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Una reflexión sobre el rendimiento del 5G actual

Introducción

Las increíbles expectativas ha generado la nueva generación de redes celulares entre especialistas, medios de comunicación y, contagiados de ese optimismo, el público general, contrastan en el corto plazo con las capacidades de los primeros despliegues de los distintos operadores telco.

El objetivo de este artículo es explicar esa diferencia y cuantificarla en el ámbito de la red de acceso radio, de manera que ayude a entender los motivos de lo que algunos denominan experiencias decepcionantes para 5G.

Sin ánimo de teorizar ni volver sobre conceptos muy desarrollados en la comunidad, como las distintas verticales (casos de uso, para entendernos) que deben sustentar los despliegues de 5G, es fundamental recordar los 3 tipos de uso principales y, sus características:


Para cualquier lector resulta inmediato comprender que la famosa revolución industrial y el poder transformador del modo de vida de la gente que pueda traer 5G vendrá de la mano de los casos de uso Ultra Confiables y de Baja Latencia (URLLC) y Comunicaciones masivas Tipo Máquina (mMTC).

El freno no tan conocido de la llegada de la Industria 4.0, el coche autónomo, la telecirujía, los avances en realidad virtual… es que el avance en capacidades de ultra baja latencia está aún en fase inicial tanto en la presente Release 16 como en la futura Release 17 del estándar del 3GPP.

Por su parte, los usos mMTC y su posible implementación se ve retrasada de nuevo por la estandarización, donde los organismos han desestimado hacer grandes esfuerzos en avances de Internet de las Cosas en el ámbito de 5G. El motivo, extender el ciclo de vida de las soluciones que se definieron en Release 13 (NB-IoT, LTE-M, EC-GSM-IoT), que aún no están teniendo la utilización esperada ni generando un caso de negocio exitoso. Así que lo más probable es que soluciones IoT 5G no veamos realmente hasta pasados unos/varios años

Dicho de otro modo, las redes de acceso radio 5G disponibles en la actualidad desarrollan casi en exclusiva el caso Enhanced Mobile Broadband (eMBB) o, lo que es lo mismo, aspira a ser un 4G mejorado para mayor satisfacción de los usuarios de alta demanda de datos, pero sin ninguna capacidad disruptiva aún disponible.

¿Qué rendimiento puede ofrecer el 5G actual?

En consecuencia, la cuestión se traslada a entender cómo de vitaminado es el rendimiento que puede ofrecer New Radio (NR en adelante, la red de acceso radio 5G) frente a LTE (su equivalente de la generación pasada) y, para ello, empecemos revisando la siguiente gráfica de velocidades descendentes máximas en capa física para diferentes configuraciones, anchos de banda y dos formatos de trama TDD distintos en el rango de frecuencias sub-6GHz:

Suposiciones técnicas tenidas en cuenta para los cálculos previos:

  • FR1 (sub 6GHz, como los despliegues iniciales de Europa)
  • Ciclo de SS-PBCH y de CSI-RS de 20 ms
  • DMRS adicional en DL (no en UL)
  • BLER 5%
  • Uso de modulación 256 QAM

No se pretende desarrollar esos conceptos, pero son valores razonables y en línea con despliegues reales de 5G en estas bandas de frecuencia. No se han incluido casos NR con longitudes de onda milimétricas (que admiten anchos de banda mayores) por no estar aún disponibles en muchos países y tratarse de un despliegue de microplanificación que difícilmente puede compararse con tecnologías anteriores. En el caso de LTE solo se han mostrado anchos de banda conjuntos hasta 60 MHz aunque el estándar permita ir mucho más allá, debido a que es extraño que los operadores puedan disponer de mayor capacidad en esa tecnología.

De primeras, es fácil comprobar que la eficiencia espectral parece ser superior en LTE, aunque no debemos caer en el error de comparar directamente FDD con TDD, donde el mismo espectro es compartido también con el enlace ascendente. Sin embargo, resulta evidente que las velocidades pico esperables no son sistemáticamente superiores a lo que una red LTE madura con MIMO 4×4 y Carrier Aggregation puede ofrecer.

