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Espectro de Citizens Broadband Radio Service (CBRS) y LTE privado

¿Qué es LTE Privado y CBRS? CBRS significa Citizens Broadband Radio Systems. En realidad, es una “banda”, no una tecnología, que permitirá a las empresas implementar redes LTE privadas en espectro compartido .

CBRS y tecnología privada de small cell LTE

LTE es la tecnología de banda ancha móvil elegida por los proveedores de servicios móviles en todo el mundo, con 1.700 millones de dispositivos para fines de 2016 y se espera que preste servicio a más de 4.600 millones de dispositivos para fines de 2022. LTE ofrece conectividad de gran ancho de banda con latencia predecible. Es extremadamente seguro, tiene un gran ecosistema de proveedores y ofrece un mapa sólido. Aun así, las empresas no pueden usar LTE para sus redes inalámbricas privadas porque requiere espectro con licencia.

Esto está a punto de cambiar en los Estados Unidos, gracias a la disponibilidad del espectro de Citizens Broadband Radio Services (CBRS). Las empresas podrán utilizar este espectro CBRS, de 3,55 GHz a 3,70 GHz, para implementar redes inalámbricas privadas basadas en LTE, sin necesidad de obtener licencias de la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC).

Introducción al espectro CBRS

Citizens Broadband Radio Service (CBRS) ocupa las bandas 48 LTE que se han asignado para el servicio celular de baja potencia en los Estados Unidos. La asignación del espectro es jerarquizada con dos capas relevantes para el uso de LTE.

Las licencias de acceso prioritario “PAL” son autorizaciones no renovables para utilizar un canal de 10 MHz dentro de la porción de la banda de 3550-3650 MHz. Cada PAL se adjudica en un proceso de licitación competitivo.

El acceso general autorizado “GAA” son canales de 10 MHz asignados dinámicamente dentro de la porción de 3550-3700 MHz de la banda que no entran en conflicto con ninguna PAL. Cualquier sector censal puede tener 80-100 MHz disponibles para uso del GAA, dependiendo de las PAL asignadas.

Lo que es diferente acerca de CBRS es que la infraestructura de la red móvil realiza una solicitud de espectro desde un Sistema de asignación de espectro “SAS”, que se conecta a una base de datos que administra el uso de la licencia general.

El módulo de proxy de dominio CBSD de Corning en el nodo de servicios ha sido probado para su interoperabilidad con los principales proveedores de SAS. El proxy realiza la actividad de solicitud de canal SAS para todos los nodos de radio que administra. Este recurso de valor agregado permite a una E-RAN realizar una solicitud para usar uno o dos canales CBRS adyacentes para formar una portadora LTE de 10 o 20 MHz de ancho que aparece en los nodos de radio.

CBRS abre nuevos modelos de negocio y acelerará las small cells internas y externas una vez que se eliminen las preocupaciones típicas de la interferencia cocanal. Las bandas de servicio CBRS admiten LTE empresarial con núcleo móvil privado y LTE neutral de host.

Corning es la autora de un documento técnico completo sobre LTE privado que ayudará a los ejecutivos de telecomunicaciones corporativas y a los tomadores de decisiones a comprender cómo el LTE privado llena los últimos vacíos de tecnología inalámbrica en las arquitecturas de comunicaciones empresariales contemporáneas. El documento técnico sobre LTE privado informa al lector sobre las demandas comerciales, las aplicaciones del mercado vertical y la arquitectura de la solución de Corning. Además, incluye una introducción a CBRS, que lo cubre de principio a fin.

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Con el avance de las tecnologías de red, el CBRS - que significa Servicio de Radio de Banda Ancha para Ciudadanos - se ha convertido en un tema de tendencia en el espacio de las telecomunicaciones. En pocas palabras, el CBRS es un espectro de radiofrecuencias adecuado para desplegar redes 4G LTE y 5G.

