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SISTEMA DE TELCOMUNICIONES I

ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES MÓVILES 5G -

Zapata Gutiérrez, Paolo Javier 16190018 De la Cruz Aurelio Gin 14190229 Jauregui Ramirez Jhan Alipio 16190303 Miranda Hernández Mateo Alonso 16190268 Misahuaman Bedon Felipe Juan Carlos 16190287

Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Ingeniería Electrónica y Eléctrica Escuela de Ingeniería de Telecomunicaciones Setiembre, 2020

ARQUITECTURA DE UN SISTEMA DE COMUNICACIONES MÓVILES 5G II. Resumen— En este trabajo se muestran las definiciones,

conceptos y normas del 5g. También se presenta la situación actual de las comunicaciones móviles, características y ventajas de los sistemas 5G, la arquitectura y sus aplicaciones. Palabras clave: Tecnología, banda, velocidad, comunicaciones. I.

MARCO TEÓRICO

La comunicación inalámbrica ha evolucionado durante las últimas tres o cuatro décadas y cada nueva generación ha proporcionado un avance con respecto a las anteriores. La comunicación inalámbrica móvil comenzó con 1G, evolucionó gradualmente a 2G, 3G, 4G y actualmente en la quinta generación (5G). La primera generación (1G) logró establecer la voz móvil básica, mientras que la capacidad y la cobertura de las redes de comunicación se introdujeron en la tecnología 2G. 3G fue particular para proporcionar un aumento de la velocidad a la que se envían los datos, lo que llevó a tener una experiencia de "banda ancha móvil", que surgió con 4G. El objetivo de 5G es proporcionar terminales de usuario que puedan acceder simultáneamente a diferentes tecnologías inalámbricas. Se presume que las generaciones de sistemas de comunicación que sucederán a 5G harán uso de una red satelital. En el caso de 6G, existe la presunción de que el costo de las llamadas móviles será relativamente elevado. Aunque, en el 7G, los usuarios de bajos ingresos se beneficiarán de la disminución del costo de las llamadas móviles. Las características y la arquitectura propuestas de 5G aumentarán la calidad y la capacidad del sistema dentro del espectro de frecuencia disponible, se dice que la banda de frecuencia es de 3 a 300 GHz y el ancho de banda de datos es de 1 Gbps y probablemente más alto (según lo solicitado) sucesivamente.

INTRODUCIÓN

La era de las redes de comunicaciones inalámbricas móviles surgió hace algunas décadas, lo que ha ayudado a intercambiar información entre áreas metropolitanas, estados, países e incluso continentes. Se están realizando mejoras continuas en la comunicación inalámbrica en lo que respecta a la capacidad de datos, la velocidad, la frecuencia, la tecnología y la latencia. Estos cambios se han categorizado en Generaciones inalámbricas móviles, existen cuatro generaciones. La primera generación de la comunicación inalámbrica móvil (1G) se basó en tecnología analógica con una velocidad de red de aproximadamente 2,4 kbps que se utilizó para el servicio público de voz. Su segunda generación (2G) era una tecnología de base digital que permitía la mensajería de texto. Las principales diferencias entre las redes celulares 1G y 2G según una encuesta realizada por Advanced Computer Network Lab son que los sistemas 1G eran casi puramente analógicos y no tenían muchas características, mientras que los sistemas 2G eran digitales y podían cifrar la comunicación para evitar escuchas, permitían la detección y corrección. de errores identificados, recepción de voz clara y canales autorizados que pueden ser compartidos simultáneamente por los usuarios. En la tecnología de tercera generación (3G), hubo un aumento significativo en la velocidad y capacidad de transmisión de datos, y se desarrollaron instalaciones para soporte multimedia. La cuarta generación (4G) incluyó Internet en su tecnología para proporcionar Internet móvil inalámbrico, el tamaño del ancho de banda se incrementó mientras que el costo de obtener recursos se redujo. Se espera que la Quinta generación de comunicaciones inalámbricas móviles (5G) sea una generación revolucionaria que cumpla con todos sus requisitos; Velocidad de conectividad ultrarrápida, y se cree que es capaz de hacer que el 4G deje de estar de moda por la dulce experiencia de usuario que proporcionará.

La figura muestra el modelo de diseño propuesto totalmente basado en IP de la arquitectura de red móvil 5G y la interoperabilidad de sus redes móviles. El modelo se compone de varias tecnologías de acceso por radio independientes y autónomas, y un terminal de usuario que es un factor clave importante en la arquitectura 5G. Debe haber diferencias significativas entre las generaciones anteriores al 5G y el 5G en sí, además de un aumento en el rendimiento, como una mejor cobertura, menor consumo de batería y altas velocidades de datos disponibles en el área de la unidad (es decir, alta eficiencia espectral del sistema).

El objetivo de este documento es presentar una descripción general de la tecnología 5G y los enormes beneficios anticipados que puede ofrecer en todos los sectores de la economía nacional.

Se espera que 5G proporcione una velocidad de datos de alrededor de 1 Gbps en movilidad, tarifas de tráfico más 1

baratas debido a la baja implementación de la infraestructura, lo que provoca un aumento en la velocidad de bits máxima y una mejor seguridad de radio cognitiva. Además, se espera que proporcione una alta capacidad que permita que más dispositivos se conecten simultáneamente, una mayor cantidad de dispositivos de soporte, una mejor conectividad independientemente de la región geográfica y una mayor confiabilidad de las comunicaciones. A 5G se le ha asignado un nuevo espectro en bandas de ondas milimétricas que ayuda a aumentar su rendimiento, mientras que la capacidad de su red se expandirá significativamente utilizando MIMO (Multiple Input Multiple Output). El aumento en la demanda de un acceso más rápido a los servicios de medios y el rápido crecimiento de IOT impulsaron el movimiento para el desarrollo de la comunicación inalámbrica 5G.