Este primer mensaje busca dar un poco de perspectiva a esos análisis promocionados por los operadores que nos hemos acostumbrado a leer en prensa sobre los grandes avances en velocidad que el 5G que están desplegando ofrece frente a LTE, para lo cual realizan pruebas estáticas en centros urbanos y los resultados son claramente superiores en NR. El motivo, el lector lo supone, es la carga: mientras la celda NR está normalmente reservada para la prueba o apenas hay tráfico comercial, las celdas LTE cosituadas se encuentran hasta arriba de conexiones… No parece una comparación muy justa ¿verdad?

Tampoco se pretende negar la capacidad del experimento de mostrar al early adopter de 5G una de las primeras ventajas de la nueva tecnología: la ausencia de competencia por los recursos de la celda, ya que los terminales son aún escasos, pero debe entenderse como una circunstancia netamente transitoria. Por el contrario, lo que tampoco podemos obviar es el hecho de que un usuario NR puede agregar portadoras LTE (y obviamente no a la inversa).

Beamforming ¿sí o no?

Los detalles acerca del funcionamiento y ventajas del beamforming van a ser desarrollados en un artículo específico sobre esta tecnología, pero es posible que sorprenda a más de uno comprobar que aquellas configuraciones de la gráfica que presentan un grid de beams ofrecen al tiempo peores prestaciones aparentes con respecto a las que no disponen del mismo.

La causa es un exceso de señalización asociada al propio concepto de beamforming, ya que cada uno de los haces debe poder ser medido por el terminal y requiere sus propias señales de sincronismo y canal de broadcast. Este efecto no es despreciable y se puede comprobar que supone mermas prestacionales de aproximadamente un 7%.

¿Por qué entonces la apuesta por este modo de transmisión? ¿Por qué la inversión en ponerlo en marcha, especialmente asociada a las antenas activas de alta densidad de elementos de antena? En sencillo, no se busca elevar la prestación pico de una celda sino la capacidad estadística de ofrecerla.

Vamos a interpretarlo rápidamente con unas gráficas:

Aunque el throughput máximo alcanzable sea ligeramente menor en el caso de emplear beamfoming, hay dos características que elevan de manera clara las opciones de que un UE disponga de mejor rendimiento frente a una celda de un solo haz de antena:

  • La mejor directividad incide en mejor SINR y evidencia un uso de mejores modulaciones y menos codificación para mantener la BLER dentro de objetivos.
  • La evidencia nos indica que obtener 4 capas mediante MIMO 4×4 en una celda OFDMA (LTE o NR) es harto complicado, con requisitos de SINR superiores a 30 dB. El enfoque que hace NR de ese MIMO de orden superior cuando se emplea beamforming es distinto, ya que cada haz radia con capacidades MIMO 2×2 y es la combinación de haces la que permite multiplexar espacialmente la transmisión y multiplicar la velocidad. Resultando, en la práctica, en un uso probabilístico de 3 o 4 capas muy superior en red real.

DSS, el mirlo blanco

De un tiempo a esta parte la red está inundada de artículos y noticias acerca de la tecnología llamada a generalizar la cobertura 5G en las redes de todo el mundo, el Dynamic Spectrum Sharing (DSS).

En resumidas cuentas, Dynamic Spectrum Sharing permite que tanto 4G como 5G se implementen en la misma banda y en la misma radio a través de una actualización de software. Asigna dinámicamente el espectro en las bandas FDD en función de la demanda del usuario en una resolución temporal que puede llegar a alcanzar el milisegundo.

De ese modo, toda la cobertura 4G de un operador pasaría a convertirse en cobertura 5G de manera dinámica. Suena bien ¿a que sí?

