Las compañías han creado un circuito integrado compacto de antenas en fase de ondas milimétricas con base en silicio, que opera a 28GHz y que se ha demostrado en un módulo de antenas en fase de diseño, para usarse en futuras estaciones base 5G.
El año 2017 se ha descrito como decisivo para la tecnología 5G. Más países y gobiernos están facilitando nuevas porciones de frecuencia de los espectros electromagnéticos, incluyendo porciones conocidas como bandas de onda milimétrica, que son más de diez veces superiores a las frecuencias que se usan actualmente para dispositivos móviles actuales, ofreciendo una nueva fuente de ancho de banda para redes celulares que se encuentren disponibles para las redes 5G.
Los científicos de IBM Research y Ericsson alcanzaron esta innovación como resultado de una colaboración de dos años que puso en marcha el desarrollo de diseños con antenas en fase para la tecnología 5G. La experiencia de IBM en las soluciones de antenas integradas y el circuito de ondas milimétricas con antenas en fase altamente integrado, junto con la experiencia de Ericsson en el diseño de circuitos y sistemas para las comunicaciones móviles, ayudaron al equipo a alcanzar nuevos y diversos logros tecnológicos.
Thomas Noren, Asesor Senior de la Unidad de Negocios de Productos de Redes de Ericsson, afirma: “El año pasado hubo varios avances alentadores en la estandarización de la tecnología 5G que incluye el comienzo de pruebas de campo reales. La clave para ello son los grandes esfuerzos en investigación y desarrollo, así como nuestra colaboración con IBM Research en las antenas en fase, para así ayudar a los operadores a desplegar eficazmente infraestructuras de acceso por radio que son necesarias para prestar soporte a una futura tecnología 5G. Los nuevos casos y aplicaciones que abarcan la interacción hombre-máquina, realidad virtual, dispositivos domésticos inteligentes y los vehículos conectados dependerán de las tecnologías innovadoras que puedan hacer que las promesas de velocidades de datos sean más rápidas, y que un mayor ancho de banda y larga duración de batería, sean una realidad”.
“El desarrollo de estas antenas en fase de ondas milimétricas para la tecnología 5G es una innovación importante, no solo por su tamaño compacto y bajo costo, lo que la hace una solución comercialmente muy atractiva para las compañías y operadores en cuanto a equipos de red, sino por su potencial para inducir e inspirar ideas realmente novedosas e innovaciones que aún no hemos imaginado, gracias a una sociedad conectada integral”, afirma el Doctor Darío Gil, Vicepresidente de Ciencia y Soluciones de IBM Research.
La tecnología 5G una realidad
Se espera que la primera versión de la especificación 3GPP 5G esté lista para 2017/2018; sin embargo ya se han producido grandes avances en la industria con pruebas de campo y demostraciones de experiencias y capacidades de nuevos usuarios, que son posibles gracias a un mayor ancho de banda, menor latencia, mayor densidad y menores requerimientos de energía de las redes 5G.
Se espera que la tecnología 5G brinde soporte a velocidades de datos que excedan los 10Gbps en ciertos escenarios. Se diseñarán nuevas capacidades que permitan a los usuarios descargar un largometraje en HD en segundos, proveer un gran ancho de banda y experiencias de transmisión en vivo ininterrumpidas en entornos de alta densidad como recintos deportivos o salas de conciertos, experimentar tiempos de respuesta “reales” para así permitir cirugías remotas o experiencias de realidad virtual completamente envolventes, así como ver la duración de baterías de 10 años para dispositivos celulares remotos que puedan ser parte de entornos IoT.
Acerca del innovador módulo de Antena en fases
Para que los despliegues de las antenas en fase de la tecnología 5G sean comercialmente viables, el tamaño, el peso, el costo y el desempeño del componente son factores importantes. El resultado conjunto de IBM y Ericsson, el primer módulo mundial de antenas en fase de ondas milimétricas con base en silicio que opera a 28GHz, es un paso significativo para cumplir el presente desafío. El módulo, que consta de cuatro circuitos integrados monolíticos y 64 antenas de polarización dual, mide aproximadamente 7.11 cm por 7.11 cm, o aproximadamente la mitad de un típico teléfono inteligente. Al lograr este factor de forma compacta, es necesario apoyar la visión del despliegue generalizado de esta tecnología, particularmente en espacios interiores y áreas densas del centro de la ciudad.
Otro avance en el rendimiento que ha reportado el equipo es la demostración simultánea de una operación de polarización dual en modos de transmisión y recepción. Esta capacidad permite que un módulo de antenas en fase forme dos transmisiones simultáneas, duplicando el número de usuarios a los que puedan servir al mismo tiempo, y así mejorar el valor y la economía total de la tecnología.
El principal obstáculo para el uso de las señales de ondas milimétricas en comunicaciones móviles es lograr el suficiente rango entre las radios para soportar aplicaciones meta. Con 28 GHz, cada antena es pequeña y de manera individual podría soportar comunicaciones a distancias cortas, pero al combinar múltiples pequeñas antenas como esas, no solo incrementa el rango, sino que también facilita la dirección de las señales hacia direcciones específicas. El diseño de las antenas en fase del equipo de IBM y Ericsson, brinda soporte a la resolución del direccionamiento de haces inferior a 1.4 grados para apuntes de alta precisión de los haces hacia los usuarios.
Innovación de sistemas y Circuitos de comunicaciones de IBM
IBM Research lleva varios años diseñando y desarrollando circuitos integrados y antenas en fase, y fueron pioneros de la primera radio de ondas milimétricas monolíticas en 2006. En 2013, el equipo presentó los resultados de un transmisor de antenas en fase altamente integradas de ondas milimétricas, tanto para comunicaciones móviles como para aplicaciones de obtención de imágenes de radar, lo cual sentó las bases para este reciente trabajo científico. Asimismo, los científicos de IBM han explorado cómo los dispositivos móviles comunicarán en las nuevas frecuencias de ondas milimétricas, señalando un camino para cuantas radios 5G de ondas milimétricas puedan implementarse en los teléfonos móviles.
El 7 de febrero se presentará, en el International Solid State Circuits Conference en San Francisco, un artículo que describe el trabajo conjunto de IBM Research y Ericsson: “Con un circuito integrado de un transmisor de antenas en fase de 32 elementos a 28GHz con haces simultáneos de polarización dual y la resolución de direccionamiento de haces a 1.4 grados para las comunicaciones 5G”.
