Autora: Sarah LaSelva, Chief Product Marketing Manager, RF & Wireless en Emerson T&M
Lo que aprenderás
- Las redes 6G marcarán el inicio de la integración entre la detección y las comunicaciones (ISAC – Integrated Sensing and Communication).
- El diseño de los sistemas ISAC debe tener en cuenta tanto el diseño de las formas de onda como el del hardware de forma conjunta.
- Las implementaciones de ISAC compartirán emplazamiento, hardware y espectro entre las comunicaciones y la detección.
- La inteligencia artificial (IA) debe utilizarse de forma selectiva con ISAC.
- El 3GPP incluirá ISAC en el estándar 6G.
Detección con 6G
Habrá muchas mejoras en las redes 6G que se basarán en la tecnología fundamental desarrollada para el 5G. Pero una de las nuevas características más prometedoras del 6G será la incorporación de la detección. El concepto básico de la detección y las comunicaciones integradas (ISAC), a veces denominado «comunicaciones y detección conjuntas» (JCAS – Joint Communications and Sensing), es exactamente lo que su nombre indica: añadir capacidades de detección a un sistema de comunicaciones.
Las redes celulares desplegadas a nivel mundial proporcionan la infraestructura ideal para recopilar cantidades masivas de datos para aplicaciones ajenas a las comunicaciones. Si se pueden recopilar datos de detección a partir de las redes móviles, se podrían hacer realidad aplicaciones como la optimización de ciudades inteligentes, la vigilancia para la detección de drones e incluso el reconocimiento de movimientos y gestos humanos. El ISAC ya no es una línea de investigación especulativa, sino que se está convirtiendo en un elemento central de la identidad del 6G, dando forma a las arquitecturas, las formas de onda, el hardware, los métodos de IA y el estándar de comunicaciones móviles del 3rd Generation Partnership Project (3GPP).
Implementación del ISAC
Los detalles de la implementación de ISAC aún se están definiendo. Existen diferentes niveles de integración entre la detección y las comunicaciones [Fig. 1]. La forma más sencilla de ISAC es el uso compartido de ubicaciones. El uso compartido de ubicaciones implica que se instale un sistema de radar en una estación base que utilice hardware y frecuencias diferentes, y que pueda funcionar al mismo tiempo que el sistema de comunicaciones, ya que es totalmente independiente.
El siguiente nivel de integración consiste en compartir el espectro para las formas de onda de detección y de comunicaciones. Esto requiere que la señal de detección y la señal de comunicaciones se envíen en momentos diferentes, pero el espectro puede compartirse. El espectro es un recurso finito, por lo que resulta atractivo poder reutilizar el espectro asignado a aplicaciones celulares.
El siguiente nivel consiste en compartir el hardware tanto para la detección como para las comunicaciones. Y el nivel final de integración es compartir la misma señal para ambas aplicaciones. Compartir una señal para la detección y las comunicaciones es el resultado deseado para ISAC.
Figura 1. Diferentes niveles de integración de las señales de detección y comunicaciones.
Estándar de forma de onda 6G
Cada generación de estándares celulares siempre ha evaluado si se utilizará una forma de onda nueva o diferente para la capa física. En este momento de los esfuerzos de estandarización, parece probable que la 6G continúe utilizando una forma de onda de multiplexación por división ortogonal de frecuencia (OFDM – Orthogonal Frecuency-Division Multiplexing) [Fig. 2]. La estructura actual del OFDM, con sus señales de referencia repetitivas, lo convierte en una señal intrínsecamente adecuada para la detección.
Figura 2. Multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM).
Una señal OFDM ofrece formas de analizar las dimensiones de frecuencia, tiempo y espacio de una señal. Las sub-portadoras, separadas en el dominio de la frecuencia, pueden utilizarse para la estimación de la distancia. Los símbolos OFDM, separados en la dimensión temporal, pueden utilizarse para determinar el desplazamiento Doppler y la velocidad. Y, por último, la tecnología de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) puede ofrecer información espacial que puede utilizarse para determinar el ángulo y la localización.
Por ejemplo, el retardo puede calcularse utilizando la pendiente de fase entre sub-portadoras, y el desplazamiento Doppler puede calcularse midiendo la rotación de fase entre símbolos.
Hay algunas compensaciones clave que hay que tener en cuenta al considerar cómo se estructura una señal OFDM orientada a la detección frente a una señal OFDM orientada a las comunicaciones. Aumentar el ancho de banda conduce a una mejor resolución de distancia. Aumentar el espaciado entre sub-portadoras reduce la resolución del efecto Doppler. Utilizar más símbolos (o aumentar el tiempo) proporciona una mejor estimación de la velocidad [Fig. 3]. Cuantas más antenas se utilicen, mayor será la precisión angular.
Figura 3. Detección y comunicación OFDM.
La OFDM es una buena opción de forma de onda para las comunicaciones, y su estructura lo convierte también en una opción natural para la detección.
Si bien es factible que se utilice la misma forma de onda OFDM tanto para las comunicaciones como para la detección, compartir la misma señal en sí misma probablemente solo será factible en casos específicos en los que la señal de comunicación transmitida coincida con todos los parámetros necesarios para la detección, incluyendo la potencia de transmisión, el ancho de banda y la dirección.
