Transformation in die Cloud - welche Cloud darf es sein?
Perspective Future Networks

Montones de antenas

05-jun-2018

Con cientos de antenas por estación base, las velocidades de transmisión de datos de las redes móviles están aumentando drásticamente y Massive MIMO es un componente importante de la 5G.
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Hundreds of antennas per base station.
Conciertos, partidos de baloncesto, un eclipse solar o hasta los Juegos Olímpicos de Invierno 2018 estuvieron al alcance de los aficionados del deporte a través de la realidad virtual. Los datos para tales aplicaciones de banda ancha se transmiten a través de las redes móviles. La retransmisión de videos y de música también está aumentando considerablemente el tráfico móvil, así como la información procedente de cada vez más máquinas que envían información sobre su estatus o solicitan un técnico. Entre 2017 y 2021 el tráfico de datos móviles aumentará en cerca de un 50 por ciento al año, según el Cisco Visual Networking Index. ¿Cómo van a lidiar las redes con este aumento del volumen del tráfico?
Una posibilidad es, por supuesto, un ancho de banda superior, o gamas de frecuencia más amplias con las cuales se pueda transmitir los datos. No obstante, hay límites para el ancho de banda que pueden usar las redes móviles: físicos, jurídicos y por compartir entre operadores de red. Por suerte, las redes pueden optimizar su funcionamiento por otro sitio: en el número de antenas. Y hay una tecnología que tanto el mundo empresarial como el científico consideran, en la actualidad, muy prometedora y está evolucionando con mucha velocidad: Massive MIMO. El principio es sencillo: cuantas más antenas, mayor será la transmisión de datos.

Massive MIMO aumenta la capacidad de red.

La base LTE de hoy en día suele tener solo dos antenas, pero ya están funcionando con el método de antena múltiple MIMO (Multiple Input, Multiple Output), una tecnología que también es la norma en los enrutadores WiFi domésticos modernos. Una función útil de MIMO es que los datos que se van a transmitir se pueden repartir entre antenas de transmisión diferentes y serán recogidos por múltiples antenas receptoras. De esta manera, se puede dar servicio, de manera simultánea, a varios dispositivos de usuarios finales en la misma frecuencia y se puede transmitir más datos. Esta separación física de los flujos de datos se denomina spatial multiplexing o multiplexación espacial.
Para hacer frente a masas de datos futuros utilizando la norma móvil de próxima generación 5G, científicos y empresas de telecomunicación están buscando la manera de aumentar, todavía más, el potencial de MIMO mediante el uso de cientos de antenas por estación base de red móvil. Cada antena aumenta la velocidad de transmisión de datos y el número de posibles usuarios en una red móvil.
5G Optimal Transmission Research at the HfTL
The new transmission standard 5G provides even higher bandwidths for even more broadband customers. Extensive high frequency research is required to ensure successful coordinated operation of mobile network interfaces.

Beamforming para una potencia focalizada

Además de la separación espacial de la transmisión de datos, hay otra razón por la cual esto es posible. Se conoce como beamforming. "Cuantas más antenas se tenga, mejor se podrá concentrar la potencia de transmisión y dirigirla al usuario individual", dice el Dr. Michael Einhaus, que trabaja en la red móvil del futuro en la Universidad de Telecomunicaciones de Leipzig, Alemania. Varias antenas envían señales a un dispositivo. El momento de llegada y la fuerza con la que esto ocurra, suministra información sobre la posición del dispositivo y los obstáculos en la ruta de transmisión. Esta información permite a las antenas agrupar y dirigir su potencia de transmisión de manera óptima hacia el receptor en lugar de seguir dispersando las ondas de radio en círculos concéntricos. Este procedimiento no solo aumenta la velocidad de transmisión de datos sino que también utiliza menos energía.

Ensayos prácticos: hasta diez veces más datos

Falta por ver hasta dónde llega el potencial. En comparación con LTE, la velocidad de transferencia de datos se ha multiplicado por ocho con 64 antenas y por diez con 128 antenas en los ensayos prácticos. En septiembre de 2017 Deutsche Telekom y Huawei llevaron a cabo un ensayo práctico Massive MIMO conjunto en la gama de frecuencia de 3,5 gigahercios y con un ancho de banda de 20 megahercios. Consiguieron una velocidad de transmisión de 750 megabits por segundo, lo que, de no ser así, solo se habría conseguido combinando frecuencias. A modo de comparación, Telekom consigue una velocidad máxima de descarga de 300 megabits por segundo con LTE dependiendo del dispositivo y del área de expansión de la red.

Interacción de las estaciones base

Con cientos de antenas por estación base se puede transmitir muchos más datos con el mismo ancho de banda.
Las antenas apuntan directamente al dispositivo con su potencia de transmisión en lugar de transmitir sus ondas de radio en círculos concéntricos. De ese modo aumenta el flujo de datos y se utiliza menos energía.
Por supuesto, todavía hay que hacer frente a una serie de dificultades. Esto incluye, por ejemplo, cómo sincronizar las estaciones base Massive MIMO adyacentes. “En una red de radio móvil, centrar la potencia de transmisión precisamente en el usuario funciona muy bien gracias a las numerosas antenas de transmisión”, comenta el Dr. Einhaus. “Pero si la red de radio vecina hace los mismo, pueden encontrarse fácilmente y bloquearse la una a la otra”. Por lo tanto se necesitan mecanismos y algoritmos que coordinen las estaciones base para dar apoyo en lugar de interferir las unas con las otras. Para 2020 la ITU, la agencia de telecomunicaciones de Naciones Unidas, quiere normalizar la 5G. El despliegue paulatino de la norma móvil nueva comenzará incluyendo a Massive MIMO.