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Redes de teraherzios más allá del 5G

Un equipo de investigadores de las universidades de Brown y Rice ha resuelto el problema de ‘descubrimiento de enlaces’ para redes de datos de terahercios más allá del 5G, demostrado una forma de ayudar a los dispositivos a encontrarse en las redes de datos ultrarrápidas del futuro.

Cuando alguien abre un ordenador portátil, un enrutador puede localizarlo rápidamente y conectarlo a la red WiFi local. Esa capacidad es un elemento básico de cualquier red inalámbrica conocida como descubrimiento de enlaces (link discovery), y ahora un equipo de investigadores ha desarrollado un medio para hacerlo con radiación de terahercios, las ondas de alta frecuencia que algún día podrían generar una transmisión de datos inalámbrica ultrarrápida.

Debido a su alta frecuencia, las ondas de terahercios pueden transportar cientos de veces más datos que las microondas utilizadas hoy para transportar nuestros datos.

Pero esa alta frecuencia también significa que las ondas de terahercios se propagan de manera diferente que las microondas. Mientras que las microondas emanan de una fuente en una transmisión omnidireccional, las ondas de terahercios se propagan en haces estrechos.

«Cuando se habla de una red que envía haces, surge una gran cantidad de preguntas sobre cómo se construye realmente esa red«, dijo Daniel Mittleman, profesor de la Escuela de Ingeniería de Brown. “Una de esas preguntas es cómo un punto de acceso, que se puede considerar como un enrutador, descubre dónde están los dispositivos de los clientes para dirigirlos hacia ellos. Eso es lo que estamos pensando aquí«.

En un artículo publicado en Nature Communications, los investigadores de las Universidades Brown y Rice mostraron que un dispositivo conocido como una guía de onda con fugas se puede utilizar para descubrir enlaces en frecuencias de terahercios. El enfoque permite que el descubrimiento de enlaces se realice de forma pasiva y de una sola vez.

El concepto de una guía de onda con fugas es simple

Son solo dos placas de metal con un espacio entre ellas donde la radiación puede propagarse. Una de las placas tiene un corte estrecho que permite que se filtre un poco de la radiación. Esta nueva investigación muestra que el dispositivo se puede usar para descubrir y rastrear enlaces explotando una de sus propiedades subyacentes: cuáles son las diferentes frecuencias se escapan de la ranura en diferentes ángulos.

«Ingresamos una amplia gama de frecuencias de terahercios en esta guía de ondas en un solo pulso, y cada una se filtra simultáneamente en un ángulo diferente«, dijo Yasaman Ghasempour, un estudiante graduado en Rice y coautor del estudio. «Se puede pensar que se escapa un arco iris, con cada color representa una firma espectral única correspondiente a un ángulo«.

Ahora imagine una guía de ondas con fugas colocada en un punto de acceso. Dependiendo de dónde esté un dispositivo cliente en relación con el punto de acceso, verá un color diferente saliendo de la guía de ondas. El cliente simplemente envía una señal de regreso al punto de acceso que dice: «Vi amarillo», y ahora el punto de acceso sabe exactamente dónde está el cliente y puede continuar rastreándolo.

«No se trata solo de descubrir el enlace una vez«, dijo Yasaman. “De hecho, la dirección de transmisión debe ajustarse continuamente a medida que el cliente se mueve. Nuestra técnica permite una adaptación ultrarrápida, que es la clave para lograr una conectividad perfecta«.

La configuración también utiliza una guía de onda con fugas en el lado del cliente. En ese lado, el rango de frecuencias recibidas a través de la ranura en la guía de ondas se puede usar para determinar la posición del enrutador en relación con la rotación local del dispositivo, como cuando alguien gira su silla mientras usa un ordenador portátil.

Mittleman dice que encontrar una forma novedosa de hacer que el descubrimiento de enlaces funcione en el ámbito de los terahercios es importante porque los protocolos existentes para el descubrimiento de enlaces en microondas simplemente no funcionarán para las señales de terahercios. Incluso los protocolos que se han desarrollado para las florecientes redes 5G, que son mucho más direccionales que las microondas estándar, no son factibles para terahercios. Esto se debe a que, aunque son tan estrechos como los haces 5G, todavía son alrededor de 10 veces más anchos que los haces en una red de terahercios.

«Creo que algunas personas han asumido que, dado que 5G es algo direccional, este problema está resuelto, pero la solución 5G simplemente no es escalable«, dijo Mittleman. “Se necesita una idea completamente nueva. Esta es una de esas piezas de protocolo fundamentales que necesita para comenzar a construir redes de terahercios«.

Otros coautores del artículo fueron Rabi Shrestha y Aaron Charous de la Universidad de Brown, y Edward Knightly de la Universidad de Rice. El trabajo fue apoyado por Cisco, Intel y por la National Science Foundation.

Fuente: Brown University

Más información: Nature Communications (2020). DOI: 10.1038/s41467-020-15761-4