En 6G, es probable que el ISAC comparta ubicaciones, espectro y hardware. El 3GPP pondrá en marcha el primer taller oficial sobre el ISAC en la reunión de abril de 2026. 6G tratará de ampliar el uso del ISAC hacia la detección multistática y cooperativa, la detección que incluye los equipos de los usuarios y la «detección como servicio» capaz de interactuar con tecnologías ajenas al 3GPP. Este taller constituye el primer paso para perfeccionar la forma de onda utilizada para el ISAC y definir una vía clara sobre cómo se implementará y comercializará esta tecnología.
Diseño de sistemas ISAC
Más allá del diseño de la forma de onda en sí, existen implicaciones derivadas del uso compartido de hardware y formas de onda para las aplicaciones ISAC que deben tenerse en cuenta en el diseño de un sistema ISAC. Como se ha mencionado anteriormente, el ancho de banda, el espaciado entre sub-portadoras, el número de antenas y la modulación influyen directamente en la resolución de la detección.
Las opciones orientadas a la comunicación, como la elección de una modulación de amplitud en cuadratura (QAM – Quadrature Amplitude Modulation) de orden elevado, pueden degradar el rendimiento de la detección debido a los haces secundarios, mientras que un esquema de modulación de envolvente constante, como la modulación por desplazamiento de fase en cuadratura (QPSK- Quadrature Phase-Shift Keying), resulta más adecuado para la detección. Los algoritmos de comunicaciones se han optimizado en gran medida a lo largo de décadas para ofrecer un rendimiento robusto y tolerar errores utilizando transceptores y equipos de radiofrecuencia (RF) de menor coste en comparación con los sistemas de radar típicos. En la práctica, esto significa que el rendimiento de detección de un sistema es mucho más sensible a las deficiencias del hardware, al ruido de fase y a los errores de calibración que el rendimiento de las comunicaciones.
Los circuitos integrados de radiofrecuencia (RFIC) utilizados en los dispositivos móviles, especialmente los amplificadores de potencia están calibrados para funcionar de forma óptima en comunicaciones, no en detección. Las deficiencias residuales que pueden tolerarse en una aplicación de comunicaciones pueden destruir los mapas de ángulo-retardo necesarios para la detección, y la sensibilidad a estas deficiencias aumenta con la frecuencia. Sin embargo, estas deficiencias pueden aprenderse y la IA podría ofrecer una solución para gestionarlas.
IA y sistemas ISAC
A la hora de diseñar sistemas ISAC, es importante recordar que el rendimiento del sistema depende de la forma de onda y del hardware del receptor, no solo del ancho de banda de la señal. Existe un buen caso de uso potencial para la IA en un sistema ISAC, pero la IA debe utilizarse de forma selectiva, únicamente cuando los modelos analíticos sean insuficientes o computacionalmente inviables.
Adoptar un enfoque híbrido que combine métodos basados en modelos con el aprendizaje ofrece una forma sólida de utilizar la IA en los sistemas ISAC sin comprometer la integridad del sistema ni añadir una sobrecarga excesiva de procesamiento y entrenamiento. Como saben muchos ingenieros de comunicaciones inalámbricas, los estimadores clásicos se han optimizado repetidamente a lo largo de las últimas décadas y funcionan de forma casi óptima.
El uso de la IA cuando el modelo del canal o del hardware es demasiado complejo para modelarlo con precisión, o cuando un método óptimo no es computacionalmente viable, conducirá a los mejores resultados para las aplicaciones ISAC.
Topología del sistema
Una última consideración a la hora de implementar ISAC es la topología del sistema. Una topología monostática utiliza el mismo hardware tanto para transmitir la señal de detección como para recibir los reflejos. Esta arquitectura plantea dificultades, ya que es posible que un reflejo llegue al receptor antes de que se haya transmitido la señal de detección. Esto significa que la radio debe ser capaz de funcionar en modo dúplex completo, lo que aumenta la complejidad y el coste del hardware.
Una topología bistática utiliza una radio diferente para la transmisión y la recepción. En una red celular, esto se traduce en el uso de una estación base diferente para la transmisión y la recepción. Esto requiere una sincronización precisa entre el transmisor y el receptor, lo que puede lograrse aprovechando la sincronización por aire y basada en la interfaz de radio que se utiliza actualmente en las redes celulares.
Una última opción de topología es la multistática, que amplía el concepto bistático al uso de más de dos estaciones base.
Mediante el uso de una topología multistática con múltiples estaciones base cooperativas, se puede mejorar la cobertura y la precisión de la localización, además de aportar mayor robustez en escenarios sin línea de visión (NLoS).
Conclusión
A medida que la 6G sigue tomando forma, la integración de sensores y comunicaciones se perfila como una de sus capacidades definitorias, ampliando de manera fundamental las posibilidades de las redes inalámbricas. Al aprovechar la infraestructura celular global tanto para la comunicación como para la detección ambiental avanzada, el ISAC abre la puerta a aplicaciones avanzadas que van desde la inteligencia de las ciudades inteligentes hasta la localización precisa y el reconocimiento de movimientos. Sin embargo, para hacer realidad esta visión es necesario tomar decisiones meditadas en cuanto al diseño de formas de onda, la integración de hardware y el uso selectivo de la IA para superar retos específicos de la detección, como las deficiencias del hardware y los límites de calibración.
Ahora que el 3GPP ha comenzado a abordar formalmente el ISAC en talleres de normalización, el sector se encuentra en condiciones de perfeccionar las arquitecturas, optimizar la forma de onda OFDM para su doble uso y definir modelos de implementación prácticos. Estos esfuerzos marcan un paso importante hacia la consecución de un futuro en el que las redes inalámbricas hagan algo más que conectar dispositivos: puedan percibir el mundo que las rodea.
