Qualcomm y un nuevo paradigma de compartición de espectro

La conectividad inalámbrica ha transformado la forma en que vivimos, aprendemos, trabajamos y jugamos. Desde enriquecer las experiencias personales hasta colaborar de manera flexible, comprar con confianza e incluso hacer un seguimiento de nuestra salud y estado físico, confiamos cada vez más en la conectividad inalámbrica para mejorar nuestras vidas. El recurso indispensable —y limitado— que hace posible todo esto es el espectro. Como pionero de las tecnologías inalámbricas, Qualcomm ha desarrollado una forma para que los operadores comerciales y federales compartan de manera más eficiente este recurso vital para mejorar nuestras vidas utilizando la última tecnología de ondas milimétricas.

Fondo    

Hasta 4G inclusive, las redes celulares operaban solo en bandas de frecuencia por debajo de 6 GHz. Acceso desbloqueado 5G a frecuencias de ondas milimétricas (mmWave), que ofrece aproximadamente 25 veces más ancho de banda que el disponible con 4G para satisfacer la demanda cada vez mayor de los usuarios. Dado que el tráfico de datos móviles en los teléfonos inteligentes creció casi 6 veces entre 2016 y 2021 según Ericsson Mobility Visualizer , y se prevé que el tráfico de datos móviles siga creciendo significativamente en los próximos años, la demanda de más espectro está aumentando. También pone de relieve la necesidad de utilizar de manera eficiente todas las bandas del espectro. 

Todos los días nos enfocamos en desarrollar nuevos medios para aumentar la utilización del espectro mientras mantenemos la calidad de servicio inalámbrico (QoS). El espectro con licencia exclusiva ofrece a los operadores móviles acceso completo a sus canales con licencia para admitir una QoS muy buena. Al mismo tiempo, las bandas de espectro utilizadas para muchos otros servicios y aplicaciones a menudo están infrautilizadas y pueden abrirse a operaciones móviles mediante la implementación de herramientas avanzadas de detección de espectro disponibles en la actualidad.

Hoy en día, muchos enfoques de compartición del espectro se basan en la separación geográfica de los usuarios del espectro coprimarios y secundarios. Los usuarios secundarios pueden acceder al mismo espectro que los usuarios primarios solo si estos últimos no están sujetos a los umbrales de interferencia perjudicial definidos por la Comisión Federal de Comunicaciones. Sin embargo, estos métodos para compartir pueden ser demasiado conservadores y, a menudo, ineficientes. Otras soluciones para compartir el espectro permiten el acceso dinámico utilizando bases de datos de acceso al espectro, como el Servicio de radio de banda ancha para ciudadanos (CBRS) de 3,5 GHz.. Estas soluciones mejoran la utilización del espectro en el tiempo y el espacio, pero agregan sobrecarga operativa, complejidad y también pueden ser demasiado conservadoras cuando se trata de proteger a los usuarios principales. Muchas veces, estas ineficiencias se deben a la dependencia de modelos de canal conservadores para predecir la interferencia causada por usuarios secundarios a usuarios primarios. 

El espectro sin licencia, como en las bandas de 2,4, 5, 6 y 60 GHz, brinda flexibilidad para implementar redes con menos complejidad o sobrecarga. Sin embargo, dado que el acceso al espectro sin licencia no está coordinado ni protegido, la confiabilidad no está garantizada y la QoS sufre a medida que aumenta la carga de la red.

Intercambio avanzado de espectro espacial

Qualcomm ha estado trabajando para mejorar la forma en que se puede compartir el espectro entre múltiples operadores distintos para proporcionar una mayor utilización del espectro y una QoS garantizada. Hemos contribuido constantemente a los procesos regulatorios para permitir un alto nivel de utilización del espectro en diversas bandas y tipos de espectro. Una banda brinda una oportunidad única para implementar una solución de compartición de espectro altamente deseable.

La FCC asignó la banda de frecuencia de onda milimétrica de 37,0 a 37,6 GHz (la «banda inferior de 37 GHz») como una banda con licencia compartida en julio de 2016, pero aún no ha adoptado un medio para abrir la banda para usos flexibles con licencia compartida. De hecho, es posible habilitar en esta banda las mismas operaciones móviles y fijas que las bandas de ondas milimétricas de 28, 37 y 39 GHz con licencia exclusiva brindan hoy. Como se explica a continuación, es posible permitir que múltiples licenciatarios compartidos operen en la banda inferior de 37 GHz en el mismo espectro y al mismo tiempo y lugar. Dado que las antenas mmWave crean haces estrechos para transmitir y recibir señales, existe una gran oportunidad de compartir más intensamente el espectro mmWave con la reutilización espacial.

Presentaciones de Qualcomm  para abrir la banda inferior de 37 GHz al acceso compartido con licenciasolicitar a la FCC que adopte un Aviso de reglamentación propuesta (NPRM) para asignar seis licencias prioritarias de 100 MHz de ancho en la banda inferior de 37 GHz y permitir que cada operador prioritario, que puede ser un gobierno federal o un operador comercial, utilice el resto de la banda de forma secundaria. 

