Tendencia clave de IoT/5G para 2022 y más allá: el servicio de radio de banda ancha para ciudadanos

El Servicio de Radio de Banda Ancha para Ciudadanos está llamado a revolucionar la quinta generación de comunicación celular. En los últimos 6 años, esta porción no comercializada del espectro radioeléctrico ha ganado un interés cada vez mayor por parte de una variedad de partes interesadas que están explorando formas de aprovecharla para respaldar el rápido aumento de la demanda de ancho de banda por parte de IoT, así como el despliegue de 5G.

Esta banda de frecuencia de 3.5 GHz  es increíblemente accesible y, comprensiblemente, tendrá una gran demanda para una amplia gama de aplicaciones. Esta guía explica lo que proporciona el Servicio de Radio de Banda Ancha para Ciudadanos, un resumen conciso de su alcance en el suministro de conectividad celular para 5G e IoT.

¿Qué es el Servicio de Radio de Banda Ancha Ciudadana?

La Comisión Federal de Comunicaciones (FCC, por sus siglas en inglés) estableció el Servicio de Radio de Banda Ancha para Ciudadanos (CBRS, por sus siglas en inglés) en 2015, creando una banda de 150 MHz que estaría disponible para uso comercial y federal compartido. En ese momento, fue un paso significativo hacia la liberalización del espectro. La Comisión lo ha logrado en la banda de 3.5 GHz (entre 3550 y 3700 MHz) mediante la creación de un marco de tres niveles para la autorización y el acceso de los usuarios de la banda. Las reglas adoptadas para el uso de la banda CBRS se establecen en las reglas de la FCC (47 CFR Parte 96 - SERVICIO DE RADIO DE BANDA ANCHA PARA CIUDADANOS).

El espectro en la banda CBRS se gestiona dinámicamente mediante un sistema de acceso al espectro

El acceso a la banda CBRS está controlado por un sistema de acceso al espectro (SAS) que coordina el acceso a la banda de frecuencias. El SAS tiene una base de datos mantenida regularmente que registra cada dispositivo de radio de banda ancha para ciudadanos (CBSD) o estación base. La información disponible incluye el nivel de acceso permitido, la ubicación y las asignaciones de canales.

Esto es esencial porque las frecuencias CBRS también son utilizadas por el Departamento de Defensa de los Estados Unidos para aplicaciones de radar. SAS, por lo tanto, recibe y utiliza datos de una red de sensores militares que detecta las transmisiones de los sistemas de radar del Departamento de Defensa. A continuación, asignará canales dentro de la banda de acuerdo con los niveles de acceso escalonados que se describen a continuación. Los sistemas de acceso al espectro y la capacidad de detección ambiental (ESC) especializada que monitorea el radar deben estar aprobados por la FCC. Hay varias versiones de este software disponibles que se pueden utilizar para administrar el acceso a la banda CBRS de manera similar al software de administración de acceso al canal en WiFi.

La FCC proporciona 3 niveles de autorización de usuario y acceso a la banda CBRS

Acceso CBRS de nivel 1

Esto se conoce como Acceso Incumbente y es para uso federal. Este nivel de acceso debe estar protegido contra la interferencia de los niveles inferiores. Entre las aplicaciones a las que ya se tiene acceso figuran el servicio fijo por satélite, con satélites espacio-tierra, y algunos servicios inalámbricos de banda ancha que están en proceso de eliminación.

Acceso CBRS de nivel 2

Esto se conoce como acceso prioritario y solo pueden acceder a él los usuarios con licencia. Las licencias de acceso prioritario (PAL) se subastan condado por condado con hasta 7 licencias disponibles por condado. Los PAL cubren el acceso a canales de 10 MHz que están disponibles entre 3550 y 3650 MHz y duran 10 años, momento en el que pueden renovarse. Un solo licenciatario solo puede tener un máximo de 4 PALs/canales que se pueden agregar. Los licenciatarios también deben cumplir con los requisitos clave de rendimiento y reconocer que su servicio se verá afectado por las actividades de los usuarios de acceso establecido. El acceso de nivel 2 está protegido contra la interferencia de los usuarios de nivel 3.

Acceso CBRS de nivel 3

Esto se conoce como Acceso Autorizado General (GAA) y es un nivel con licencia ligera que está esencialmente abierto a todos, siempre que el uso cumpla con las reglas de la Parte 96. El acceso de nivel 3 abarca de 3550 a 3700 MHz y es utilizado por los usuarios de acceso prioritario. Los usuarios de GAA también deben aceptar la interferencia de los niveles superiores y otros usuarios de GAA. sin ninguna protección.