Como resultado, las organizaciones que dependen de la conectividad inalámbrica de alta velocidad están particularmente ansiosas por aprovechar la banda de frecuencia previamente restringida de CBRS para construir redes LTE privadas.

Los sectores y los casos de uso que pueden beneficiarse de la seguridad y la fiabilidad de las redes privadas son amplios, e incluyen la sanidad, la fabricación, la agricultura, las instalaciones educativas, las ciudades inteligentes, el comercio minorista, el almacenamiento y la cadena de suministro, y las operaciones industriales.

En este post, explicaremos más sobre cómo CBRS está permitiendo el desarrollo de redes LTE privadas hoy en día. También exploraremos:

//Por qué las empresas están invirtiendo en la construcción de redes LTE privadas //

//Qué hay que tener en cuenta al considerar los proveedores de redes LTE privadas

//Qué industrias están ya implementando casos de uso para la LTE privada//

¿Qué es el CBRS?

También conocida como banda de 3,5 GHz o banda LTE 48, la CBRS representa las radiofrecuencias de 3,5 GHz a 3,7 GHz. En el pasado, la CBRS solo era accesible para el gobierno federal de Estados Unidos y los servicios fijos por satélite, pero a partir de 2019, la “banda de innovación” se ha convertido en un producto parcialmente disponible para su uso comercial.

Para proteger los casos de uso de misión crítica, la FCC implementó un modelo de espectro compartido para el uso de CBRS. El acceso al espectro CBRS se gestiona en tres grupos:

Nivel 1: reservado a los usuarios tradicionales (principalmente la Marina de Estados Unidos y las estaciones terrestres de satélite).

Nivel 2: disponible para los usuarios empresariales con licencias de acceso prioritario (PAL).

Nivel 3: abierto a los usuarios generales autorizados (GAA) sin coste alguno.

Los observadores del sector han dicho que “CBRS pondrá una enorme potencia de red inalámbrica en manos de las organizaciones.” Con las redes LTE privadas, las empresas podrán ampliar -y en algunos casos sustituir- las redes públicas 4G y 5G que carecen del rendimiento y la fiabilidad necesarios para los casos de uso inalámbrico más avanzados de hoy en día.

¿Qué es la LTE privada?

Ya hemos hablado del impacto de las licencias CBRS, pero ¿qué es una red celular privada y por qué debería importarle a las empresas?

Una red LTE privada utiliza pequeñas celdas; el sistema de red inalámbrica es similar a los puntos de acceso Wi- 
Fi, para crear una red inalámbrica privada que puede cubrir decenas de miles de metros cuadrados, una versión a 
menor escala de una red celular pública. Establecer una red independiente Red LTE requiere más tiempo y recursos 
que confiar en las redes públicas existentes.

Para muchas organizaciones empresariales, la tecnología inalámbrica se ha convertido en la “cuarta utilidad”, un recurso tan vital como la electricidad, el agua y la conexión a Internet.

Cuando las redes públicas LTE y Wi-Fi no están disponibles por limitaciones de cobertura o no funcionan bien por problemas de capacidad, las operaciones basadas en datos y los servicios críticos se detienen. Para superar este reto, las organizaciones de Estados Unidos están considerando cada vez más la opción de las redes celulares privadas basadas en CBRS para satisfacer sus necesidades de conectividad empresarial. Hay tres escenarios comunes en los que el LTE y el Wi-Fi públicos no son ideales: cuando las redes:

Tienen limitaciones de cobertura y no se extienden al lugar en cuestión.
No funcionan bien o transmiten los datos con lentitud debido a los altos niveles de tráfico.
No cumplen los requisitos de seguridad adecuados para la aplicación, el caso de uso o el sector.

LTE privado frente a Wi-Fi

Aunque los conceptos subyacentes y la arquitectura de las redes LTE y Wi-Fi son similares, la experiencia de utilizar estas dos tecnologías inalámbricas es bastante diferente. Analicemos las principales diferencias en cuanto a rendimiento y seguridad.