1.1. RED DE COMUNICACIÓN MÓVIL DE SEGUNDA GENERACIÓN (2G) La tecnología GSM fue la primera en facilitar voz y datos digitales, así como roaming internacional permitiendo al cliente ir de un lugar a otro. Características: - Año - 1980 -1990 - Tecnología – Digital - Velocidad - 14kbps a 64 Kbps - Banda de frecuencia - 850 - 1900 MHz (GSM) y 825 - 849 MHz (CDMA) - Ancho de banda / canal - GSM divide cada canal de 200 kHz en bloques de 25 kHz El canal CDMA es nominalmente de 1,23 MHz - Multiplexación / Tecnología de acceso - TDMA y CDMA. - Conmutación - Conmutación de circuitos - Estándares - GSM (Sistema Global para Comunicaciones Móviles), IS-95 (CDMA) - utilizado en América y partes de Asia), JDC (Celular Digital Japonés) (basado en TDMA), utilizado en Japón, iDEN (basado en TDMA) , red de comunicación propietaria utilizado por Nextel en los Estados Unidos. - Servicios:  Voz Digital, SMS, roaming internacional, conferencia, llamada en espera, retención de llamada, transferencia de llamadas, bloqueo de llamadas, número de identificación de llamadas, grupos cerrados de usuarios (CUG), servicios USSD, autenticación, facturación basada en los servicios prestados a sus clientes, por ejemplo, cargos basados en llamadas locales, llamadas de larga distancia, llamadas con descuento, en tiempo real de facturación. 1.2. GENERACIÓN 2.5

Este desarrollo está siendo liderado por empresas de comunicaciones como Intel, Qualcomm, Nokia, Ericsson, BT, Verizon, AT&T y Samsung. El viaje de la comunicación inalámbrica móvil está en constante evolución y las investigaciones recientes sobre las generaciones futuras distinguieron las distintas mejoras que proporcionarán 5G, 6G y 7G. El objetivo de la tecnología 5G es tener un mundo vacío de redes cableadas. La hibridación de las redes 5G y satelitales conducirá a la tecnología 6G, pero la itinerancia o la transferencia serán un desafío como resultado de tecnologías y estándares variables. Por lo tanto, este desafío conducirá al desarrollo de 7G con el único propósito de proporcionar itinerancia espacial. La tecnología 5G está destinada a que los usuarios móviles disfruten de una World Wide Wireless Web (WWWW) que se basa en la gestión del acceso a la red en lugar de utilizar IPv6, que se basa en la gestión de la ubicación. Un informe de una encuesta de Advanced Computer Network Lab sobre las generaciones de la red inalámbrica indica que provocará un desperdicio de recursos de las redes inalámbricas 5G y dificultará que IPv6 funcione en la WWWW. Para resolver este inconveniente, se propuso el protocolo de control de optimización del ancho de banda (BOCP) y la ruta de datos de ancho de banda mixto para la tecnología 5G. El BOCP se ejecuta después de la capa MAC y viene antes que la capa TCP / IP, para proporcionar el ancho de banda mixto. Algunas ventajas de 5G sobre 4G incluyen aplicaciones habilitadas y casos de uso que 4G no puede proporcionar, como vigilancia de video Streaming 4K, servicios de TV y telemedicina. Los mapas HD se pueden descargar a alta velocidad a una gran cantidad de vehículos conectados en una ciudad simultáneamente. III.

EVOLUCIÓN Y SITUACIÓN ACTUAL DE LAS COMUNICACIONES MÓVILES. 1.

Introducción de la red de paquetes para proporcionar transferencia e Internet de alta velocidad de datos. Características:

EVOLUCIÓN 2

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Año - 2000- 2003 Estándares - Servicio General de Paquetes de Radio (GPRS) y EDGE (Velocidades de datos mejoradas en GSM) - Frecuencia: 850 -1900 MHz - Velocidad - 115kpbs (GPRS) / 384 kbps (EDGE) - Multiplexación - desplazamiento mínimo gaussiano keying-GMSK (GPRS) y EDGE (8-PSK) - Servicios: Pulsar para hablar, multimedia, información basada en la web de entretenimiento, soporte WAP, MMS, SMS juegos móviles, búsqueda y directorio, acceso a correo electrónico, videoconferencia. 1.3. RED DE COMUNICACIÓN MÓVIL DE TERCERA GENERACIÓN (3G)