CBRS ha hecho la transición para convertirse en un nuevo e innovador servicio celular

La banda CBRS ha demostrado ser un modelo exitoso de cómo se pueden utilizar porciones más amplias del espectro radioeléctrico para transportar datos inalámbricos tanto para proveedores de servicios como para empresas. CBRS contribuye significativamente a la cobertura de banda media 4 y 5G para:

• Acceso inalámbrico fijo (FWA)
• Redes de células pequeñas
• IoT industrial (IIoT)
•  Redes privadas LTE
• Hotspots MIMO masivos (mMIMO)

La banda CBRS ya se ha utilizado para proporcionar conectividad LTE para las redes celulares privadas que se utilizan para admitir dispositivos IoT de la industria de misión crítica. La solución CBRS basada en LTE y "siempre activa" para empresas, con la marca "OnGo", está ahora en proceso de ser reemplazada por los operadores 5G con nuevas formas de ofrecer un mayor rendimiento de red seguro.

El modelo CBRS encaja con el objetivo de 5G de soportar una gran proporción de conexiones globales de IoT a través de la rama de comunicaciones masivas de tipo máquina de 5G. CBRS es muy adecuado para proporcionar a los proveedores de servicios 5G un enfoque innovador para crear una arquitectura de red adaptable, receptiva y preparada para el futuro. La CBRS Alliance certifica el hardware y el software CBRS y admite la interoperabilidad de múltiples proveedores en la banda de 3.5 GHz.

A medida que avanza la década de 2020, se espera que el acceso al espectro CBRS sea compatible con varios mercados nuevos e interesantes

[R] Se espera que CBRS ayude a los operadores de redes 5G a lograr un rendimiento GBPS+

El Proyecto de Asociación de Tercera Generación (3GPP), junto con la Unión Internacional de Telecomunicaciones (UIT), ha especificado estándares de rendimiento que los operadores de redes móviles deben cumplir para ofrecer un servicio 5G a los usuarios finales. La velocidad de la red es un componente crítico con velocidades de datos de hasta 2 Gigabits por segundo posibles con dispositivos 5GNR. El rendimiento de gigabytes por segundo (GBPS) es una característica clave de las redes 5G y los operadores están probando nuevas formas de lograrlo para un gran número de dispositivos. Las velocidades en el mundo real varían mucho debido a la ubicación y el rendimiento de los datos de los teléfonos celulares, así como a la demanda de IoT y banda ancha móvil. Con las frecuencias CBRS, los operadores inalámbricos pueden aprovechar este espectro adicional sin necesidad de una licencia de espectro comercial, ya sea directamente o a través de un host neutral de la red. Es probable que el CBRS se utilice como parte de una estrategia para aumentar la velocidad mediante la recepción de tráfico celular de banda media descargado de redes sobrecargadas, con redes peer-to-peer y privadas que manejan el tráfico a cambio de una remuneración de los operadores de red más grandes.

[B] La banda CBRS está siendo seleccionada para soportar aplicaciones de IoT y redes de sensores

La industria celular ha estado interesada en proporcionar soluciones y estándares de redes inalámbricas basadas en celulares para respaldar la expansión masiva de Internet de las cosas. Actualmente, se utilizan una variedad de tecnologías de redes inalámbricas, incluidas ZigBee, WiFi, Bluetooth y LoRa,  con diferentes niveles de rendimiento y accesibilidad. Como la banda CBRS se utiliza con tecnología celular y está bien integrada con la infraestructura celular existente, se espera que reciba parte del rendimiento generado por los dispositivos IoT que necesitan acceder a Internet para transferir datos a la nube. Esto puede ser supervisado por los operadores de red más grandes o distribuirse entre varios titulares de licencias CBRS PAL más pequeños que proporcionan acceso a la puerta de enlace para este propósito específico.

[C] Las redes celulares privadas pueden ser operadas a través de canales CBRS

La reciente subasta de PAL CBRS de la FCC planteó la posibilidad de que la banda CBRS se utilice para proporcionar redes celulares privadas a través de la radio celular pequeña CBRS. Esta conectividad de banda media es adecuada para admitir redes celulares seguras de nivel empresarial para aplicaciones y activos sensibles de IoT, como robots utilizados en la fabricación o la atención médica.

Es probable que las redes celulares privadas CBRS se conviertan en una alternativa muy demandada a las redes celulares WiFi o comerciales, especialmente donde la disponibilidad y la calidad de las conexiones son deficientes. Las redes CBRS privadas pueden proporcionar una mayor privacidad y control. La tecnología de radio de celda pequeña que está sintonizada en la banda de 3.5 GHz se puede adquirir fácilmente y es fácil de implementar para una cobertura inalámbrica específica y personalizada.

[D] El CBRS ha dado cabida a operadores nuevos y alternativos para que presten servicios de redes celulares

Las subastas PAL brindaron una oportunidad única para que los operadores de redes celulares entrantes adquirieran acceso al espectro para redes 5G. Esto representa una liberalización masiva del mercado con dispositivos de radio de celdas pequeñas CBRS que actúan como puertas de enlace para redes celulares privadas descentralizadas y HetNet. El acceso a la empresa es inevitable. Un ejemplo notable de esto es la  red 5G de Nova Labs (Helium). Nova Labs se ha asociado con FreedomFi, un productor de pasarelas para redes celulares privadas, para establecer una red celular completamente descentralizada que consta de nodos operados por particulares. La cobertura celular proporcionada se utilizará para descargar el tráfico de los operadores más grandes y respaldar la conectividad IoT a Internet. A cambio de ejecutar una puerta de enlace, a los miembros de Nova se les paga en una criptomoneda patentada conocida como Helium Network Token (HNT), que actualmente vale alrededor de $ 14 por token. Nova Labs ya ha demostrado su éxito en este modelo de redes peer-to-peer con su red basada en LoRa.

