Investigadores del National Institute of Standards and Technology (NIST) en USA, han desarrollado un método para evaluar y seleccionar diseños de antenas óptimos para futuros teléfonos celulares de quinta generación (5G), otros dispositivos inalámbricos y estaciones base.
El nuevo método NIST podría aumentar la capacidad de la red inalámbrica 5G y reducir los costes.
Los sistemas 5G evitarán la saturación de canales inalámbricos convencionales mediante el uso de bandas de frecuencia de ondas milimétricas más altas. Las transmisiones a estas frecuencias pierden mucha energía en el camino, lo que debilita la intensidad de la señal recibida. Una solución son las antenas "inteligentes" que pueden formar haces anormalmente estrechos, el área en el espacio donde se transmiten o reciben las señales, y dirigirlas rápidamente en diferentes direcciones.
El ancho de haz de la antena afecta el diseño y el rendimiento del sistema inalámbrico. El nuevo método basado en mediciones del NIST permite a los diseñadores e ingenieros del sistema evaluar los anchos de haz de antena más adecuados para entornos reales.

"Nuestro nuevo método podría reducir los costes al permitir un mayor éxito con el diseño inicial de la red, eliminando gran parte de la prueba y el error que ahora se requieren", afirma la ingeniera de NIST, Kate Remley. “El método también fomentaría el uso de nuevas estaciones base que transmiten a varios usuarios simultáneamente o en rápida sucesión sin que un haz de antena interfiera con otro. Esto, a su vez, aumentaría la capacidad de la red y reduciría los costes con una mayor fiabilidad ".
Este es el primer estudio detallado basado en mediciones de cómo el ancho y la orientación del haz de la antena interactúan con el entorno para afectar la transmisión de la señal de onda milimétrica. En la técnica, las mediciones NIST que cubren una amplia gama de ángulos de haz de antena se convierten en un patrón de antena omnidireccional que cubre todos los ángulos por igual. El patrón omnidireccional se puede segmentar en anchos de haz más y más estrechos. Los usuarios pueden evaluar y modelar cómo se espera que las características del haz de la antena se realicen en tipos específicos de canales inalámbricos.

Un ingeniero podría usar el método para seleccionar la antena que mejor se adapte a una aplicación específica. Por ejemplo, el ingeniero puede elegir un ancho de haz que sea lo suficientemente estrecho para evitar los reflejos de ciertas superficies o que permita que múltiples antenas coexistan en un entorno determinado sin interferencias.
Para desarrollar el nuevo método, el equipo del NIST recopiló datos experimentales en un pasillo y vestíbulo de un edificio de investigación del NIST, utilizando un robot especial cargado con una sonda de canal personalizada y otros equipos. Una sonda de canal recopila datos que capturan los reflejos, difracciones y dispersión de la señal que se producen entre un transmisor y un receptor. Muchas de estas mediciones se pueden usar para crear una representación estadística del canal de radio, para respaldar el diseño y la estandarización fiables del sistema.
Los resultados del estudio NIST confirman que los haces estrechos pueden reducir significativamente la interferencia de la señal y la latencia, y que una orientación de haz optimizada reduce la pérdida de energía durante las transmisiones. Por ejemplo, el intervalo de tiempo durante el cual llegan las reflexiones de la señal (una métrica llamada propagación del retardo RMS) se redujo drásticamente de 15 nanosegundos (ns) a aproximadamente 1,4 ns a medida que el ancho del haz de la antena se redujo de omnidireccional (360 grados) a un estrecho de 3 grados, llamado lápiz de haz.
La investigación futura incluirá la ampliación del método a diferentes entornos y el análisis de otras características del canal inalámbrico.

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