La red sub-6GHz ya está completamente desplegada, ¿por qué China sigue desarrollando la tecnología 5G de onda milimétrica?

Las bandas de frecuencia de la red 5G global se dividen principalmente en la banda de frecuencia Sub-6GHz y la banda de frecuencia de onda milimétrica (mmWave). La red 5G de onda milimétrica y la red Sub-6GHz no son antagónicas, donde "solo se puede elegir una de las dos", sino complementarias, donde "se puede tener lo mejor de ambos mundos". La elección de cada país sobre qué ruta técnica seguir primero depende en gran medida de sus propias condiciones nacionales. Tras la consolidación de la red 5G Sub-6GHz en China, también se ha incluido en la agenda la construcción de redes 5G de onda milimétrica.

En marzo de 2020, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información emitió el "Aviso sobre la promoción del desarrollo acelerado de la tecnología 5G". Dicho aviso indicaba claramente que "el plan de uso de frecuencias para algunas bandas de ondas milimétricas 5G se publicará oportunamente, y se organizarán pruebas de rendimiento y de equipos de ondas milimétricas para preparar el uso comercial de la tecnología 5G de ondas milimétricas". El 30 de abril de 2021, el Ministerio de Industria y Tecnología de la Información publicó el borrador para comentarios del "Plan de acción 'Sail' para la aplicación de la tecnología 5G (2021-2023)" (en adelante, el "Borrador"). El Borrador propone que para 2023, la tasa de penetración de usuarios individuales de 5G en el país supere el 40%, y el número de usuarios supere los 560 millones. Asimismo, el borrador propone que "el plan de frecuencias de ondas milimétricas 5G se publique oportunamente y se explore un sistema de licitación para las licencias de frecuencias de ondas milimétricas 5G". Esto también significa que, una vez que la red 5G Sub-6GHz esté completamente desplegada en China, la construcción de la red 5G de onda milimétrica en el país está a punto de comenzar. Además, Tian Yulong, ingeniero jefe del Ministerio de Industria y Tecnología de la Información, enfatizó en una conferencia de prensa de la Oficina de Información del Consejo de Estado en marzo, al hablar sobre el fomento del desarrollo de alta calidad de la industria de la información y las comunicaciones, que "la construcción de la red 5G se impulsará de manera ordenada y el despliegue de la red 6G se acelerará".

Las ondas milimétricas 5G y Sub-6GHz son complementarias.

Las ondas milimétricas son ondas electromagnéticas con longitudes de onda de 1 mm a 10 mm y frecuencias de 30 GHz a 300 GHz. En el ámbito de las comunicaciones móviles, las ondas electromagnéticas con frecuencias comprendidas entre 24 GHz y 100 GHz se denominan habitualmente ondas milimétricas.

La Conferencia Mundial de Radiocomunicaciones (CMR-19) de la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT) de 2019 determinó que las bandas de frecuencia de ondas milimétricas comprendidas entre 24 GHz y 86 GHz se utilizarán para las Comunicaciones Móviles Internacionales (CMI). Entre ellas, las bandas de frecuencia de 24.25-27.5 GHz, 37-43.5 GHz y 66-71 GHz son las bandas de frecuencia CMI integradas a nivel mundial.

En comparación con el sistema 5G de sub-6 GHz (banda de frecuencia inferior a 6 GHz), la comunicación 5G de ondas milimétricas ofrece un ancho de banda ultra amplio, que abarca desde 24 GHz hasta 100 GHz. Esto le confiere ventajas únicas, como mayor velocidad, menor latencia y una configuración de interfaz aérea flexible y adaptable. De esta forma, puede satisfacer eficazmente las necesidades de las futuras comunicaciones inalámbricas en cuanto a capacidad del sistema, velocidad de transmisión y aplicaciones diferenciadas.

Por ejemplo, en términos de velocidad de transmisión, el último análisis de Ookla, basado en una gran cantidad de datos medidos de su aplicación Speedtest, muestra que la banda de frecuencia de ondas milimétricas 5G puede alcanzar 16 veces la velocidad de la banda de frecuencia Sub-6GHz.

