Investigadores de la UGR estudian nuevos procesos de la propagación de ondas para mejorar las redes 5G y 6G

Un equipo de investigadores de la Universidad de Granada examina la propagación de ondas electromagnéticas con el objetivo de mejorar el despliegue de las redes 5G y 6G. Además, los resultados de los estudios contribuyen también al desarrollo de la Industria 4.0., que busca la automatización de procesos en las fábricas gracias a tecnologías inalámbricas.

Los investigadores, pertenecientes al grupo Smart and Wireless Applications and Technologies Group (SWAT-UGR), han realizado dos trabajos científicos que tratan de dar respuesta a una pregunta común: entender cómo se propagan las ondas electromagnéticas en el medio. El primer trabajo aborda el reto de estimar dos parámetros claves que caracterizan a las ondas electromagnéticas: el ángulo y el tiempo de llegada de las señales que viajan por el medio. Para ello, se hace uso de una geometría de sensores “ciertamente exótica”, como la definen los propios investigadores, los denominados arrays tóricos, que son unas figuras geométricas en forma de dónut. El segundo trabajo publicado trata de comprender cuáles son los mecanismos por los que se propagan las ondas electromagnéticas en un entorno industrial, indagando en cómo se ven afectadas por un escenario de este tipo.

Imagen 1: Ilustración de un array tórico o geometría tórico desde dos perspectivas.

Las investigaciones tienen como punto en común el estudio de las ondas milimétricas, las mensajeras invisibles por las que viaja la información de los servicios de telecomunicaciones, como las redes móviles o el wifi. En la actualidad, estos servicios suelen trabajar en bandas de frecuencia por debajo de 6 GHz. El problema es que, debido al crecimiento exponencial de usuarios y dispositivos, estas redes tienen riesgo de saturarse. Por ello, una de las propuestas clave por parte de las nuevas tecnologías 5G y 6G es el despliegue de los servicios en bandas de frecuencia más altas que las actuales, lo que se traduce en un aumento de la velocidad de red de los usuarios y conexiones más estables, abriendo la puerta a nuevas posibilidades, como por ejemplo la cirugía robótica o servicios de realidad virtual.

“Antes de expandir nuestras redes a nuevas frecuencias, es fundamental comprender cómo se propagan las ondas en esas bandas, ya que existen diferencias notables entre esta banda milimétrica y las empleadas en la actualidad”, detalla el investigador de la UGR Alejandro Ramírez Arroyo, autor principal de los estudios. De esta forma, el primer trabajo explora el ángulo y tiempo de llegada de las señales electromagnéticas usando un grupo de sensores dispuestos en una forma similar a un dónut (la llamada geometría tórica), lo que ayuda a entender el comportamiento de las ondas en distintos entornos. “Por ejemplo, no se propaga de igual manera una onda a través del mar que entre edificios de una ciudad como Granada”, explica Alejandro Ramírez.

El segundo estudio se centra en un entorno muy concreto: los escenarios industriales, donde las ondas están expuestas a bloqueos debido a la presencia de, por ejemplo, maquinaria pesada. Así, este trabajo analiza cómo se propagan las ondas milimétricas en las fábricas, mejorando los servicios que ofrecen las redes inalámbricas en términos de rendimiento. “Cabe destacar que esta investigación se ha llevado a cabo en un laboratorio único en Europa, el 5G Smart Production Lab de la Universidad de Aalborg, donde se encuentran desplegadas las últimas tecnologías para el desarrollo de la Industria 4.0.”, explica el investigador principal.

Aplicaciones futuras

Pero, ¿qué aplicaciones futuras pueden tener los resultados de estas investigaciones de la Universidad de Granada? “Entender completamente el canal de propagación y cómo viajan las ondas ofrece una oportunidad para mejorar el despliegue de futuras redes 5G y 6G. Estos resultados, además, destacan por su obtención mediante unas formas geométricas tan particulares como lo son los arrays tóricos”, especifica Alejandro Ramírez.

Por otro lado, el estudio realizado en el 5G Smart Production Lab da una serie de guías para comprender los despliegues de redes de telecomunicaciones en entornos industriales. De esta manera, la investigación aporta luz sobre el funcionamiento de redes en ondas milimétricas de cara al desarrollo de la Industria 4.0., que busca hacer que los procesos de producción en las fábricas estén más automatizados a través de medios inalámbricos.

Referencias:

A. Ramírez-Arroyo, A. Alex-Amor, R. Medina, P. Padilla and J. F. Valenzuela-Valdés, ‘Joint Ultra-wideband Characterization of Azimuth, Elevation and Time of Arrival with Toric Arrays’. IEEE Transactions on Wireless Communications