cases (domòtica), cotxes, rellotges i ciutats a la xarxa. Per processar, analitzar i aprofitar la quantitat de dades que açò suposaria, es necessita una estabilitat constant. El 4G no pot garantir aquestes múltiples connexions, per tant, és necessària la implementació del 5G.

Algunes aplicacions en què el temps de resposta resulta crític i que serien possibles gràcies a una major estabilitat i una menor latència són:

• Vehicles autònoms: les xarxes 5G podran respondre suficientment de pressa com per poder coordinar-los, ja siguin automòbils que es comuniquin amb una central de control o per comunicar-se entre ells.

• Videoconferències: establir una conversa a través d’un vídeo súper nítid i amb alta resolució serà possible gràcies a la comunicació en temps real.

• Entreteniment: amb una connexió 5G, es podrà fer streaming de continguts directament als dispositius de realitat virtual.

• Telemedicina: els metges podran realitzar una operació o cirurgia de manera remota. Els retards en la connexió seran tan minúsculs, que els doctors podran utilitzar robots per operar a 1.000 kilòmetres de distància.

Un petit recorregut per l’evolució tecnològica

Des del “1G” han passat ja més de 30 anys i, ara per ara, està projectat el desplegament de la quinta generació de xarxes mòbils per al pròxim any 2020. L’evolució del que es podia fer als anys 80 amb la telefonia analògica fins al que hem passat a fer en l’actualitat ha sigut radical.

Agrupem dins de la primera generació a aquells telèfons que només servien per fer trucades, mentre que el 2G, nascut als anys 90, fa referència a l’aparició de la denominada telefonia digital. El 2001, es va començar a implementar el 3G, que permet la transferència d’arxius multimèdia, connectivitat permanent sense fil i una velocitat fins set vegades més ràpida que la connexió telefònica estàndard, a més de major seguretat. La tecnologia 4G, també denominada LTE, és la més veloç desenvolupada fins ara, però encara no és una realitat global i no tots els terminals ni totes les targetes SIM són compatibles amb ella. A partir de 2020 podrem veure els primers desplegaments comercials de la xarxa 5G.

En proves de laboratori en condicions molt específiques, Etisalat, operador asiàtic amb presència a Àfrica i Europa de l’Est, ha aconseguit un rècord de velocitat de 5G de 71Gb/s. No obstant això, s’estima que, de mitjana, les condicions “reals” seran de 10Gb/s i que les que finalment arribin a l’usuari seran de 1Gb/s. Un possible exemple del que permetran aquestes velocitats és la descàrrega de sis temporades de Game of Thrones en Full HD en només 30 segons.

Del 4G al 5G, grans millores en menys d’una dècada

El 2012 es va començar a dur a terme l’activació del 4G i el 2020 està previst la del 5G. Tot i que encara s’ha de resoldre la problemàtica de l’estandardització, ja es pronostiquen diferents millores entre una tecnologia i l’altra:

• El 5G serà de fàcil implementació, en contraposició al 4G.

• La tecnologia de quinta generació permetrà un 90% d’estalvi energètic per servei proporcionat respecte del 5G.

• El 5G aconseguirà una latència per sota d’un mil·lisegon, molt menor que la que s’assoleix amb la tecnologia anterior, amb mitjanes de 50ms.

• Mentre que amb el 4G la connexió es ressent en llocs especialment concorreguts, el 5G permetrà una connexió simultània d’uns 100.000 milions de dispositius.

• Les freqüències utilitzades seran molt majors amb la nova tecnologia, podent assolir des dels 6GHz fins als 100GHz. El 4G no utilitza freqüències superiors als 3Ghz.

Al marge de la reducció del consum d’energia que suposaria el salt al 5G, un dels aspectes més importants d’aquesta tecnologia serà la possibilitat d’incorporar nous serveis i noves experiències d’ús al dia a dia de l’usuari. Productes i experiències que ara només podem imaginar, com els vehicles autònoms o la telemedicina (eHealth), podran ser una realitat gràcies als avenços que es pronostiquen per al 5G. Un gran salt cap al món connectat.