El acceso al espectro CBRS se basa en celdas pequeñas CBRS

Las celdas pequeñas son dispositivos de radio que proporcionan acceso a la red celular en la banda de 3.5 GHz. Son compactos y discretos, lo que significa que se pueden montar fácilmente  en interiores o exteriores. Dado que el acceso al CBRS es significativamente más barato que el de las bandas convencionales con licencia, las celdas pequeñas CBRS tienen una gran demanda. Las celdas pequeñas CBRS no solo tienen bajos costos de implementación, sino que a menudo pueden evadir el permiso de planificación para la instalación debido a su compacidad y uso en interiores.

Desde 2019, la Alianza CBRS y el Small Cell Forum han trabajado juntos para aumentar la adopción de soluciones de redes celulares en la banda CBRS. La adopción de celdas pequeñas CBRS está aumentando, con un mercado significativo en desarrollo para radios y antenas de celdas pequeñas CBRS  para redes celulares privadas. Para 2022, se espera que más de un tercio de los despliegues de celdas pequeñas puedan utilizar la banda de 3.5 GHz, y que las celdas pequeñas se conviertan en un importante impulsor de la densificación de la red.

Antenas para celdas pequeñas CBRS

Las aplicaciones más disruptivas y descentralizadas de CBRS tendrán que ser capaces de proporcionar una cobertura sólida y fiable si quieren seguir siendo viables. El aspecto más importante de la optimización de la cobertura de las HetNet de banda CBRS o de las pasarelas de propiedad privada será la elección de la antena. La FCC no especifica las características de la antena para los dispositivos de radio CBRS, pero las reglas CBRS sí especifican dos clases clave de dispositivos:

1. Dispositivos CBRS de clase A:Estos dispositivos son adecuados para uso en interiores y son esenciales para celdas pequeñas o estaciones base. La PIRE de las antenas utilizadas en o con estos dispositivos es de 1 vatio (+30 dBm). Las radios de clase A se utilizan generalmente con una antena omnidireccional con hasta 2 Ganancia de dBi o Antena direccional con hasta 6 dBi.
2. Dispositivos CBRS de clase B: Estos dispositivos, más potentes, están diseñados para su uso en exteriores con una potencia máxima permitida de hasta 50 vatios. Estos dispositivos proporcionan conectividad celular de banda ancha en entornos comerciales o industriales.

Las radios CBRS y las celdas pequeñas suelen incluir una antena interna fija que limita la cobertura que puede proporcionar la celda pequeña. Mediante el uso de una antena externa de alta calidad para la banda de 3.5 GHz, la cobertura y la calidad del servicio se pueden optimizar mejor, ya que el posicionamiento de la antena se puede ajustar fácilmente. Dado que la interferencia en esta banda compartida es un problema real, una antena de alta ganancia podría marcar la diferencia para mantener la calidad del servicio. Las opciones de antena para la banda de 3.5 GHz incluyen:

• Antenas omnidireccionales y direccionales de 3.5 GHz
• Antenas vehiculares/móviles de 3.5 GHz
• Antenas internas de 3.5 GHz

Como uno de los principales proveedores de antenas, cables y accesorios para redes celulares del suroeste, sabemos que la selección de antenas será fundamental para aprovechar las ventajas de las redes de celdas pequeñas y de espectro compartido en la banda CBRS. Explore nuestro amplio inventario de antenas 5G celulares y de banda media  o contáctenos directamente por teléfono o correo electrónico para solicitudes específicas.

Instalaciones y consideraciones de celdas pequeñas CBRS

La implementación de celdas pequeñas CBRS implica algo más que seleccionar el dispositivo adecuado. La instalación y la configuración adecuadas son esenciales para un rendimiento óptimo de la red. Estas son algunas consideraciones clave:

• Selección de antena: Como se mencionó anteriormente, es crucial elegir una antena adecuada para el área de cobertura y la aplicación deseadas. Factores como la ganancia de la antena, la directividad y el rango de frecuencia desempeñan un papel importante en la maximización de la intensidad de la señal y la eficiencia de la red.
• Conexiones de antena compatibles: Igualmente importante es garantizar una conexión segura y confiable entre la celda pequeña CBRS y la antena elegida. Esto a menudo implica el uso de cables y adaptadores especializados que son compatibles con los tipos de conectores específicos tanto en la celda pequeña como en la antena.

Si bien las especificaciones técnicas de estos cables y conectores (U.FL, SMA, RP-SMA, MMCX) están fuera del alcance de este artículo, seleccionar los correctos es vital para una comunicación fluida dentro de la red CBRS.