Pero vamos a hablar de rendimiento que es de lo que trata este post. Asumiendo una portadora FDD de 20 MHz con MIMO 4×4 (dividir aproximadamente entre dos para el caso 2×2) que fuéramos a emplear de manera compartida entre NR y LTE y antes de revisar las consecuencias de la compartición de espectro, veamos qué podemos esperar en ese ancho de banda para cada tecnología (máximos teóricos):

El desempeño máximo de NR no promete superar lo esperable en LTE para un mismo ancho de banda, tampoco cuando se compara en FDD. En este punto es conveniente matizar que seguimos hablando de tasas de transferencia y no se está teniendo en cuenta la mejora de latencia inherente a 5G. No obstante, ya se dijo al principio que la ultra-baja-latencia no es aún una realidad y en FDD el tiempo de planificación de 5G es similar al de LTE (1 milisegundo) por lo que la diferencia en la actualidad previsiblemente sea menor de lo que será en un futuro.

¿Y qué pasa al compartirlo? Tomando prestada una infografía de Ericsson donde se emplea la máxima resolución de toma de decisión, el TTI, la perspectiva de una convivencia agradable entre ambas tecnologías es prometedora.

 

 

 

No obstante, maticemos unos puntos:

  1. Pérdida fija de capacidad. El hecho de que la asignación sea dinámica no significa que no haya una reserva mínima estática que merme la capacidad de LTE disponible. De hecho, la hay. Aunque no la cuantificamos en este post por ser dependiente del suministrador el mensaje de que simplemente por la posibilidad de asignar recursos a un terminal 5G la red 4G pierde prestaciones es importante.
  2. Un usuario NR podría activar esta compartición, aun cuando en LTE hubiera decenas de usuarios conectados, por lo que el trabajo del scheduler es determinante para evitar que las ganas de ofrecer prestaciones a un cliente premium no derive en una degradación de la experiencia de todos los demás clientes en la celda.
  3. NR, ni siquiera en una convivencia óptima, ofrece prestaciones superiores a las que ese usuario obtendrá en LTE ¿es realmente eso cobertura 5G, tal y como la entiende el cliente?

No se pretende que las dudas mencionadas sobre este escenario se interpreten como un rechazo a las posibilidades de DSS, que en situaciones de despliegues multiportadora NR y LTE (preferiblemente con arquitectura Standalone) la compartición de la banda baja podría ser la solución óptima para garantizar la cobertura, especialmente por el enlace ascendente, mucho más sensible a las pérdidas de propagación. La cuestión es si es necesario cuando se prevé una subasta de espectro en 700 MHz destinado prioritariamente a conseguir esa cobertura 5G. O si es conveniente, ya que en las bandas bajas (700, 800, 850, 900…) los anchos de banda disponibles por operador no superan los 10 MHz. Poco parece para compartirlos.

Conclusiones

En el mundo actual parece necesario elevar la expectación de cada acontecimiento para intentar ponerlo en valor y esa manera de vivir las novedades está pasando factura a los despliegues 5G y frustrando a los clientes que lo comienzan a emplear. Las redes celulares 5G, basadas en el estándar de acceso New Radio, son por el momento una extensión en capacidad de las redes LTE actuales.

Los avances que se avecinan en el campo de la latencia van a cambiar por completo las reglas del juego de muchos usos tecnológicos en campos críticos como la seguridad pública, la industria o la automoción, pero a día de hoy la mejor manera de interpretar un despliegue de 5G es como una extensión de capacidad (exclusiva, eso sí, a los terminales compatibles) de las redes existentes.

Ya vivimos los grandes titulares del Gbps en LTE, y ahora los volvemos a ver con el Gbps en NR, y ambas capacidades se pueden ahora combinar en redes más rápidas que nunca, pero no aún en revoluciones tecnológicas. La presión por la competencia en imagen impulsa de manera acelerada a los operadores a una carrera de “logos 5G” a lo largo de su territorio, que puede rozar lo engañoso o incluso contraproducente cuando se hace a costa de la mayor parte de tus clientes.