Las redes LTE utilizan frecuencias de ondas de radio que proporcionan una excelente cobertura en una gran superficie, con señales que pueden penetrar materiales relativamente densos. Aunque las redes Wi-Fi también utilizan ondas de radio, su puntos de acceso están diseñadas para la cobertura de corto alcance que suele haber en los hogares u oficinas.

Incluso cuando se compara Wi-Fi 6 con LTE privado, este último sale ganando en términos de rendimiento, fiabilidad y ventajas operativas. El LTE privado ofrece una transmisión más rápida, un mayor ancho de banda y una mejor cobertura, lo que lo convierte en la mejor opción para las empresas que lo necesitan:

Conexiones fiables y de alta velocidad para transmitir flujos continuos de datos desde los dispositivos de IoT.
Más control sobre los dispositivos móviles itinerantes para ofrecer traspasos ininterrumpidos entre radios de puntos de acceso.
Redes seguras y escalables que limitan el acceso a los dispositivos de la lista blanca, incluso en lugares alejados de la TI centralizada.

Ventajas de la LTE privada

En varios sectores, las empresas están considerando cada vez más cómo las redes celulares privadas pueden resolver los problemas introducidos por una conectividad poco fiable. El desarrollo de una red privada proporciona una red LTE exclusiva en un espectro no saturado, y los equipos dedicados aumentan la capacidad de los dispositivos y los datos.

Este enfoque también tiene la ventaja de contar con controles integrados que no son posibles en las redes públicas. En comparación con las redes LTE o Wi-Fi públicas, las redes LTE privadas también ofrecen mejores:

Privacidad: En una red LTE privada, los datos nunca salen de la red del cliente. Esto es especialmente importante para sectores muy regulados, como el sanitario o el financiero.
Seguridad: La seguridad de la tarjeta SIM garantiza que los dispositivos tienen un identificador único en la red y están debidamente autentificados, lo que asegura un control estricto de los dispositivos permitidos en la red.
Flexibilidad: Las redes LTE privadas se pueden personalizar para satisfacer las necesidades de aplicación únicas de una organización.
Capacidad: Las redes LTE privadas utilizan espectro dedicado o compartido, lo que permite a las organizaciones adaptar la densidad de su infraestructura en función de sus necesidades.
Calidad de servicio (QoS): La tecnología celular ofrece una mejor calidad de servicio y priorización del tráfico de datos con respecto al Wi-Fi, lo que permite que las aplicaciones empresariales y de misión crítica funcionen en situaciones en las que otras redes están sobrecargadas.
Latencia: La LTE privada admite una latencia determinista, es decir, la posibilidad de establecer un tiempo fijo para la transferencia de datos, lo que puede ser muy importante para los casos de uso que requieren que los dispositivos estén estrechamente sincronizados.
Resistencia: Con LTE privado, los clientes empresariales pueden desplegar células pequeñas adicionales para aumentar la resistencia y el tiempo de actividad. Si lo desean, también pueden permitir el retorno a la LTE pública utilizando el mismo dispositivo celular.
Movilidad: En contraste con el Wi-Fi, la movilidad LTE privada, el traspaso entre células pequeñas LTE privadas, es fluido y comparable al de la LTE pública.
Coste: Aunque el coste de una célula pequeña individual es mayor que el de un punto de acceso de nivel empresarial, se necesitan menos células pequeñas para proporcionar la misma cobertura que muchos puntos de acceso Wi-Fi. Con la infraestructura LTE privada, el coste del tendido de cables, la alimentación y el mantenimiento de un mayor número de nodos es significativamente menor. Por esta razón, la mayoría ve un ahorro en los costes de las redes celulares privadas con respecto a las redes públicas.

Construir una red LTE privada

Cuando se planea construir y desplegar un red privada en la actualidad, las empresas tienen una serie de opciones que considerar antes de elegir su camino a seguir. Cada organización debe sopesar los costes asociados con sus necesidades empresariales específicas.

