Un número insuperable de dispositivos, ya sea su teléfono inteligente, los auriculares VR o las cámaras de seguridad fuera de su casa, se conectan a las redes de telecomunicaciones de una sola vez. Esto se suma a un rápido aumento en el tráfico de datos a lo largo del tiempo, con mejoras en el ancho de banda que se convierten en la necesidad de la hora. Lo que todos necesitamos son altas velocidades de datos, ¿no es así? Como predice el gigante chino de telecomunicaciones Huawei, el año 2021 será siete veces mayor en el tráfico de datos móviles a nivel mundial en comparación con 2016. Además, agregó que la demanda de datos para una persona alcanzará un promedio de 15 GB por mes en los próximos cinco años. Todavía estamos presenciando el advenimiento de las redes 4G LTE en países como India, pero los operadores de telecomunicaciones de todo el mundo han comenzado a experimentar con tecnologías aún más complejas y sólidas para maximizar la intensidad de la señal, la capacidad del usuario y las velocidades de datos. Están utilizando una tecnología de antena inteligente llamada Massive MIMO (entrada múltiple, salida múltiple) que formará la base de nuestra tecnología celular de quinta generación (5G). Todavía está en etapas incipientes de desarrollo, pero pronto se espera que gane prominencia. Entonces, si se ha estado preguntando qué es el MIMO masivo, aquí tiene todo lo que necesita saber sobre el MIMO masivo:
¿Qué es Massive MIMO y su relación con 5G?
MIMO masivo (entrada múltiple, salida múltiple), también conocido como sistemas de antenas a gran escala, es la columna vertebral de la evolución de la comunicación inalámbrica. Se espera que la tecnología MIMO sea inmensamente beneficiosa para brindar soporte a más usuarios móviles, brindando velocidades más rápidas y servicios de red más confiables a largo plazo.
Actualmente, la mayoría de las infraestructuras de red 4G LTE solo permiten la colocación de 8 antenas (transmisor + receptor) en la estación base, lo que no está demostrando lo suficiente como para satisfacer las crecientes necesidades de los usuarios móviles. Esto proporciona un ancho de banda limitado, que afecta la velocidad de los datos y la cantidad de usuarios que pueden conectarse a esta estación.
Aquí es donde MIMO interviene y le permite utilizar dos o más transmisores y receptores simultáneamente para intercambiar datos a través del mismo canal de radio. La tecnología ya se ha implementado en algunas estaciones de red 4G avanzadas en forma de 4 x 4 MIMO y actualmente también está siendo explorada por algunos operadores en la India.
Pero, la expansión de dicho concepto para acomodar cerca de 100 antenas en un solo arreglo en la estación base (torre celular) es lo que formará la base para las próximas redes 5G. El aumento en el número total de antenas se suma a más transmisores / receptores en un lugar, lo que lleva a un aumento en las posibles rutas de señal y un mejor rendimiento en términos de velocidad de datos y confiabilidad del enlace. El MIMO masivo puede inducir hasta cuatro veces la mejora en las velocidades y varias veces más la expansión de la capacidad de la red.
La colección de sistemas de antenas en una red MIMO masiva no forma haces exactos como globos observados en la mayoría de los sistemas de redes actuales y anteriores. En cambio, la naturaleza ortogonal de las señales emitidas por la colección de antenas forma haces individuales, que se dirigen a una o más estaciones móviles (los usuarios) en un instante. Como Massive MIMO utiliza numerosas tecnologías complejas, la forma más sencilla de explicar el funcionamiento de su sistema de antena es a través del diagrama adjunto.
Esto significa que permite que los operadores puedan atender un conjunto más grande de dispositivos móviles en un área al implementar la tecnología Massive MIMO. Y lo mismo es más escalable ya que los operadores pueden agregar aún más antenas a la configuración actual para aumentar las posibles rutas de señal y mejorar la eficiencia sin obstaculizar el espectro existente.
Beneficios de MIMO masivo sobre redes 4G actuales
Dado que en el sistema Massive MIMO (5G) se utiliza una mayor cantidad de antenas de entrada y salida, ayudará a los operadores de telecomunicaciones a mejorar en gran medida la cobertura y la velocidad de los datos. Esto será posible debido a la alta eficiencia espectral y energética, que aumenta debido a una gran multiplexación, así como a la ganancia combinada de la antena. Estos son los principales beneficios de los sistemas de antena MIMO (M-MIMO) masivos sobre los sistemas 4G actuales:
1. Cobertura mejorada y velocidades más altas
Gracias al uso de la tecnología Massive MIMO, posiblemente combinada con espectros de mayor frecuencia, las compañías de telecomunicaciones podrán satisfacer las necesidades de una mayor variedad de dispositivos en el futuro. No solo esto, la intensidad de la señal en interiores sería extremadamente fuerte y fuera de las listas.
