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El Turbo del Motor de la Era de la Información

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Explorando casos de empleo en la conectividad multigigabit, satélites de alta tasa de datos, radar de automoción, y realidad extendida.

El Motor de la Era de la Información

La historia de la tecnología se identifica por las herramientas renovadoras que han transformado radicalmente la manera en que vivimos, trabajamos, y también interaccionamos socialmente.

Desde el vapor y los motores de agua de la primera revolución industrial, pasando por el microprocesador de la revolución digital, hasta la era de la información donde el fantasma radioeléctrico se emplea como vehículo para trasmitir datos y energía, cada era ha desarrollado sus motores para convertir material, energía y, más últimamente, conocimiento y también información.

Conforme avanzamos cara la próxima revolución industrial inalámbrica, el fantasma radioeléctrico es un factor clave en el motor de la era de la información.

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Figura 1.Periodos de la revolución tecnológica.

La Necesidad de Información

Está claro que la tecnología de la información ha tenido un enorme impacto en la manera en que nos comunicamos, aprendemos y pensamos.

El acceso inmediato y omnipresente a la información, juega un papel esencial en la vida rutinaria. En especial ahora en tiempos de pandemia, nuestra dependencia de esta tecnología se acrecienta todavía más.

Entre Febrero y Abril de dos mil veinte, el tráfico de internet aumentó prácticamente un cuarenta por ciento [1], el tráfico con teléfonos móviles aumentó un cincuenta por ciento [2], y no hay rastros de que esta tendencia vaya a reducir en el futuro próximo.

La información conecta gente, mas asimismo objetos. Las previsiones muestran más de veintinueve mil millones de dispositivos conectados para dos mil veintitres, de los que la mitad del total son conexiones M2M (Máquina a Máquina) [3]. Este género de comunicación depende de una alta velocidad de transmisión y baja latencia para dar soporte a aplicaciones de misión crítica.

Los vehículos autónomos y los sistemas avanzados de ayuda a la conducción son buenos ejemplos de la relevancia de la velocidad de transmisión y la latencia. Tratándose de la conducción conectada, los datos han de ser trasmitidos y analizados en tiempo real, pues deben tomarse resoluciones en fracciones de segundo a fin de que el vehículo pueda detenerse ya antes de lograr un obstáculo o bien actuar para asegurar la seguridad de sus ocupantes. Anudas velocidades de transmisión pueden salvar vidas y hacer la conducción más segura.

Subiendo al Rango de Milimétricas

El rango de milimétricas se ubica en el espectro a frecuencias de entre treinta y trescientos GHz. Hasta hace poco, las frecuencias empleadas para comunicaciones se limitaban a la banda de microondas, cuya definición habitual cubre el rango de tres a treinta GHz. La mayor parte de las redes inalámbricas comerciales emplean la parte baja de esta banda, entre ochocientos MHz y seis GHz, asimismo llamada la banda sub-seis GHz. Esto implica que las conexiones móviles de 3G/4G/5G en tu móvil, la Wi-Fi de tu hogar, la conexión Bluetooth de tus auriculares inalámbricos, y prácticamente cualquier cosa en la que puedas meditar, usará esas frecuencias para trasmitir información. Esto representa el primordial reto de las redes inalámbricas actuales.

Al paso que el número de usuarios y de dispositivos que consumen datos se acrecienta exponencialmente, la banda de frecuencias libre del fantasma radioeléctrico usada por los operadores de comunicaciones no ha alterado.

Esto acarrea a que cada usuario disponga de un ancho de banda asignado limitado, lo que implica menores velocidades y desconexiones usuales.

Una de las maneras en las que debemos solucionar este inconveniente es transmitiendo señales en aquellas bandas del fantasma que estén libres. La banda de ondas milimétricas (mmWave) es particularmente interesante, debido a la gran cantidad de ancho de banda infrautilizado en esta una parte del espectro.

Ventajas clave de mmWave como la reutilización de frecuencias y el ancho de banda de canal hacen esta banda particularmente conveniente para sistemas de comunicación móvil multigigabit y para satélites de alta tasa de datos.
Asimismo, los componentes que trabajan en las bandas mmWave son más sólidos y de menor tamaño, lo que les hace particularmente útiles en un escenario donde tenemos una alta densidad de dispositivos marchando simultáneamente y muy próximos entre sí.

