En los espacios donde existe una alta densidad de tráfico de datos, como pueden ser un estadio o una ciudad, se requiere de una tecnología capaz de suministrar Internet de manera rentable y energéticamente eficiente. Este es el objetivo que ha perseguido el proyecto europeo 5G-PHOS, a través del uso de las redes inalámbricas de fibra integradas 5G que aprovechan las tecnologías fotónicas existentes para implementar una arquitectura de red programable SDN de alta densidad.
El proyecto 5G-PHOS, que estuvo liderado por la Universidad Aristóteles de Tesalónica (Grecia), ha explorado las tecnologías ópticas integradas para mejorar la convergencia Fiber-Wireless (FiWi), creando una red híbrida que combina la estabilidad y la alta velocidad de la fibra óptica con la flexibilidad de los despliegues de redes inalámbricas.
La solución presentada por el proyecto 5G-PHOS proporciona un alto rendimiento y fiabilidad, además de una simplificación de los procesos de instalación, una alta eficiencia energética y el uso de un innovador sistema de gestión de recursos de red, que reacciona a las fluctuaciones del tráfico con la ayuda de algoritmos inteligentes. Estas ventajas hacen que la solución sea óptima para áreas urbanas densamente pobladas, hotspots, estadios y áreas con restricciones, como sitios arqueológicos.
La tecnología del proyecto se ha llevado a cabo en cuatro años, desde septiembre de 2017 hasta agosto de 2021, contando con un presupuesto de 9.621.446 euros, de los cuales 7.848.540 euros fueron financiados por el programa de investigación Horizonte 2020 de la Comisión Europea. Además, el proyecto disponía de un consorcio compuesto por 15 entidades procedentes de Francia, Israel, Alemania, Grecia, España, Bélgica, Italia y Países Bajos. La participación española estaba representada por la empresa Iquadrat Informática.
Arquitectura de 5G-PHOS
El proyecto 5G-PHOS tenía como principal objetivo crear una red de fronthaul punto a multipunto (PtMP) inalámbrica de fibra convergente de banda ultraancha, capaz de soportar el ancho de banda de fronthaul 5G NR requerido. Al mismo tiempo, se buscaba aliviar la necesidad de instalar terminaciones de fibra en cada sitio del operador móvil (MNO, por sus siglas en inglés).
La solución de red de fronthaul 5G-PHOS se basa en el estándar de interfaz de radio pública común (CPRI) mejorado, que crea la infraestructura necesaria para interconectar equipos compatibles con CPRI, de manera PtMP. De esta forma, una ubicación central aloja el equipo, como una unidad de banda base (BBU), pudiendo conectar simultáneamente varias ubicaciones remotas que contienen el equipo remoto, por ejemplo, los cabezales de radio remotos (RRH), a través de una red convergente de fibra inalámbrica (FiWi).
La solución tecnológica propuesta es versátil y se puede usar no solo como fronthaul, sino que también puede soportar la operación como backhaul o midhaul, según las preferencias de los MNO y la infraestructura de propietarios de estadios, edificios o áreas restringidas, entre otros.
En función del tipo de operación, fronthaul, backhaul o midhaul, existen tres ubicaciones posibles de la pila 5G-PHOS: la unidad centralizada (CU), que se ubica en la oficina central del MNO; la unidad distribuida (DU), que reside cerca del área del usuario, generalmente en el sótano del edificio que contiene las antenas o en algún lugar cercano; y la unidad de radio (RU), que contiene solo los elementos de radio y la unidad que está más cerca de los usuarios móviles.
Combinación de tecnologías 5G
Para conseguir una tecnología tan flexible, 5G-PHOS utiliza varias soluciones ópticas integradas de vanguardia para admitir cuatro tecnologías 5G clave: arquitectura de red de acceso de radio centralizada (C-RAN), onda milimétrica, densificación de red y múltiples entradas múltiples salidas (MIMO) masivas. Además, 5G-PHOS explota matrices láser, redes de formación de haces ópticos (OBFN) y redes reconfigurables multiplexores ópticos de adición y caída (ROADM).
Gracias a la combinación de estas tecnologías, 5G-PHOS propone una solución rentable inalámbrica de fibra convergente. Con los cabezales de radio remotos habilitados para MIMO masivo, se pueden producir varios haces a través de una sola fibra con multiplexación por división de longitud de onda (WDM).
Asimismo, esta tecnología ofrece la posibilidad de transmitir una señal de radio analógica a través de fibra, lo que permite el uso de esquemas de modulación de orden superior, dando como resultado una baja complejidad y una alta eficiencia espectral.
De esta forma, 5G-PHOS puede ofrecer velocidades de datos de hasta 100 Gbps, reducir el consumo de energía en un factor de 10, mientras que se enfrenta de manera eficiente el problema de ineficiencia de CPRI.
Prueba final de la solución 5G-PHOS
El consorcio del proyecto realizó una demostración en vivo en la Universidad Técnica Nacional de Atenas (NTUA) en Zografou (Grecia), en presencia de los representantes de la Comisión Europea, para mostrar y comprobar las capacidades de la red híbrida FiWi.
En la demostración se aplicó una amplia gama de servicios: VoLTE, MobileTV/4K-video de latencia cero, ΗD Movie, realidad aumentada y realidad virtual (AR/VR) remote assistance, AR/VR Gaming, AR/VR 12K 360 vídeos y aplicaciones IoT, así como monitorización de consumo de energía y ambiental.
La solución 5G-PHOS se validó en una red de comunicaciones de extremo a extremo móvil real, que cumplía con éxito las demandas de todos los servicios, sin afectar la alta calidad de la experiencia del usuario.
La combinación de múltiples tecnologías de transmisión de datos en el proyecto 5G-PHOS permitirá mejorar la comunicación en un entorno 5G, dando servicio a todos los usuarios ubicados en los denominados espacios de alta densidad.