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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:

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.

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!