Para permitir estas operaciones secundarias sin interferencias, cada operador prioritario implementaría una regla basada en equipos neutral en cuanto a tecnología para proporcionar una escucha periódica y coordinada del canal, conocida como detección a largo plazo (LTS), para determinar si su las operaciones secundarias en el espectro fuera de su espectro con licencia prioritaria pueden causar interferencia perjudicial al titular de la licencia prioritaria de esa franja de espectro. Las operaciones secundarias solo se permiten para enlaces de comunicaciones que la detección determine que no causarán interferencia al titular de la licencia prioritaria.es decir , los otros 500 MHz) de forma secundaria y sin interferencias, aumentando la utilización general del espectro sin degradar la QoS para el licenciatario prioritario. 

Este enfoque de detección coordinada basado en equipos ofrece un rendimiento mejorado y un acceso al espectro altamente confiable a través de una detección y prevención rápidas y precisas de posibles problemas de interferencia. Para los operadores gubernamentales y comerciales, este enfoque puede admitir una amplia gama de aplicaciones, con un rendimiento ultraalto y alta confiabilidad, que otras bandas de espectro de mmWave permiten hoy en día, como enlaces fijos punto a punto y punto a multipunto, enlaces móviles operaciones, redes privadas, conexiones de dispositivo a dispositivo (peer-to-peer) y puntos de acceso móviles. 

La figura 4 anterior muestra cómo funciona el enfoque de compartir. Cuando los haces de enlace descendente de diferentes operadores se superponen, el potencial de interferencia es detectado por equipos que buscan operar en el espectro con licencia de otro licenciatario prioritario de forma secundaria. En este caso, el operador secundario suspende su uso del canal secundario. Cuando el acceso al espectro secundario no está disponible, los dispositivos continúan operando en sus canales autorizados prioritarios sin interferencias y con calidad de servicio garantizada. Si los dispositivos se separan para que sus haces ya no causen interferencias dañinas, como se muestra en la Figura 4, los operadores pueden reanudar el uso de canales secundarios para proporcionar un mayor rendimiento de la red a través de la reutilización espacial. 

Simulación de Qualcomm que demuestra cómo funciona el enfoque de uso compartido de LTS

Para cuantificar el rendimiento del uso compartido del espectro mmWave utilizando esta regla basada en equipos y neutral en tecnología, Qualcomm simuló un escenario de terminal de aeropuerto con dos operadores compartiendo la banda de frecuencia inferior de 37 GHz. Cada operador atendió a treinta usuarios utilizando un canal con licencia de prioridad de 200 MHz de ancho con seis celdas pequeñas de interior 5G ( es decir ,., gNodoB). Cada 5G gNodeB tenía paneles de antena de entrada múltiple y salida múltiple (MIMO) de 32 elementos de antena. Como era de esperar, tanto la compartición no coordinada como la compartición LTS de 400 MHz ofrecieron una capacidad de red significativamente mayor que la línea base de espectro no compartido. Sin embargo, lo que es más importante, cuando se implementa la regla basada en equipos de tecnología neutral, se logra una calidad de servicio mucho más alta en comparación con el método compartido no coordinado. 

El enfoque propuesto permite lo mejor de ambos mundos, es decir, un rendimiento mucho mayor con una QoS equivalente a la disponible para los operadores que utilizan espectro con licencia exclusiva. En la simulación anterior, Qualcomm determinó que varios operadores pueden brindar un servicio confiable con una QoS alta similar a la disponible con una asignación de licencia exclusiva más del 95 por ciento del tiempo y con ganancias de rendimiento masivas al acceder a espectro adicional de forma secundaria. Por el contrario, con el uso compartido descoordinado en ambos canales de 200 MHz, los operadores experimentan mejoras en la capacidad pero no pueden proporcionar una calidad de servicio confiable de manera consistente.  

La Comisión también puede permitir el uso en interiores de toda la banda ancha de 600 MHz por parte de los propietarios para respaldar fábricas inteligentes y aplicaciones industriales de IoT, así como redes privadas en interiores. Los altos niveles de pérdidas de señal de entrada y salida del edificio en esta banda de ondas milimétricas, junto con la naturaleza altamente direccional de las comunicaciones de ondas milimétricas, garantizarían que estas operaciones en interiores no perjudiquen las operaciones prioritarias en exteriores.

Resumen

Este enfoque avanzado de uso compartido de espectro para bandas de frecuencia de ondas milimétricas utiliza la detección coordinada para proporcionar varias mejoras significativas en la utilización del espectro. El método de uso compartido de espectro basado en equipos, simple y neutral en tecnología, ofrece una capacidad de red mucho mayor en comparación con el espectro de ondas milimétricas con licencia exclusiva. Y permite una calidad de servicio significativamente mejor que la compartición de espectro no coordinada.

Este enfoque brinda las ventajas del espectro compartido y con licencia de manera descentralizada, sin depender de la conectividad a la infraestructura de control de acceso o las bases de datos que asignan los canales disponibles. Se puede implementar en cualquier banda que utilice haces de transmisión y recepción altamente direccionales, como mmWave y otras bandas de frecuencias más altas. A medida que Qualcomm avanza hacia 5G Advanced y 6G, esperamos ayudar a brindar mejores experiencias de usuario de manera más eficiente, en bandas de frecuencia como la banda inferior de 37 GHz, con uso compartido de espectro avanzado.