La historia de la tecnología está marcada por herramientas innovadoras que han cambiado fundamentalmente la forma en que vivimos, trabajamos e interactuamos socialmente. Desde las máquinas de vapor y agua de la primera revolución industrial, pasando por los microprocesadores que caracterizaron la revolución digital, hasta la era de la información, en la que se utiliza el espectro radioeléctrico como medio de transmisión de datos y energía, cada era reúne materia, energía, y energía He desarrollado un motor de conversión. , en estos días, el conocimiento y la información.
A medida que avanzamos hacia la próxima revolución industrial inalámbrica, el espectro inalámbrico es un habilitador clave dentro del motor de la era de la información.
Un período de revolución tecnológica.
Tabla de contenido
- necesidad de información
- Mover a mmWave
- Conexiones multigigabit: satisfaga sus necesidades de capacidad y velocidad
- Comunicación por satélite: EPermite un enfoque más flexible.
- Radar automotriz: aprovechamiento de la resolución de ondas milimétricas
- Realidad aumentada: el comienzo de una nueva era
- Referencias
- Sobre el Autor
necesidad de información
No hay duda de que la tecnología de la información ha tenido un gran impacto en la forma en que nos comunicamos, aprendemos y pensamos. El acceso a la información en cualquier momento y lugar juega un papel importante en nuestra vida diaria. Especialmente ahora, en la era de las pandemias, nuestra dependencia de esta tecnología ha aumentado aún más.
El tráfico de Internet aumentó casi un 40% entre febrero y abril de 20201 50% menos de tráfico de red móvil,2 Y no hay señales de que esta tendencia se desacelerará en el corto plazo.
La información conecta tanto a las personas como a las cosas. Según las proyecciones, habrá más de 29 mil millones de dispositivos de red para 2023, y las conexiones de máquina a máquina representarán la mitad del total.3 Este tipo de comunicación debe basarse en velocidades de transmisión muy altas y baja latencia para permitir aplicaciones de misión crítica.
Los vehículos autónomos y los sistemas avanzados de asistencia al conductor son buenos ejemplos de la importancia de la velocidad de transmisión y la latencia. Cuando se trata de conducción conectada, los datos deben transmitirse y analizarse en tiempo real. Las decisiones deben tomarse en una fracción de segundo para que el vehículo pueda detenerse antes de chocar con un obstáculo o actuar para garantizar la seguridad de los pasajeros. Las velocidades de transmisión más rápidas salvan vidas y hacen que la conducción sea más segura.
Mover a mmWave
El tramo del espectro radioeléctrico es la porción del espectro electromagnético con frecuencias entre 30 y 300 GHz. Hasta hace poco, las frecuencias utilizadas con fines de comunicación se limitaban a la banda de microondas, generalmente definida para cubrir el rango de 3 a 30 GHz. La mayoría de las redes inalámbricas comerciales utilizan la parte inferior de esta banda, entre 800 MHz y 6 GHz, o la banda sub-6 GHz. Esto significa que casi todo lo que pueda imaginar, incluidas las conexiones celulares 3G/4G/5G en teléfonos inteligentes, Wi-Fi en su hogar y conexiones Bluetooth en auriculares inalámbricos, utiliza estas frecuencias para transmitir información. Este es un gran desafío para las redes inalámbricas de hoy.
La cantidad de usuarios y dispositivos que consumen datos crecerá exponencialmente, pero las bandas de frecuencia del espectro de radio disponibles para los operadores seguirán siendo las mismas. Esto significa que a cada usuario se le asigna una cantidad limitada de ancho de banda, lo que genera velocidades lentas y desconexiones frecuentes.
Una forma de resolver este problema es mediante la transmisión de señales en bandas donde el espectro está fácilmente disponible. La banda de ondas milimétricas (mmWave) es de particular interés debido a la gran cantidad de ancho de banda infrautilizado en esta porción del espectro electromagnético.
Una ventaja clave de mmWave es la reutilización de frecuencias y el ancho de banda del canal, lo que hace que esta banda sea particularmente adecuada para sistemas de comunicaciones móviles de varios gigabits y satélites de alto rendimiento.
Además, los componentes que operan en la banda mmWave son más compactos y de menor tamaño, lo que los hace particularmente útiles en escenarios donde los dispositivos de alta densidad operan muy cerca al mismo tiempo.
Estas ventajas hacen de la tecnología mmWave una forma de mejorar el rendimiento de la transmisión de datos, el motor turbo de la era de la información.
