Las actuales redes inalámbricas, por ejemplo, WiFi, LTE-Advanced, etc., funcionan por la banda inferior del espectro de radio, por debajo 6 GHz. Los expertos advierten que pronto esta banda se congestionará debido al crecimiento explosivo del tráfico de datos. Se calculan 17.722 millones de dispositivos conectados en 2024.

Para satisfacer la demanda de conectividad inalámbrica de banda ancha, cada vez más grande y omnipresente, la comunicación a través de la banda terahertz (THz) (0,1-10 THz) se ve como una opción necesaria para las redes 6G y más allá, debido a la gran cantidad de espectro disponible en estas frecuencias.

Un trabajo publicado en el IEEE Journal on Selected Areas in Communications presenta un nuevo diseño de comunicación que mejora la conectividad inalámbrica de banda ancha. Han participando Konstantinos Dovelos y Boris Bellalta del grupo de investigación Wireless Networking, del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC) de la UPF y del IoT Lab, con colaboración de Michail Matthaiou y Hien Quoc Ngo, investigadores de la Queen 's University de Belfast (Reino Unido).

Mitigar las pérdidas de propagación de las señales THz

A pesar del potencial de los enlaces inalámbricos en la banda de THz para conseguir anchos de banda de terabits por segundo, las señales THz sufren graves pérdidas de propagación debido a su corta longitud de onda. Sin embargo, el uso de múltiples antenas de transmisión y recepción siguiendo técnicas Massive Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) permite compensar estas pérdidas, a la vez que se amplía el rango de comunicación mediante la conformación de haces o Beam Forming.

Los anchos de banda ultra grandes de las transmisiones en la banda de THz hacen que las técnicas estándar de conformación de haces y de estimación de canal sean ineficaces

La conformación de haces consiste básicamente en concentrar y dirigir la señal electromagnética radiada de manera óptima entre el emisor y el receptor. Para poder utilizar la conformación de haces hay que conocer de manera precisa el canal entre el emisor y el receptor, motivo por el que existen diferentes técnicas de estimación del mismo.

Un nuevo diseño que mitiga los retraso de la señal

Los anchos de banda ultra grandes de las transmisiones en la banda de THz hacen que las técnicas estándar de conformación de haces y de estimación de canal sean ineficaces. En el artículo publicado en el IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JSAC), "hemos mostrado que cuando el tiempo de propagación de la señal entre las propias antenas del transmisor excede el tiempo de símbolo de los datos a enviar, la respuesta del conjunto de antenas deja de ser homogénea. Este aspecto, típicamente asumido en el diseño de las técnicas de conformación de haces actuales, hace que estas mismas sean ineficaces para ser empleadas en la banda de THz, lo que nuestra propuesta resuelve ajustando estos retrasos de manera controlada", indica Konstantinos Dovelos, primer autor del artículo.

Y añade Dovelos: "Además, con el sutil diseño del estimador de canal que hemos presentado, el transmisor puede obtener información fiable sobre el estado del canal con un coste de estimación bajo, minimizando el impacto sobre la ganancia en capacidad del enlace ".

Los resultados numéricos obtenidos en este trabajo muestran las ganancias de rendimiento que ofrece el diseño propuesto por estos investigadores en comparación con el uso de técnicas desarrolladas sin tener en cuenta las características esenciales de la banda de THz, abriendo camino para el logro de velocidades de multi-Gbps a distancias de varios metros.

Trabajo de referencia:

Konstantinos Dovelos, Michail Matthaiou, Hien Quoc Ngo, and Boris Bellalta (2021), "Channel Estimation and Hybrid Combining for Wideband Terahertz Massive MIMO Systems", IEEE Journal on Selected Areas in Communications, edicin avanzada en línea,  doi: 10.1109/JSAC.2021.3071851.