El sistema móvil de cuarta generación está basado totalmente en IP. El objetivo principal de la tecnología 4G es proporcionar alta velocidad, alta calidad, alta capacidad, seguridad y servicios de bajo coste para servicios de voz y datos, multimedia e internet a través de IP. Para usar la red de comunicación móvil 4G, los terminales de los usuarios deben ser capaces de seleccionar el sistema inalámbrico de destino. Para proporcionar servicios inalámbricos en cualquier momento y en cualquier lugar, la movilidad del terminal es un factor clave en 4G. Características: - Inicio - años de 2010. En 2008, la UIT-R especifica los requisitos para los sistemas 4G - Estándares - Long-Term Evolution Time-Division Duplex (LTE-TDD y LTE-FDD) estándar WiMAX móvil (802.16m estandarizado por el IEEE) - Velocidad - 100 Mbps en movimiento y 1 Gbps cuando se permanece inmóvil. - Telefonía IP - Nuevas frecuencias, ancho de banda de canal de frecuencia más amplia. - Tecnologías de multiplexación / acceso - OFDM, MC-CDMA, CDMA y LAS-Red-LMDS - Ancho de Banda - 5-20 MHz, opcionalmente hasta 40 MHz - Bandas de frecuencia: - LTE cubre una gama de diferentes bandas. En América del Norte se utilizan 700, 750, 800, 850, 1900, 1700/2100 (AWS), 2300 (WCS) 2500 y 2600 MHz (bandas 2, 4, 5, 7, 12, 13, 17, 25, 26 , 30, 41); 2500 MHz en América del Sur; 700, 800, 900, 1800, 2600 MHz en Europa (bandas 3, 7, 20); 800, 1800 y 2600 MHz en Asia (bandas 1, 3, 5, 7, 8, 11, 13, 40) 1800 MHz y 2300 MHz en Australia y Nueva Zelanda (bandas 3, 40). - Servicios: Acceso móvil web, telefonía IP, servicios de juegos, TV móvil de alta definición, videoconferencia, televisión 3D, computación en la nube, gestión de flujos múltiples de difusión y movimientos rápidos de teléfonos móviles, Digital Video Broadcasting (DVB), acceso a información dinámica, dispositivos portátiles

El objetivo de los sistemas 3G fue ofrecer aumento de las tasas de datos, facilitar el crecimiento, mayor capacidad de voz y datos, soporte a diversas aplicaciones y alta transmisión de datos a bajo coste. Los datos se envían a través de la tecnología de una tecnología llamada Packet Switching. Las llamadas de voz se traducen mediante conmutación de circuitos. Características: - Estándares: UMTS (WCDMA) basado en GSM (Global Systems for Mobile) infraestructura del sistema 2G, estandarizado por el 3GPP. - CDMA 2000 basado en la tecnología CDMA (IS-95) estándar 2G, estandarizada por 3GPP2. - Velocidad: 384KBPS 2Mbps - Frecuencia: aproximadamente 8 a 2,5 GHz - Ancho de banda: de 5 a 20 MHz - Tecnologías de multiplexación y acceso - HSPA es un actualización de W-CDMA que ofrece velocidades de 14,4 Mbit / s de bajada y 5,76 Mbit / s de subida. - HSPA + puede proporcionar velocidades de datos pico teóricas de hasta 168 Mbit / s de bajada y 22 Mbit / s de subida. - CDMA2000 1X: Puede soportar tanto servicios de voz como de datos. La máxima velocidad de datos puede llegar a 153 kbps - Servicios: Telefonía móvil de voz, acceso a Internet de alta velocidad, acceso fijo inalámbrico a Internet, llamadas de video, chat y conferencias, televisión móvil, vídeo a la carta, servicios basados en la localización, telemedicina, navegación por Internet, correo electrónico, buscapersonas, fax y mapas de navegación, juegos, música móvil, servicios multimedia, como fotos digitales y películas. servicios localizados para acceder a las actualizaciones de tráfico y clima, servicios móviles de oficina, como la banca virtual. 1.4. RED DE COMUNICACIÓN MÓVIL DE CUARTA GENERACIÓN (4G)

1.5. RED DE COMUNICACIONES MÓVILES DE QUINTA GENERACIÓN (5G)

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La quinta generación de comunicaciones móviles, más conocida como 5G, ya está entre nosotros. Atrás quedaron las anteriores generaciones móviles, desde la primera que únicamente permitía comunicaciones de voz con tecnología analógica, la evolución hacia sistemas totalmente digitalizados, el acceso a Internet en movilidad y la llegada de los teléfonos inteligentes hasta la actualidad, donde las comunicaciones móviles se han convertido en muchos casos en el centro de nuestra vida personal y profesional.

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La capa física y de enlace de datos define la tecnología inalámbrica 5G indicando que es una tecnología Open Wireless Architecture (OWA). Para realizar esto, la capa de red está subdividida en dos capas; capa de red superior para el terminal móvil y un menor nivel de red para la interfaz. Aquí todo el enrutamiento se basa en direcciones IP que serían diferentes en cada red IP en todo el mundo. En la tecnología 5G la pérdida de velocidad de bits se supera mediante el Protocolo de Transporte Abierta (OTP). El OTP es soportado por Transporte y capa de sesión. La capa de aplicación es para la calidad de la gestión de servicio a través de varios tipos de redes. 5G adelanta un verdadero mundo inalámbrico Wireless-World Wide Web (WWWW). Características: - Velocidad - 1 a 10 Gbps. - Ancho de Banda - 1.000x ancho de banda por unidad de superficie. - Frecuencia - 3 a 300 GHz - Tecnologías de multiplexación / Access - CDMA y BDMA - Estándares - banda ancha IP LAN / W AN / PAN & WWWW - Características: rendimiento de tiempo real - de respuesta rápida, de baja fluctuación, latencia y retardo - Muy alta velocidad de banda ancha - velocidades de datos Gigabit, cobertura de alta calidad, multi espectro - Infraestructura virtualizada - Software de red definido, sistema de costes escalable y bajo.

Soporta Internet de las Cosas y M2M - 100 veces más dispositivos conectados, Cobertura en interiores y eficiencia de señalización Reducción de alrededor del 90% en el consumo de energía a la red. Su tecnología de radio facilitará versión diferente de las tecnologías de radio para compartir el mismo espectro de manera eficiente. Servicios:  Algunas de las aplicaciones son importantes - personas y dispositivos conectados en cualquier lugar en cualquier momento.  Su aplicación hará que el mundo real sea una zona Wi Fi.  Dirección IP para móviles asignada de acuerdo con la red conectada y la posición geográfica.  Señal de radio también a mayor altitud.  Múltiples servicios paralelos, con los que se puede saber el tiempo meteorológico y en tu posición geográfica mientras hablas.  La educación será más fácil.  Un estudiante que se sienta en cualquier parte del mundo puede asistir a la clase.  El diagnóstico remoto es una gran característica de 5G.  Un Médico puede tratar al paciente situado en la parte remota del mundo.  El seguimiento será más fácil, una organización gubernamental y otros investigadores pueden monitorear cualquier parte del mundo.  Se hace posible reducir la tasa de criminalidad.  La visualización del universo, galaxias y planetas serán posibles.  Posible también detectar más rápidamente desastres naturales incluyendo tsunamis, terremotos, etc.

