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Telecomunicaciones

Una tecnología 5G made in Brazil

Científicos brasileños desarrollan sistemas de conexión, software y hardware para el nuevo estándar de telefonía e internet móvil

Una torre de transmisión de telecomunicaciones: la llegada del 5G al país traerá consigo un aumento del rendimiento

Léo Ramos Chaves y Adrienne Bresnahan/Getty Imagens

Un sistema desarrollado bajo la coordinación técnica de científicos brasileños podría convertirse en la norma mundial para llevar la tecnología de las telecomunicaciones de quinta generación (5G) a zonas remotas, beneficiando a 1.400 millones de personas en todo el mundo que hoy en día no tienen acceso a una cobertura de telefonía e internet móvil. Esta innovación también permitirá la transformación digital y la implementación de internet de las cosas (IoT) en las propiedades rurales, en la minería y en infraestructuras alejadas de las zonas urbanas, tales como las centrales hidroeléctricas, las líneas de transmisión de energía, los sistemas de distribución de agua y las redes ferroviarias.

Las pruebas realizadas en Santa Rita do Sapucaí, un municipio en el interior del estado brasileño de Minas Gerais, demostraron la capacidad de un sistema de estaciones radio base (ERB) para transmitir señales de 5G, que será el futuro estándar mundial que emplearán las redes de telefonía móvil, a una distancia de 50 kilómetros (km) y a una velocidad de 100 megabits por segundo (Mbps). “En una red 4G, esta velocidad se alcanza a una distancia de entre 5 y 10 km o, por el contrario, se pierde rendimiento para alcanzar grandes distancias”, compara el ingeniero electricista Luciano Leonel Mendes, coordinador técnico del proyecto y del Centro de Referencia en Radiocomunicaciones del Instituto Nacional de Telecomunicaciones (CCR-Inatel).

“El flujo de datos logrado permite que un dron, por ejemplo, envíe imágenes de alta resolución en tiempo real de un cultivo para evaluar si hay presencia de plagas o que los aspersores se activen a distancia. También permite la transmisión de voz y datos a alta velocidad, todo al mismo tiempo”, dice Mendes.

Léo Ramos Chaves Sustrato desarrollado en la USP para la fabricación de antenas, filtros y otros dispositivos de la nueva tecnologíaLéo Ramos Chaves

El sistema, aún sin nombre, es el resultado del trabajo de un consorcio conformado por instituciones brasileñas y europeas agrupadas en el Proyecto 5G-Range, cuyo objetivo es el desarrollo de soluciones de conectividad en áreas remotas. Además del Inatel, el consorcio incluye al Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações (CPqD), las universidades de São Paulo (USP), Federal de Ceará (UFC) y de Brasilia (UnB), a Ericsson de Brasil y a las universidades europeas Carlos III de Madrid, en España, de Tecnología de Dresde, en Alemania, y la de Oulu, en Finlandia, además de la empresa española Telefónica I+D.

Países tales como China, India, Rusia, Estados Unidos, Finlandia y Australia son algunas de las naciones que ya han mostrado interés en la solución creada en Brasil, que se enfrenta a la competencia de otros sistemas concebidos en todo el mundo. Todavía habrá que esperar un tiempo para que esta tecnología esté disponible a nivel mundial, porque antes deberá obtener el respaldo de la organización internacional que establece las normas para la telefonía y la banda ancha móvil, el 3rd Generation Partnership Project –Proyecto Asociado de Tercera Generación– (3GPP). Se espera que para 2025 se publique el documento que contendrá las normas para el 5G en áreas remotas, denominado Release 17. “Por ahora estamos trabajando para que la Agencia Nacional de Telecomunicaciones [Anatel] apruebe el uso de la tecnología en el territorio nacional para poder aplicarla en redes de uso privado en el campo o en las industrias”, informa Mendes.

Los expertos señalan que la tecnología 5G generará importantes mejoras de rendimiento en las telecomunicaciones, tanto en áreas remotas como en los centros urbanos. Mientras que las redes móviles actuales de cuarta generación (4G y su evolución, 4.5G) tienen velocidades medias que oscilan entre los 15 Mbps y los 25 Mbps, con un potencial máximo de 300 Mbps, la conexión 5G promete velocidades a partir de los 50 Mbps y puede llegar a casi 2 gigabits por segundo (véase el cuadro que figura debajo). Una comparación habitual entre los expertos es el tiempo de descarga de una película de alta definición: 10 minutos en 4G y tan sólo unos segundos en 5G.

