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5G inicia una nueva fase con la aprobación definitiva del Release 16 por parte de 3GPP

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3GPP empezó en 2016 a trabajar en la Release 15 (R15), con la tecnología de acceso de una nueva radio (New Radio o simplemente NR). De ahí que la R15 se correspondiera con la primera fase del estándar 5G NR. La versión inicial de R15 terminó en marzo de 2018, con la arquitectura Non Stand Alone (NSA 5G NR) que permitía el despliegue de estaciones base 5G NR pero soportadas por redes 4G-LTE, como empezó a suceder hace poco más de un año en Corea del Sur, Estados Unidos y Suiza y posteriormente en otros países.

En septiembre de 2018 se aprobó una segunda versión de R15, con la arquitectura Stand Alone (SA 5G NR) que ya permitía que las estaciones base y el núcleo de la red no dependieran de 4G-LTE, que son las pruebas piloto que se han iniciado últimamente. En marzo del año pasado se fijó la versión definitiva de R15, donde una estación LTE puede conectarse a una red SA 5G NR y el control de red se puede hacer a través de una estación 5G o LTE y todas las opciones de migración.

Con la R15 definitiva se concluía la primera fase de las especificaciones 5G NR. Se definían todos los fundamentos de una red móvil 5G y se podían desplegar diferentes modelos de arquitecturas NSA y SA, con lo que los operadores han podido hacer diferentes pruebas reales y seleccionar las más convenientes para su red, mientras los fabricantes desarrollaban y ponían a punto los equipos necesarios.

Con la arquitectura NSA se aceleraba la introducción de 5G, porque se ganaba un año al utilizar las redes troncales 4G. No dejaba de ser una red 4G mejorada o una red 5G reducida, lo que ha provocado que fuera una versión intermedia y que una característica considerada esencial para las fábricas inteligentes, la ultra baja latencia (con tiempos de respuesta inferiores a un milisegundo) no fuera posible.

TSN dará que hablar porque ofrece sincronización temporal a nivel de microsegundos entre dispositivos, lo que permitirá tener factorías automatizadas más flexibles al no necesitar cables

Las velocidades de carga y descarga de datos mejoraron algo con 5G NSA, con lo que se pudieron promover algunas aplicaciones básicamente de consumo, aunque problemas de cobertura y de enlace de las redes hacían que el aumento de velocidad no fuera muy elevada respecto a las redes 4G-LTE, que también habían mejorado mientras tanto.

En cualquier caso, la R15 ha servido para que 5G diera sus primeros pasos y los fabricantes y operadores experimentaran con ella y se iniciaran algunas características totalmente nuevas. Ahora, con la R16, se podrán optimizar y añadir algunas otras que deberán dar toda la dimensión revolucionaria que se atribuye a la especificación 5G NR.

Con la R16 se inicia, pues, la segunda fase de 5G. Los primeros equipos de redes funcionando de modo definitivo con R16 deberían empezarse a ver hacia finales de año, y en 2021 ya en una fase de despliegue efectivo. 3GPP ya inició a finales del año pasado los trabajos de desarrollo de una nueva Release, la R17, que se preveía que se completara a finales del año que viene la primera versión y hacia otoño de 2022 la definitiva.

Este fin de semana, el grupo de trabajo de 3GPP, probablemente exhausto con la conclusión de R16, que muchos temían que se volvería a posponer su aprobación definitiva por el conflicto de intereses que siempre existe en estas reuniones, ha alertado que la aprobación de R17 “corre un elevado riesgo de ser retrasada” debido a la necesidad de mantener las reuniones virtuales, mucho más complejas que las presenciales porque los temas a discutir también lo son y es más difícil persuadir a distancia.

Por tanto, no es previsible que R17 esté a punto hasta finales de 2022 como pronto, lo que da un margen de casi dos años para desarrollar y desplegar la R16. La R18 se empezará a perfilar a finales de este año, según el calendario de trabajo de 3GPP para las especificaciones 5G, para concluirlo de mediados de esta década, que es cuando ya se empezará a diseñar en serio la 6G.

R16 introduce nuevos conceptos en las especificaciones 5G NR y además mejora y optimiza muchas de las características presentes en R15, como NR Unlicensed (NR-U), Integrated Access Backhaul o red de retorno integrado (IAB), conectividad entre dispositivos mejorada (C-V2X), posicionamiento preciso y Time Sensitive Networking o red temporal sensible (TSN), una característica muy necesaria en los entornos manufactureros, como la ultra baja latencia, que ahora con R16 será realidad. Las tres primeras ya estaban disponibles con 4G, aunque con R15 mejoraron y ahora más con R16. TSN y el posicionamiento preciso son completamente nuevas en R16 y no se prevé que estén disponibles de modo inmediato por su complejidad.