NUEVAS FUNCIONALIDADES La tecnología 5G supone un importante cambio, por lo que esta quinta generación de comunicaciones móviles nos va a traer toda una serie de nuevos casos de uso, aplicaciones y servicios que no son posibles con las tecnologías actuales, gracias a sus nuevas funcionalidades:  Banda ancha móvil mejorada (eMBB, enhance mobile broadband). Las velocidades de transmisión de datos llegarán hasta los 10 Gbps, permitiendo la descarga ultrarrápida de contenidos, el video en streaming de muy alta calidad o que los dispositivos móviles estén permanentemente conectados a la red.

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En siembre de 2019 mediante Resolución Viceministerial N° 641-2019-MTC/03 el MTC publicó la canalización de la banda de 3.3-3.8 GHz, para operar en modo de duplexaje TDD. La citada banda se divide en 100 canales de 5 MHz cada uno, haciendo un total de 500 MHz. Es preciso señalar que esta banda actualmente se encuentra en proceso de reordenamiento, lo cual permitiría que en el futuro se implementen redes 5G.

Comunicaciones de ultra baja latencia (URLLC, ultra reliable low latency communication). La latencia de la red, el tiempo empleado en dar respuesta a una solicitud, será muy baja, siendo el objetivo alcanzar una latencia de 1ms. Así mismo, las comunicaciones tendrán una elevada disponibilidad y fiabilidad, permitiendo su uso en aplicaciones críticas de seguridad y emergencias. Comunicación entre dispositivos (mMTC, massive machine type communication). Las comunicaciones entre dispositivos (sensores, electrodomésticos, ordenadores, robots…) están creciendo a un ritmo exponencial, siendo la previsión el llegar a alcanzar densidades de hasta 1 millón de dispositivos conectados por kilómetro cuadrado.

IV.

CARACTERÍSTICAS Y VENTAJAS DE LOS SISTEMAS 5G

LA TECNOLOGÍA 5G ESTÁ CARACTERIZADA POR 8 ESPECIFICACIONES: - Una tasa de datos de hasta 10Gbps - > de 10 a 100 veces mejor que las redes 4G y 4.5G. - Latencia de 1 milisegundo - Una banda ancha 1000 veces más rápida por unidad de área. - Hasta 100 dispositivos más conectados por unidad de área (en comparación con las redes 4G LTE) - Disponibilidad del 99.999% - Cobertura del 100% Comparativo entre la tecnología de redes 4G Y 5G además de los Beneficios de su implementación en Colombia. - Reducción del 90% en el consumo de energía de la red. - Hasta 10 diez años de duración de la batería en los dispositivos IoT (Internet de las Cosas) de baja potencia La siguiente generación de redes de telecomuniones

ESTADO ACTUAL DEL ESPECTRO EN EL PERÚ Banda de 3.3 a 3.8 GHz El PNAF señala que el rango de frecuencias comprendidas entre 3.3 a 3.8 GHz han sido identificadas para el despliegue de redes IMT. Asimismo, la banda se encuentra atribuida para la prestación de servicios públicos de telecomunicaciones usando sistemas de acceso inalámbrico, y señala que su asignación será mediante concurso público. Se detallan 3 rangos:  Nota P73: Rango de 3400 - 3600 MHz  Nota P73A: Rango de 3300 - 3400 MHz  Nota P73B: Rango de 3600 - 3800 MHz A la fecha solo existen asignaciones en el rango de 3.4-3.6 GHz. Para el caso de las provincias de Lima y Callao, los siguientes operadores tienen asignado espectro:  Entel: 50 MHz (2 canales de 25 MHz).  Telefónica del Perú: 50 MHz (2 canales de 25 MHz).  Americatel: 50 MHz (2 canales de 25 MHz).  América Móvil: 50 MHz (10 canales de 5 MHz).

VENTAJAS DEL USO DE LA TECNOLOGIA 5G Un cambio de número, como es el caso del cinco por el cuatro, para muchos solo supondrá cambiar un dígito. El asunto cobra mayor relevancia si esta evolución está asociada a las redes de alta velocidad. El 5G, cuya implantación está siendo progresiva mundialmente, está llamado a acelerar todo lo que su hermano menor, el 4G, ha conseguido en la última década.

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Una buena forma de entender lo que aportará esta tecnología es imaginar la evolución de la telefonía móvil desde sus orígenes, a través de las diferentes fases que ha ido experimentando, cada una con sus correspondientes funcionalidades y servicios. En este caso, el 5G se situaría como la última de estas fases, pero todas las anteriores han ido aportando prestaciones fundamentales. La primera fue el 1G, totalmente analógica, que permitió realizar G telefónicas; a continuación apareció el 2G y con él los mensajes de texto; el internet móvil llegó en tercer lugar con el 3G; y por último, se abrió camino el 4G, que aportó la banda ancha móvil, gracias a la cual hoy en día los móviles pueden ofrecer, entre otros, vídeos en directo.

lo que será posible soportar más de 1 millón de dispositivos conectados por kilómetro cuadrado, a diferencia de los 100.000 dispositivos por kilómetro cuadrado que pueden conectarse con el 4G. E) Creación exponencial de redes privadas: Una red privada (‘network slice’ en inglés) se crea para dar apoyo a un comportamiento deseado de la red. Por ejemplo, cada red privada o ‘slice’ puede asociarse con la seguridad, el aislamiento del flujo de datos, la calidad del servicio, la fiabilidad y la carga independiente. Mientras que las redes 4G no cuentan con ningún tipo de priorización de los servicios, mediante el ‘network slicing’, en las redes 5G es posible segmentar la red definiendo distintos servicios que permitan el acceso garantizado y prioritario.

