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Qué es realmente 5G NSA, 5G SA y 5G DSS: Guía rigurosa para dummies

Josh
Entendiendo el 5G

El 5G está en el aire desde mediados de 2019 gracias a Vodafone, que fue el primero en empezar a utilizarlo en la banda n78, situada en 3,5 GHz. Hace un año se sumaron Orange y Movistar extendiendo la cobertura a gran velocidad gracias al DSS y desde entonces una avalancha de terminales 5G ha invadido el mercado, así que los usuarios queremos 5G, aun sin tener claro en qué nos va a beneficiar más allá de la velocidad.

La terminología técnica no ayuda, con conceptos confusos como 5G NSA, 5G SA o 5G DSS. ¿Cuál es el 5G de verdad y cuál es 4G maquillado? ¿Qué diferencias hay entre SA y NSA? ¿Desaparecerá el DSS cuando tengamos SA? Vamos a intentar entenderlo en este artículo.

Red de acceso radio y núcleo de red

La red de telefonía móvil está compuesta por 3 elementos principales: tu móvil, la red de acceso radio y el núcleo de red. El primero está en tus manos y es el equipo de usuario, un smartphone en la mayoría de los casos. El segundo es la red de acceso mediante radio, llamada NR (New Radio) en 5G. Su función es crear un canal de comunicación robusto y eficiente a través del aire para transportar datos entre el móvil y el núcleo.

5G NR define cómo se modula la señal de radio cuando se emite al aire en función de la frecuencia utilizada, anchura de la portadora, cómo ésta se divide en subportadoras, y decenas más de complejos parámetros. Trae varias mejoras técnicas respecto a 4G LTE que le permiten ser más eficiente, transportando hasta un 25% más de datos con las mismas condiciones.

El tercer elemento es el núcleo. Se encarga de orquestar el funcionamiento de toda la red, autorizar que la SIM de un usuario se conecte, darle acceso a los servicios contratados, controlar límites de velocidad, prioridad o volumen de datos, gestionar el cambio de antena desde la que accede, etc.


Red de acceso radioNúcleo
4GLTE (Long Term Evolution)EPC (Evolved Packet Core)
5GNR (New Radio)5GC (5G Core)

En el núcleo 4G EPC todas estas funciones corren sobre hardware específico ubicado en un único centro de datos de la operadora de forma centralizada. Si la red crece hay que comprar nuevos equipos e instalarlos junto a los existentes. En el núcleo 5GC estas funciones están virtualizadas en programas independientes ejecutados en contenedores en la nube, que se distribuyen en centros de datos más cerca de las antenas y que pueden escalarse y replicarse dinámicamente en función del nivel de actividad de la red.

La virtualización del núcleo de 5G permite, además, crear redes móviles virtuales paralelas e independientes funcionando sobre una misma red física, lo que es útil para nuevos casos de uso más allá de la banda ancha móvil que usan los usuarios, como para dar servicio a millones de dispositivos IoT, para comunicaciones ultra fiables de baja latencia como los vehículos conectados o simplemente para que dos operadoras compartan la misma infraestructura física ahorrando costes.

Pero introducir un cambio de tecnología tan radical como un salto de generación de 4G a 5G en una red en marcha es una odisea, así que el propio estándar plantea opciones intermedias antes de que una operadora llegue a tener una red 100% 5G.

5G NSA: Agregando un portadora 5G NR a una conexión 4G para dar más velocidad

5G NSA
Núcleo 4G controlando tanto la radio 4G y 5G para agregar ambas portadoras como 5G NSA

LTE Advanced, publicado en septiembre de 2011 con la Release 10 del 3GPP, trajo la agregación de portadoras CA (Carrier Aggregation), característica que puedes ver en funcionamiento en tu móvil cuando aparece el símbolo 4G+. Lo que hace CA es que el móvil se conecte con la estación base a través de varias portadoras o canales de radio, lo que aumenta drásticamente la velocidad total al sumar el caudal que aporta cada una.