El coste de construir redes LTE privadas

Si no se comprenden claramente los casos de uso y los requisitos de la red de su empresa, los costes de la red LTE privada pueden acumularse rápidamente. Dependiendo de su enfoque, los costes de la red LTE pueden incluir:

Materiales de construcción y mano de obra para la infraestructura subyacente (incluidas las estaciones base LTE privadas)
Adquisición e instalación de radios de células pequeñas
Las tarifas mensuales de los servicios LTE, que dependen del espectro utilizado
El coste total de la implantación de una red privada móvil depende de varios factores, pero la mayor diferencia proviene del espectro que su organización elija.

Proveedores de redes LTE privadas

Las empresas pueden alquilar frecuencias dedicadas, la opción más cara con diferencia. También tienen la posibilidad de alquilar conexiones CBRS de nivel 2 a empresas que poseen un PAL. La lista de proveedores privados de LTE que ofrecen una de estas opciones incluye:

AT&T
Verizon
Samsung
Nokia
Soluciones Motorola
Nube de Google
Servicios web de Amazon (AWS)

Si bien es cierto que pagar por servicios de red CBRS dedicados o de nivel 2 tiene ventajas, las organizaciones también tienen la opción de aprovechar el acceso gratuito de nivel 3 a las frecuencias CBRS.

Cómo construir una red privada

La implementación de un despliegue de LTE privado requiere tres pasos clave.

Primero, determine sus necesidades de conectividad

El proceso general comienza con la elección del espectro que utilizará su red.

Espectro con licencia. Para establecer una red LTE privada de alta fiabilidad, las organizaciones pueden optar por alquilar una parte del espectro dedicado en propiedad de un operador de redes móviles como AT&T o Verizon. Cada país tiene leyes únicas que dictan cómo se pueden utilizar las bandas dentro del espectro con licencia.
Espectro compartido. Otra forma de crear una red LTE privada es a través del espectro compartido de CBRS, más concretamente utilizando los niveles 2 y 3. Aunque una banda dedicada puede ofrecer un mejor rendimiento, el espectro compartido ofrece una forma más asequible de acceder a las ventajas de la LTE privada.
Espectro sin licencia. Una red LTE privada puede instalarse en una banda sin licencia como la UNII-3, que también se utiliza para las redes Wi-Fi. Aunque esto puede costar menos que otras opciones, los espectros sin licencia son menos que ideales cuando se trata de rendimiento debido a los mayores volúmenes de tráfico.

Configurar la red central

A continuación, tendrá que diseñar y configurar la arquitectura de la red central, que incluye el núcleo de paquetes evolucionados LTE (LTE EPC). La red central está formada por varios nodos y está diseñada teniendo en cuenta las necesidades de movilidad, seguridad, autenticación y gestión del tráfico de su organización. El EPC se conecta tanto a las redes externas como a las estaciones base in situ (denominadas NodeB evolucionadas o eNB), que sirven como fuente central de la señal LTE privada.

Instalar puntos de acceso

Por último, tendrá que instalar y conectar puntos de acceso LTE que proporcionen una cobertura suficiente para su emplazamiento y caso de uso. Los routers LTE y 5G ofrecen áreas de cobertura significativamente más amplias en comparación con los puntos de acceso WiFI, lo que los hace ideales para muchos casos de uso industrial y comercial. Al seleccionar e instalar routers, busque opciones con:

Funciones que simplifican la implantación y la gestión a escala.
Soluciones celulares totalmente integradas con conectividad de respaldo inteligente.
Sólida seguridad de los dispositivos y capacidades informáticas de borde seguras.

Las empresas que utilicen el espectro CBRS también tendrán que implantar un sistema de acceso al espectro (SAS) para asignar canales de frecuencia a los puntos de acceso CBRS.

Architecture of SAS as a centralized entity from the perspective of dynamic CA. A centralized PA/GAA CA algorithm will be implemented in the PA/GAA manager within the SAS. Note that only data flows for PA/GAA CA purposes are highlighted.

