El espacio siempre ha sido la última frontera de la tecnología de las comunicaciones. Con toda la actividad en órbita, incluidos los ambiciosos esfuerzos del sector privado de empresas como SpaceX, va a aumentar la presión para que la infraestructura del 5G se implemente fuera del planeta; sin embargo, esta tecnología tendrá que ser robusta y tener una resistencia espacial total.
Los satélites son el destino obvio de la tecnología 5G, que beneficiará a los consumidores, aquí en tierra, con una latencia mucho menor que la de las redes 4G de turno. Hasta hace poco, las comunicaciones por satélite eran independientes del ecosistema más amplio de las redes móviles. Pero con la incorporación de la arquitectura 5G, los últimos y mejores satélites se están convirtiendo en puntos de contacto clave en las redes que ofrecen una amplia gama de conectividad para apoyar la conducción autónoma, las flotas oceánicas, los aviones y miles de millones de pequeños dispositivos del Internet de las cosas, en especial, en las zonas rurales y remotas.
Aunque su número es mucho menor que el de los múltiples satélites puestos en órbita por empresas privadas, en los últimos años también ha aumentado el número de vehículos espaciales que se ponen en órbita. Ya no se trata solo de viajes para el suministro y el personal con destino a la Estación Espacial Internacional; incluso se habla de un hotel en el espacio, y puede apostar que los huéspedes van a querer una señal wifi confiable en sus habitaciones ingrávidas.
Toda tecnología avanzada acaba por llegar al consumidor medio, así que es inevitable que las innovaciones del 5G hechas para el espacio lleguen a la Tierra. Independientemente, los componentes de la red 5G deben soportar la dura realidad de un entorno extraterrestre durante largos períodos de tiempo sin necesidad de mantenimiento activo. Estas demandas aumentarán la presión sobre los diseños e impulsarán las capacidades de los semiconductores más avanzados.
La red 5G extraterrestre ofrece muchas ventajas en tierra
Se considera que los satélites de última generación desempeñan un rol fundamental en el apoyo a la infraestructura del 5G en todo el mundo, ya que ofrecen un ancho de banda adicional para las aplicaciones de uso intensivo de datos. Al mismo tiempo, los proveedores de redes móviles están actualizando los equipos en tierra para preparar su infraestructura de cara al futuro, incluida la capacidad de recibir señales 5G emitidas desde el espacio, para ofrecer a los clientes que utilizan servicios inalámbricos una mejor experiencia de usuario.
Estos clientes son muy variados. Podría ser un jugador móvil o usuario de un smartphone que transmite videos 4K en una red celular, pero estos satélites 5G también pueden dar soporte a los dispositivos IoT para hogares inteligentes, incluidos los electrodomésticos y los sistemas de seguridad. Las empresas se benefician del soporte 5G extraterrestre al poder hacer un seguimiento de los contenedores de transporte, los médicos podrán realizar telecirugías y las empresas de servicios públicos y energía podrán monitorear el estado en tiempo real de los generadores de electricidad, las líneas de gas y los oleoductos. Los vehículos autónomos y los dispositivos IoT de todo el mundo recibirán grandes beneficios de la arquitectura 5G en las comunicaciones por satélite.
Incluso mientras se despliegan equipos 5G en tierra, empresas como Omnispace y Lockheed Martin están explorando estas mismas redes basadas en el espacio para ver cómo pueden complementar la infraestructura terrestre. La NASA y Northrup Grumman, por su parte, colaboran en una prueba de concepto de 5G en el espacio, que incluye una unidad de comunicaciones integrada que se probó en la nave espacial Cygnus de Grumman durante dos semanas.
Al igual que todos estos dispositivos terrestres tienen consideraciones de diseño específicas a la hora de incorporar componentes de red 5G, también lo harán los que están en el espacio, y se sumarán a los miles de millones de usuarios de dispositivos móviles que se prevén en los próximos años, lo que, a su vez, aumentará de manera drástica la demanda de ancho de banda.
Las señales 5G necesitan una infraestructura reforzada en el espacio
La construcción de una arquitectura 5G en el espacio, ya sean satélites u otras naves espaciales, tiene varias consideraciones fundamentales de diseño.
La alta densidad de tantos dispositivos que comparten señales 5G va a ejercer una gran presión sobre el ancho de banda del espectro, que es un recurso finito. Podría provocar interferencias de radiofrecuencia que, a su vez, afectan la capacidad de los satélites, los aviones y otras tecnologías aeroespaciales para funcionar de forma eficaz. Con todos estos satélites que van a ir al espacio, los operadores existentes, como los de satélites meteorológicos, temen que las nuevas señales 5G invadan sus frecuencias. Además, como la mayoría de las redes comerciales 4G han utilizado todas las bandas disponibles de dúplex por división de frecuencia (FDD), la mayoría de las redes 5G utilizarán bandas de dúplex por división de tiempo (TDD), que tienen sus propios requisitos únicos y son susceptibles a distintos tipos de interferencias que podrían afectar a la latencia y el rendimiento de la red.