Estas ventajas hacen que la tecnología mmWave sea la manera de fortalecer las posibilidades de nuestras transmisiones de datos, el turbo del motor de la era de la información.

Exploremos 4 casos de empleo donde la tecnología mmWave es un factor clave.

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Figura 2. Cuatro casos de uso para tecnología mmWave, indicando las frecuencias de cobertura y el ancho de banda de la señal.

Conectividad Multigigabit, Satisfaciendo la Necesidad de Capacidad y de Velocidad

Satisfacer la demanda de servicios de alta calidad para el creciente número de subscritores que acceden a las redes móviles es esencial para los operadores de redes.

Las bandas móviles sub-6GHz, en empleo en los sistemas de comunicación actuales, están exageradamente sobresaturadas y fragmentadas. Por lo tanto, para cumplir con las tasas de datos aguardadas y deseables, es preciso adoptar bandas de frecuencia mayores en el rango mmWave para poder acomodar más usuarios en una sección del fantasma que todavía está libre de interferencias y que todavía no está asignada.
Las bandas mmWave dan un nuevo estado y un enorme ancho de banda de información que deja tasas de trasferencia de datos de hasta diez Gbit/s. Esta velocidad es equiparable a la fibra óptica y es 100 veces más veloz que la tecnología 4G actual.

Más usuarios y más conexiones implican más agobio para la red. Y si bien aceptamos que el aire que utilizamos como medio de transmisión no tiene una restricción de ancho de banda, realmente sí que la tiene.

Si el número de conexiones se acrecienta y la red no se amolda a esta nueva necesidad, nuestra vida va a ser tal y como si estuviésemos en un enorme estadio de futbol lleno de gente en el que no podemos llamar o bien enviar un mensaje a nuestros amigos debido al apabullante número de usuarios que desean hacer lo mismo al tiempo.

Nuevas tecnologías como 5G o bien Wi-Fi (802.11ay) están diseñadas para superar estos desafíos y asegurar lo que se define como un “gran servicio en un gentío”.

Las peculiaridades de mmWave son, por poner un ejemplo, fundamentales para encarar este reto. Merced a las propiedades de altas frecuencias con relación a la absorción atmosférica, cuando subes en frecuencia el alcance de la transmisión se reduce. Las ondas milimétricas dejan un rango próximo de comunicación de hasta cien metros, en lugar de quilómetros. En este escenario, la frecuencia puede ser vuelta a utilizar dejando hacer marchar redes simultáneamente sin interferirse entre ellas. Tecnologías como conformado de haz asimismo acrecientan la capacidad de la red móvil mejorando la eficacia de transmisión apuntando a los usuarios.

Comunicaciones por Satélite, Habilitando Soluciones más Flexibles

La comunicación por satélite juega un papel vital en el sistema global de telecomunicaciones. Más de tres,000 satélites operativos están en la actualidad en órbita en torno a la Tierra, y más de uno con ochocientos son satélites de comunicaciones.

En los últimos un par de años, múltiples operadores de satélites comerciales han comenzado a lanzar constelaciones de satélites de alta tasa de transmisión (HTS).

Estos satélites de próxima generación van a ser capaces de suministrar una tasa de datos considerablemente mayor, hasta un cuatrocientos por ciento, equiparados con los servicios móviles de difusión usuales por satélite.

Este significativo incremento en capacidad se logra usando una arquitectura ‘spot beam’ para cubrir el área de servicio deseada, de la misma manera que en una red móvil, en contraste a los extensos haces usados en la tecnología satélite tradicional.

Esta arquitectura se favorece de una mayor ganancia de transmisión/recepción, dejando el empleo de modulaciones de mayor orden, que dejan lograr mayores tasas de datos. Asimismo, siendo un área de servicio cubierta por múltiples haces concentrados, deja que los operadores configuren múltiples haces para volver a utilizar exactamente la misma banda de frecuencia y polarización, ampliando la capacidad donde sea preciso y pedido [4].

La mayor parte de los satélites de alta tasa de datos en funcionamiento hoy día operan en las bandas Ku (doce a dieciocho GHz) y Ka (doscientos sesenta y cinco a cuarenta GHz), mas sus frecuencias suben con el despliegue inminente de las bandas Q y V (cuarenta a setenta y cinco GHz).