Industrias que adoptan la LTE privada

Se está produciendo una revolución de IoT en todos los sectores, ya que cada vez se utilizan más dispositivos conectados a la red en las interacciones con los clientes y las operaciones industriales. Las redes privadas se adaptan bien a una serie de casos de uso:

Hospitales
Edificios de oficinas
Tiendas de venta al por menor
Centros comerciales
Obras de construcción
Almacenes
Polígonos industriales
Operaciones agrícolas

Una red LTE privada puede gestionar todos los datos que generan los dispositivos de estos despliegues de red. En el futuro, a medida que el aprendizaje automático y la IA sean aún más frecuentes, una red LTE privada proporcionará el ancho de banda que requieren estos programas de uso intensivo de datos.

IoT Una configuración LTE privada puede conectar sensores, cámaras, equipos autónomos y drones en una red, sin las limitaciones de una red pública, lo que la convierte en una opción popular en la fabricación, la energía y el transporte.

La LTE privada también es cada vez más popular en la industria minera. Una red LTE puede cubrir una amplia zona, lo que la hace adecuada para una operación minera que abarque muchos kilómetros cuadrados. Y lo que es más importante, una red privada está preparada para el futuro, ya que está diseñada para gestionar los elevados requisitos de datos de una gran flota minera.

Las mismas ventajas son también útiles para los puertos globales. Un puerto con una red LTE privada puede garantizar un tiempo de actividad casi perfecto, así como velocidades de transferencia de datos constantes. Desde los barcos atracados hasta las grúas que los descargan, una red privada puede cubrir un área que el Wi-Fi no puede cubrir y garantizar que todos permanezcan conectados. Cuando se implantó en el puerto de Rotterdam, por ejemplo, una red LTE privada fue capaz de proporcionar un 99,99% de tiempo de actividad.

Despliegues y casos de uso de LTE privado

Cuando una empresa u organización necesita establecer una red localizada, y el Wi-Fi no es una opción, un despliegue privado de LTE puede ser la solución perfecta. A medida que IoT continúa su tendencia al alza, LTE puede soportar las inevitablemente pesadas cargas de tráfico, manejando los datos entrantes de decenas de miles de dispositivos IoT .

Las redes LTE también tienen una excelente penetración, llegando a través de edificios y otros obstáculos que pueden bloquear una señal Wi-Fi. Estas capacidades son increíblemente importantes para muchos de los casos de uso intensivo de datos que las empresas están utilizando LTE privado para realizar.

Tanto si una organización opta por utilizar una red LTE con licencia como por crear la suya propia en una banda compartida -por ejemplo, el Servicio de Radio de Banda Ancha para Ciudadanos (CBRS)-, puede esperar ahorrar dinero y disfrutar de una mayor fiabilidad con respecto a la red pública. Las redes LTE privadas se adoptarán cada vez más para una amplia gama de necesidades de conectividad, tanto en el ámbito comercial como en el de los consumidores.

Vigilancia del medio ambiente

La monitorización ambiental es un caso de uso increíblemente valioso para las organizaciones industriales, que a menudo tienen equipos de misión crítica desplegados en lugares remotos con condiciones variables. Con la gestión remota a través de una red LTE privada, los dispositivos de IoT pueden transmitir millones de puntos de datos, que luego pueden analizarse y utilizarse para proteger al personal in situ, prevenir condiciones inseguras y mantener las operaciones.

Supervisión de la seguridad y el cumplimiento en tiempo real

Además de la supervisión del entorno, las organizaciones que operan en sitios remotos también pueden beneficiarse de la seguridad habilitada por IoT y la supervisión del cumplimiento. Las aplicaciones en tiempo real pueden aprovechar los análisis de inteligencia artificial y aprendizaje automático (AI/ML) para evaluar los riesgos de forma inteligente y reaccionar para minimizar las vulnerabilidades, lo que hace que la LTE privada sea especialmente valiosa en sectores con estrictos requisitos de seguridad de datos.