Las capacidades de formación de haz de los sistemas Massive MIMO permitirán a los operadores de telecomunicaciones extender rápidamente la cobertura de alta velocidad a las zonas rurales . Una línea de visión directa funciona bien con frecuencias más altas, lo que proporciona velocidades aún mayores.
El objetivo principal de una actualización también es aumentar la velocidad de los datos y los expertos esperan velocidades mínimas de 1 Gbps, alcanzando hasta 10 Gbps. Esto ya se ha demostrado en algunos experimentos con demostraciones de Gigabit LTE mostradas por el gigante chino de redes ZTE en el CES a principios de este año.
2. Bajos costos de infraestructura y componentes
Dado que la mayoría de los gigantes de las telecomunicaciones globales están actualizando constantemente su infraestructura para admitir ahora las redes 4G de alta velocidad (con velocidades anteriores a 5G), la actualización completa a 5G sería un viaje sin problemas. Los sistemas 4G existentes ya emplean técnicas MIMO que se escalarán cuando una tecnología 5G plausible llegue a buen término.
Los nuevos sistemas de antenas MIMO de Massive no solo tendrán un gran número de antenas, sino que también serán escalables. Será más fácil para los gigantes de las telecomunicaciones agregar nuevas antenas a este sistema para agregar las velocidades existentes y la base de usuarios. Además, la gran cantidad de antenas dará lugar a la formación de una red robusta, que no se verá afectada por una falla individual en su sistema de antena.
3. Soporte para conexiones restringidas en el tiempo
Si bien las redes 5G habilitadas para MIMO proporcionan una cobertura y velocidad de datos mejoradas, reduce el tiempo que tardan las señales en viajar entre el transmisor y el receptor. Esto se conoce como latencia y las próximas redes 5G ayudarán a reducir la misma para facilitar aún más el uso de estas redes para VR / AR, auto-conducción y otros servicios controlados por AI o ML .
Desafíos en el despliegue masivo de antenas MIMO
Si bien los investigadores han estado experimentando con las pruebas de antenas MIMO masivas durante los últimos años, los sistemas que han llegado al mercado aún tienen antenas más pequeñas que las que desean las compañías de telecomunicaciones para la llegada de las redes 5G. Esto se debe a las limitaciones que hemos encontrado en la implementación de la tecnología. Aquí están los desafíos que enfrentan en su despliegue generalizado:
1. Complejidad de procesamiento de señal
Esta es una de las dificultades más importantes que se encuentran en la configuración de las estaciones base Massive MIMO. El aumento en el número de antenas y las frecuencias en una ubicación singular aumenta las posibilidades de interferencia . Sin embargo, este problema puede resolverse mediante la adopción de un espectro más amplio y una tecnología de precisión de cero fallos que reducirá la interferencia del canal entre sitios. Si bien la gran cantidad de antenas aumentará la complejidad en todo el panel, hace que la red sea aún más resistente a las fallas.
2. Disponibilidad limitada de espectro
Como ya habrá escuchado, la distribución de un espectro de frecuencias está controlada por el órgano rector y los operadores de telecomunicaciones deben realizar ofertas para asegurar una sección de ese espectro en particular.
Ahora, el problema básico radica en el hecho de que el espectro de 3GHz que prevalece en los tiempos actuales ya está saturado debido a la sobrecarga de nuevas conexiones de datos. Y está resultando difícil utilizar ondas milimétricas de frecuencia más alta (3 GHz - 300 GHz) para construir estaciones base MIMO masivas, ya que las ondas no penetran en los materiales sólidos y son absorbidas por los árboles o las nubes de lluvia.
Sin embargo, los gigantes de la tecnología y los operadores de telecomunicaciones están trabajando mano a mano para aumentar la ganancia de señal al hacer que las múltiples antenas (MIMO) concentren las señales de radio en un haz direccional estrecho sin aumentar su potencia de transmisión. Samsung R&D y Huawei han tenido éxito en los experimentos, pero estos haces estrechos son extremadamente sensibles a los cambios de alineación.
Investigación y despliegue en curso de redes MIMO masivas
El sistema de red mencionado anteriormente no es un prototipo, pero ya se ha implementado a menor escala en el escenario 4G existente. Huawei ha estado trabajando con operadores de telecomunicaciones locales como China Mobile y SoftBank de Japón durante más de un par de años para experimentar comercialmente sus configuraciones Massive MIMO.
