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Arquitectura 5G

El Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP) une a siete organizaciones de desarrollo de estándares de telecomunicaciones (ARIB, ATIS, CCSA, ETSI, TSDSI, TTA y TTC) conocidas como "Socios Organizacionales" y proporcionan a sus miembros un entorno estable para producir los Informes y Especificaciones que definen las tecnologías 3GPP. El proyecto cubre tecnologías de telecomunicaciones celulares, incluido el acceso por radio, la red central y las capacidades de servicio, que proporcionan una descripción completa del sistema para las telecomunicaciones móviles.

El sistema 5G propuesto por el 3GPP presenta una amplia gama de posibilidades de implementación, tanto desde el punto de vista de la arquitectura del sistema como desde la perspectiva de las capacidades de la capa física. Desde un punto de vista arquitectónico, permite la interacción (no obligatoria) con la red 4G y puede mantener la conexión con la red de acceso y/o el núcleo de red.

De acuerdo con el 3GPP, la transición al 5G se dará en dos fases. Una fase inicial, conocida como 5G NSA (5G no autónomo), que ofrece un mayor aprovechamiento de la infraestructura existente de 4G; y la segunda fase, 5G SA (5G autónomo), cuyo núcleo de red NGCN (Next Generation Core Network) está basado en software de red y la nube; se trata de un desarrollo único para 5G sin la necesidad de adaptar tecnologías legadas.

Datos de la Global mobile Suppliers Association (GSA) indican que a noviembre de 2021, 94 operadores de comunicaciones móviles en 48 países de todo el mundo han estado invirtiendo en redes 5G SA en forma de pruebas o implementaciones. Esto equivale a poco más del 20% de los 469 operadores que se sabe que invierten en licencias, pruebas o implementaciones de 5G.

En resumen, independientemente de la infraestructura que se utilice, 5G NSA (Redes 5G que utilizan infraestructura de 4G) o 5G SA (Redes operadas únicamente con infraestructura 5G), la arquitectura 5G requiere de niveles de automatización en una red de extremo a extremo para satisfacer las necesidades de los nuevos servicios y aplicaciones. Ambos tipos de infraestructura utilizarán el espectro radioeléctrico destinado para 5G.

Desde el punto de vista de la capa física, se pueden esperar nuevas frecuencias de funcionamiento, bandas y técnicas, así como una amplia variedad de configuraciones posibles para los parámetros de esta capa. Las posibilidades de implementación mencionadas harán que el sistema sea capaz de satisfacer los casos de uso más diversos previstos por el IMT-2020.

El sistema 3GPP 5G define la arquitectura para la comunicación entre un Equipo de Usuario (UE) y un punto final, como un Servidor de Aplicaciones (AS) en la Red de Datos (DN). La interacción entre el UE y la red de datos se realiza a través de la red de acceso y la red central como se define en los estándares 3GPP. Para la quinta generación, la red de acceso se llama NG-RAN (Next Generation Radio Access Network), la red central es conocida como núcleo 5GC (5G Core) y finalmente el dispositivo utilizado directamente por un usuario final para comunicarse se denomina Equipo del usuario o UE (User Equipment).

Equipo de usuario (UE)

El Equipo del usuario (UE) es el elemento que mediante la red de acceso (AN) se conecta con la red central (CN).

Red de acceso (NG-RAN)

El 3GPP propone para la quinta generación una estructura de acceso llamada NR (New Radio). La red de acceso de quinta generación, NG-RAN, puede estar compuesta por NR, LTE o una combinación de ambos.

Red central (5GC)

En el 5GC es posible implementar NGC (Next Generation Core), que es el núcleo de quinta generación. La red central está diseñada para proporcionar conexión a redes externas (por ejemplo, Internet).

Red de datos (DN)

El término "red de datos" significa redes externas, a las cuales el UE puede conectarse a través de una sesión en la Unidad de Datos de Protocolo (PDU, por sus siglas en inglés). Para 5G se puede acceder a varios tipos de redes de datos.

Red de acceso

La red de acceso por radio (RAN) consta de varios tipos de instalaciones que incluyen celdas pequeñas, torres, mástiles y sistemas dedicados en el hogar y en el edificio que conectan a los usuarios móviles y dispositivos inalámbricos a la red central principal.
Las celdas pequeñas serán una característica importante de las redes 5G, particularmente en las nuevas frecuencias de onda milimétrica (mmWave) donde el rango de conexión es muy corto. Para proporcionar una conexión continua, las celdas pequeñas se distribuirán en grupos dependiendo de dónde los usuarios requieran conexión, lo que complementará la macro red que brinda cobertura de área amplia.
Las macrocélulas 5G utilizarán antenas MIMO (entrada múltiple, salida múltiple) que tienen múltiples elementos o conexiones para enviar y recibir más datos simultáneamente. El beneficio para los usuarios es que más personas pueden conectarse simultáneamente a la red y mantener un alto rendimiento. Cuando las antenas MIMO usan una gran cantidad de elementos de antena, a menudo se las denomina "MIMO masivo", sin embargo, el tamaño físico es similar al de las antenas de estaciones base 3G y 4G existentes.

Red Central

Es la red de datos e intercambio móvil que administra todas las conexiones de voz, datos e Internet móviles. Para 5G la "red central" se está rediseñando para integrarse mejor con Internet y los servicios basados en la nube y también incluye servidores distribuidos en toda la red que mejoran los tiempos de respuesta (reduciendo la latencia).

Muchas de las características avanzadas de 5G, incluida la virtualización de funciones de red y la división de redes para diferentes aplicaciones y servicios, se administrarán en el núcleo.