La latencia, o el tiempo de respuesta a una demanda, es de 5 milésimas de segundo en 5G, una décima parte que la del 4G. Esta diferencia resulta significativa cuando está en juego el tiempo de respuesta necesario para que un vehículo autónomo evite una colisión, para evitar un imprevisto en una cirugía robótica o incluso para que las máquinas industriales sincronicen sus tareas. Otra ventaja del 5G es la densidad de dispositivos capaces de funcionar simultáneamente en una misma área, de 1 millón de dispositivos por kilómetro cuadrado (km2), mientras que hoy en día no llegan a 100 mil.

La tecnología 5G comenzó a implementarse en 2019 en algunos países de Europa, en Estados Unidos, Japón, Corea del Sur y China. En Brasil, se espera que el anuncio del pliego licitatorio de las frecuencias de uso público –aquellas en las que las operadoras de telefonía atienden al usuario común– se publique en 2021. La agencia reguladora Anatel ya informó que habrá cuatro bandas de frecuencia disponibles: 700 megahercios (MHz), 2,3 GHz (gigahercios), 3,5 GHz y 26 GHz.

En la subasta participarán las principales operadoras de telecomunicaciones, que elegirán a los proveedores de los paquetes y equipos tecnológicos, entre ellas las chinas Huawei y ZTE, la surcoreana Samsung, la sueca Ericsson y la finlandesa Nokia. En el anuncio se definirá la exclusión o no de los proveedores de tecnología, el índice de nacionalización de las piezas y la obligación de invertir en I&D en el país (véase el recuadro de la página 75).

Léo Ramos Chaves Caracterización de una antena de 60 GHz en el Centro de Ondas Milimétricas de la Poli-USPLéo Ramos Chaves

Ondas milimétricas
La tecnología 5G permite el uso de una amplia gama de frecuencias, desde la llamada Ultra Alta Frecuencia (UHF, por sus siglas en inglés), que designa a las bandas comprendidas entre los 300 MHz y 3 GHz –las utilizadas por el experimento del Consorcio 5G-Range, del CCR-Inatel–, hasta las frecuencias en ondas milimétricas, que van de los 24 GHz hasta 300 GHz. Estas frecuencias más altas no son utilizadas por las actuales redes 4G. Su ventaja reside en que permiten mayores velocidades de conexión. Sin embargo, tienen un alcance reducido, de cientos de metros, y se bloquean con mayor facilidad debido a la presencia de objetos físicos, tales como puertas, paredes, árboles o incluso el cuerpo humano. Esto requiere la instalación de una cantidad superior de antenas de transmisión, más mejoradas.

La investigación y el desarrollo de tecnologías para circuitos y sistemas, tales como antenas, transmisores, receptores y radares, constituyen el centro de atención del recién creado Centro de Caracterización de Ondas Milimétricas (CentrommW) de la Escuela Politécnica (Poli) de la USP, inaugurado en el mes de abril. Este es el único en Brasil que está equipado con instrumentos para la caracterización de circuitos y sistemas en ondas milimétricas hasta 110 GHz. Para esto, obtuvo financiación de la FAPESP.

“Nuestra propuesta es ser un espacio para que la industria pruebe sus circuitos, sistemas y dispositivos, pero también estamos comprometidos con el desarrollo de soluciones de hardware en ondas milimétricas”, comenta el ingeniero electricista Gustavo Rehder, coordinador del Centro en colaboración con la también ingeniera electricista Ariana Serrano, ambos del Departamento de Sistemas Electrónicos de la Poli-USP.

Uno de los objetivos del laboratorio es el desarrollo de soluciones beamforming, es decir, la formación de haces para la transmisión de la señal que eviten la dispersión de las ondas que se produce en las antenas tradicionales. “La meta es dirigir electrónicamente la radiación hacia un punto de recepción determinado, lo que redundará en una mejora de la calidad de la señal captada y aumentará su alcance”, explica Serrano. Otra línea de investigación del CentrommW es el desarrollo de una tecnología basada en nanocables de cobre para la miniaturización de los dispositivos de alto rendimiento en ondas milimétricas.

