¿Son las técnicas de antena avanzadas 5G la forma principal de maximizar el valor 5G?
¿DÓNDE ESTÁ EL VALOR GLOBAL DEL 5G Y QUIÉN LO APROVECHA?
Hay dos respuestas obvias en cuanto a los principales generadores de valor general de la tecnología 5G. Una es que la tecnología 5G facilita una capacidad adicional rentable mediante el acceso a nuevo espectro, el uso eficiente de ese espectro y la facilidad de implementación de estaciones base, fundamentales para aprovechar todo el potencial de ese nuevo espectro.
En segundo lugar, permite respaldar nuevos casos de uso, fomentando la innovación conectada y nuevos escenarios de implementación. Sin embargo, se busca una implementación rentable de capacidad adicional: esta es una forma de reducir, o al menos limitar, los costos de su modelo de negocios actual, independientemente de si los operadores pueden o no obtener los ingresos más nuevos asociados con los nuevos casos de uso de 5G.
¿POR QUÉ SON TAN IMPORTANTES LOS CONJUNTOS DE ANTENAS PARA LA IMPLEMENTACIÓN DE 5G?
Básicamente, hablamos de energía en forma de campos eléctricos y magnéticos oscilantes. Los campos se pueden configurar u optimizar de diversas maneras, con distintos grados de complejidad matemática, para concentrar la energía en una dirección determinada (haces) o alrededor de un punto determinado del espacio (burbuja).
Por supuesto, concentrar la energía aumentará la intensidad de la señal o, dicho de forma sencilla, la cantidad de barras visibles en un teléfono móvil. Esto significa que, siempre que el dispositivo tenga una señal aceptable, la potencia se puede ajustar en consecuencia, tanto en la estación base como en el propio dispositivo, para garantizar que no se "desperdicie" la energía total. Por lo tanto, concentrar la energía es muy conveniente en términos de uso general de energía.
La instalación de cualquier estación base individual está limitada por las normativas nacionales en cuanto a su potencia máxima de salida. Por lo tanto, la concentración de la energía es un factor clave, junto con el despliegue de espectro adicional que permite compartir de manera eficiente (multiplexación) el recurso “energético”. Cuanto más concentrada esté la energía, más eficiente será la estación base en su conjunto, y esto se materializa en forma de rendimiento general o alcance celular.
Por lo tanto, es evidente que la capacidad de concentrar la energía de manera eficiente conduce a un despliegue más eficiente de las estaciones base. Esto, a su vez, conduce a un mayor rendimiento general y/o a una mayor superficie celular, lo que significa que se necesitan menos estaciones base para dar soporte al mismo conjunto general de requisitos de servicio. Concentrar la energía conduce directamente a una mayor eficiencia de los costos. Cuanto más concentrado esté el haz o la burbuja de energía, mayor será el ahorro de costos (para reducir la ecuación a su forma más simple). Los conjuntos de antenas son la forma en que concentramos esa energía.
¿CÓMO LOS CONJUNTOS DE ANTENAS ENFOCAN LA ENERGÍA?
Las antenas individuales, en general, transmiten una señal, un campo eléctrico y magnético oscilante, en un ángulo muy amplio, a menudo omnidireccional. La forma y la fabricación de la antena determinan el patrón de transmisión/recepción real, pero en general no está enfocado.
Si añadimos antenas adicionales junto a la primera y elegimos el espaciado con cuidado, podemos transmitir la misma señal desde cada una de las antenas y, al mismo tiempo, crear patrones de interferencia constructivos y destructivos. Las señales interfieren entre sí, a veces sumándose (cuando están en fase), a veces cancelándose (cuando están desfasadas).
La interferencia constructiva, en la que las señales de cada antena se suman para crear una señal mucho más grande, es lo que nos proporciona efectivamente el mecanismo de “enfoque”. La interferencia constructiva se presenta generalmente en forma de un haz de energía (en una dirección determinada) o una burbuja de energía (alrededor de un punto en el espacio). En otras direcciones, o en otros puntos, la señal es mucho más débil porque las señales de las diferentes antenas interfieren destructivamente y actúan para cancelarse entre sí.
