La finalización de la versión 17 3GPPha consolidado la conectividad 5G NB-IoT basada en el espacio NB-IoT la conectividad directa al dispositivo como una realidad. El creciente interés por los servicios 5G basados en satélites plantea nuevas exigencias a la arquitectura NB-IoT para lograr una cobertura de red ininterrumpida en vastas áreas geográficas, al tiempo que se abordan los retos y limitaciones actuales de conectividad en todo el mundo. El director de producto GateHouse SatCom, Svend Holme Sørensen, y el arquitecto de software sénior, Henrik Krogh Møller, presentan la arquitectura y los elementos del sistema necesarios para desarrollar los sistemas 5G NB-IoT ahora y en el futuro.
GateHouse SatCom más de 20 años desarrollando sistemas de comunicación por satélite de última generación. En la actualidad, esta empresa dedicada exclusivamente al desarrollo de software y formas de onda aporta su experiencia a varios mercados comerciales y militares, y recientemente se ha convertido en miembro individual del ETSI y participante activo en la revolucionaria versión 17 3GPPpara estandarizar NB-IoT 5G NB-IoT directas al dispositivo.
Con la inclusión de NTN en los 3GPP , se espera que la próxima generación de dispositivos IoT solo necesite actualizarse con un chipset compatible con NTN para poder alternar entre redes móviles y satelitales.
«La capacidad del servicio 5G directo al dispositivo es un hito importante para la conectividad por satélite y ofrece muchas oportunidades interesantes», afirma el director de producto GateHouse Satcom, Svend Holme Sørensen, y continúa:
«Anteriormente, veíamos la conectividad por satélite a través del prisma de grandes terminales y antenas diseñadas exclusivamente para las comunicaciones por satélite. Los dispositivos que ayudamos a desarrollar hoy en día pueden funcionar con servicios terrestres y por satélite, lo que permite un uso generalizado e ininterrumpido de dispositivos de red 5G terrestres y por satélite en múltiples sectores, incluso en regiones notoriamente difíciles de cubrir».
Las industrias pueden implementar servicios 5G basados en satélites en dispositivos diseñados también para servicios terrestres utilizando las capacidades de la arquitectura del sistema NB-IoT .
«Vemos muchos dispositivos que solo admiten conectividad terrestre, pero que tienen un enorme potencial de adaptabilidad NB-IoT . El sector logístico podría finalmente obtener la tan codiciada visibilidad de extremo a extremo. El sector ganadero podría disponer de rastreadores GPS y de actividad ganadera alimentados por satélites. Del mismo modo, los sectores agrícolas podrían adoptar registradores inalámbricos de temperatura y humedad alimentados por satélite. Las posibilidades son infinitas».
Sin embargo, Svend explica además que desarrollar una arquitectura NB-IoT 5G NB-IoT para lograr una interoperabilidad y conectividad óptimas entre redes terrestres, redes no terrestres y millones de dispositivos IoT no está exento de desafíos.
Ponerse al día y adaptarse
3GPP creó 3GPP NB-IoT uso terrestre en sus especificaciones de la versión 13, con una arquitectura del sistema que no implicaba señalización por satélite.
Un NB-IoT se conecta directamente a la red a través de una interfaz Uu, llegando a una torre NodeB terrestre en la red celular. Cuando el NB-IoT finalmente envía datos a Internet, pasa por el núcleo de paquetes, en este caso, un EPC 4G. Esta arquitectura de sistema NB-IoT sentó las bases para la exploración de la conectividad NTN impulsada por satélite a través de los estudios previos de la versión 16 y las especificaciones de la versión 17.
«Los satélites desempeñan ahora un papel fundamental en la adaptación de la arquitectura del sistema NB-IoT a las redes terrestres existentes. En lugar de que un dispositivo se conecte directamente a una torre celular NodeB, su enlace de servicio pasará primero por un satélite, que reenviará una señal a través de un enlace alimentador a un NodeB NTN terrestre conectado al EPC del operador del satélite», explica Henrik Krogh Møller, arquitecto de software sénior GateHouse SatCom.
La versión 17 se centra actualmente en el modo transparente (véase la figura 1), en el que el NodeB es terrestre. El modo regenerativo, que se estudiará en la versión 18 y de nuevo en la versión 19, tiene por objeto implementar los NodeB como cargas útiles en los satélites. La implementación requerirá una mayor adaptación de los dispositivos, los NodeB y el EPC para aumentar la velocidad y la eficiencia de la conexión.
Restricciones de servicio y enlace alimentador
Existen varios retos relacionados con el servicio y los enlaces secundarios, entre ellos el efecto Doppler, el retraso, los cambios en la señal y la pérdida de trayectoria, todos los cuales dependen del satélite, su ángulo de elevación y su posición en el cielo.
GEO de órbita alta que operan a 36 000 km sobre la superficie terrestre experimentarán una pérdida de trayectoria significativamente mayor que los satélites LEO NGSO) de órbita baja, por ejemplo, a 600 km. El retraso de la señal y el efecto Doppler afectado por el NGSO también variarán a medida que el satélite se acerque o se aleje.
«La capa física del dispositivo requiere una adaptación habilitada por la información de posicionamiento GNSS para compensar estos retos. Los satélites transmitirán su posición y la información de sincronización en esta compensación», explica Henrik.
Otra área de interés es cómo los satélites gestionan millones de dispositivos IoT en constante movimiento, cubren múltiples áreas de seguimiento simultáneamente en un breve periodo de tiempo y permanecen conectados a redes NGSO:
«Los dispositivos reciben una lista de identificadores de áreas de seguimiento similar a la de las redes terrestres. El NodeB transmitirá su identificador de seguimiento actual y una lista de áreas de seguimiento en servicio, que cambiará con el tiempo a medida que se muevan los satélites. Esta lista guiará la localización de los dispositivos, y solo los dispositivos con una intersección entre las listas podrán ser localizados. Los dispositivos pueden enviar su ubicación a la red, lo que permite su optimización».
Una mayor frecuencia implica mayores retos en materia de señalización.
Las especificaciones NB-IoT de la versión 17 comenzarán a operar en frecuencias de banda S que oscilan entre 2 y 4 gigahercios (GHz), cruzando los límites convencionales de las bandas de frecuencia ultraalta (UHF) y frecuencia superalta (SHF) a 3 GHz. Las industrias de la aviación, el transporte marítimo y el espacio utilizan la banda S por sus capacidades optimizadas de comunicación bidireccional y entrega de contenidos para redes móviles y dispositivos portátiles.
Sin embargo, Svend afirma que las frecuencias más altas «plantean importantes retos técnicos», que afectan a la calidad, la eficiencia y la fiabilidad del servicio 5G conectado por satélite en todo el mundo. Este reto afecta principalmente a los GEO de órbita alta que operan en frecuencias superiores a 6 GHz. «Se están manteniendo conversaciones entre 3GPP la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT)para abordar los retos del espectro de frecuencias y cómo afectan a NB-IoT . Lamentablemente, estas conversaciones aún no han llegado a buen puerto, pero creemos que lo harán en el futuro».
Arquitecto sénior de software
Directora de Desarrollo Empresarial