Después de una rigurosa experimentación, SoftBank ahora ha sido nombrado como el operador de telecomunicaciones para debutar su red comercial Massive MIMO hacia finales de 2016 . Otros operadores como China Mobile, Vodafone y T-Mobile también han comenzado a implementar esta tecnología a un conjunto limitado de usuarios en sus respectivos países.
Si la pregunta más importante que le preocupa es: ¿Serán nuestros teléfonos inteligentes actuales compatibles con estas redes MIMO masivas? Entonces, la respuesta directa es mayormente sí . Una gran cantidad de dispositivos existentes pueden aprovechar las redes 4G MIMO, proporcionando velocidades de Gigabit sin ningún problema.
Las primeras implementaciones compatibles con 5G en la India
Si bien numerosos jugadores de telecomunicaciones globales, junto con gigantes de hardware, ya han experimentado con Massive MIMO en sus redes, la India también se ha unido recientemente a la unidad futurista 5G con el despliegue de su primera red de este tipo.
El principal gigante de las telecomunicaciones del país, Airtel, llegó a los titulares cuando anunció que se ha convertido en el único en lograr esta hazaña. El lanzamiento de la primera M-MIMO de la India (tecnología masiva de múltiples entradas y múltiples salidas se inició con Bengaluru y Kolkata. Sin embargo, se espera que la prueba se extienda a otras partes del país en los próximos meses.
Airtel ha implementado la nueva tecnología 5G como parte de su programa de transformación de red en curso llamado Project Leap . Espera que la tecnología MIMO de Massive mejore siete veces la capacidad de la red existente mientras usa el mismo espectro que ya posee. Cree que lo mismo incluso proporcionará dos veces mejores velocidades en su implementación 4G existente.
Además, el gigante chino de redes ZTE ha anunciado que está participando en los experimentos MIMO masivos anteriores a 5G en colaboración con operadores ampliamente conocidos, como Vodafone y Reliance Jio. Mientras que Huawei es la cara detrás del despliegue de Airtel en el país, como se dijo en una declaración oficial.
Si se ve desde la perspectiva del estado actual de la industria de las telecomunicaciones en la India, este es un intento de estas partes del gigante de las telecomunicaciones para mantener un bastión en el país. Recientemente se han despertado con una sorprendente sacudida de su nuevo competidor más feroz, es decir, Reliance Jio, que ahora ha logrado pisotearlos con su despliegue de red 4G LTE en un año.
Despliegue generalizado esperado
La mayoría de los informes publicados por gigantes de redes como Ericsson o Nokia actualmente sugieren que la tecnología de red 5G será testigo de un gran avance y llegará a las masas para el 2020 . Esta no es una línea de tiempo rígida, pero está en línea con el patrón operativo de la industria, que considera que una tecnología mejorada se estrenará en una década.
La tecnología de la red 3G debutó por primera vez en octubre de 2001, mientras que 4G LTE fue ampliamente adoptada después de una década alrededor de 2011. Por lo tanto, es posible especular que los esfuerzos actuales de Massive MIMO se materializarán a finales de esta década. Se pueden ver implementaciones previas a 5G de la tecnología, tanto en el consumidor como en el final del operador en los próximos años. La multitud en los Juegos Olímpicos de Invierno 2018 podría ser la primera en presenciar dicha innovación, seguida de la Copa Mundial de la FIFA 2018 . Incluso el fabricante de chips Qualcomm ha declarado que planea implementar dispositivos compatibles con 5G (Gigabit) en una línea de tiempo similar.
Es posible que hayamos presenciado un despliegue prolongado de servicios 4G LTE en la India, algo que todavía está en proceso. Pero, los gigantes de las telecomunicaciones del país ya no quieren retrasarse en la carrera por adoptar las últimas tecnologías debido a la inminente competencia y consolidación dentro del propio país.
MIMO masivo: una carrera tecnológica para la adopción 5G
Una vista panorámica de los desarrollos de Massive MIMO también muestra que la India está desarrollando su imagen transformadora de ser una potencia tecnológica. El gobierno ahora está emprendiendo los pasos necesarios para impulsar la evolución de la tecnología celular.
El gobierno ya ha establecido un foro de alto nivel para evaluar el escenario actual y aprobar los planes de acción para el despliegue oportuno de los servicios 5G. Ha asignado un corpus masivo de ₹ 500 crore para fines de investigación y desarrollo 5G, que nos coloca en el mapa global, junto con los países que lideran la adopción de dichos avances tecnológicos. No hay una verdadera red "5G" definida en este momento y tendremos que estar atentos a lo mismo en los próximos años.
