Desafío 5G: Conectividad Post Covid-19, diseño y densidad de las redes de fibra óptica

Por Leandro Chalarca, Líder de Ingeniería de productos y aplicaciones para región Andina, Centroamérica y el Caribe de Furukawa Electric

Tras la pandemia del Covid-19, el tráfico de datos a nivel mundial aumentó en promedio 30 % debido al cambio en el hábito de consumo de internet, principalmente por el incremento del uso de plataformas de entretenimiento y gaming online (Netflix, Amazon Prime, Youtube, etc.) y aplicaciones para el teletrabajo o teleducación (Microsoft Teams, Zoom,Google Meet, entre otras). 

Actualmente, tras algunas medidas de flexibilización de la cuarentena, el tráfico ha tenido una tendencia a la baja, aunque aún mantiene un porcentaje alto en todas las regiones y por ahora no hay indicios para retornar a los niveles de tráfico pre-pandemia debido a que el mundo ha cambiado.

Esta demanda de la nueva realidad generó que muchos proveedores de servicios tuvieran que repensar el camino tecnológico para expandir la capacidad de las redes de una forma eficiente. Por otro lado, también se observa que han crecido las conexiones de redes móviles (especialmente 4G), manteniendo la tendencia de los últimos años.

Los principales pronósticos de la industria estiman que a partir del año 2022 habrá un crecimiento considerable en la cantidad de los dispositivos conectados a internet, y muchos de estos a través de 5G, lo cual demandará muchísimo tráfico de conectividad (hasta 500Mbps de tráfico pico por usuario, fuente: Cisco Annual Report 2018-2023), para soportar nuevas aplicaciones eMB-Enhanced Mobile Broadband (video 3D/UHD, gaming, etc). 

En el mismo sentido, la red 5G podrá abrir un panorama para monetizar nuevos servicios y aplicaciones como URLLC-Ultra Reliable and Low Latency Comunications (vehículos autónomos, misión crítica de salud, automatización industrial, entre otros) y MMTC-Massive Machine Type Communications (habilitador para IoT y M2M principalmente valioso para smart city); y todos estos generando valor y nuevas oportunidades de negocios para las verticales de movilidad, servicios en la nube, manufactura, retail,  salud, energía, gobierno, agricultura, logística y transporte, según la International Telecommunications Union (ITU).

5G y el diseño de Redes

El 5G va a generar mucha presión en la forma en la que se diseñan y transportan datos sobre las redes. Para el despliegue de 2G, 3G y 4G típicamente utiliza una arquitectura de RAN (Radio Access Network) distribuida , en donde generalmente la BBU (Base Band Unit) emplea interfaces de 1GE o 10GE hacia el backhaul y a su vez alimenta a las antenas (RRH-Remote Radio Head) que están ubicadas en el mismo sitio o en un lugar cercano.

Posteriormente se evolucionó hacia arquitectura de RAN centralizada (4G), en donde ya se instalan las BBU en un central office o data center, y desde allí conecta hacia las antenas (RRH) a través de interfaces CPRI u OBSAI (aplicable al fronthaul).

Asimismo, 5G plantea varias estrategias y metodologías de arquitectura RAN (distribuida, centralizada, cloud centralizada), cada una de ellas con sus ventajas y desventajas asociados a temas de costos, latencia y ancho de banda requerido, lo cual genera un nuevo reto para el xhaul (fronthaul, midhaul, backhaul) del sistema; 5G redefine la forma en que se realiza el transporte de datos. 

Otro factor determinante es que 5G va a generar la densificación de antenas móviles, dada a la utilización de mayor cantidad macro celdas y micro celdas, lo que obligará a conectarlas principalmente mediante fibra óptica para soportar el alto ancho de banda y baja latencia esperada. 

Fibra Óptica y Espectro

La densificación de la fibra óptica se da a raíz de la exigencia de mayor cantidad de antenas, debido al alto tráfico esperado y a la utilización de bandas de frecuencia medias o altas que limitan la cobertura de cada antena. En general, hay una correlación directa entre la banda de frecuencia y la velocidad de transmisión (a mayor frecuencia más velocidad de transmisión) y una relación inversa entre la banda de frecuencia y cobertura (a mayor frecuencia menor radio de cobertura de la celda). Se plantea que el 5G va a tener una parte de las antenas en la banda media entre los 3GHz y 6GHz y otra parte en la banda alta >30GHz (para aplicaciones de ultra banda ancha). 

En este sentido, se podría decir que los desafíos que plantea la red 5G es cumplir con los siguientes requerimientos:

• Ultra alto ancho de banda y escalabilidad (eMB), para servicios que demanden mucha velocidad de transmisión.
• Ultra baja latencia (URLLC) para aplicaciones sensibles al retardo.
• Capacidad para soportar la conexión de múltiples dispositivos (MMTC), especialmente útil para el despliegue de IoT y Smart Cities.
• Amplio alcance y cobertura del xhaul para conectar las nuevas celdas.
• Capacidad de procesamiento.
• Inmunidad electromagnética del medio físico de la red de transporte del xhaul para garantizar confiabilidad.
• CAPEX al mínimo posible.

Es claro que los operadores deberán invertir en una red de fibra óptica lo suficientemente densa y robusta para cumplir las expectativas y requerimientos de 5G, pero a un costo razonable. Desde el punto de vista técnico, es necesario utilizar sistemas WDM o PON que ayuden a optimizar la infraestructura óptica para que ayuden a reducir el CAPEX y OPEX. Por otro lado, es indispensable buscar nuevas alternativas para monetizar las inversiones en las redes de fibra. Una de las opciones es planear y construir una red óptica multiservicios convergente para soportar FTTH, ITS (Intelligent Transport System), Smart City, Smart Grid, 4G/5G, Carrier Ethernet, entre otros, que contribuya a la maximización de los ingresos y a mejorar el ROI de los operadores y así evitar reinversiones futuras.