Francesco Lanza / bonaona@bonaona.org
El término 5G (1) es un término comercial que se refiere a la quinta generación de telecomunicaciones inalámbricas. Desde el punto de vista funcional se refiere a la telefonía móvil y al uso, desarrollo y la interacción con otras tecnologías como IoT, Big data o la robótica, a la vez que plantea nuevos usos y soluciones.
En términos de especificaciones en la Unión Europea, es una tecnología que deberá soportar volúmenes de datos móviles que son 1.000 veces más altos por área. De 10 a 100 veces más dispositivos conectados, con tasas de datos de usuario típicas que son de 10 a 100 veces más altas. Duración de la batería 10 veces más larga para MMC de baja potencia y 5 veces menor latencia de extremo a extremo.
Desde el punto de vista técnico, el 5G ocupará tres bandas de radio frecuencias –baja, media y alta– y a una serie de tecnologías asociadas (2): Multiple-Input Multiple-Output o Massive MIMO, ondas centimétricas y milimétricas, small cells o pequeñas estaciones base, full dúplex, beamforming (antenas inteligentes), OFDM, Orthogonal Frequency Domain Multiplexing.
¿Cómo funciona? Las redes
Una red móvil consta de dos componentes importantes: la red principal y la red de acceso por radio.
La red principal, en estos momentos, se compone de redes de fibra óptica que conectan físicamente los continentes y la península con las islas y administra todas las conexiones móviles de voz, datos e internet.
En el caso de 5G, se está rediseñando la ‘red principal’ para una mayor integración con el Internet y los servicios con base en la nube e incluirá servidores distribuidos a lo largo de la red (reduciendo la latencia) con el fin de mejorar, los tiempos de respuesta.
Muchas de las características avanzadas de la 5G, que incluyen la virtualización de las funciones de la red y la fragmentación de la red para diferentes aplicaciones y servicios, serán administradas desde la central.
La red de acceso por radio que consta de estaciones base que darán servicio a áreas más amplias; y macroceldas, pequeñas celdas (small cells) a áreas muy próximas y sistemas en los edificios y en el hogar, que conectan a usuarios móviles y dispositivos inalámbricos con la red principal.
Frecuencias del espectro de la tecnología 5G
Los operadores integrarán, en un primer momento, las redes 5G con las existentes de 4G para asegurar continuidad en la conexión.
(5)Primera fase de despliegue, 5G Non Standalone (NSA)
La denominada Release 15 3GPP o NSA (5G no autónomo) aprovechará parte de las infraestructuras de las redes 4G y utilizará bandas medias y bajas.
La banda media de 3,4‐3,8 GHz es considerada prioritaria para facilitar los despliegues iniciales de 5G, en particular para los servicios de banda ancha mejorada (eMBB). Las acciones del Plan Nacional para facilitar el uso de este rango de frecuencias se realizarán de modo diferenciado sobre las sub-bandas de 3,4‐3,6 GHz y 3,6‐3,8 GHz.
Los trabajos para determinar las condiciones técnicas de uso de esta banda de frecuencias en el ámbito del RSPG –y asegurar un uso más eficiente del espectro, y adecuado a las necesidades tecnológicas que requiere el 5G– sugieren la conveniencia de proceder a un diseño de la banda para que funcione en modo TDD.
La banda baja de 700 MHz (694- 790 MHz)
La banda de 700 MHz, con mayor poder de penetración, es la que tendrá mayor cobertura en España y será necesaria para la extensión de la tecnología en el entorno rural y el uso en interior de edificios.
Segunda fase del despliegue, Standalone (SA)
La segunda fase, Release 16 o 5G SA (5G completo), requiere el despliegue de infraestructuras nuevas como las “miniantenas”, “small cells”. Funcionamiento independiente del 4G.
Uso de altas frecuencias. Se evaluarán los actuales usos y cómo se puede proceder a un proceso de reordenación de la banda 26 GHz con el fin de poder realizar una futura licitación poniendo a disposición del sector la mayor cantidad de espectro contiguo.
Requerirá muchas más antenas, que tendrán que buscar nuevos emplazamientos, por ejemplo se instalaran en elementos del mobiliario urbano (semáforos, postes, farolas, etc.) en todas las calles de nuestras ciudades, o incluso nuestros nuevos puntos de acceso WiFi actuarán de estaciones base 5G. Colocadas a menos distancia que las infraestructuras de las redes móviles actuales, con un pequeño radio de cobertura.
Tecnologías asociadas
La futura red 5G dependerá de un número creciente de estaciones base y de “small cells” con muchísimas antenas transmisoras y receptoras. Pero además su funcionamiento dependerá de la capacidad de dirigir cada onda electromagnética por un camino distinto.
Las estaciones base 5G tendrán muchas más antenas que aprovecharán la nueva tecnología Massive MIMO, y que serán antenas inteligentes, harán uso de Beamforming.