La concepción y el desarrollo de toda la tecnología 5G se produce en forma colaborativa en centros de investigación públicos y privados desde principios de los años 2010 y continuará en los próximos años, con innovaciones que deberán ser refrendadas en los nuevos protocolos 3GPP. Una vez que el organismo define las normas que se utilizarán en el 5G, los proveedores de los dispositivos las utilizan para el desarrollo de sus productos, que serán empleados por las operadoras de telefonía.

En Brasil, el Grupo de Investigación de Telecomunicaciones Inalámbricas (Gtel) de la Universidad Federal de Ceará (UFC), sostenido en forma conjunta con Ericsson, ya presentó cuatro contribuciones técnicas patentadas a nivel internacional. Una de ellas es un sistema inteligente de conexión con las antenas de la operadora de telecomunicaciones. Un usuario en movimiento cambiará de antena muy rápidamente, ya que su área de cobertura es comparativamente más pequeña en los sistemas de 5G. “Nuestra solución utiliza la inteligencia artificial para predecir con antelación la antena a la que se conectará el teléfono inteligente unos segundos antes de que esto ocurra. De esta manera, es posible preparar a la red 5G para recibir a la nueva conexión, reduciendo el riesgo de interrupción o caída de la conexión”, describe el ingeniero electricista Francisco Rodrigo Cavalcanti, coordinador del Gtel.

Otra característica de la tecnología 5G es la virtualización, es decir, la transferencia al software y a la computación en nube de diversas tareas tradicionalmente realizadas por la infraestructura física –el hardware–, tales como enrutadores, decodificadores, sincronizadores de señal y equilibradores de carga. “La virtualización nos permite simplificar los ERB, reduciendo su peso, tamaño y su electrónica, con un impacto en el consumo de energía”, dice el ingeniero electrónico Rodrigo de Lamare, coordinador del Laboratorio 5G del Centro de Estudios de Telecomunicaciones de la Pontificia Universidad Católica de Río de Janeiro (Cetuc-PUC-RJ). Lamare trabaja en el desarrollo de técnicas de procesamiento de señales y arquitectura de sistemas de comunicaciones para centros de intercambio de datos y computación en nube por parte de las operadoras.

Una innovación del 5G es la partición de la red. Mientras que en el 4G todos los usuarios reciben señales iguales, la partición de la red le permite a la operadora de telecomunicaciones gestionar las características de la conexión, tales como la disponibilidad de infraestructura, la tasa de transferencia de datos y la latencia, según la demanda de cada usuario, sin que nadie salga perjudicado. En el 5G, una de las posibilidades técnicas es la interoperabilidad de las conexiones. Siempre que exista un acuerdo entre las compañías telefónicas, el cliente de una operadora puede ser atendido por la infraestructura de otra, teniendo siempre disponible la mejor conexión en todo momento.

La interoperabilidad y la partición de la red deben ser gestionadas en cada conexión de un dispositivo con cada antena. “La conexión con el hospital de una ambulancia que asiste a una emergencia migrará de ERB y de operadora numerosas veces a lo largo de su recorrido, pero tendrá que haber una garantía de que esa conexión siempre mantendrá el estatus de prioridad”, cita como ejemplo el ingeniero electricista Moacyr Martucci del Departamento de Ingeniería de la Computación y Sistemas Digitales del Poli-USP.

CPqD es uno de los principales desarrolladores y proveedores de los Sistemas de Soporte Operativo (OSS) en Brasil, el conjunto de los software que permiten la automatización de la prestación de servicios y la administración de la infraestructura de telecomunicaciones, realizando tareas como la de montador de redes, lo que determina la exigencia de servicios de cada infraestructura, y lo que se denomina núcleo, que realiza el procesamiento, control de los servicios e interconexión con otras operadoras, incluyendo el cálculo de la tarifa referente a cada una.

CPqD también pondrá en marcha este mismo año un proyecto subvencionado por el Fondo para el Desarrollo Tecnológico de las Telecomunicaciones (Funttel), merced a un convenio por 20,7 millones de reales distribuidos en un plazo de tres años, que incluye la adecuación de sus sistemas de OSS a 5G. “Este proyecto cubre el desarrollo de una red 5G completa, incluyendo una red virtual de acceso abierto, un núcleo de red 5G y un sistema de montaje de servicios e infraestructura”, dice Gustavo Correa Lima, líder de la Plataforma de Comunicaciones Inalámbricas de CPqD. “Será un proyecto de innovación abierta, que también explorará el uso de la inteligencia artificial en la gestión de la red y la tecnología blockchain para el intercambio dinámico de infraestructura”.