Algunas de las promesas de la actual evolución son mayor velocidad de transmisión de datos, mayor ancho de banda, menor latencia o impulso de otras tecnologías, pero para evitar perdernos ante tanto cambio resumimos a continuación cuáles son las principales ventajas del 5G.

F) Impulso ed otras tecnologías: La llegada del 5G viene acompañada de otras tecnologías que aumentarán sus capacidades casi instantáneamente. Así ocurrirá con el internet de las cosas (IoT en sus siglas en inglés), el ‘cloud computing’ o el ‘edge computing’, que permite que los datos producidos por cada dispositivo conectado a la red se procesen mas cerca de donde se han generado. Esto permite evitar que los datos tengan que recorrer largas distancias y por tanto reduce la latencia, libera de carga la nube y agiliza el análisis de datos en tiempo real. Para dentro de cinco años está previsto que haya más de 20.000 millones de dispositivos conectados en todo el mundo, según Gartner. Y para este futuro el ancho de banda y la latencia son críticos porque permitirán extraer todo el potencial de la innovación.

A) Mayor velocidad de la red: Uno de los atributos principales que la mayoría de expertos ensalza es la velocidad que ofrecen estas redes. Según explica Francisco Oliveira, experto de comunicaciones en BBVA, las redes 4G alcanzan velocidades de hasta 1Gb/s mientras que las redes 5G superarán los 10Gb/s. Así, por ejemplo, las descargas de contenido, como un vídeo, que hoy tardan unos pocos minutos, podrán completarse en segundos. B) Mejora en el anchi de banda: Una de las comparaciones más sencillas para entender en qué consiste el ancho de banda es con las carreteras. No circulan los mismos vehículos por una autopista que por una vía de sentido único. Y con las redes de alta velocidad sucede lo mismo. El 5G aumentará significativamente el ancho de banda, con lo que el volumen de datos y de capacidad de la red será mucho mayor.

G) Apertura de nuevos negocios: Al igual que la transformación digital ha traído profesiones desconocidas hasta hace una década, la irrupción del 5G tiene bajo la manga algo parecido, pero en forma de negocios y empresas.  Otro ámbito que cambiará con el 5G será la salud, pues gracias a la baja latencia que se consigue con el 5G se lograría el denominado ‘internet táctil’ que, entre otras cosas, haría posible prácticas como la cirugía remota, que permitirá operar sin estar físicamente en la sala de operaciones.

C) Baja latencia: La latencia, es decir, el tiempo que los datos tardan en recorrer la distancia entre el emisor y el receptor, también cambiará con la llegada del 5G. Gracias a estas redes este tiempo puede reducirse hasta llegar a 1 o 2 milisegundos, lo que supone una importante reducción frente a los 20 milisegundos de las redes 4G actuales. “Las comunicaciones ultra confiables y de baja latencia (URLLC, por sus siglas en inglés) facilitarán el despegue de servicios que requieren del análisis de los datos en tiempo real como por ejemplo los relacionados con la condución autónoma”, explica Oliveira.

V.

ARQUITECTURA

COMPONENTES PRINCIPALES

D) Más dispositivos conectados: También se ampliará la capacidad de dispositivos que pueden estar conectados a la red gracias a las nuevas antenas 5G basadas en tecnología mMIMO. Esta tecnología, (Massive MIMO, o ‘Multiple-Input Multiple Output) permite administrar un volumen de datos mucho mayor al actual, por 6

En segundo lugar, cada estación base establece la conectividad del "plano de control 3GPP" entre el UE y el componente del plano de control del núcleo móvil correspondiente, y reenvía el tráfico de señalización entre los dos. Este tráfico de señalización permite la autenticación, el registro y el seguimiento de la movilidad del UE.

La red celular consta de dos subsistemas principales: la Red de Acceso de Radio (RAN) y el Núcleo o Core. La RAN administra el espectro de radio, asegurándose de que se utilice de manera eficiente y cumpla con los requisitos de QoS de cada usuario.   El Core es un conjunto de funciones (a diferencia de un dispositivo) que sirve para varios propósitos. - Proporciona conectividad a Internet (IP) para servicios de voz y datos. - Garantiza que esta conectividad cumpla con los requisitos de QoS prometidos. - Realiza un seguimiento de la movilidad del usuario para garantizar un servicio ininterrumpido. - Realiza un seguimiento del uso del suscriptor para facturación y cobro.

En tercer lugar, para cada UE activo, la estación base establece uno o más túneles entre el componente del plano de usuario del núcleo móvil correspondiente.

Antes de llegar a esos detalles, la Figura 2 vuelve a dibujar los componentes de la Figura 1 para resaltar dos distinciones importantes. La primera es que el eNB (al que nos referiremos como la Estación Base de aquí en adelante) tiene un componente analógico (representado por una antena) y un componente digital (representado por un par de procesadores). El segundo es que Mobile Core está dividido en un plano de control y un plano de usuario.