En segundo lugar, la tecnología 5G utiliza subportadoras y ranuras de tiempo para transmitir datos. Las ondas milimétricas se caracterizan por su alto ancho de banda, amplios intervalos entre subportadoras y pequeñas ranuras de tiempo. Esto también hace que la latencia de las ondas milimétricas 5G sea aproximadamente un 25 % menor que la de la banda de frecuencia sub-6 GHz. Asimismo, gracias a su mayor ancho de banda disponible y velocidades de transmisión más altas, las ondas milimétricas ofrecen una mayor capacidad para cubrir una gama más amplia de accesos de terminales.

Además, la mayor velocidad de descarga de la tecnología 5G de ondas milimétricas permite una multiplexación espacial densa a la vez que reduce las interferencias, lo que ayuda a solucionar el problema de la congestión que se produce cuando un gran número de usuarios acceden a Internet simultáneamente en una misma zona. Resulta especialmente adecuada para aplicaciones en entornos densamente poblados, como estaciones, aeropuertos y estadios.

En campos de aplicación industrial relacionados, como la transmisión en directo de vídeo de ultra alta definición, la vigilancia de seguridad, la telemedicina y algunas aplicaciones industriales, donde existen altos requisitos de velocidad de subida y baja latencia, las características de gran velocidad de subida y menor latencia de la tecnología 5G de ondas milimétricas pueden satisfacer mejor estas necesidades.

Cabe destacar que la red 5G de ondas milimétricas permite la autoconexión de retorno sin necesidad de conectar la red de fibra óptica con la red central. Las redes 5G basadas en la banda Sub-6GHz aún dependen de soluciones tradicionales de conexión de retorno por fibra óptica; es decir, cada estación base 5G debe conectarse a la red central mediante fibra óptica, lo que incrementa los costos de despliegue. La tecnología IAB (Acceso y Conexión de Retorno Integrados) de ondas milimétricas 5G permite que las estaciones base 5G utilicen otras estaciones base 5G de ondas milimétricas como nodos repetidores y, finalmente, conecten la red central mediante transmisión inalámbrica a través de funciones de múltiples saltos, lo que reduce considerablemente los costos de despliegue. Esto también posibilita un despliegue más denso y rentable para las estaciones base 5G de ondas milimétricas.

Además, la tecnología de ondas milimétricas también se puede utilizar en la comunicación vehículo a todo (V2X) 5G para proporcionar servicios de posicionamiento que superan con creces la precisión del GPS y el LTE (la precisión puede alcanzar niveles inferiores al metro).

Ma Hongbing, director general del Departamento de Innovación Tecnológica de China Unicom, declaró: "Al combinar la tecnología de ondas milimétricas 5G con las tecnologías MEC e IA, las ondas milimétricas pueden proporcionar servicios de red privada personalizados para los clientes objetivo y pueden utilizarse ampliamente en escenarios como fábricas inteligentes, parques inteligentes y terminales inteligentes".

Si bien las ondas milimétricas ofrecen ventajas en velocidad y latencia en comparación con la banda de frecuencia Sub-6GHz, también presentan limitaciones. Por ejemplo, las señales se atenúan fácilmente, tienen poca penetración y se bloquean con facilidad. Aunque actualmente existen tecnologías como la formación y el seguimiento de haces que pueden solucionar estos problemas, la banda de frecuencia Sub-6GHz sigue ofreciendo mayores ventajas en términos de cobertura y coste de despliegue.

En definitiva, el despliegue de redes 5G de ondas milimétricas y de sub-6 GHz no compite ni se reemplaza, sino que se complementa. El uso de sub-6 GHz permite una amplia cobertura 5G, mientras que los sistemas de ondas milimétricas proporcionan cobertura en espacios interiores (eventos deportivos, conciertos, grandes conferencias), centros de transporte (estaciones de metro, estaciones de tren de alta velocidad) y oficinas, así como cobertura en exteriores para puntos de acceso Wi-Fi, acceso inalámbrico de banda ancha, etc. El despliegue coordinado de ondas milimétricas y sub-6 GHz permite una combinación óptima de gran capacidad y amplia cobertura.

Los preparativos preliminares para el despliegue de la red 5G de ondas milimétricas en China ya han comenzado y están progresando sin contratiempos.