Veamos cuatro casos de uso en los que la tecnología mmWave es un habilitador clave.
Cuatro casos de uso para la tecnología mmWave con indicación del rango de frecuencia y ancho de banda de la señal
Conexiones multigigabit: satisfaga sus necesidades de capacidad y velocidad
Dado que el número de suscriptores que acceden a las redes celulares móviles aumenta significativamente, es imperativo que los operadores de red satisfagan la demanda de un servicio de calidad.
La banda celular sub-6 GHz utilizada por los sistemas de comunicación modernos de hoy en día está muy congestionada y fragmentada. Por lo tanto, para cumplir con el rendimiento de datos esperado deseado, se deben adoptar bandas de alta frecuencia en el rango de mmWave para que se puedan acomodar más usuarios en secciones de espectro aún libres de interferencias y no asignadas.
La banda mmWave ofrece nuevos activos y un mayor ancho de banda de información, lo que permite velocidades de transferencia de datos de hasta 10 Gbit/s. Esta velocidad es comparable a la fibra óptica y 100 veces más rápida que la tecnología 4G actual.
Más usuarios y más conexiones significan más estrés en la red. Suponemos que el aire se utiliza como medio de transmisión inalámbrica y no tiene límite de ancho de banda, pero en realidad sí lo tiene.
Si aumenta el número de conexiones y la red no se adapta a esta nueva necesidad, nuestra vida será como estar en un gran estadio viendo un partido de fútbol, y ante esa abrumadora cantidad de usuarios, tendremos que hacer amigos. No podrá llamar ni enviar mensajes. Quiero hacer lo mismo al mismo tiempo.
Las tecnologías emergentes como 5G y Wi-Fi (802.11ay) están diseñadas para superar estos desafíos y garantizar lo que se define como “un servicio excelente entre la multitud”.
Por ejemplo, las características de mmWave son muy importantes para abordar este desafío. Debido a las propiedades a altas frecuencias asociadas con la absorción atmosférica, el rango de transmisión se acorta cuando se pasa a frecuencias más altas. mmWave permite la comunicación de corto alcance hasta 100 metros en lugar de kilómetros. En este escenario, las frecuencias se pueden reutilizar, lo que permite que las redes operen simultáneamente sin interferirse entre sí. Tecnologías como la formación de haces también aumentan la capacidad de las redes celulares y mejoran la eficiencia de transmisión para los usuarios.
Comunicación por satélite: EPermite un enfoque más flexible.
Las comunicaciones por satélite juegan un papel importante en los sistemas de comunicación global. Actualmente hay más de 3.000 satélites operativos en órbita alrededor de la tierra, y más de 1.800 satélites son satélites de comunicaciones.
En los últimos dos años, varios operadores de satélites comerciales han comenzado a lanzar constelaciones de satélites de alto rendimiento.
Estos satélites de próxima generación pueden ofrecer un rendimiento mucho mayor, hasta un 400 %, en comparación con los servicios satelitales fijos, de transmisión y móviles tradicionales. Este aumento significativo en la capacidad se logra mediante el uso de una arquitectura de “haz puntual” para cubrir el área de servicio deseada, muy similar a una red celular, a diferencia de los haces anchos utilizados en la tecnología satelital tradicional.
Esta arquitectura se beneficia de mayores ganancias de transmisión/recepción, permite el uso de modulaciones de orden superior y logra velocidades de datos más altas. Además, dado que el área de servicio está cubierta por múltiples haces puntuales, los operadores pueden configurar múltiples haces para reutilizar la misma banda de frecuencia y polarización para aumentar la capacidad donde sea necesario y solicitado.cuatro
La mayoría de los satélites de alto rendimiento actualmente en funcionamiento operan en las bandas Ku (12-18 GHz) y Ka (26,5-40 GHz), aunque cada vez se utilizan más las bandas Q y V (40-75 GHz). más alto. ).
Radar automotriz: aprovechamiento de la resolución de ondas milimétricas
El radar automotriz es la tecnología más confiable para detectar la distancia (alcance) y el movimiento de objetos, incluidos la velocidad y el ángulo, en casi todas las condiciones. Utiliza ondas de radio reflejadas para detectar obstáculos detrás de otros obstáculos y tiene requisitos de procesamiento de señal más bajos.