En vez de vivir la llegada del 5G como una carrera de velocidad hay que entenderla como un proceso paulatino, primero de colonización de espectro hasta ahora no disponible o inversión en nuevos tipos de antenas activas y, poco a poco, con la llegada de los casos de uso que realmente deben transformar la sociedad. ¡Larga vida al 5G!

Gala de graduación 2019

Acto de graduación

Hace unas semanas pudimos disfrutar de la Gala de Clausura del curso académico 2018/2019 para los programas formativos de la Escuela de Negocios de la Cámara de Comercio. Durante la misma pudimos escuchar los emotivos discursos de fin de curso de José María Pretel, secretario de la Cámara de Comercio de Málaga, Beatriz Moreno, directora del MICM y Mar Moreno, representante de la promoción de alumnos

Entrega de diplomas

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Las redes cRAN (Cloud Radio Access Network)

En los últimos años, las redes de telefonía móvil están teniendo que evolucionar para enfrentarse a unos requerimientos de expansión de la capacidad (y de la cobertura) cada vez mayores, derivados de los niveles de penetración de los smartphones por un lado, pero incluso en mayor medida, por la evolución de los perfiles de tráfico.

Baste a este respecto simplemente hacer referencia a las demandas crecientes (más aún, podríamos decir que exponencialmente crecientes) de las aplicaciones de video y streaming (YouTube, Netflix, …) que han evolucionado de usar canales de acceso fijo casi en exclusiva, a ser uno de los principales factores del tráfico cursado por las redes móviles

Ante este reto, se han desarrollado esfuerzos de evolución de los sistemas de QoS (Quality-of-Service) o MEC (Mobile Edge Computing). Pero, a largo plazo, la solución definitiva pasa en último extremo por incrementar la capacidad física de la red. Y, en ese sentido, las redes de fibra serían la opción preferida. Sin embargo, estas redes son muy costosas y pueden, además, requerir plazos muy largos para su despliegue. Incluso habrá áreas donde la instalación sea, directamente, imposible.

Es decir, junto con la problemática relativa a la expansión de la red, hay que considerar también otros imperativos comerciales

Cualquier arquitectura que podamos pensar y desarrollar ha de ser evaluada en términos de agilidad, time-to-market, coste, simplicidad operacional, posibilidades de expansión futura, flexibilidad…

Y, más recientemente, también han tomado un rol prioritario aspectos como el consumo de potencia, el tamaño físico o el impacto ambiental (‘carbon print’)

Es a partir de todas estas consideraciones que surge la idea del C-RAN (originalmente acrónimo de Centralized-RAN pero con tendencia a conocerse como Cloud-RAN en la medida que la inteligencia de la RAN se aleja del extremo que supone el usuario) como solución a los problemas de capacidad y cobertura, al mismo tiempo que soporta soluciones/protocolos de transporte (fronthaul y backhaul) eficientes. Y todo ello a través de soluciones basadas en la virtualización de la red, NFV (Network Function Virtualization) (más…)

¡Nueva edición MICM!

La nueva edición del Máster en Ingeniería de Comunicaciones Móviles es mucho más:

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Arca. ofrece prácticas a estudiantes del MICM

El Máster en Ingeniería de Comunicaciones Móviles se enorgullece de contar con un acuerdo de colaboración con una de las empresas de servicios en el área de las redes móviles más importantes de España: Arca.

Con el convenio suscrito entre Arca y la Escuela de Negocios de la Cámara de Comercio se abre una oportunidad de realizar prácticas remuneradas en las oficinas de Arca. para estudiantes de los programas Experto en Redes LTE, Experto en Optimización de Redes Móviles y Máster en Ingeniería de Comunicaciones Móviles. Este tipo de acuerdos permite enriquecer los contenidos únicos del MICM mediante una formación on the job que amplia las oportunidades de los ingenieros noveles o veteranos que busquen reciclarse

Además, la bolsa de empleo del MICM se incrementa con las perspectivas de expansión que Arca tiene previsto a corto y medio plazo, donde la calidad de la formación asociada a nuestros programas se pone en valor.