En cuarto lugar, la estación base reenvía paquetes de plano de usuario y de control entre el Mobile Core y el UE. Estos paquetes están tunelizados sobre SCTP / IP y GTP / UDP / IP, respectivamente. SCTP (Stream Control Transport Protocol) es una alternativa a TCP definida por 3GPP, diseñada para transportar información de señalización (control) para servicios de telefonía. GTP (un acrónimo anidado correspondiente a (Servicio general de paquetes de radio) Protocolo de túnel) es un protocolo de túnel específico de 3GPP diseñado para ejecutarse en UDP.

RED DE ACCESO POR RADIO En primer lugar, cada estación base establece el canal inalámbrico para el UE de un abonado tras el encendido o tras el traspaso cuando el UE está activo. Este canal se libera cuando el UE permanece inactivo durante un período de tiempo predeterminado. Utilizando terminología 3GPP, se dice que este canal inalámbrico proporciona un servicio portador.

Por otro lado, cabe destacar que la conectividad entre la RAN y el Mobile Core está basada en IP. Este se introdujo como uno de los principales cambios entre 3G y 4G. Antes de 4G, los componentes internos de la red celular estaban basados en circuitos, lo que no es sorprendente dado su origen como una red de voz.

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base diferente (o a múltiples estaciones base) en un esfuerzo por hacer un uso eficiente del espectro de radio en un área geográfica más grande. NÚCLEO MÓVIL El 5G Mobile Core, que 3GPP llama NG-Core, adopta una arquitectura similar a un microservicio. en realidad solo prescribe un conjunto de bloques funcionales y no una implementación. A continuación se organiza el conjunto de bloques funcionales en tres grupos. El primer grupo se ejecuta en el plano de control (CP) y tiene una contraparte en el EPC. - AMF (Core Access and Mobility Management Function): gestiona los aspectos relacionados con la movilidad del MME del EPC. Responsable de la gestión de conexiones y accesibilidad, gestión de la movilidad, autenticación y autorización de acceso y servicios de ubicación. - SMF (función de gestión de sesiones): gestiona cada sesión de UE, incluida la asignación de direcciones IP, la selección de la función UP asociada, los aspectos de control de QoS y los aspectos de control del enrutamiento UP. Corresponde aproximadamente a parte del MME del EPC y los aspectos relacionados con el control del PGW del EPC. - PCF (función de control de políticas): gestiona las reglas de política que luego hacen cumplir otras funciones de CP. Corresponde aproximadamente a la PCRF del EPC. - UDM (Unified Data Management): administra la identidad del usuario, incluida la generación de credenciales de autenticación. Incluye parte de la funcionalidad en el HSS del EPC. - AUSF (función de servidor de autenticación): esencialmente un servidor de autenticación. Incluye parte de la funcionalidad en el HSS del EPC.

En quinto lugar, cada estación base coordina los traspasos de UE con estaciones base vecinas, utilizando enlaces directos de estación a estación. Exactamente como la conectividad de estación a núcleo que se muestra en la figura anterior, estos enlaces se utilizan para transferir paquetes del plano de control (SCTP sobre IP) y del plano de usuario (GTP sobre UDP / IP).

En sexto lugar, las estaciones base coordinan la transmisión multipunto inalámbrica a un UE desde múltiples estaciones base, que pueden o no ser parte de un traspaso de UE de una estación base a otra.

El segundo grupo también se ejecuta en el Plano de control (CP) pero no tiene una contraparte directa en el EPC: SDSF (función de red de almacenamiento de datos estructurados): un servicio "auxiliar" que se utiliza para almacenar datos estructurados. Podría implementarse mediante una "base de datos SQL" en un sistema basado en microservicios. - UDSF (función de red de almacenamiento de datos no estructurados): un servicio "auxiliar" que se utiliza para almacenar datos no estructurados. Podría implementarse mediante un "almacén de clave / valor" en un sistema basado en microservicios. - NEF (función de exposición de red): un medio para exponer capacidades seleccionadas a servicios de terceros, incluida la traducción entre representaciones internas y externas de datos. Podría ser implementado por un "servidor API" en un sistema basado en microservicios.

La conclusión principal es que la estación base puede verse como un transportista especializado. En la dirección de Internet a UE, fragmenta los paquetes IP salientes en segmentos de la capa física y los programa para su transmisión a través del espectro de radio disponible, y en la dirección de UE a Internet, ensambla los segmentos de la capa física en paquetes IP y los reenvía ( sobre un túnel GTP / UDP / IP) al plano de usuario ascendente del Mobile Core. Además, basándose en las observaciones de la calidad del canal inalámbrico y las políticas por abonado, decide si (a) reenviar paquetes salientes directamente al UE, (b) reenviar indirectamente paquetes al UE a través de una estación base vecina, o (c) utilizar múltiples rutas para llegar al UE. Tenga en cuenta que, como se describe en el Capítulo 2, la programación es compleja y multifacética, incluso cuando se considera una decisión localizada en una sola estación base. Lo que ahora vemos es que también hay un elemento global, por el cual es posible reenviar el tráfico a una estación 8

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NRF (función de repositorio de NF): un medio para descubrir los servicios disponibles. Podría implementarse mediante un "Servicio de descubrimiento" en un sistema basado en microservicios. NSSF (función de selector de corte de red): un medio para seleccionar un sector de red para servir a un UE determinado. Los segmentos de red son esencialmente una forma de diferenciar el servicio prestado a diferentes usuarios. Es una característica clave de 5G que discutiremos en profundidad más adelante en un capítulo posterior.