Automatización inteligente y mantenimiento predictivo

El uso de LTE privado puede permitir a las empresas implementar de forma más factible el mantenimiento predictivo, especialmente en sitios industriales remotos donde es menos probable que las redes públicas ofrezcan la cobertura y el ancho de banda necesarios. Con LTE privado, los dispositivos de IoT desplegados en las instalaciones de fabricación, los emplazamientos agrícolas y las plantas energéticas pueden utilizar aplicaciones de IA/ML para automatizar de forma inteligente el uso, la distribución y la logística de los equipos, así como para identificar problemas de seguridad o rendimiento antes de que surja un problema.

Otros casos de uso

Los casos de uso intensivo de datos son cada vez más importantes en el comercio minorista, la sanidad, la fabricación e incluso la planificación urbana. Al ofrecer un mayor rendimiento, fiabilidad y seguridad, las redes LTE privadas permiten casos de uso avanzados que están transformando el funcionamiento del mundo que nos rodea:

Realidad aumentada y virtual
Inspecciones visuales inteligentes
Prevención de robos
Seguimiento del paciente en tiempo real
Experiencias de compra personalizadas

Despliegue de LTE privado basado en CBRS con Digi

Tanto si una organización opta por utilizar una red LTE con licencia como por crear la suya propia en una banda compartida, puede esperar ahorrar dinero y disfrutar de una mayor fiabilidad con respecto a la red pública. Las redes LTE privadas se adoptarán cada vez más para una amplia gama de necesidades de conectividad, tanto en el ámbito comercial como en el de los consumidores.

5G evolution

CBRS network architecture: What goes in to building a PCN?

With access to an express lane for wireless connectivity, PALs are eager to establish new CBRS use cases across their organization, but to do so they must have each critical piece of a CBRS solution in place. Let’s explore those key components.

Cellular core

The cellular core — also known as the evolved packet core — is the brain of the private 5G or LTE network. This is where policies are set to determine which devices can access the network and how traffic can move throughout the network.

Cellular access points

The cellular access point (CAP) — also known as the RAN or small cell — is used to provide access to the network for edge devices such as laptops, IoT sensors, surveillance cameras, tablets, and more. The CAP works the same way a Wi-Fi access point is used to connect your television, printer, smartphone, etc. to an in-home network. By placing CAPs in various strategic locations across their work sites, companies can build a reliable, high-performing, secure wireless LAN.

Endpoints and private SIMs

A SIM card — whether physical or electronic — is required for authentication to CBRS-based private 5G or LTE before connected devices such as cameras, IoT sensors, and more can join the network. Organizations with a large number of SIM-based endpoints will benefit from SIM management services that enable IT teams to manage, monitor, and modify SIM cards from the same cloud-based system they use to manage their routers.

Creating a cohesive CBRS solution

With a few zipties and some elbow grease, the hood of a pickup truck might work in place of a missing hood on a sedan, but it’s likely an impermanent solution — a replacement from the original manufacturer is a much safer bet. Similarly, an ideal CBRS solution is built using components that come from a single vendor vs. taking a “Frankenstein” approach.

When a wireless network solution including SIM cards, CAPs, and a cellular core originate from the same place, organizations unlock additional benefits such as:

Orchestration of all components is handled within a single cloud-based management platform vs. a swivel-chair approach with a variety of systems that may or may not communicate well with one another.
Contracts and agreements are made with one vendor vs. multiple vendors whose restrictions, requirements, and fine print may vary from one to the other.
There’s a single point of contact for customer service and training.
Radio frequency (RF) and Spectrum Access System (SAS) planning are typically included. These two key components of development can become very costly when managed through a separate consultant.

Finally, because CBRS is a form of shared spectrum, finding the right partner with expertise in establishing successful CBRS solutions helps organizations gain insight into the access levels of other users in the area, ensuring their access is not competing with incumbent users or other PALs.

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CBRS network architecture