• Author / Uploaded
• Jandyr Adrian

Citation preview

APLICACIONES DE MMWAVE Y THZ COMMUNICATIONS EN REDES 5G J.A Bravo Barre (1) [email protected] (1) Facultad de Ingenieria, Universidad Nacional de Chimborazo, Riobamba, Ecuador, 060150

Abstract— In the present research we present about the generation of the 5G technology of mobile telecommunications that is being implemented in our current world beyond the improvements in the speed of applications, it is expected that the 5G technology will deploy a Massive Internet Ecosystem that can meet with greater force. . I. INTRODUCCIÓN El Internet de las cosas es una de las tecnologías más prometedoras de los sistemas de banda ancha móviles de quinta generación (5G). Los servicios basados en datos de los sistemas 5G requieren unas capacidades y disponibilidad sin precedentes. Las tecnologías inalámbricas basadas en ondas milimétricas se espera que jueguen un papel esencial en el futuro de los sistemas 5G.En este artículo describimos las tres categorías de los servicios de quinta generación: banda ancha móvil mejorada, comunicaciones ultra fiables y de baja latencia y comunicaciones masivas para máquinas. Además, presentamos los posibles problemas de los dispositivos de usuario en un entorno 5G unificado. Damos una visión del estado del arte con énfasis en los retos tecnológicos cuando se aplican ondas milimétricas para dar soporte a aplicaciones del Internet de las Cosas. Nuestra exposición subraya los retos y soluciones, especialmente los requisitos de comunicaciones y computación para los dispositivos de usuarios en un entorno 5G.

detección de colisiones con mensajes de control bajo demanda o las comunicaciones multisalto. Tecnologías de acceso: 5G provee dos portadoras distintas, una con baja frecuencia y otra con alta frecuencia, permitiendo cada una de ellas distintas formas de acceso. Por lo tanto se debe diseñar un mecanismo que permita multiplexar los métodos de acceso al canal, teniendo en cuenta que debe evitar la degradación del servicio y permitir la integración con las tecnologías anteriores. Otros. La transmisión direccional de ondas mmWave necesita de funciones complejas para el procesamiento de antenas y capacidad de cómputo suficiente para gestionar la programación y señalización de las comunicaciones. Por otro lado, los dispositivos móviles requieren de un alto consumo de batería, por lo que habrá que diseñar gestiones de la energía más eficientes. Recientemente están apareciendo varios estudios que habla de la coexistencia de redes Wi-Fi y LTE, y no solamente limitados a estas dos. Y por supuesto uno de los temas primordiales es la aparición de nuevos riesgos y amenazas de seguridad. Las infraestructuras de unificación en 5G para soportar aplicaciones IoT masivas conlleva la investigación en varios campos muy prometedores.

Los futuros sistemas de comunicación móviles para cumplir con los requisitos de mayor ancho de banda del 5 G, necesaria la utilización de las frecuencias de ondas milimétr icas. El ancho de banda y las velocidades de datos que se pued en lograr utilizando tecnologías actuales como 4G LTE no son suficientes.

II. MARCO TEÓRICO Las ondas milimétricas mmWave son una nueva generación de redes celulares que prometen dar solución a las aplicaciones de dispositivos IoT masivos. Sin embargo es necesario realizar importantes cambios en distintas capas de los protocolos para conseguir el objetivo. Corto alcance. Hay muchos mecanismos por los que un usuario puede llegar a conectarse a un ecosistema IoT, pero fijémonos en los que se usan en los entornos de corto alcance. La Wi-Fi a 60Ghz es una de las tecnologías mejor posicionadas para dar soluciones eficientes, puesto que los estándares actuales están pensados para entornos con pocos dispositivos, enlaces de radio estables. Por lo tanto hay que redefinir el entorno completo para contemplar, por ejemplo, la

Fig1.Aplicaciones del 5G

III. APLICACIONES 1. 5G New Radio Si bien los aspectos iniciales de 5G se obtienen a través de una combinación de LTE, LTE-A y LTE-AP, se requiere una implementación de la importancia de habilitar las redes para 5G-NR. Esta tecnología está evolucionando para mejorar el rendimiento, la flexibilidad, la escalabilidad y la eficiencia de

las redes actuales, utilizando la licencia, compartiendo o sin licencia en el espectro. 5G-NR utiliza varias tecnologías inalámbricas fundamentales, entre las que se incluyen banda ancha móvil mejorada (eMBB), comunicación ultra confiable de baja latencia (URLLC), IoT masivo y comunicación masiva de tipo máquina (mMTC). eMBB proporciona acceso a datos a través de una amplia área de cobertura en lugares concurridos, áreas de oficinas y sistemas de transporte público de alta velocidad. Las aplicaciones incluyen interacción multiusuario, realidad aumentada y reconocimiento de contexto. [1]