Una red de intrigas
La elección de la nueva norma es el trasfondo de la disputa geopolítica entre Estados Unidos y China

El pliego de la licitación de las frecuencias asignadas a la red 5G en Brasil está estipulado que se publique en 2021, y esto traerá la definición más esperada por el mercado de las telecomunicaciones: el veto o no del gobierno brasileño a la participación de proveedores de tecnología de origen chino, tales como las empresas Huawei y ZTE. La Ley General de Telecomunicaciones determina que la competencia para decidirlo recae en la Agencia Nacional de Telecomunicaciones (Anatel), pero el presidente Jair Bolsonaro ya dijo que la decisión la tomará él.

Al alegar preocupaciones relativas a la seguridad cibernética, la Anatel delegó oficialmente la decisión al Gabinete de Seguridad Institucional de la Presidencia de la República. Las operadoras de telecomunicaciones Vivo, Claro y TIM, competidoras potenciales de la licitación, han hecho público que están en contra del veto a cualquier proveedor de tecnología. Para ellas, cuanto mayor sea el número de proveedores habilitados, mejor. Así, el poder de negociación será mayor y en consecuencia, también las posibilidades de reducir el costo de adquisición de los equipos.

Para el ingeniero electricista Moacyr Martucci, de la Poli-USP y miembro del foro Think Tank para la Implementación del 5G en Brasil, no hay estudios conocidos de instituciones independientes que demuestren una diferencia cualitativa sustancial entre los proveedores de tecnología, como así tampoco otros trabajos que hagan patentes los riesgos para la seguridad cibernética asociados con uno u otro proveedor. “El veto a ciertos proveedores no será un decisión técnica, sino política”, dice.

El ingeniero electricista y científico de la computación Paulo Lício de Geus, del Instituto de Computación de la Universidad de Campinas (IC-Unicamp), opina distinto. En efecto, para él existen riesgos de seguridad cibernética en la contratación del 5G. “Hace al menos 15 años que se sabe que los gobiernos de las grandes potencias, no solo el de China, tienen injerencia sobre los fabricantes de dispositivos electrónicos”, reflexiona. En su opinión, la duda que se les plantea a los países tecnológicamente dependientes, como es el caso de Brasil, es “de cuál nación convertirse en rehén: de una democrática, cuyas resoluciones están sujetas a referéndum público, o de una que no necesita brindar explicaciones”.

El país elegirá la norma 5G que tendrá luego de las elecciones presidenciales de noviembre en Estados Unidos. Tanto demócratas como republicanos han rechazado la adopción de la tecnología china para el 5G estadounidense, alegando los mentados riesgos cibernéticos. El presidente Donald Trump, candidato a la reelección, utiliza el peso de la diplomacia para influir en países aliados, como en el caso del gobierno brasileño, para que veten a los chinos. El Reino Unido, Australia, Polonia y Portugal son algunos de los países que adhirieron al veto estadounidense. La importancia que el candidato demócrata Joe Biden le otorgará al tema en sus relaciones internacionales, en caso de resultar electo, todavía es una incógnita.

Los estadounidenses temen que los chinos controlen la infraestructura digital global. Por eso, han impuesto restricciones a Huawei y a ZTE. Aducen que el gobierno asiático podría instalar capas de tecnología ocultas en las redes de 5G, capaces de expiar todas las actividades del complejo industrial y militar estadounidense y el de sus aliados. El gobierno chino niega disponer de ese poder y reafirma la independencia de sus empresas.

Proyectos
1. Dispositivos MnM de alta eficiencia y bajo costo para aplicaciones en sistemas de ondas milimétricas de 30 a 110 GHz (nº 12/15159-2); Modalidad Jóvenes Investigadores; Investigadora responsable Ariana Serrano (USP); Inversión R$ 795.724,65
2. EMU concedido en el proceso nº 12/15159-2: Analizador Vectorial de Red (VNA) hasta 70 GHz (nº 16/23779-9); Modalidad Programa de Equipos Multiusuarios (EMU); Investigadora responsable Ariana Serrano (USP); Inversión R$ 469.808,18

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