La tecnología massive MIMO se basa en la utilización de muchas antenas para transmitir y muchas antenas para recibir, de ahí el nombre Multiple-Input Multiple-Output o MIMO. Para conseguir altas velocidades de transmisión, la información se trocea y se envía en paralelo por cada una de las antenas en varias corrientes de datos. Esta información llega al receptor por distintos caminos, reflejándose en paredes, puertas, atravesando cristales, paredes etc., y llega a varias antenas en el receptor, con ello se multiplica la velocidad de transmisión, siendo el factor multiplicador dependiente del número de antenas emisoras y receptoras.
Con el MIMO se conseguirá principalmente más velocidad, pero además hay que dar más capacidad, es decir, permitir la conexión a un número masivo de dispositivos, sin que la información se degrade por interferencias, y ahí viene la necesidad de usar más bandas del espectro radioeléctrico.
El Beamforming es para direccionar la radiación y encontrar la ruta más eficiente para transmitir datos a un usuario en particular y reducir las interferencias para los usuarios próximos. Con esta tecnología se intenta focalizar el envío de la información hacia el usuario deseado evitando enviar en otras direcciones.
Ya se dispone del dividendo digital, (ondas electromagnéticas por debajo de 800 MHz) que es la porción del espectro radioeléctrico que usaba la televisión, pero no es suficiente, se van a utilizar bandas de frecuencia de ondas milimétricas.
Las small cells o pequeñas estaciones, requieren una potencia muy reducida para funcionar, porque cubren áreas muy reducidas, con radios del orden de decenas de metros, con antenas que dirigirán la radiación según el tráfico de usuarios. A esto se le llama multiplexación espacial que combinada con el uso de ondas milimétricas, permitirá dar servicio a la masiva cantidad de usuarios, servicios y dispositivos.
Full dúplex con 5G un transceptor podrá transmitir y recibir datos al mismo tiempo, en la misma frecuencia. Esta tecnología podría duplicar la capacidad de las redes inalámbricas en su capa física más fundamental.
El problema es que puede crear más interferencia de señal a través de un molesto eco. Cuando un transmisor emite una señal, esa señal está mucho más cerca de la antena del dispositivo y, por lo tanto, es más potente que cualquier señal que recibe. Esperar que una antena permita hablar y escuchar al mismo tiempo solo es posible con la tecnología especial de cancelación de eco.
Orthogonal Frequency Domain Multiplexing (OFDM) que es una técnica de transmisión que consiste en el envío simultáneo de multitud de portadoras (de ondas electromagnéticas) de diferentes frecuencias, donde cada una transporta información modulada en QAM –Quadrature Amplitude Modulation– o en PSK, Phase Shift Keying.
Con este sistema se mejora la comunicación en situaciones adversas, atenuación y desvanecimiento. Se simplifica la ecualización porque OFDM utiliza muchas portadoras de banda estrecha moduladas a baja frecuencia, con intervalos de guarda entre símbolos que permite eliminar la interferencia entre símbolos (ISI).
Con la utilización de la Fast Fourier Transform (FFT), esta técnica es sencilla de implementar y se consigue una mejora sustancial de la relación señal/ruido. A modo de comparación, esto sería como el antiguo 2G multiplicado por el número de portadoras utilizadas, una técnica que se emplea en el 4G.
Altas frecuencias. En España el Plan Nacional 5G prevé la utilización del entorno de los 26 GHz. Teóricamente dentro de las centimétricas (3-30 Ghz) pero muy próximo a las ondas milimétricas, las superiores a (30 GHz). En todo caso, se trata de frecuencias muy poco estudiadas en cuanto a sus efectos biológicos. El estándar sobre el que se basará el 5G es el denominado IEEE 802.11n.
Satélites y tecnología 5G
La integración de satélites en el ecosistema 5G pretende extender la cobertura de esta tecnología a cualquier lugar del mundo. Según publica el World Mobile Congress Barcelona (6):
“Barcelona, 19 de febrero de 2019.- HISPASAT y la Agencia Espacial Europea (ESA) se han unido a la iniciativa 5G Barcelona, que pretende convertir a la capital mundial del móvil en un laboratorio de pruebas de tecnología 5G. El consorcio Barcelona 5G incorpora así a dos nuevos socios, que, con una destacada presencia en el sector satelital tanto a nivel nacional como internacional, aportarán todo su saber al despliegue, la adopción de esta tecnología y al testeo de proyectos piloto, completando el ecosistema 5G con una red de satélites que permitirá que la conectividad se extienda a cualquier lugar del mundo, sin importar su ubicación y lo remota que sea.
“La iniciativa público-privada ha mostrado desde su arranque un espíritu global, neutral y abierto a nuevos actores que deseen aportar conocimiento o activos de valor añadido con el objetivo de consolidar a Barcelona como el hub 5G de referencia en Europa. En este sentido, HISPASAT, motor clave de la industria aeroespacial española y con 30 años de experiencia, aportará toda su experiencia como operador español de satélites de comunicaciones y líder en la distribución de contenidos en español y portugués.