Así que aquí hay dos puntos clave:
- En primer lugar, cuantas más antenas haya, más enfocada estará la señal, el haz o el punto.
- En segundo lugar, al cambiar el tiempo relativo de la señal a medida que se aplica a cada antena, podemos dirigir el haz o el punto de enfoque. En realidad, es mucho más complejo que esto, pero esta simple descripción nos permite ver por qué el 5G es tan especial en lo que respecta a estas técnicas.
¿QUÉ TIENE DE ESPECIAL EL 5G Y LOS CONJUNTOS DE ANTENAS?
Existen algunas diferencias fundamentales entre 5G y las generaciones anteriores, pero lo que realmente interesa en términos de conjuntos de antenas son las frecuencias para las que es relevante 5G. Las generaciones anteriores se diseñaron y fabricaron para funcionar en la banda UHF entre ~700 MHz y 2600 MHz. En este caso, las antenas son relativamente grandes y el uso de conjuntos de antenas de más de cuatro u ocho antenas se vuelve problemático en términos de costo y tamaño físico/peso.
En cambio, la tecnología 5G permite utilizar frecuencias mucho más altas, hasta el espectro de ondas milimétricas, así como las frecuencias de rango bajo y medio ya mencionadas. En las frecuencias más altas, las antenas son mucho más pequeñas, lo que permite utilizar muchas antenas en un solo conjunto (quizás 64 o 256, conocidas como conjuntos de antenas masivas). Esto, a su vez, permite utilizar técnicas de antena MIMO (Multiple In Multiple Out, múltiples entradas y múltiples salidas) o de formación de haz muy focalizado.
El 5G no solo permite el acceso a un espectro mucho más amplio, sino que también nos permite utilizar ese espectro de manera muy eficiente, siempre que utilicemos técnicas de antena avanzadas, utilizando conjuntos de antenas. Las ganancias de eficiencia que podemos lograr en comparación con las generaciones anteriores son muy significativas, con cifras de referencia de tres veces las de LTE Advanced, pero las cifras reales son potencialmente mucho, mucho más altas. Esto nos brinda una eficiencia excepcional en las ondas milimétricas más altas, aunque el alcance reducido en frecuencias más altas significa que las estaciones base se desplegarían en "puntos calientes de alta capacidad".
Gracias a los avances en las capacidades de procesamiento y las técnicas de fabricación, también es posible implementar conjuntos de antenas masivas en frecuencias de rango medio, donde la huella celular es generalmente mayor que para las frecuencias de ondas milimétricas, lo que conduce a implementaciones de estaciones base altamente eficientes con excelente rendimiento y cobertura.
Otro aspecto clave es que la nueva radio 5G nos permite acceder al espectro reservado para redes privadas en bandas de frecuencias sin licencia o compartidas. Esto es un facilitador importante para la automatización industrial y las fábricas inteligentes, y los nuevos modelos de negocio asociados. Estas frecuencias relevantes sin licencia tienden a estar más arriba en el espectro, por lo que los conjuntos de antenas masivos y las técnicas de formación de haces/MIMO que los acompañan son partes esenciales de muchos nuevos escenarios de implementación y casos de uso.
EL RESUMEN
El impacto de todo esto es la eficiencia, que a su vez conduce a un despliegue rentable de recursos/estaciones base. Hay una serie de aspectos diferentes de 5G que contribuyen a la eficiencia general, pero son las técnicas de antena avanzadas, y en particular los conjuntos de antenas masivos, los que nos brindan los medios para aprovechar al máximo el potencial de 5G en lo que respecta a mantener los costos bajo control mientras aumentamos masivamente la capacidad y, al mismo tiempo, exploramos nuevos casos de uso y modelos comerciales.
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