Si la red Sub-6GHz resuelve el problema de cobertura 5G, entonces la red de ondas milimétricas 5G podrá maximizar las ventajas de 5G, liberando así un mayor valor.

Meng Pu, presidente de Qualcomm China, también afirmó: "Para alcanzar los objetivos de diseño originales de 5G, es necesario utilizar todos los recursos del espectro. Las bandas de frecuencia media y baja de Sub-6GHz permiten lograr un equilibrio entre cobertura, capacidad y rendimiento, mientras que las ondas milimétricas de alta frecuencia por encima de 24GHz ofrecen el máximo rendimiento y capacidad de 5G, brindando una experiencia de conexión inalámbrica de próxima generación a numerosos escenarios e industrias, así como comunicaciones móviles ultraconfiables y de baja latencia a sectores verticales como el Internet industrial".

Según el "Libro Blanco sobre la Tecnología de Ondas Milimétricas 5G" publicado por la GSMA en septiembre del año pasado, se prevé que la tecnología de ondas milimétricas 5G contribuirá con 565 mil millones de dólares al PIB mundial para 2035. De estos, los beneficios económicos derivados directamente del uso de las bandas de frecuencia de ondas milimétricas 5G en China alcanzarán aproximadamente los 104 mil millones de dólares antes de 2034.

Actualmente, Estados Unidos, Japón, Europa y el sudeste asiático han puesto en marcha despliegues de tecnología 5G de ondas milimétricas. Según datos publicados por la GSA en marzo de este año, más de 150 operadores de todo el mundo están invirtiendo en esta tecnología.

Según el plan de pruebas de ondas milimétricas 5G del Grupo de Promoción IMT-2020 (5G) de China, las pruebas de ondas milimétricas comenzaron en 2019 para verificar las tecnologías clave y las características del sistema de ondas milimétricas 5G. A partir de 2020, se verificarán con mayor detalle las funciones, el rendimiento y la interoperabilidad de las estaciones base y terminales de ondas milimétricas, y se llevará a cabo la verificación de redes colaborativas de alta y baja frecuencia. Al mismo tiempo, el Grupo de Promoción IMT-2020 (5G) de China también realizó la verificación de escenarios típicos de manera oportuna.

En octubre de 2019, bajo la organización del Grupo de Promoción IMT-2020 (5G), ZTE y Qualcomm lograron la primera prueba de interoperabilidad (IoDT) de ondas milimétricas 5G basada en teléfonos inteligentes en China. Dos meses después de que se aclarara el nuevo método de prueba MIMO OTA de ondas milimétricas en la versión 3GPP Rel-16 publicada a principios de julio de 2020, a finales de septiembre, bajo la organización del Grupo de Promoción IMT-2020 (5G), Qualcomm tomó la delantera al completar la prueba de rendimiento de ondas milimétricas basada en el método de prueba MIMO OTA 3GPP Rel-16 en el laboratorio MTNet de la Academia de Tecnología de la Información y las Comunicaciones. En este punto, Qualcomm se convirtió en el primer fabricante de chips en China en participar y superar las diez pruebas de radiofrecuencia de ondas milimétricas 5G de 26 GHz.

Mientras que las pruebas de ondas milimétricas avanzan de manera ordenada, las características de los chips se optimizan constantemente para satisfacer las necesidades de despliegue de ondas milimétricas en China. El 19 de mayo de 2021, Qualcomm anunció el lanzamiento de funciones mejoradas específicamente para el Snapdragon X65, el primer módem 5G de 10 Gbps y sistema de radiofrecuencia del mundo, lanzado en febrero: admite un ancho de banda de 200 MHz y el modo SA de ondas milimétricas, cumpliendo así los requisitos clave para el despliegue de la red de ondas milimétricas en China.

En vista de los escenarios de aplicación industrial donde las ondas milimétricas demostrarán su potencial, los fabricantes de la industria china de ondas milimétricas, tanto de la cadena de suministro como de la distribución, están realizando esfuerzos. El 21 de mayo de 2021, bajo la dirección técnica del Grupo de Promoción IMT-2020 (5G) y China Unicom, ZTE, China Unicom, Qualcomm y TVU Networks completaron con éxito la primera demostración mundial de un servicio de enlace de retorno de vídeo 8K con ondas milimétricas 5G basado en una estructura de trama de enlace ascendente de gran tamaño en la banda de frecuencia de 26 GHz (n258) en un entorno de laboratorio.