Radar de Automoción, Aprovechando las Ventajas de la Resolución de mmWave

El radar de automoción es la tecnología más fiable para la detección de objetos en la distancia (rango) y movimiento, incluyendo velocidad y ángulo en casi todas las condiciones. Usa ondas de radio reflejadas para advertir obstáculos tras otros obstáculos y tiene requisitos de procesado de señal bajos.

La tecnología de detección del radar de automoción, primordialmente con sensores de banda angosta en veinticuatro GHz, está hoy día evolucionando cara la banda superior de frecuencias de setenta y seis a ochenta y uno GHz y con ancho de banda de cinco GHz, lo que ofrece una resolución superior en rango y también inmunidad a elementos de oscurecimiento como bruma y humo. La magnitud de mejora proporcionada por los sistemas de radar de automoción de mayores frecuencias y mayores anchos de banda en la resolución de rango es significativa, pues fallos en la medida de distancia y la distancia mínima diferenciable son inversamente proporcionales al ancho de banda.

La transición de veinticuatro GHz a setenta y nueve GHz ofrece posibilidades veinte veces superiores en precisión de rango y resolución. Asimismo, con una menor longitud de onda, la resolución y la precisión de la medida de velocidad se acrecienta proporcionalmente. Por consiguiente, al mudar de veinticuatro GHz a setenta y nueve GHz, las medidas de velocidad mejoran por un factor de 3x.

Otra ventaja del cambio de veinticuatro GHz a setenta y nueve GHz es el beneficio en tamaño y peso de los sistemas. Siendo el ancho de banda de las señales de setenta y nueve GHz una tercera parte de las de veinticuatro GHz, el área total de la antena del sistema de setenta y nueve GHz es una novena una parte del área de una antena afín de veinticuatro GHz. Los desarrolladores pueden emplear sensores menores y más ligeros y esconderlos mejor en el vehículo, ahorrando comburente y mejorando el diseño de los vehículos [5].

Realidad Extendida, el Principio de una Nueva Era

La realidad extendida (XR) es un término emergente extenso que engloba todas y cada una de las tecnologías inmersivas. Las que tenemos en nuestros días son RA (AR), realidad virtual (VR), realidad mixta (MR) y el área interpolada entre ellas. XR va a tener apasionantes aplicaciones en campos distintos como entretenimiento, medicina, ciencia, educación y fabricación, mudando la manera en que vemos y también interaccionamos con el planeta que nos circunda, así sea real o bien generado por computador.

Al paso que aplicaciones VR y AR existen en la actualidad en el mercado, su tasa de adopción es lenta siendo los primordiales motivos el ancho de banda y la latencia.

Las redes inalámbricas actuales imponen restricciones serias en estas aplicaciones, como latencia y capacidad, lo que puede llegar a deteriorar por completo la experiencia de usuario.

La tecnología de mmWave, como se incorpora en 5G, ofrece un ancho de banda aumentado y menor latencia, que van a mejorar las experiencias de usuario actuales y habilitarán otras nuevas, allanando el camino cara su adopción masiva.

No obstante, para otorgar una experiencia AR verdaderamente inmersiva, es cuando menos preciso acrecentar diez veces la velocidad. Esto supone un reto enorme para la tecnología 5G actual [6]. Incluso de este modo, la tecnología prosigue creando y, esta vez, el fantasma radioeléctrico va a ser clave para encarar esos desafíos.

6G va a ser la sexta generación de tecnologías inalámbricas de área ancha, expandiendo la disponibilidad de bandas de frecuencia en las bandas de terahercios (THz), sobre los rangos de frecuencias mmWave donde marcha 5G.

6G asimismo acrecentará las tasas de datos de los veinte gigabits por segundo (Gbps) de 5G a 1 terabit por segundo (Tbps). Además de esto, 6G reducirá la latencia a menos de 1 milisegundo. Como resultado, la capacidad de tráfico de 6G se acrecentará de los diez Mbps/m de 5G a un máximo teorético de diez Gbps/m.

La comunicación holográfica, internet táctil y realidad virtual/aumentada totalmente inmersivas son entre otras muchas aplicaciones lo que esta tecnología futura va a hacer posible y, de nuevo, mmWave va a ser el motor de este cambio, y seguramente el punto de cambio que indique el principio de una nueva era en la que la inventiva y la imaginación van a tener una relevancia vital en nuestra existencia.

Autor : Giovanni D’Amore – Director de Marketing de Producto, Keysight Technologies

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