Diseño e implementación de un prototipo de arquitectura 5G-NR para servicios de voz y datos basado en SDR (Software Defined Radio) y software Open Source

Abstract

Este proyecto de titulación se concentra en el diseño e implementación de un prototipo de arquitectura 5G NR mediante el uso de un dispositivo de SDR (Radio Definida por Software) y software de código abierto. El objetivo principal es llevar a cabo un estudio detallado y realizar pruebas en un entorno realista para evaluar la viabilidad y operatividad de una red privada 5G SA bajo esta configuración, abarcando servicios de voz sobre IP y datos. Además, se busca crear un entorno completamente funcional para propósitos educativos, el cual permita analizar este escenario como una situación auténtica, evitando la necesidad de simulaciones en cualquier parte de la arquitectura. Para lograr este propósito, se realizó un minucioso análisis de las características y la arquitectura subyacente de las redes 5G. Asimismo, se llevó a cabo una comparación exhaustiva entre diversas opciones de hardware y software que permiten la implementación de una red privada 5G SA. Finalmente, se optó por desplegar el prototipo utilizando dos reconocidas plataformas de software de código abierto: srsRAN y Open5GS, para la implementación de RAN (Radio Access Network) y 5GC (5G Core) respectivamente. Se emplearon radios físicas en la ejecución de las transmisiones inalámbricas. Específicamente, se utilizaron los dispositivos SDR USRP B210 y Blade RF 2.0 con el fin de realizar una comparación de su rendimiento. Tras la implementación de la red 5G, se llevaron a cabo pruebas exhaustivas en un entorno de laboratorio. Estas evaluaciones incluyeron la medición de la calidad del servicio de voz mediante la Puntuación de Opinión Media (MOS), así como el rendimiento de los enlaces descendentes y ascendentes utilizando un dispositivo de usuario convencional conectado a la red privada. Además, se realizaron pruebas de potencia para evaluar el comportamiento en diversas condiciones. En resumen, este proyecto tiene como finalidad presentar un enfoque hacia las redes privadas basadas en SDR y software de código abierto. Esta solución se presenta como una opción económica, flexible y escalable. Por medio de la implementación y evaluación de un prototipo en un entorno realista, se pretende demostrar la viabilidad de estas tecnologías en el ámbito de las redes 5G y su potencial para aplicaciones prácticas y educativas.

Palabras claves: 5G, Open5GS, SDR (Radio Definida por Software), srsRAN, BladeRF, USRP.