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Acerca de Arca.

Somos una empresa especializada en Servicios de Telecomunicaciones que, sobre la triple base de conocer la tecnología, conocer el entorno y conocer a nuestros clientes, edificamos los servicios que ofrecemos tanto al Operador como a la Gran Empresa.

Con 15 oficinas y más de 500 empleados en España, y con la solidez de ser un referente con más de 20 años en el mercado, contribuimos a la evolución del sector con proactividad, flexibilidad y cercanía.

La evolución tecnológica y la innovación, sumada a la constante demanda de nuevos servicios por parte de nuestros clientes nacionales e internacionales, nos exige estar constantemente inmersos en proceso de crecimiento de la compañía.

Somos pioneros y transformadores. Nos gustan los retos y no nos da miedo innovar ni hacer las cosas de forma diferente. Formamos parte de un gran equipo, entre nosotros y con nuestros clientes, ya que juntos llegamos más lejos.

Puedes saber más de nosotros en www.arcatelecom.com, LinkedIn (http://linkedin.com/company/arca.) y Twitter (https://twitter.com/arcatelecom)

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IoT (Internet-of-Things) – El Internet de las “Cosas”

Quizá sea conveniente antes de hablar y hablar sobre el tema que nos planteemos qué queremos decir cuando utilizamos el concepto de IoT, o Internet-of-Things. Para ello vamos a tener que remontarnos un poco más… Porque el término IoT como tal no es algo especialmente reciente, sino que fue propuesto por primera vez en 1999, aunque el concepto se había venido discutiendo desde, al menos, 1991.

En concreto, la primera demostración documentada de un servicio que, ahora, en perspectiva, podríamos catalogar como IoT (con su correspondiente conexión vía web) tuvo lugar en 1998. Se trataba de una prueba de concepto bastante básica, pero aun así permitía la monitorización y control remoto de diversos dispositivos del hogar vía una cámara que hacía de interfaz hacia un sitio web establecido ex profeso.

Volviendo entonces a nuestra pregunta inicial, podemos decir que nuestro objetivo último será el interconectar “cosas” de forma que puedan comunicarse entre sí de forma autónoma para intercambiar datos, que serán empleados por toda una batería de aplicaciones y servicios. Y la inmensa mayoría de estos, a desarrollar aún, lo que deja las puertas abiertas de par en par a la imaginación… y a la innovación. (más…)

El poder de la visualización de datos en la Optimización

Muchos grandes avances en las disciplinas técnicas surgen de aprovechar y reutilizar técnicas de otros campos que puedan aportar valor a nuestro sector. Las comunicaciones móviles no son una excepción y tanto en su arquitectura como en su gestión nos encontramos tecnologías importadas como la virtualización o las infraestructuras de Big Data.

En el ámbito de la optimización, entendida como la mejora del desempeño de la red en cualquiera de sus vertientes, el aspecto más innovador que hemos incorporado es la capacidad de visualización y análisis de datos complejos, más allá de lo que las hojas de cálculo habituales pueden gestionar. Como parte del proceso de actualización del Máster en Ingeniería de Comunicaciones Móviles se incorporan estos contenidos cada vez más demandados por la industria

¿De dónde procede este repentino interés? Principalmente de un cambio de enfoque a la hora de resolver problemas de red, que en los últimos años está alejándose del análisis de lo particular buscando tendencias que ayuden a converger rápidamente a una solución óptima. En ningún caso se trata de desestimar el potencial del estudio de los elementos de red más degradados, sino de un acercamiento distinto al proceso de optimización.

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Gala de Clausura Curso 2016/2017

¡Se cierra la primera edición del MICM! Asistimos el pasado 5 de Octubre a la Gala de Clausura del curso académico 2016/2017 para los programas formativos de la Escuela de Negocios de la Cámara de Comercio.

¡Enhorabuena a todos los alumnos diplomados!

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