“La Agencia Espacial Europea, compuesta por 22 Estados miembros, transferirá todo el conocimiento y el esfuerzo adquirido gracias a la puesta en marcha de su iniciativa Satélite 5G, que busca mostrar la importancia de los satélites en el futuro del 5G. La participación de ambas entidades en el consorcio hace posible crear una red híbrida que proveerá de servicios de comunicación al ecosistema 5G, combinando diferentes tecnologías espaciales y terrestres de manera más eficiente”.
Según se describe en el programa SaT5G(7) (Horizon 2020) que incorporará el satcom al 5G:
“-Definirá soluciones óptimas de “backhaul” y descarga de tráfico basadas en satélites.
“- Investigará, desarrollará y validará tecnologías clave del 5G para aprovechar al máximo las capacidades del satcom (por ejemplo, multidifusión para contenidos y entrega VNF, ubicuidad y resistencia) y para mitigar sus limitaciones inherentes (por ejemplo, latencia).
“- Identificará modelos comerciales novedosos y colaboraciones operativas económicamente viables que integren a las partes interesadas (empresas) de satélites y terrestres de manera que ambos se beneficien.
“- El SaT5G validará, a través de pilares de investigación específicos, los bloques tecnológicos necesarios que permitan abordar los objetivos del mercado”.
Entorno 5G
La infraestructura prevista para el 5G necesita sumar muchas más antenas a las ya existentes.
Ocuparán tres anchos de banda en frecuencias bajas, medias y altas.
Emitirán en muchos más canales con un esquema de modulación OFDM que intentará aprovechar al máximo el espectro utilizando multitud de portadoras en frecuencias muy próximas entre sí y en varias bandas de frecuencia.
Se amplía el ancho de banda utilizado en el entorno de los 700 MHz (estaciones base) con la que se pretende conseguir una gran penetración dentro de viviendas y edificios; y alcance en el medio rural.
Se amplía el ancho de banda intermedio. Por primera vez se utilizarán las altas frecuencias, milimétricas (small cells en la infraestructura urbana), para cubrir comunicaciones a corta distancia con poca penetración en tejidos y edificios. La longitud de onda a 30 GHz es de 10 mm y a 60 GHz es de 5mm. Estas señales tienen una frecuencia tan elevada que permitirán la introducción de un número masivo de canales en sus bandas, y facilitarán la conexión masiva de dispositivos.
En las zonas urbanas habrá redes muy densas, con una omnipresencia de radiación electromagnética en las instituciones públicas, administración, centros educativos, hospitales, lugares de trabajo, domicilios, establecimientos de ocio y hostelería e incluso en parques y playas.
En las zonas rurales se generalizarán las telecomunicaciones inalámbricas por radiofrecuencias, con un aumento considerable de estaciones base, repetidores, pequeñas antenas locales. Se prevé la robotización de la agricultura con aparatos autónomos y multitud de sensores que requerirán conexiones inalámbricas.
La comunicación vía satélite (satcom) que transmiten las radiofrecuencias vía el espacio, hasta ahora de uso limitado a la navegación aérea y marítima, se utilizará también en los entornos remotos, inclusive entornos protegidos o sensibles, donde no sea viable o legal instalar antenas. Se prevé un incremento exponencial de satélites que estarán a menor distancia de la Tierra.
Habrá una fuerte, inédita y continua exposición a campos electromagnéticos de toda índole, a los que estarán expuestos todos los organismos vivos, a todas horas y en cualquier lugar. Será ineludible. No se ha probado en la vida real. No habrá población no expuesta que sirva de grupo de control. La comisión europea no ha hecho todavía ningún estudio acerca de los riesgos potenciales de la tecnología 5G.(9)
Nota: Desde el despliegue hasta los parámetros técnicos de concesión, los datos técnicos de los dispositivos instalados, que son responsabilidad del estado, quedan en manos de la denominada declaración responsable y por tanto en manos de las operadoras. (10)
Las disposiciones actuales de la UE sobre exposición a señales inalámbricas, la Recomendación del Consejo sobre la limitación de la exposición del público en general a campos electromagnéticos (0 Hz a 300 GHz) que sigue las directrices del ICNIRP, tiene ahora 20 años. La última actualización de las directrices del (2020) son aparentemente las mismas de hace 20 años, pero cambian la manera de realizar las mediciones, de manera que en realidad desprotegen aún más. Ignoran la creciente evidencia y no toma las características técnicas específicas de 5G en cuenta. (11)
Si quieres profundizar más en este tema tan preocupante te invitamos a leer el Dosier 5G IMPACTOS EN LA SALUD, EL MEDIO AMBIENTE Y LA SOCIEDAD escrito por la Asociación Bona Ona, de información y divulgación sobre las radiaciones no ionizantes.
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