El móvil establece con la estación base dos canales lógicos, el llamado plano de control, donde la red da instrucciones sobre a qué torres y portadoras debe conectarse el móvil, y el plano de usuario, que contiene los datos del usuario propiamente dichos, como el tráfico de internet y la voz. El canal de control va directo al núcleo de la red mientras que el de usuario va a internet o al servidor IMS, que se encarga de la voz y otros servicios de la red.

Para migrar progresivamente de una red 4G a 5G el primer paso es aprovechar la agregación de portadoras de una conexión 4G, en la que la portadora principal sigue siendo 4G LTE y está coordinada por el núcleo 4G EPC, añadiendo otra portadora secundaria que funciona sobre 5G NR. Es lo que llamamos 5G NSA.

5G NSA, que es el único 5G disponible comercialmente en la actualidad en España, es por tanto una conexión 4G supervitaminada que se beneficia de poder aumentar la velocidad al agregar el caudal de una portadora 5G NR.

Si la portadora 5G NR está en la banda 3,5 GHz la velocidad podrá ser gigabit, gracias a que las operadoras pueden crear súper portadoras de hasta 100 MHz de ancho, frente a los 20 MHz de máximo del 4G LTE, pero si se trata de una portadora con DSS, no tendremos ninguna mejora de velocidad respecto al 4G.

5G DSS: reutilizando frecuencias 4G

5G DSS
Portadora DSS que combina 4G LTE y 5G NR en las misma frecuencias

Ahora que ya sabemos qué es 5G NR podemos entender mejor qué es 5G DSS (Dinamic Spectrum Sharing) y la forma en la que comparte dinámicamente el espectro.

Los equipos SDR (Software Defined Radio) instalados en los últimos años en las antenas 4G definen su funcionamiento por software, así que pueden ser actualizados remotamente y empezar a trabajar con 5G NR sin intervenir físicamente en ellos. Pero reemplazar completamente la señal 4G LTE por 5G NR dejaría a los usuarios con un móvil antiguo sin servicio. Además hemos visto que 5G NSA necesita seguir usando como portadora principal una 4G LTE. Ahí es donde entra en juego DSS, que lo que hace es intercalar la señal 4G LTE y 5G NR en la misma frecuencia, alternando miles de veces por segundo entre ellas según lo que demanden los usuarios que haya conectados. Se trata de una solución necesaria para empezar a migrar bandas con tecnologías antiguas hacia 5G sin dejar de dar servicio a usuarios con terminales obsoletos.

Puedes ver qué bandas usan Movistar y Orange para DSS en este artículo: Qué bandas ha de tener tu móvil 5G para funcionar con las redes de operadoras en España

La facilidad para actualizar de forma rápida y remota las estaciones 4G existentes ha permitido además que operadoras como Movistar u Orange utilicen DSS para extender su huella de cobertura 5G rápidamente y poder presentar cifras de cobertura enormes en tiempo récord, a pesar de que esta cobertura no aporta ninguna mejora.

Lo que debes recordar es que con las redes actuales 5G NSA, si estás bajo cobertura DSS estás utilizando tanto la señal 4G LTE para que el núcleo 4G EPC pueda mantener el control, como la señal 5G NR para transportar más datos. En este caso además la parte 5G NR está limitada al ancho de la portadora 4G, así que no vas a beneficiarte de ningún incremento de velocidad, es más, el propio sistema DSS se come algo de ancho de banda, así que la velocidad puede ser incluso algo inferior que con solo 4G.

DSS se quedará bastantes años con nosotros, incluso cuando las operadoras activen el núcleo de red 5GC y conviertan su 5G NSA en SA, con el fin de dar servicio a terminales de generaciones anteriores en ciertas bandas.

5G SA: el nuevo núcleo 5GC toma el control de la red

5G SA
Ejemplo de agregación de portadoras 5G NR en las dos bandas subastadas hasta la fecha en un futuro 5G SA

Y finalmente llegamos al 5G SA, en el que el nuevo núcleo de red 5GC es el que gobierna. El móvil ya no necesita conectarse al menos a una portadora 4G para tener acceso al viejo núcleo 4G LTE. Puede agregar portadoras 5G NR en diferentes bandas, como 700 y 3500 MHz, para obtener cobertura fiable con enormes caudales, a la vez que se beneficia de la ínfima latencia que proporciona el nuevo núcleo, situado de forma distribuida en el edge, más cerca de las torres.