Fig2.New radio 5G

2. Antena MIMO. Tomando en cuenta que uno de los objetivos de la tecnología 5G para comunicaciones móviles, aparte del notable incremento en la velocidad de conexión y transmisión de datos a través del ser-vicio, es la optimización del espectro electromagnético, se convierte en casi fundamental, el uso de antenas MIMO (Multiple Input - Múltiple Output)ya que estas permiten a los dispositivos trabajaren múltiples frecuencias de forma simultanea para múltiples entradas y múltiples salidas que permiten optimizar la comunicación y las velocidades de transmisión y recepción de información. 3. Redes Celulares 5G La red inalámbrica de la próxima (5ta) generación abordará la evolución más allá del internet móvil, y alcanzará al Internet de las Cosas masivo en el 2019 y 2020. La evolución más notable en comparación con las redes 4G y 4.5G (LTE avanzado) actuales es que, aparte del aumento en la velocidad de los datos, los nuevos casos de uso del Internet de las Cosas y de la comunicación requerirán nuevos tipos de desempeño mejorado; como la “latencia baja”, que brinda una interacción en tiempo real a los servicios que utilizan la nube, lo que resulta clave, por ejemplo, para los vehículos autónomos. Además, el bajo consumo de energía permitirá que los objetos conectados funcionen durante meses o años sin la necesidad de intervención humana. [5]. 4. Internet Móvil personal y más allá

Se exponen tres requisitos fundamentales que debe tener la tecnología 5G, la primera la capacidad de ampliar la red con el fin de tener la capacidad de albergar el creciente número de dispositivos que acceden a la red con el fin del intercambiar información, haciendo especial hincapié en las comunicaciones M2M (machine to machine), dado el crecimiento casi exponencial de los diferentes dispositivos portátiles, sensores y actuadores que se dispone en la actualidad; en segunda medida argumenta que la nueva tecnología debe ser capaz de contextualizar la información al usuario, es decir los usuarios no deben acceder a la red para alcanzar la información de internet, sino que el internet vendrá a ellos, y por último se debe tener una red lo suficientemente rápida para garantizar períodos de latencia muy bajos, con el fin de garantizar la posibilidad del internet táctil en un fu-turo próximo. [3] 5. Ciudades inteligentes La urbanización masiva es una tendencia presente en todo el mundo, y está ejerciendo severas presiones sobre los servicios de las ciudades, recursos e infraestructura. Según la Organización Mundial de la Salud, para 2030, seis de cada diez personas vivirán en una ciudad. Las iniciativas de las Ciudades Inteligentes apuntan a mejorar el costo, los recursos y la eficiencia de procesos de las ciudades, al tiempo que se mantiene una alta calidad de vida para sus crecientes poblaciones. [2]  Transporte inteligente: La congestión de tráfico está convirtiéndose en un problema importante en muchas áreas urbanas, y acarrea pérdidas de productividad, contaminación ambiental, y degradación de la calidad de vida. La 5G habilitará la captura masiva de datos en tiempo real de vehículos, conductores, peatones, sensores viales y cámaras para ayudar a racionalizar el flujo de tráfico. Tecnologías Cloud para acceso a redes de radio flexibles 5G.  Edificio inteligente: Los edificios urbanos son consumidores importantes de energía y recursos. Racionalizar las operaciones en edificios aumentará la productividad y la eficiencia energética. Por ejemplo, sensores / actuadores 5G conectados pueden ayudar a optimizar la temperatura, humedad e iluminación en edificios según las actividades en curso. También permitirán que los edificios detecten cuándo se necesita reparar caños y cables ocultos, accesos no autorizados, niveles bajos de stock de provisiones de oficina, y hasta cuándo están llenos los contenedores de residuos.  Hogar inteligente: Las aplicaciones de seguridad y automatización del hogar constituyen otra área de servicios M2M que se espera crecerá significativamente en el futuro. Ejemplos incluyen la transmisión de alarmas de seguridad críticas en el hogar y datos de video de vigilancia enviados del hogar a estaciones comerciales de monitoreo.