En esta demostración, ZTE proporcionó una estación base 5G de ondas milimétricas. El enrutador de agregación de múltiples redes 5G de TVU Networks proporcionó una conexión 5G de ondas milimétricas a través de un terminal de prueba tipo CPE equipado con el módem y el sistema de radiofrecuencia Qualcomm Snapdragon X55 5G y el módulo de antena de ondas milimétricas Qualcomm QTM527. El contenido de video 8K capturado en tiempo real se transmitió de forma estable a través del enlace ascendente de ondas milimétricas 5G y finalmente se recibió correctamente en el extremo receptor para su reproducción.

Según el plan de pruebas de ondas milimétricas 5G del Grupo de Promoción IMT-2020 (5G), la estructura de trama de enlace ascendente de gran tamaño para ondas milimétricas se promoverá en 2021 para admitir escenarios de aplicación diferenciados. El backhaul en tiempo real de vídeo de ultra alta definición, especialmente vídeo 8K, impone requisitos muy altos al ancho de banda de enlace ascendente de la red móvil. La estructura de trama DSUUU utilizada en esta demostración triplica la velocidad máxima de enlace ascendente de la tecnología de ondas milimétricas existente al asignar más ranuras de tiempo al enlace ascendente. La demostración verificó las capacidades de enlace ascendente superior de las ondas milimétricas 5G, lo que es de gran importancia para satisfacer los grandes requisitos de ancho de banda de enlace ascendente de muchas aplicaciones de la industria 5G en el futuro.

Cabe destacar que, durante la feria MWC Shanghai 2021, el área de exhibición de ondas milimétricas 5G, organizada por China Unicom y GSMA y con el apoyo de Qualcomm, mostró de forma integral aplicaciones y terminales 5G de ondas milimétricas de 39 empresas líderes del sector. Los terminales 5G de ondas milimétricas de diversos proveedores expuestos abarcaban módulos, teléfonos móviles, CPE, PC, equipos de realidad aumentada (RA) y realidad extendida (RX), mochilas para retransmisiones en directo, robots y otras categorías muy variadas.

Los diversos escenarios de aplicación compatibles con la tecnología de ondas milimétricas 5G que se muestran incluyen: experiencia competitiva para atletas, estación de esquí inteligente de realidad mixta 5G, transmisión de video 8K, servicio de eventos con vista completa 5G y transmisión en vivo de eventos con vista libre, experiencia panorámica de ondas milimétricas 5G, etc. La solución de transmisión en vivo multivista 5G basada en ondas milimétricas captura directamente el campo exterior del Centro Internacional de Esquí de Fondo de Zhangjiakou. Los UAV, las cámaras montadas en la cabeza y las cámaras fotográficas profesionales se comunican con la estación base a través de redes inalámbricas, y las posturas heroicas de los atletas en el Centro Nacional de Esquí de Fondo se transmiten en tiempo real desde múltiples ángulos, logrando una transmisión en vivo multiángulo del campo y brindando una variedad de experiencias visuales para los espectadores. China Unicom es actualmente el único socio oficial de servicios de comunicaciones de los Juegos Olímpicos de Invierno de Beijing 2022. La madurez de los terminales y aplicaciones relacionados con las ondas milimétricas 5G ayudará a brindar mejores servicios 5G utilizando la tecnología de ondas milimétricas en los Juegos Olímpicos de Invierno de Beijing 2022.

La tecnología de ondas milimétricas 5G continúa evolucionando y puede convertirse en un componente importante de la 6G.

La tecnología de ondas milimétricas sigue evolucionando. Por ejemplo, la tecnología de acceso integrado y enlace de retorno (IAB) mencionada anteriormente; también existe tecnología de posicionamiento de banda ancha que puede admitir un posicionamiento preciso de terminales; soporte de espectro extendido: admite bandas de frecuencia superiores a 52.6 GHz y espectro libre de licencia para operación auxiliar e independiente con licencia; gestión de haz mejorada: a través de la optimización de haz completo y el soporte de haz de panel de múltiples antenas, mejora la latencia, la robustez y el rendimiento; optimización de conexión dual: reduce la latencia de acceso inicial del terminal y mejora la cobertura al conectar varios nodos; funciones de ahorro de energía: mejora el consumo de energía al maximizar la inactividad del terminal para admitir una retroalimentación de enlace más rápida.