Con este punto de partida, la secuencia de conexión por UE. Cuando un UE se activa por primera vez, se comunica con una estación base cercana a través de un enlace de radio temporal (no autenticado). - (Paso 1). La Estación Base reenvía la solicitud al Core-CP sobre el túnel existente, y el Core-CP (específicamente, el MME en 4G y el AMF en 5G) inicia un protocolo de autenticación con el UE - (Paso 2). 3GPP identifica un conjunto de opciones, incluido el Estándar de cifrado avanzado (AES), donde el protocolo real utilizado es una opción de implementación. Tenga en cuenta que este intercambio de autenticación está claro ya que el enlace de la estación base al UE aún no es seguro. Una vez que el UE y el Core-CP están satisfechos con la identidad del otro, el Core-CP informa a los otros componentes de los parámetros que necesitarán para dar servicio al UE -(Paso 3). Esto incluye: (a) Instruir al Core-UP para que inicialice el plano de usuario (por ejemplo, asigne una dirección IP al UE y establezca el parámetro QCI apropiado)  (b) Instruir a la Estación Base para que establezca un canal encriptado al UE (c) dar al UE la clave simétrica que necesitará para utilizar el canal cifrado con la Estación Base. Una vez completado, el UE puede utilizar el canal del plano de usuario de extremo a extremo a través del Core-UP. - (Paso 4). Hay tres detalles adicionales a destacar sobre este proceso. En primer lugar, el canal de control seguro entre el UE y el CoreCP configurado durante el Paso 2 permanece disponible y es utilizado por el Core-CP para enviar instrucciones de control adicionales al UE durante el curso de la sesión. En segundo lugar, el canal del plano de usuario establecido durante el Paso 4 se denomina Servicio Portador por Defecto , pero pueden establecerse canales adicionales entre el UE y el Core-UP.

El tercer grupo incluye el único componente que se ejecuta en el plano de usuario : - UPF (función de plano de usuario): reenvía el tráfico entre RAN e Internet, correspondiente a la combinación S / PGW en EPC. Además del reenvío de paquetes, es responsable de la aplicación de políticas, la intercepción legal, los informes de uso del tráfico y la vigilancia de QoS. De estos, el primer y tercer grupo se ven mejor como una refactorización sencilla del EPC de 4G, mientras que el segundo grupo, a pesar de la introducción gratuita de nueva terminología, es la forma de 3GPP de señalar una solución nativa de la nube como el estado final deseado para el Núcleo móvil. Cabe destacar que la introducción de distintos servicios de almacenamiento significa que todos los demás servicios pueden ser sin estado y, por lo tanto, más fácilmente escalables. 

SEGURIDAD Ahora echamos un vistazo más de cerca a la arquitectura de seguridad de la red celular, que también sirve para completar algunos detalles sobre cómo cada UE individual se conecta a la red. La arquitectura se basa en dos supuestos de confianza. En primer lugar, cada Estación Base confía en que está conectada al Mobile Core mediante una red privada segura, sobre la cual establece los túneles : un túnel GTP / UDP / IP al Plano de Usuario del Core (Core-UP) y un Túnel SCTP / IP al plano de control del núcleo (Core-CP). En segundo lugar, cada UE tiene una tarjeta SIM proporcionada por el operador, que identifica de forma única al abonado (es decir, el número de teléfono) y establece los parámetros de radio (p. Ej., Banda de frecuencia) necesarios para comunicarse con las estaciones base de ese operador. La tarjeta SIM también incluye una clave secreta que el UE usa para autenticarse.

VI.

APLICACIONES

Respecto a las aplicaciones, haremos esto tomando en cuenta 3 aspectos que yo he considerado como muy importantes: Velocidad, Latencia y Conexión masiva. VELOCIDAD Cómo es sabido hoy en día, una de las principales ventajas con respecto a la generación actual 4G es la velocidad. Concretamente, con esta quinta generación de la tecnología que se empleará para la comunicación entre dispositivos 9

móviles, se espera que la tasa de datos sea de 10 a 100 veces mejor que las actuales redes 4G, 4g+ o LTE.

Las redes de 5G son vitales para la masificación de los vehículos autónomos (se dice vehículos porque no son solo carros). Una vez esté construida la infraestructura de transmisión de datos 5G mucha de la carga que hoy se debe hacer in situ y que conlleva a que cada vehículo requiera de computadores súper poderosos, se puede pasar a la nube, a un data center especializado.

Entorno a esta característica tenemos aplicaciones como: 

Realidad virtual y aumentada:

Se espera que la red 5G abra muchas posibilidades de desarrollo para la realidad aumentada. En los últimos años, los grandes buques insignia del sector tecnológico han invertido cada vez más en realidad aumentada. Ahora que el 5G entra en escena, es muy probable que pronto comencemos a ver proyectos cada vez más ambiciosos, tanto en campos como deportes, conciertos, etc.

Debemos recordar que un carro autónomo no es un robot y que todos los carros autónomos comparten el conocimiento que uno de ellos obtiene a través de sus sensores, desarrollándose así una especie de inteligencia artificial. 

Telemedicina:

Por ejemplo: - Apple lleva meses potenciando el desarrollo de realidad aumentada en sus productos. - EL ARKit, su herramienta para agencias de realidad aumentada, fue todo un éxito.

Desde el mes de marzo y a raíz de la pandemia de Covid-19, en diferentes países del orbe han aumentado las consultas médicas por videollamadas, lo que permite disminuir el número de personas asistiendo a clínicas y hospitales y, por ende, bajar las posibilidades de contagio.

Para que un mundo virtual se sienta como el mundo real, todo tiene que coincidir. Desde la forma en que se presentan las imágenes hasta la velocidad del mundo moviéndose como lo hace su cabeza, con imágenes que engañan a sus sentidos para que piensen que realmente estás ahí. Tiene que ser rápido y tiene que ser realista.