6. Salud móvil y telemedicina

La telemedicina es una herramienta primordial para el mejor acceso a la atención de la salud ya sea en zonas rurales remotas como en áreas urbanas. Puede contribuir a reducir el costo de la salud al tiempo que mejora los resultados de la salud pública. Un gran habilitador en este campo es el uso abarcativo de Historias Clínicas Electrónicas basadas en la nube que harían las veces de repositorios de información médica sobre pacientes individuales. Con la 5G, estas historias clínicas, que contienen imágenes y videos clínicos de alta resolución, pueden ponerse a disposición de los médicos y profesionales de la salud en cualquier momento y lugar. [1] 7. El papel de las células pequeñas, multipunto coordinado y Masivo MIMO en 5G Debido al alto crecimiento de nuevas aplicaciones y el aumento de usuarios, la exigencia de una mejor tecnología cada vez es mayor, por lo cual5G tendrá que brindar un servicio con mejoras en latencia y altas velocidades en transferencia de datos lo cual se quiere lograr mediante las técnicas avanzadas MIMO masivo para una mayor eficiencia espectral, una combinación inteligente de células pequeñas, transmisión conjunta coordina-da multipunto (JT CoMP). [5] 8. Deportes y estado físico Las aplicaciones vinculadas al estado físico, como las aplicaciones de actividad y monitoreo del cuerpo que rastrean la actividad de caminata, trote y ciclismo, ritmo metabólico, estado cardiovascular, calidad del sueño, etc. constituirán un mercado vertical significativo en los servicios M2M. Algunas de estas aplicaciones utilizarán el cuerpo o redes de área personal para recopilar información biométrica y luego utilizar redes celulares para retransmitirla a sitios centralizados de adquisición de datos. [2] 9. Aplicaciones de Cancelación de auto interferencia en 5G. La cancelación de auto interferencia simplificará la administración del espectro, habilitará una comunicación full dúplex, lo que permitirá que una radio pueda transmitir y recibir datos en una misma frecuencia y al mismo tiempo, duplicando la eficiencia espectral. La cancelación de auto interferencia ayudará a la evolución de la tecnología5G hacia redes más densas y que puedan utilizarse en un sistema de comunicación inalámbrico con mayor capacidad de enlace y virtualización del espectro. 10. Automotores Los Sistemas Avanzados de Asistencia de Conducción (ADAS) y los Vehículos Autónomos son tendencias en evolución en el área de los automotores. Juntos, aportan una serie de beneficios incluidos la mayor seguridad, menos choques, menos congestión, mejor economía de combustible, y hasta mayor productividad del conductor. Las tecnologías

inalámbricas de 5G que dan soporte a comunicaciones de alta velocidad y baja latencia de vehículo a vehículo y de vehículo a infraestructura son habilitadores clave de los ADAS y los Vehículos Autónomos. [4]  Internet / Info-entretenimiento vehicular: el consumo creciente de contenidos de parte de los ocupantes de vehículos contribuirá enormemente a la necesidad de banda ancha inalámbrica y la capacidad de la red móvil. Opciones típicas de infoentretenimiento incluyen videos, audio, acceso a Internet, y aplicaciones próximas como realidad aumentada y displays de información anticipada. Para estas aplicaciones, los ocupantes de los vehículos esperarán una experiencia al usuario comparable a los niveles ofrecidos por sus redes hogareñas y de oficina.  Detección y mitigación pre-colisión: Las colisiones no solo llevan a heridas y / o daños a la propiedad, sino que también ocasionan pérdidas de tiempo y productividad debido a la congestión de tráfico. La detección pre-colisión permite a los vehículos sensar colisiones inminentes e intercambiar datos pertinentes entre los vehículos en cuestión; a su vez, esto permite que vehículos y conductores tomen medidas para contrarrestar o mitigar el impacto de la colisión. [5]

IV. CONCLUSIONES La investigación y el desarrollo de 5G se están expandiendo en la industria de las telecomunicaciones y se espera que los dispositivos 5G se apoderen del mercado en los próximos 5 años. A corto plazo, esta nueva tecnología no reemplazará las redes existentes, sino que las mejorará con la adición de 5G y la infraestructura LTE mejorada. La evolución de las redes inalámbricas en las estructuras de las comunicaciones de 5G es posible que se realicen avances que soporten D2D capaces de realizar proceso de cancelación de interferencias y el ancho de banda y es más efectivo e eficaz. Se identificó la necesidad de un receptor más avanzado el cual no sea pasivo ante la interferencia, en cambio, sea resistente a las interferencias y sea posible aprovechar mejor el ancho de banda.

V. REFERENCIAS. [1] S. Javidmehr, «La Tecnología 5G Requiere las Frecuencias de,» DVTEST, vol. V, p. 8, 2018. [2] www.coit.es/sites/default/files/informes/pdf/modulacion-ymultiacceso-en-5g.pdf [3] Flynn, K. (2018). Release 15. Retrieved from http://www.3gpp.org/release-15 [4] R. Belloso, «EL CAMINO HACIA LA TECNOLOGÍA 5G,» Revista Electrónica de Estudios Telemáticos, vol. XV, nº 1, p. 22, 2016. [5] Boccardi, F., Heath, R., Lozano, A., Marzetta, T. y Popovski, P. (2014) "Five Disruptive Technology Directions for 5G”.g