La continua evolución de las tecnologías de ondas milimétricas 5G brindará nuevas oportunidades en términos de funcionalidad, eficiencia, espectro y despliegue. Además, se espera que la tecnología de ondas milimétricas 5G se convierta en un componente importante de la próxima generación de tecnología 6G.

Según el informe técnico sobre 6G titulado "Experiencia hiperconectada de próxima generación", publicado por Samsung el año pasado, la velocidad máxima de 6G alcanzará los 1000 Gbps y la latencia será de tan solo 100 µs. Su implementación y comercialización podrían comenzar en 2028, y su comercialización a gran escala podría lograrse alrededor de 2030. En cuanto a estos indicadores clave y plazos, otros fabricantes de equipos de comunicación comparten básicamente la misma visión.

Samsung también propuso tecnologías candidatas que podrían utilizarse en el estándar 6G, como la banda de frecuencia de terahercios (THz), una nueva tecnología de antenas para mejorar la cobertura de la señal de alta frecuencia, tecnología dúplex avanzada, el desarrollo de la topología de red y el uso compartido del espectro para mejorar la utilización de la red y potenciar la aplicación de la IA.

El libro blanco "6G: Sin límites, con IA", publicado por UNISOC, considera que las tecnologías centrales de 6G se diversificarán, y que las comunicaciones de terahercios, las comunicaciones de luz visible, la modulación y decodificación avanzadas y la transmisión colaborativa satélite-tierra podrían convertirse en tecnologías centrales de 6G.

Qualcomm hizo hincapié en la innovación de tecnologías relacionadas, como el diseño basado en datos de IA/ML, dúplex completo, ondas milimétricas de alta frecuencia, posicionamiento mejorado, banda de terahercios, interfaz inteligente, red verde, detección por radiofrecuencia, nueva topología, desacoplamiento extremo, búsqueda de estructura de red neuronal en la nube, comunicación ultrasegura, nuevo paradigma de compartición, etc.

Se observa que muchos fabricantes creen que la tecnología de comunicación de terahercios será una de las tecnologías clave para las comunicaciones 6G. La banda de frecuencia de terahercios generalmente se refiere a la banda de frecuencia de 300 GHz a 10 000 GHz, y las ondas electromagnéticas alrededor de 300 GHz también pueden considerarse ondas milimétricas en la banda de frecuencia más alta. Solo dominando la tecnología de comunicación de ondas milimétricas podremos tener la oportunidad de lograr avances significativos en la tecnología de comunicación de terahercios.

A mediados de 2020, Yang Tao, vicepresidente del Departamento de Negocios de Operadores de Huawei en China, reveló públicamente que Huawei ya participa en trabajos de investigación preliminar relacionados con la tecnología 6G. La tecnología 6G que se ha investigado utiliza principalmente bandas de ondas milimétricas y se encuentra en la etapa de análisis de escenarios y búsqueda de tecnología.

Cabe mencionar que, a finales de 2019, el Laboratorio de Tecnología de Equipos del Grupo NTT de Japón desarrolló un chip 6G de ultra alta velocidad fabricado con un semiconductor compuesto de fosfuro de indio (InP) y realizó experimentos de transmisión inalámbrica de alta velocidad en la banda de frecuencia de 300 GHz. Al utilizar la modulación 16QAM, puede alcanzar una velocidad de transmisión inalámbrica de hasta 100 Gbps. Si se utiliza una combinación de tecnologías de multiplexación espacial como MIMO y OAM, se espera lograr una transmisión inalámbrica de gran capacidad que supere los 400 Gbps, lo que ya se acerca al requisito de velocidad máxima de 6G.

Además, la tecnología 6G permitirá crear una red de comunicación integrada de alta velocidad en el aire, la atmósfera, la tierra y el mar, y la banda de frecuencia de ondas milimétricas será la opción preferida para los enlaces entre satélites, los enlaces de usuario para la cobertura descendente por satélite y los enlaces de alimentación desde los satélites a las estaciones terrestres.

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