¿Qué es 5G y cuáles son sus características técnicas?

5G es la quinta generación de tecnología celular y de redes y el estándar sucesor de Long Term Evolution (LTE). La tecnología utiliza un amplio espectro de frecuencias, ofrece altas velocidades de datos de diez gigabits por segundo y más y tiene latencias de menos de un milisegundo. 5G proporciona importantes requisitos técnicos para la digitalización de la sociedad.

5G no debe entenderse como un estándar celular puro, sino más bien como una colección de estándares de comunicación integrales para infraestructuras de red modernas para la transmisión de datos desde aplicaciones móviles.

Comparación con generaciones anteriores

En comparación con los estándares anteriores 3G (UMTS) y 4G (LTE), 5G admite un espectro de frecuencia mucho más grande, que comienza en frecuencias por debajo de un gigahercio y se extiende en el rango de ondas milimétricas (frecuencias en el rango de alrededor de 30 gigahercios a alrededor de 100 GHz). Para lograr una alta eficiencia espectral, 5G utiliza tecnologías como OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal), Massive MIMO, Beamforming, anchos de banda y distancias de portadora variable y celdas pequeñas (especialmente celdas de radio pequeñas).

El Proyecto de Asociación de 3ª Generación (3GPP) es una de las organizaciones de normalización. Las redes 5G y las infraestructuras 5G proporcionan la base para diversas aplicaciones para digitalizar la sociedad. Además de la comunicación en el sector privado con dispositivos móviles como smartphones, 5G soporta aplicaciones profesionales e industriales como los procesos digitales de Industria 4.0, conducción autónoma, Internet de las cosas (IoT), ciudades inteligentes y mucho más.

Nueva radio 5G

La interfaz de radio de la quinta generación de tecnología celular también se conoce como 5G New Radio (5G NR). Las primeras especificaciones del 3GPP de 5G NR aparecieron como Versión 15 (5G NR Fase 1) en 2018. Las características clave de 5G son velocidades de datos en el rango de gigabits de dos dígitos, tiempos de latencia de menos de un milisegundo y densidades de conexión de un millón de dispositivos y más por kilómetro cuadrado.

Características técnicas importantes del 5G

Las características técnicas importantes de 5G son:

• velocidades de datos máximas de 10 Gbit / s a 20 Gbit / s
• Uso de un amplio espectro de frecuencias hasta el rango de ondas milimétricas (aproximadamente 30 gigahercios y más)
• alta eficiencia espectral
• tiempos de latencia bajos de menos de un milisegundo
• adecuado para aplicaciones en tiempo real
• Soporte de altas densidades de conexión de un millón de dispositivos y más por kilómetro cuadrado
• adecuado para hasta 100 mil millones de dispositivos móviles en todo el mundo
• menor consumo de energía por bit transmitido en comparación con los estándares anteriores

Casos de uso y rangos de frecuencia de 5G

La tecnología celular y de redes 5G debe cubrir una gran cantidad de aplicaciones diferentes. Las aplicaciones tienen requisitos muy diferentes en términos de velocidades de transmisión, tiempos de latencia, densidades de dispositivos, disponibilidad y eficiencia energética. Se pueden clasificar en estos tres perfiles básicos de aplicación 5G:

• Comunicaciones de tipo máquina masiva (mMTC): suministro de muchos dispositivos finales con velocidades de datos bajas y bajo consumo de energía
• Banda ancha móvil mejorada (eMBB): suministro de dispositivos móviles con altas velocidades de datos
• Comunicaciones ultra fiables y de baja latencia (uRLLC): conexiones fiables con tiempos de latencia bajos para aplicaciones en tiempo real

La interfaz aérea 5G NR admite un espectro de frecuencia mucho mayor en comparación con los estándares LTE y UMTS anteriores. Cuanto mayor sea la radiofrecuencia utilizada, mayor será la velocidad máxima de transmisión de datos posible, pero al mismo tiempo se reducirá el alcance de las ondas de radio. Las señales de radio de onda corta son absorbidas con más fuerza por los objetos o las paredes y los techos de los edificios. 

Por tanto, las ondas de radio de baja frecuencia alcanzan mayores alcances, pero no ofrecen velocidades de transmisión muy elevadas. De esta manera, las altas frecuencias se pueden utilizar para aplicaciones que requieren altas velocidades de datos. Las bajas frecuencias con longitudes de onda largas no ofrecen las altas velocidades, pero se pueden utilizar para aplicaciones que suministran dispositivos con comunicaciones móviles en ubicaciones desfavorables, como sótanos.

Básicamente, las redes celulares 5G pueden usar todos los rangos de frecuencia que también se usan para 2G, 3G o 4G. Además, el espectro de frecuencia con soporte teórico varía desde menos de un gigahercio hasta ondas milimétricas de hasta 100 gigahercios. Gracias a este enorme espectro de frecuencias, 5G puede satisfacer los diversos requisitos de una amplia variedad de aplicaciones.

Tecnologías celulares 5G

5G utiliza tecnologías como OFDM (multiplexación por división de frecuencia ortogonal), Massive MIMO, Beamforming, anchos de banda y distancias de portadora variable y celdas pequeñas (especialmente celdas de radio pequeñas). La cobertura de la red se puede mejorar con la ayuda de las llamadas celdas pequeñas entrelazadas con baja potencia de transmisión. Massive MIMO (Massive Multiple Input Multiple Output) permite que los datos se transmitan a través de conexiones paralelas mediante el uso hábil de muchas antenas de transmisión y recepción y garantiza un mayor rendimiento de datos. 

Con la formación de haces es posible agrupar y optimizar la potencia de transmisión en determinadas direcciones espaciales. De esta manera, las señales se pueden transmitir de manera dirigida en la dirección de un dispositivo móvil. El método de multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM) es una técnica de modulación que funciona de manera muy flexible y permite la combinación de diferentes frecuencias portadoras variables con diferentes anchos de banda y distancias.