Esta situación, que hasta hace unos años parecía ficción, es sólo una de las nuevas prestaciones médicas que se podrán incrementar exponencialmente, cuando se implemente la tecnología 5G. Gracias al importante aumento en la velocidad de transferencia, de hasta 10 gigabits por segundo, y una latencia cada vez más baja, estas mejoras en la conectividad permitirán alcanzar importantes avances en monitorización, atención a distancia y descentralización de los servicios.

Lo mejor del 5G es que será capaz de mejorar estas experiencias y esto, con suerte, permitirá que la realidad virtual alcance su máximo potencial.

CONEXIÓN MASIVA La 5G debe de ser capaz de soportar 1 millón de dispositivos en o 1 Km2, indicando que ahora se podrán conectar a internet un sin número de dispositivos y tipos distintos, por ejemplo, artefactos electrodomésticos, sensores, cámaras, robots, etc. A diferencia de la tecnología actual 4G, que en su naturaleza permitieron la conexión masiva de teléfonos móviles a internet.

LATENCIA De manera objetiva podríamos afirmar que lo más importante sea la reducción de la latencia, entendiendo como latencia el tiempo que tarda en transferirse un paquete de datos en la red. Actualmente podríamos hablar de latencias de 100 milisegundos en las redes 4G y de 20 milisegundos en las 4G+, sin embargo, se espera que la latencia en las redes 5G disminuya hasta alcanzar entre 1 y 4 milisegundos.

Entorno a esta característica tenemos aplicaciones como: 

Entorno a esta característica tenemos aplicaciones como: 

La tecnología 5G ayudará a desarrollar la tecnología de los dispositivos domésticos inteligentes, de la misma manera resolverá problemas entorno una conexión inestable o poco fiable ya que puede causar verdaderos problemas, tanto en operaciones generales como con la eficacia percibida por el usuario acerca del producto. Si las luces activadas por voz no funcionan la primera vez que se les pide y la gente se queda a oscuras, rápidamente sentirán rechazo por todo dispositivo tecnológico supuestamente futurista.

Manejo remoto de maquinarias:

Si bien, el manejo de las maquinarias es complicado, lo asombroso de la tecnología 5G es permitirá que los trabajadores puedan operarlas sin ningún inconveniente, a pesar de la distancia en la que se encuentran, teniendo un control preciso y óptimo, gracias a la potencia en sus niveles de conexión. Esta tecnología ya fue aplicada en China, teniendo resultados óptimos. 

Casas inteligentes:

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Vehículos autónomos: 10

Ciudades inteligentes:

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Una ciudad inteligente o Smart city, vendría a ser una vivienda domótica a gran escala, en la que, al igual que en el hogar, se conectan los electrodomésticos y dispositivos digitales para mejorar la eficiencia de las tareas diarias a través del Internet de las Cosas (IoT, por sus siglas en inglés). En la ciudad inteligente, estas redes 5G conectarán los servicios públicos entre sí para conseguir ciudades más eficientes. 

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Robots y Drones:

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Respecto a esto, podemos decir que científicos de España, Alemania, Francia, Suecia y Taiwán anunciaron que trabajarán en el proyecto 5G-Drive que consiste en el uso de la red inalámbrica para manejar drones y controlar robots industriales de forma remota. En el primer caso se buscará gestionar el drone desde una base central, empleando conectividad 5G para que el vehículo pueda recibir instrucciones en tiempo real mientras se hace el rescate de una persona o se le proporciona asistencia médica. Este uso podría ser de gran utilidad en caso de emergencias a raíz de accidentes o desastres naturales.

VII. 

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CONCLUSIONES

Esta tecnología se estandariza con el Release 15, y continúa con las versiones 16 y 17, que aún se vienen desarrollando. La tecnología 5G soporta modulación de hasta 256QAM (en Release 15) y uso de MIMO (Multiple Input Multiple Output) avanzado (4x4, 8x8 o superior) o Massive MIMO (64x64 o superior). Aparte del espectro, también se requiere que los equipos, tanto del lado del usuario (Terminal: MS) como del lado de la red (Estación Base: BS, llamada como gNodo B) soporten las bandas New Radio (NR), tales como la banda de 3.5 GHz, bandas milimétricas, entre otras.

VIII. -

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BILIOGRAFÍA

https://www.osiptel.gob.pe/repositorioaps/data/1/1/1/ par/dt-43-estado-espectro-radioelectrico-peru/dt-43estado-espectro-radioelectrico-peru.pdf https://www.universidadviu.com/evolucion-la-redcomunicacion-movil-del-1g-al-5g/#:~:text=El %20sistema%20m%C3%B3vil%20de %20cuarta,internet%20a%20trav%C3%A9s%20de %20IP. http://exa.unne.edu.ar/informatica/SO/Comunicacion esMovilesValeria.pdf https://telos.fundaciontelefonica.com/archivo/numero 084/comunicaciones-moviles-y-sociedad/ https://es.wikipedia.org/wiki/Sistemas_de_Comunica ciones_M%C3%B3viles https://www.gradiant.org/blog/tribuna-5g/

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https://www.xataka.com/moviles/dilema-5g-todomundo-esta-presentando-smartphones-conectividad5g-verdad-nos-interesan-ahora https://www.un.org/es/chronicle/article/lascomunicaciones-moviles-y-el-desarrollosocioeconomicouna-perspectiva-latinoamericana https://cellnextrends.com/nueva-era-comunicacionesmoviles-5g/ https://www.universidadviu.com/lascomunicaciones-moviles-sector-constanteinnovacion/ https://www.bbc.com/mundo/noticias-47827626