Ninguna operadora utiliza un núcleo 5GC en la actualidad en España, así que el 5G comercial que se ofrece en España es NSA. Vodafone anunció recientemente que tiene un núcleo en pruebas al que solo tienen acceso terminales Samsung, aunque se espera que en los próximos meses, una vez que las operadoras que han conseguido frecuencias en la banda 700 MHz tomen posesión de ellas, anuncien la puesta en marcha de 5G SA.

kotBegemot
2

¡Felicidades! Muy buen artículo.

Russell

Los esquemas que has puesto ayudan mucho a comprender toda la teoría.

Buen artículo.

BocaDePez
BocaDePez

Gracias por la info! Da gusto leer contenido de calidad.

Un apunte, donde dices "Pero introducir un cambio de tecnología tan radical como un salto de generación de 5G a 4G" entiendo que se te cruzaron lo cables… :-P

🗨️ 1
Josh

Corregido, gracias!

BocaDePez
BocaDePez

@Josh me gusta mucho el artículo, mi duda después de leer cosas sobre 5G NR es la siguiente:

¿Se va poder reutilizar bandas del 3G y el 4G con 5G? Me pareció leer que era más eficiente con el espectro.

Un saludo

🗨️ 3
Josh

SI, 5G NR puede trabajar en cualquier banda 2G, 3G o 4G. Las 3G se apagarán en los próximos años y pasarán a 5G supongo. El resto si se necesita más frecuencias para 5G harán DSS.

🗨️ 2
heffeque

Ahora me entra la duda… ¿existe el DSS a la inversa?

Me explico:

En un futuro, cuando la red troncal 5GC sea una realidad, para ahorrar en HW: mantener únicamente red troncal 5GC, y aplicar DSS en ciertas bandas para mantener compatibilidad 2G/4G para equipos que lo necesiten.

🗨️ 1
Josh
1

Si, el 5GC puede controlar ng-eNB, que son radios 4G LTE actualizadas para que el 5GC las controle.

Jomainbe

En primer lugar, felicidades por el artículo. Solo una cosa a lo que dices de que "así que los usuarios queremos 5G". Yo no. Y la mayoría de usuarios tampoco. Nos bastaría con que el 4G (y si me apuras el 3G) estuviera desplegado en el 100% del territorio (no me vale lo del despliegue al noventaytantos % de la población, que no es lo mismo), con buena cobertura y con velocidad decente. Que nos quieren vender la novedad sin ni siquiera haber terminado con lo anterior. Hasta ya se está hablando del 6G.

🗨️ 2
kotBegemot

¡Tu gozo en un pozo!

Es imposible que una red de este tipo esté desplegada en el 100% del territorio.

Hay sitios en los que no es rentable poner una antena (porque nadie la va a usar, o el coste es muy alto), y hay otros en los que es imposible poner una antena (parques naturales por ejemplo).

El concepto que se usa en la industria es el de población cubierta. Y España es uno de los países del mundo con un mayor porcentaje de población cubierta.

🗨️ 1
rbetancor

Y España es uno de los países del mundo con un mayor porcentaje de población cubierta

Exacto, la peña vive en los mundo de Yupi. Pretenden tener cobertura a tope en La Presa Juncalillo, donde van cuatro gatos, un par de semanas en verano a pasar unos días. Y eso, salvo que estemos dispuestos a pagar tarifas al doble o el triple del actual, no es rentable para las operadoras.

Y antes de que salte alguno diciendo que "en su pueblo", no son 4 gatos y tampoco hay cobertura. La respuesta es la misma, SINO HAY COBERTURA ES QUE SOIS 4 GATOS (económicamente hablando para la operadora, aunque seáis 4000 en el pueblo).

Slm
2

Muy buena explicación. Hasta en las redes del Colegio de Ingenieros Técnicos de Teleco han hecho eco de la misma. :)