5G: La búsqueda insaciable de la ubicuidad en las comunicaciones

Dr. David M. Gutierrez Estevez

Si algo nos caracteriza como humanos es nuestra capacidad de comunicación, muy avanzada con respecto al resto de especies. El lenguaje nos sirvió inicialmente a los humanos para comunicarnos con precisión con nuestro entorno físicamente próximo, y esa limitada capacidad fue avanzando lentamente a lo largo de la historia con invenciones revolucionarias como el telégrafo o el teléfono. Poco sospechaba James Clerk Maxwell, padre científico de la propagación electromagnética, que sus famosas ecuaciones descritas en el siglo XVIII serían la base fundamental sobre la que se asentaría el trabajo de miles de ingenieros de telecomunicación que un par de siglos después inventarían algo de tanto impacto en la sociedad como las comunicaciones celulares móviles. Porque lo cierto es que hoy en día, hablar de comunicaciones móviles en el mundo desarrollado es, en cierta manera, similar a hablar de cualquier suministro básico como el agua o la electricidad. Pero, ¿quién se imagina una vida profesional o personal sin capacidad de contacto inmediato con sus contactos o sin acceso móvil a internet? Es curioso porque, aunque incluso difícil de imaginar para muchas situaciones, estar cerca de conseguir esta ansiada ubicuidad en las comunicaciones es un logro muy reciente de nuestra sociedad, como la joven historia de este campo demuestra.

Y es que la historia de las comunicaciones celulares móviles comenzó solo a principios de los años ‘80 con la primera generación de telefonía móvil, o “1G”, aunque el nombre surgió a posteriori ya que en sus inicios nadie predecía cuantas generaciones le seguirían. Se caracterizaba por usar comunicaciones analógicas, donde las señales se capturaban, procesaban y emitían completamente en el dominio analógico, lo que suponía un uso muy ineficiente del espectro electromagnético. También esta es la razón por la que las antenas tenían que ser grandes y los móviles demasiado voluminosos para generar atracción comercial. Todo cambió radicalmente con la segunda generación de telefonía móvil, o 2G, donde la digitalización de las comunicaciones permitió masificar el acceso móvil al espectro electromagnético haciendo un uso repartido del mismo en el tiempo, enviar texto en forma de sms, así como reducir el tamaño de las antenas y los móviles. Y no menos importante fue el abaratamiento del coste, lo que a muchos nos permitió conseguir el primer teléfono móvil. La siguiente generación, 3G, fue también revolucionaria ya que nos permitió por primera vez acceder a internet desde un dispositivo tan pequeño como el móvil, gracias a técnicas mejoradas de acceso al espectro electromagnético y una nueva arquitectura de red. La velocidad de datos alcanzable era sin embargo muy limitada, algo que 4G ha conseguido mejorar notablemente cambiando una vez más el acceso al medio usando OFDMA (Orthogonal Frequency Division Multiple Access), una tecnología avanzada de procesado de señal que permite eliminar la interferencia entre señales en el dominio de la frecuencia. Así pues, se podría decir que es a OFDMA a quien le debemos la capacidad de hacer una videoconferencia o ver un vídeo desde nuestro móvil.

Cinco generaciones de comunicaciones celulares móviles

Y, tras este recorrido introductorio por las generaciones pasadas y presente, llegamos al tema que mantiene tan ocupados actualmente a investigadores en la academia y en la industria, entre los que me incluyo, que tratan de definir y desarrollar 5G, la próxima generación de comunicaciones celulares. Pero, ¿qué es 5G? La realidad es que responder ahora mismo a esta pregunta es un trabajo en progreso y, dependiendo de a quién se pregunte, uno se puede encontrar con definiciones diferentes. A nivel comercial, 5G intentará ser un paradigma de comunicación que no solo nos permita alcanzar velocidades de transmisión altísimas en nuestro móvil, posibilitando nuevas aplicaciones muy exigentes como realidad virtual y aumentada, sino que interconectará otros muchos tipos de objetos como: sensores; máquinas industriales; automóviles; equipamiento biosanitario; etc., abriendo así la puerta a nuevas aplicaciones como el coche autónomo o las operaciones quirúrgicas remotas. A nivel científico, sin duda, el reto principal proviene de la sobresaturación del espectro electromagnético debido a la gran cantidad de tecnologías y dispositivos inalámbricos existentes hoy en día. La solución sobre la que actualmente se investiga es la de aumentar la frecuencia de las transmisiones celulares, llevándolas a una región del espectro donde abundan las bandas de frecuencia disponibles pero que tradicionalmente se ha considerado terriblemente hostiles para la propagación electromagnética. A estas bandas de frecuencia se les conoce como ondas milimétricas.

Las ondas milimétricas se emiten a frecuencias de entre 30 y 300 GHz, lo que supone una frecuencia altísima comparada con las bandas de frecuencias menores de 6GHz a las que tradicionalmente se han emitido las comunicaciones celulares móviles. Hasta ahora, solo las comunicaciones usadas en satélites y radares, que disponen de un hardware mucho más específico y costoso que los móviles, emitían a estas frecuencias tan altas. Además de la atenuación que sufren las ondas en el espacio libre, proporcional a la frecuencia, la mayor complicación que supone comunicarse a estas frecuencias reside en el tipo de entorno en el que habitualmente nos encontramos, ya que edificios, objetos, personas, follaje o simplemente lluvia atenúan y difractan gravemente las ondas milimétricas, haciendo la transmisión mucho menos efectiva. Sin embargo, ya se están desarrollando posibles soluciones ingenieriles a este problema científico, entre las que se puede destacar la utilización de un mayor número de regiones de cobertura pero dimensiones mucho más pequeñas que en generaciones anteriores, o la agrupación de una gran cantidad de antenas ocupando un espacio físico muy pequeño, cuyas dimensiones pueden reducirse espectacularmente gracias precisamente a las altas frecuencias de la transmisión.

En conclusión, 5G se posiciona hoy en día como una tecnología que, a pesar de los retos científicos, tecnológicos e industriales que presenta, nadie duda acabará llegando tarde o temprano a nuestras vidas. Con ello se conseguirá hacer aún más real el sueño de una capacidad de comunicación verdaderamente ubicua, en cualquier momento, desde y hasta cualquier lugar, un objetivo que ha formado inherentemente parte del ser humano desde el inicio de su historia.

Por Dr. David M. Gutierrez Estévez, Investigador Senior, Samsung Electronics R&D Institute UK. SRUK Delegación de Londres

Más información: 

Everything you need to know about 5G – IEEE Spectrum

Wireless: the next generation – The Economist

Samsung 5G vision

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