Los científicos de Tokyo Tech han diseñado un novedoso conjunto de transceptores de alimentación inalámbrica de 256 elementos para la comunicación 5G no lineal y blanquecina, que presenta una transmisión de energía inalámbrica eficiente y una alta eficiencia de conversión de energía. El diseño innovador también puede extender la cobertura de la red 5G a lugares donde el enlace está bloqueado, mejorando la flexibilidad y el área de cobertura, y potencialmente haciendo más accesibles las comunicaciones de alta velocidad y baja latencia.
La comunicación 5G por ondas milimétricas, que utiliza señales de radio de frecuencia ultraalta (24 a 100 GHz), es una tecnología prometedora para la comunicación inalámbrica de próxima generación, que ofrece alta velocidad, baja latencia y una gran capacidad de red. Sin embargo, las redes 5G existentes enfrentan dos desafíos principales. El primero es la baja relación señal-ruido (SNR). Una SNR alta es importante para una buena comunicación. Otro desafío es el bloqueo del enlace, que es la interrupción de la señal entre el transmisor y el receptor por obstáculos como edificios.
Beamforming es una técnica clave para las comunicaciones a larga distancia que utiliza ondas milimétricas que mejora la SNR. La técnica utiliza una serie de sensores para enfocar señales de radio en un haz estrecho en una dirección específica, similar a enfocar el haz de una linterna en un solo punto. Sin embargo, esto se limita a la comunicación de línea blanca, donde los transmisores y receptores deben estar en línea recta y la señal recibida puede verse atenuada por obstáculos. Además, el hormigón y los materiales de vidrio modernos pueden provocar elevadas pérdidas por difusión. Por lo tanto, se necesita urgentemente un sistema de retransmisión sin línea de visión (NLoS) para aumentar la cobertura de la red 5G, especialmente en interiores.
Para abordar estas cuestiones, un equipo de investigadores dirigido por el profesor asociado Atsushi Shirane del Laboratorio de Investigación Interdisciplinaria sobre el Futuro de la Ciencia y la Tecnología del Instituto Tecnológico de Tokio (Tokyo Tech) desarrolló una onda milimétrica de 28 GHz y diseñó un relé alimentado de forma inalámbrica. Transceptor para comunicación 5G. . Su estudio se publica en las Actas del Simposio Internacional de Microondas IEEE MTT-S 2024.
Al explicar la motivación detrás de su estudio, Sherane dice: “Anteriormente, para la comunicación NLoS, se han explorado dos tipos de relés 5G: un tipo activo y un tipo inalámbrico que es alto pero requiere muchos rectificadores para mantener la SNR debido a la baja conversión y a nuestro diseño. resuelve estos problemas utilizando circuitos integrados (CI) semiconductores disponibles comercialmente “.
El transceptor propuesto consta de 256 conjuntos de rectificadores con transferencia de energía inalámbrica (WPT) de 24 GHz. Estos conjuntos constan de circuitos integrados discretos, incluidos diodos de arseniuro de galio y baluns, que interactúan entre líneas de señal balanceadas y desequilibradas (bal-un), interruptores DPDT y circuitos integrados digitales. En concreto, el transceptor es capaz de transmitir datos y energía simultáneamente, convirtiendo una señal WPT de 24 GHz en corriente continua (CC) y facilitando simultáneamente la transmisión y recepción bidireccional de 28 GHz. La señal de 24 GHz se recibe individualmente en cada rectificador, mientras que la señal de 28 GHz se transmite y recibe mediante formación de haces. Ambas señales se pueden recibir desde la misma dirección o desde direcciones diferentes y la señal de 28 GHz se puede transmitir retrorreflectante con la señal piloto de 24 GHz o en cualquier dirección.
La prueba reveló que el transceptor propuesto puede alcanzar una eficiencia de conversión de potencia del 54% y una ganancia de conversión de -19 dB, que es mayor que la del transceptor convencional manteniendo la SNR en largas distancias. Además, alcanza unos 56 milivatios de generación de energía, que se pueden aumentar aún más aumentando el número de filas. También puede mejorar la resolución de los haces de transmisión y recepción. “El transceptor propuesto puede soportar el despliegue de redes mmWave 5G incluso en lugares donde el enlace está bloqueado, mejorando la flexibilidad de instalación y el área de cobertura”, comenta Sherane sobre las ventajas de su dispositivo.