Integrada por sensores de banda estrecha de 24 GHz, la tecnología de detección de radar automotriz está evolucionando rápidamente hacia bandas de alta frecuencia de 76 a 81 GHz y anchos de banda amplios de 5 GHz, lo que brinda una excelente resolución de rango y brinda resistencia a los obstáculos. y humo El error de medición del rango y el rango de resolución mínimo son inversamente proporcionales al ancho de banda, por lo que un sistema de radar automotriz de alta frecuencia y ancho de banda amplio mejorará en gran medida la resolución del rango.
Pasar de 24 GHz a 79 GHz proporciona una mejora de 20 veces en la resolución y precisión del rango. Además, las longitudes de onda más cortas mejoran proporcionalmente la resolución y la precisión de las mediciones de velocidad. Por lo tanto, pasar de 24 GHz a 79 GHz puede mejorar las mediciones de velocidad en un factor de 3.
Otra ventaja de pasar de los sistemas tradicionales de 24 GHz a los de 79 GHz es el mayor tamaño y peso. Una señal de 79 GHz tiene un tercio de la longitud de onda de un sistema de 24 GHz, por lo que el área total de una antena de 79 GHz es un noveno del de una antena similar de 24 GHz. Los desarrolladores pueden usar sensores más pequeños y livianos y ocultarlos más fácilmente para mejorar la eficiencia del combustible y el diseño del vehículo.Cinco
Realidad aumentada: el comienzo de una nueva era
La Realidad Aumentada (XR) es el nuevo término general para todas las tecnologías inmersivas. Realidad Aumentada (AR), Realidad Virtual (VR), Realidad Mixta (MR), y el área interpolada entre ellos. XR ofrece interesantes aplicaciones en campos tan diversos como el entretenimiento, la medicina, la ciencia, la educación y la fabricación, cambiando la forma en que vemos e interactuamos con el mundo que nos rodea, tanto en el mundo real como en los mundos generados por computadora.
Las aplicaciones VR y AR ya existen en el mercado, pero la adopción es baja, principalmente debido al ancho de banda y la latencia. Las redes inalámbricas actuales imponen severas limitaciones a estas aplicaciones, como la latencia y la capacidad, que pueden comprometer por completo la experiencia del usuario.
La tecnología mmWave que se está implementando en 5G mejorará las experiencias existentes, habilitará nuevas experiencias y allanará el camino para la adopción masiva gracias al mayor ancho de banda de transmisión y la menor latencia. Sin embargo, ofrecer realidad aumentada verdaderamente inmersiva requeriría al menos un aumento de 10 veces en las tasas de datos, lo que plantea desafíos importantes para la tecnología 5G del mundo real.6 Sin embargo, la tecnología continúa innovando y esta vez el espectro inalámbrico será crucial para enfrentar estos desafíos.
6G es la sexta generación de tecnología inalámbrica de área amplia, que amplía la disponibilidad del espectro a la banda de terahercios más allá del rango de frecuencia de mmWave en el que opera 5G.
Con 6G, las velocidades de datos también aumentarán de los 20 Gbps de 5G a 1 Tbps. Además, 6G reduce la latencia a menos de 1 ms. Como resultado, la capacidad de tráfico de 6G aumentará de los 10 Mbps/m de 5G a un máximo teórico de 10 Gbps/m.
Las comunicaciones holográficas, internet háptico y AR/VR completamente inmersivo son algunas de las otras aplicaciones que permitirá esta tecnología futura, y mmWave será la fuerza impulsora detrás de este cambio, quizás como un catalizador para la creatividad y imaginación Ocupa una posición central en nuestra existencia.
Referencias
1https://www.iea.org/reports/data-centres-and-data-transmission-networks
cuatrohttps://www.avantiplc.com/wp-content/uploads/2018/08/ADL_High_Throughput_Satellites-Main_Report.pdf
Cincohttps://www.keysight.com/us/en/assets/7018-06176/white-papers/5992-3004.pdf
6https://cdn.codeground.org/nsr/downloads/researchareas/20201201_6G_Vision_web.pdf
Sobre el Autor
Giovanni D’Amore es director de marketing de productos de Keysight Technologies, líder en productos de microondas y radiofrecuencia. Antes de eso, ocupó puestos de marketing, desarrollo comercial y soporte de aplicaciones en múltiples líneas de productos en Hewlett-Packard, Agilent Technologies y ahora Keysight Technologies. Giovanni es ingeniero con una Maestría en Ciencias. Tiene un doctorado en Electrónica y Telecomunicaciones de la Universidad de Palermo, Italia y ha escrito varios artículos sobre tecnología de medición de microondas. Es ponente habitual en conferencias sobre microondas como IMS y EuMW.