5G Simplemente en Profundidad

5G Simplemente en Profundidad

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Ajit Singh

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Prefacio

La quinta generación de la tecnología de acceso inalámbrico (5G) está enfrentando una tarea abrumadora de constante de encuentro con las velocidades de datos más altas y capacidad del sistema, así como un rango de aplicaciones y requerimientos de calidad de experiencia de usuarios (QoE). Aunque no está estandarizada aún, la tecnología 5G se espera que ofrezca rendimiento significativamente mayor que la evolución de largo plazo (long-term evolution – LTE), tiene una latencia en la parte baja de milisegundos y ser capaz de acomodar y soportar la explosión anticipada en los dispositivos de la Internet de las Cosas (Internet of Things – IoT). Nuevos tipos de dispositivos (por ejemplo, sondas, medidores, sensores, actuadores) que contribuirán significativamente al incremento de tráfico, y nuevos sectores de mercado que traerán nuevas prioridades (por ejemplo, infraestructuras críticas).

El período de tiempo esperado para la estandarización de 5G era 2018-2019 (por ejemplo, versión 14 15 de los estándares 3GPP), con implantaciones anticipadas en el plazo de 2020. La utilización de tecnología de ondas milimétricas (mmWave) se espera que sea una parte significativa de las innovaciones de 5G y de acuerdo a sus partidarios, el espectro tiene un potencial para iniciar nuevos negocios y casos de uso, una vez que las agencias reguladoras apropiadas lo hagan disponible. Multi-entrada multi-salida masiva (multiple-input multiple output MIMO), Radios de Software Cognitivo/Definido, Redes Basadas en la Red, Celdas Autoorganizadas, Comunicaciones Dispositivo a Dispositivo, están entre otras tecnologías que potencialmente podrían ser utilizadas en sistemas 5G, entre hardware y software eficientes en energía muy probablemente se emplearán para hacer los sistemas 5G verdes.

Este libro es un panorama comprensivo del estado presente de 5G. Explicando todo de la mayoría de los casos de uso más probables, aspectos de espectro, y un rango amplio de opciones de tecnología de arquitecturas potenciales de sistemas 5G, es una referencia indispensable para académicos y profesionales en comunicaciones inalámbricas y móviles.

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Los esfuerzos de desarrollo global son sumarizados y los componentes clave de las tecnologías incluyendo D2D, comunicaciones mm-wave, MIMO masivo, multi-punto coordinado, redes inalámbricas codificadas, administración de interferencia y aspectos del espectro son descritos y explicados. La significancia de 5G para los sectores automotivo, manufactura, energía, venta al menudeo y cuidado de salud son abordados, así como su relación entre IoT, comunicaciones tipo máquina, y sistemas ciber-físicos.

Este libro te equipa con una visión sólida en la evolución, arquitectura, protocolo de pila de redes, aplicación, y desde luego, los retos y alcance futuro y prospectos de 5G.

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"5G Simplemente en Profundidad.......

Dedicación

A mi Madre y mi Padre, es imposible agradecerles adecuadamente por todo lo que han hecho, para amarme incondicionalmente, a criarme en un hogar estable, que infundió los valores tradicionales y me enseñó a celebrar y abrazar la vida.

Y a mi esposa, la Sra Rajyashree Singh gracias por todo el soporte consistente de crecimiento, y por tu cooperación continua y estímulo.

Un especial agradecimiento a mi hermano mayor Er Ranbir Singh, por mostrarme todo lo que es posible con fe, trabajo duro y determinación.

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Finalmente, esta dedicación no estaría completa sin un especial agradecimiento a mis estudiantes, a través del mundo quienes han ascendido a una vida mejor.

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¡Que Dios los bendiga!

Acerca de este libro

5G Technologies es una visión y definición de la Tecnología 5G es introducida, así como varias técnicas clave que permiten la Tecnología 5G.

Este libro provee un panorama de las características clave de la quinta Generación (5G) de redes móviles, discutiendo la motivación para 5G, arquitectura, implementación, modelos de referencia, retos en el desarrollo de esta nueva tecnología. Este libro provee una vista dentro de las áreas clave de desarrollo que definirán este nuevo sistema tecnológico, preparando la ruta a través de investigación futura y desarrollo. Este libro pretende cubrir el panorama 5G, incluyendo Internet Futuro, computación en nube, celdas pequeñas y redes auto-organizadas (SONs), comunicaciones cooperativas, y radio cognitivo, convergencia radio difusión-banda ancha, retos de seguridad 5G.

Facilidades clave:

• Aborda los fundamentales de redes móviles 5G, sirviendo como una guía de estudio para investigadores e ingenieros de sistemas móviles con el objetivo de posicionar su investigación en este escenario de rápida evolución.

• Desarrolla la historia de celdas pequeñas junto con la nueva generación de sistemas SON (redes auto-organizadas) como soluciones para dirigir la demanda de tráfico sin precedente y variaciones a través de celdas.

• Explica la tecnología de Nube Móvil y Servicios par plataformas futuras de comunicación.

• Discute los temas abiertos encarando la implementación a escala comercial amplia de redes de espacio blanco, incluyendo el potencial para aplicaciones hacia el estándar futuro de 5G.

• Describe los componentes clave, tendencias y retos, así como los requerimientos de sistemas para transceivers de 5G a radios de soporte multi estándar, una fuente de inspiración por los ingenieros de RF.