La arquitectura TDD utiliza una sola banda de frecuencia para transmitir y recibir, lo que ofrece ventajas sobre la FDD. Sin embargo, los diseñadores ya se ven obligados a abordar las interferencias reticuladas a medida que el 5G se implementa en las estaciones base en tierra. Esta interferencia se produce cuando una estación está transmitiendo y otra está recibiendo en la misma banda de frecuencia, al mismo tiempo. Esto se puede evitar si se asegura que todas las estaciones base trasmiten o reciben de forma simultánea.
La altas potencias de estas estaciones base exteriores es un factor. Al crear mejores condiciones de propagación entre ellas, las interferencias reticuladas pueden ser importantes cuando una estación base en el enlace ascendente se ve interferida por el enlace descendente de otra estación base. La incorporación de más estaciones 5G, aunque estén en el espacio, hará más compleja la gestión de las interferencias reticuladas.
A medida que se hace más hincapié en el “espacio”, en el sector aeroespacial, será necesario abordar las condiciones extremas a las que se enfrentarán las soluciones 5G en órbita. Aunque los equipos de las estaciones base deben ser resistentes, el espacio tiene sus propias exigencias ambientales, como el calor y el frío intensos, las vibraciones extremas y las altas presiones, entre otras, que varían en función de si un equipo está en tránsito o en funcionamiento sobre la Tierra. Mientras que los aviones comerciales y otras aplicaciones militares han forjado algunas innovaciones en este frente, la construcción de la arquitectura 5G en el espacio impulsará la necesidad de nuevos avances.
No se trata tanto de que los sistemas 5G en sí sean diferentes en el espacio, pero deben alojarse y conectarse de forma distinta. Por un lado, tienen que ser capaces de soportar el calor que se produce cuando se lanzan al espacio para que no se quemen en la atmósfera. Esto significa que la arquitectura 5G requiere un blindaje térmico que la proteja sin interferir con las operaciones. Evitar que se funda o se fusione requiere sistemas de enfriamiento eficaces, pero compactos y una administración térmica que prevea su salida o entrada en la atmósfera, así como su funcionamiento en órbita durante largos períodos de tiempo.
Qué hay que tener en cuenta al diseñar para el espacio
Independientemente de los sistemas electrónicos que esté construyendo para uso extraterrestre, debe tener en cuenta todos los conectores y cables que los unen, incluidos los componentes de la red 5G. Las cubiertas de los conectores y cables, así como los metales de los contactos, serán fundamentales para endurecer la electrónica en el espacio, incluidos los componentes de las redes 5G, para que puedan soportar una alta intensidad de corriente eléctrica y ondulación, y una temperatura en extremo baja una vez en órbita, sin dejar de cumplir los requisitos de velocidad, latencia y rendimiento. Los conectores de la era espacial y sus cubiertas tendrán que ir más allá de la calidad militar.
Supervisar el estado de todos estos componentes de la red 5G será aún más importante que en tierra. El diseño electrónico integrado ya ha ido avanzando hacia sistemas más avanzados de monitoreo del estado de los aviones, para que los pilotos puedan reconocer cualquier fallo y compensarlo. Hacerlo en el espacio es igual de crítico e incluso más complejo, ya que requiere una gran cantidad de sensores que trabajen a la par, pero también deben ser capaces de funcionar en el espacio, lo que los hace un tanto costosos. A este desafío se suma la necesidad de aumentar redundancia a los sistemas 5G, ya que aunque se pueda diagnosticar un problema, es difícil repararlo cuando está en órbita.
Conclusión
La realidad es que la red 5G aún está en sus inicios, tanto aquí en tierra, como en el espacio. Y aunque estamos muy lejos de ponernos de acuerdo sobre cómo será el 6G, China afirmó haber lanzado al espacio el primer satélite 6G, encargado de realizar observaciones de la Tierra y de probar una carga útil de comunicación de alta frecuencia en terahercios que podría enviar datos a velocidades varias veces superiores a las del 5G.
El espacio siempre ha estado a la vanguardia de los avances tecnológicos, en parte porque la necesidad es la madre de la invención. Se necesita una arquitectura 5G en órbita, lo que significa que es imperativo averiguar qué hay que hacer para que la red 5G funcione y perdure en el espacio. Cualquier innovación en la última frontera acabará por regresar a la Tierra para complementar y mejorar la infraestructura 5G terrestre.
