El futuro de la infraestructura 5G+ podría construirse mosaico por mosaico, de forma escalable formando matrices. 5G+ (5G/Más allá de 5G) es el segmento de más rápido crecimiento y una oportunidad significativa para el crecimiento de la inversión en el mercado de infraestructura de redes inalámbricas, según el pronóstico más reciente de Gartner, Inc. Pero actualmente, las tecnologías 5G+ dependen de grandes conjuntos de antenas que generalmente son voluminosos y vienen en tamaños muy limitados, lo que los hace difíciles de transportar y caros de personalizar.
Investigadores de la Facultad de Ingeniería de Georgia Tech han desarrollado una solución novedosa y flexible para abordar el problema. Su enfoque basado en mosaicos fabricados de forma aditiva puede construir matrices escalables masivamente bajo demanda de máscaras inteligentes habilitadas para 5G+ (5G/Más allá de 5G) con el potencial de habilitar inteligencia en casi cualquier superficie u objeto. El estudio, publicado recientemente en Scientific Reports , describe el enfoque, que no solo es mucho más fácil de escalar y personalizar que las prácticas actuales, sino que no presenta degradación del rendimiento cuando se flexiona o escala a una gran cantidad de mosaicos.
“Por lo general, hay muchos sistemas de redes inalámbricas más pequeños que funcionan juntos, pero no son escalables. Con las técnicas actuales, no se puede aumentar, disminuir o dirigir el ancho de banda, especialmente para áreas muy grandes”, dijo Manos Tentzeris , profesor Ken Byers en Electrónica Flexible en la Escuela de Ingeniería Eléctrica e Informática . «Ser capaz de utilizar y escalar este nuevo enfoque basado en mosaicos lo hace posible».
Tentzeris dice que la aplicación modular de su equipo equipada con capacidad 5G+ tiene el potencial de un impacto inmediato a gran escala a medida que la industria de las telecomunicaciones continúa con la transición rápida a estándares para comunicaciones más rápidas, de mayor capacidad y de menor latencia.
©Georgia Tech: Se muestran dos mosaicos de prueba de concepto fabricados junto con dos conjuntos de mosaicos impresos con inyección de tinta, que el equipo presentará en el próximo Simposio Internacional de Microondas en junio.
Cómo son las baldosas que forman la antena 5G mosaico
En el nuevo enfoque de Georgia Tech, las tejas flexibles y fabricadas de forma aditiva se ensamblan en una sola capa subyacente flexible. Esto permite que las matrices de mosaicos se unan a una multitud de superficies. La arquitectura también permite la instalación sobre la marcha de redes de conjuntos de antenas orientables electrónicamente/en fase 5G+ muy grandes.
Según Tentzeris, adjuntar una matriz de mosaicos a un vehículo aéreo no tripulado (UAV) es incluso una posibilidad de aumentar la capacidad de banda ancha en áreas de baja cobertura.
En el estudio, el equipo fabricó una matriz de mosaicos flexibles de prueba de concepto de 5 × 5 centímetros y la envolvió alrededor de una curvatura de radio de 3,5 centímetros.
Cada mosaico incluye un subarreglo de antena y un circuito integrado de formación de haz integrado en una capa de mosaico subyacente para crear una piel inteligente que puede interconectar sin problemas los mosaicos en conjuntos de antenas muy grandes y múltiples entradas múltiples salidas masivas (MIMO): la práctica de la vivienda dos o más antenas dentro de un solo dispositivo inalámbrico. Las arquitecturas de matrices basadas en mosaicos en superficies rígidas con elementos de antena única se han investigado anteriormente, pero no incluyen la modularidad, la capacidad de fabricación aditiva o la implementación flexible del diseño de Georgia Tech.
El enfoque de tejas modulares propuesto significa que se pueden fabricar tejas de tamaños idénticos en grandes cantidades y son fácilmente reemplazables, lo que reduce el costo de personalización y reparaciones. Esencialmente, este enfoque combina elementos extraíbles, modularidad, escalabilidad masiva, bajo costo y flexibilidad en un solo sistema.
Más allá del 5G+
Si bien la arquitectura de mosaico ha demostrado la capacidad de mejorar en gran medida las tecnologías 5G+, su combinación de capacidades flexibles y conformes tiene el potencial de aplicarse en numerosos entornos diferentes, dice el equipo de Georgia Tech.
“La forma y las características de cada escala de mosaico pueden ser singulares y pueden adaptarse a diferentes bandas de frecuencia y niveles de potencia”, dijo Tentzeris. “Uno podría tener capacidades de comunicación, otro capacidades de detección y otro podría ser un mosaico de recolección de energía para energía RF solar, térmica o ambiental. La aplicación del marco de baldosas no se limita a las comunicaciones”.
Internet de las cosas, la realidad virtual, así como la fabricación inteligente/Industria 4.0, un enfoque impulsado por la tecnología que utiliza maquinaria «inteligente» conectada a Internet para monitorear y automatizar completamente el proceso de producción, son áreas de aplicación adicionales que el equipo está ansioso por explorar. .
“La escalabilidad masiva de la arquitectura de baldosas hace que sus aplicaciones sean particularmente diversas y prácticamente ubicuas. Desde estructuras del tamaño de represas y edificios, hasta maquinaria o automóviles, hasta dispositivos portátiles de monitoreo de salud individual”, dijo Tentzeris. “Nos estamos moviendo en una dirección en la que todo estará cubierto por algún tipo de piel inteligente conformada inalámbrica que abarca conjuntos de antenas orientables electrónicamente de tamaños muy diversos que permitirán un monitoreo efectivo”.
El equipo ahora espera probar el enfoque fuera del laboratorio en estructuras grandes del mundo real. Actualmente están trabajando en la fabricación de matrices de mosaicos mucho más grandes, totalmente impresas con inyección de tinta (más de 256 elementos) que se presentarán en el próximo Simposio Internacional de Microondas (IEEE IMS 2022), la conferencia insignia de IEEE en ingeniería de RF y microondas. La presentación de IMS presentará una nueva versión de arquitectura de área grande basada en mosaicos que permitirá el ensamblaje de arreglos de mosaicos personalizables de manera rápida y económica para numerosas plataformas conformadas y aplicaciones habilitadas para 5G+.
Este trabajo fue apoyado en parte por la Fundación Nacional de Ciencias.
CITAS: He, X., Cui, Y. & Tentzeris, Tile-based massively scalable MIMO and phased arrays for 5G/B5G-enabled smart skins and reconfigurable intelligent surfaces (MM MIMO escalable masivamente basado en mosaicos y arreglos en fase para máscaras inteligentes habilitadas para 5G/B5G y superficies inteligentes reconfigurables). Informe científico 12, 2741 (2022). https://doi.org/10.1038/s41598-022-06096-9
K.Hu, GSVAngulo, Y.Cui y MMTentzeris, «Flexible and Scalable Additively Manufactured Tile-Based Phased Arrays for Satellite Communications and 5G mmWave Applications», aceptado para su presentación en el Simposio internacional de microondas (IMS) IEEE 2022, Denver, CO, junio 2022.
Fuente: Georgia Tech
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