Este libro serviría como una guía ideal para B.E., B.Tech., B.S., B.Sc, B.C.A., estudiantes universitarios de Ciencia de Computación e Ingeniería, Tecnología de Información, Ingeniería de Electrónica y Comunicaciones que deseen obtener conocimiento de la Tecnología 5G. Estudiantes que cursan posgrado en Ciencia e Ingeniería, M.E., M.Tech., M.S., M.Sc., M.C.A., encontrarán este libro útil para sus proyectos relacionados a la tecnología 5G. Académicos de Investigación trabajando en las áreas de Tecnología 5G, Computación de Avanzada e Internet de las Cosas encontrarán este libro como una guía de referencia práctica para su M.Phil., Ph.D. D.Sc., y otros trabajos de investigación post-doctoral. Ingenieros de Hardware y Software trabajando en IT e ITES sector, específicamente en Tecnología 4G/5G y dominios de IoT, encontrarían este libro como un recurso útil.

Como una palabra de conclusión, yo creo que el lector encontrará este libro como una guía útil y fuente valuable de información acerca de los principios de la Tecnología 5G.

Yo espero que proveerá claridad acerca de 5G y ¡estaré buscando a través de tu retroalimentación y comentarios! – los autores – estarían felices de obtener tu retroalimentación y comentarios.

Contenido

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Capítulo 1 - Introducción a 5G

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Porque 5G

Uno de los principales beneficios de la tecnología 5G sobre la 4G no será su velocidad o entrega – la cual ciertamente podría estar entre 10Gbps y 100Gbps – pero la latencia. Al presente, 4G es capaz entre 40ms y 60ms, lo cual es baja latencia, pero no suficiente para proveer una respuesta en tiempo real. Los juegos de multijugador, por ejemplo, requieren una latencia menor que eso cuando oprimes un botón, el server remoto responde instantáneamente.

Otro ejemplo nos fue dado por EE’s Sutton, quien dijo que la prospectiva 5G de ultra-baja-latencia podría estar en el rango entre 1ms y 10ms. Esto permitiría, él dice, que un espectador en un estadio de football observar una transmisión directa de un ángulo de cámara alternativa de la acción que corresponde a un pitcheo sin demora percibible

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La capacidad es un factor importante también. Con la Internet de las Cosas volviéndose más y más importante con el tiempo, donde los aparatos y objetos emplean características inteligentes conectadas, que ellos nunca habían tenido antes, el esfuerzo en el ancho de banda continuará creciendo

Será más adaptativo a las necesidades y demandas de los usuarios y, por lo tanto, ser capaz de asignar más o menos ancho de banda basado en la aplicación.

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Figura 1: El fututo de 5g (Dibujo propio)

La Internet de las Cosas

Para el año de 2020, se predice por analistas que cada persona en la UK poseerá y utilizará 27 dispositivos conectados a Internet. Habrá 50 billones de dispositivos conectados en todo el mundo. Esto puede ser un rango de tecnología existente, como teléfonos inteligentes, tabletas y relojes inteligentes, a refrigeradores, automóviles, especificaciones de realidad aumentada e incluso ropas inteligentes. Algunos de éstos requerirán datos significativos a ser desplazados de ida y regreso, mientras que otros podrían solo requerir paquetes pequeños de información enviada y recibida. El sistema 5G en sí mismo, entenderá y reconocerá esto, y asignará el ancho de banda respectivo, por lo tanto, no pondrá tensión innecesaria en puntos de conexión individuales.

El trabajo ha comenzado ya por la implementación de 4G, pero se volverá incluso más vital al futuro de 5G. Como parte de una red heterogénea, los puntos, o celdas, serán utilizados para LTE-A, y la tecnología será incrementada y refinada para adaptarse a 5G también. Las celdas automáticamente platicarán con cada dispositivo para proveer un mejor y más eficiente servicio sin importar donde está el usuario.

Celdas más grandes serán utilizadas de la misma manera que lo son ahora, con cobertura amplia, pero en áreas urbanas, por ejemplo, también serán cubiertas por múltiples celdas pequeñas, colocadas en postes, o en techos de tiendas y casas, e inclusive dentro de ladrillos en edificios nuevos. Cada uno de éstos asegurará que la conexión será regulada y aparentemente estándar en todos los ámbitos.

Los algoritmos incluso conocerán que tan rápido un dispositivo está viajando, de tal forma que puede adaptarse a qué celda es conectada. Por ejemplo, un automóvil conectado podría requerir una conexión a una macro celda, como una red amplia de mástil, con el propósito de mantener su conexión sin tener que re-establecer continuamente a través de la distancia, mientras que un teléfono inteligente personal puede conectarse a una celda más pequeña con menos área de cobertura, ya que la siguiente celda puede ser tomada fácil y automáticamente con suficiente tiempo para prevenir que lo note el usuario.

Video transmisión 4K

La capacidad también será importante para el futuro de la video transmisión. Para 2030, EE predice que el 76 por ciento del tráfico de datos será utilizado para transmisión de video. Y una cantidad grande de eso será a 4K o incluso a 8K de resoluciones.

Las velocidades de datos de 4G pueden hacer frente con eso – y se espera que una conexión de 14 Mbps debería también hacer frente con video transmisión, 18Mbps para 8K – pero si cada quien fuera a hacer eso al mismo tiempo, como sugieren las estadísticas, la red tendría dificultad para satisfacer la demanda.

Otros, sectores de no-consumidores también serán mejor atendidos con 5G, pero como la propia EE admite, algunas de las aplicaciones de baja latencia, red de alta capacidad, aún no se han pensado. Necesitas la tecnología para saber qué hacer con ella.

Y finalmente, otro beneficio mayor de la tecnología 5G, es que esos estándares y que bandas de espectro será reservado para su implementación tendrá que ser acordada globalmente, por miembros durante las conferencias de Radio Comunicación Mundial. Tú teléfono 5G en la UK, por ejemplo, trabajará en el mismo sistema exacto y espectro de banda en US, Sur Corea o cualquier otro lugar.

Bien, esa es la