Las comunicaciones ultra fiables y de ultra baja latencia (URLLC) serán posibles con la Release 16, mientras que hasta ahora eran una quimera; otras características, en cambio, mejorarán y se optimizarán

La tabla siguiente, elaborada por la propia 3GPP, sintetiza las novedades más destacadas de la segunda fase de las especificaciones 5G NR que llegan con R16. Entre ellas, destacan por su interés en las fábricas automatizadas el V2X Fase 3, que permitirá la conducción automatizada y remota de robots, los sensores IoT para uso industrial, las comunicaciones ultra fiables y de ultra baja latencia (URLLC), el acceso a espectro sin licencia basado en la nueva radio (NR) y una mayor eficiencia general de todos los equipos y dispositivos 5G, debido a un menor consumo de energía, la mitigación de interferencias, el intercambio de capacidades entre dispositivos, la mejora del posicionamiento y localización o la mejora de la movilidad en general de los dispositivos.

TSN es una de las características que definen a los dispositivos IoT industriales 5G, porque ofrece sincronización temporal a nivel de microsegundos, lo que debería permitir reemplazar la Ethernet industrial, ampliamente utilizada ahora, por sensores ultrasensibles y que no necesitan cableado. Esto permitirá una mayor flexibilidad de las factorías automatizadas, porque los equipos se podrán desplazar con menos problemas al no llevar cables, incluso remotamente.

El posicionamiento preciso también permitirá saber con mayor aproximación que con los sistemas GPS la localización de un dispositivo o componente, bien sea en aplicaciones de interiores o con los dispositivos IoT industriales. El posicionamiento se realiza con la triangulación de las redes celulares y su mayor precisión se logra con el análisis del ángulo de llegada de la señal o con el tiempo que tarda, entre otros sistemas de cálculo.

La utilización de espectro sin licencia en 5G (NR-U) tanto en redes NSA como SA será cada vez más útil conforme se aprueben nuevas bandas de espectro que no necesiten licencia, como recientemente ha hecho la FCC estadounidense con la cesión de 1.200 MHz de espectro en la banda de 6 GHz. Este espectro permitirá expandir la cobertura y la capacidad de las redes 5G.

Juntas o por separado, la combinación de algunas de estas características provocará un aumento de las posibilidades de comunicación en múltiples entornos. El gráfico inferior, elaborado por Qualcomm, describe las mayores posibilidades de 5G a partir de las sucesivas Releases, siempre desde la base fundacional de 4G y de sus continuas mejoras.

Todas estas características irán apareciendo sucesivamente, bien sean sueltas o en grupos de aplicaciones, pero el proceso será relativamente lento. Es previsible que algunas mejoras que permiten R16 y que supongan una actualización del software anterior estén rápidamente disponibles en muchos entornos, mientras que otras características que impliquen el desarrollo de hardware específico tardarán más tiempo en estar comercialmente disponibles. Los expertos aventuran que a principios de 2021 ya se dispondrá de algunas de estas nuevas prestaciones mientras que otras deberán esperar un par de años antes de que sean efectivas.

El desarrollo de estos estándares 5G, como ocurre en otros casos, por ejemplo en las especificaciones de la IEEE, se toman mediante consenso y la colaboración entre distintas partes. Algunas compañías son más activas que otras, otras forman parte de varios grupos de trabajo y comisiones y disponen de más o menos derechos de propiedad intelectual.

Qualcomm es de las pocas compañías estadounidenses activas en los grupos de trabajo de 3GPP y con varias patentes, porque la mayoría de compañías son chinas o coreanas, en especial Huawei, ZTE y Samsung, además de Nokia y Ericsson. Los acuerdos de licencia cruzados son el pan de cada día, aunque está claro que las compañías que más invierten en I+D, disponen de patentes de calidad y forman parte de muchos grupos de trabajo, como es el caso de Huawei, tienen ventaja. En 3GPP forman parte más de 700 personas. Cuantos más recursos y personal destine una empresa, más informada estará de lo que se cuece y más posibilidades tendrá de adelantarse a las necesidades que surjan.

Por eso la Administración Trump, que inicialmente era reticente a que sus compañías de origen estadounidense colaboraran con otras basadas en China, dio hace poco marcha atrás y facilitó que volvieran a seguir colaborando en el proceso de formación de estándares y en los organismos internacionales, conscientes de que en caso contrario sus empresas quedarían totalmente fuera de juego, por muchos vetos posteriores que se quisieran aprobar después. El proceso de creación de las especificaciones y estándares 5G es totalmente global e interdisciplinar, pero también lógico.