NEC desenvolve antena distribuída compacta de ondas milimétricas para a era do pós-5G/6G

NEC desenvolve antena distribuída compacta de ondas milimétricas para a era do pós-5G/6G

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A NEC Corporation desenvolveu e demonstrou com sucesso um sistema de rádio por fibra com um método de transmissão de 1 bit por fibra, que permite construir redes de comunicação por ondas milimétricas, estáveis e económicas, para a era do pós-5G/6G. Ao utilizar este método, os sinais analógicos de alta frequência podem ser transmitidos através de um conversor elétrico-ótico económico, usado para comunicações digitais gerais, o que possibilita a realização de uma unidade de antena distribuída compacta e a baixo custo.

Assim, é possível obter um ambiente estável de comunicações por ondas milimétricas em edifícios altos, centros comerciais subterrâneos, fábricas, caminhos de ferro, instalações interiores e outros ambientes com obstáculos.

A NEC apresentou estes resultados no Simpósio Internacional de Microondas IEEE MTT-S (IMS2024) que se realizou em Washington, D.C, no passado dia 16 de Junho.

Contextualização do desenvolvimento

Prevê-se que as comunicações sem fios de alta velocidade que recorrem à tecnologia de ondas milimétricas sejam uma das principais tecnologias para a era pós-5G/6G. Em particular, uma vez que cerca de 80% do tráfego de comunicações móveis ocorre em espaços interiores, as ondas milimétricas estão a ser consideradas como uma solução para esses espaços.

Contudo, uma vez que existe uma perda de propagação significativa e uma elevada linearidade na banda de frequências de ondas milimétricas, é fundamental assegurar a linha de visão entre as estações base e os terminais, para obter uma qualidade de serviço (QoS) adequada. Apesar de se saber que a instalação densa de unidades de antena distribuída (DA), para evitar obstáculos e para transmissão e receção diretas de dados com terminais, é eficaz na resolução destes problemas, o tamanho, o consumo de energia e o custo da instalação do número necessário de DA revelaram-se problemas importantes.

Para ultrapassar estes problemas, a NEC desenvolveu um sistema de rádio sobre fibra (RoF) e um método de transmissão relacionado.

Imagem1 rede movel de ondas milimetricas

Figura 1. Rede móvel de ondas milimétricas que utiliza um sistema de rádio sobre fibra

Questões relacionadas com os sistemas de RoF convencionais e abordagens para as resolver

Como mostra a Figura 2, os sistemas RoF convencionais são classificados em dois tipos: sistemas RoF digitais (RoF digitais) e sistemas RoF analógicos (RoF analógicos). Com o RoF digital, os sinais digitais gerados na unidade rádio (RU) são transmitidos à DA através de fibra. Uma vez que as DA utilizadas em RoF digital têm de estar equipadas com um dispositivo de processamento de sinais digitais (ou seja, processador de sinais digitais; DSP) e um conversor digital-analógico (DAC), tanto o consumo de energia como os custos são elevados. Por outro lado, o RoF analógico utiliza um método em que os sinais analógicos de alta frequência são gerados na RU e transmitidos à DA por fibra ótica. Com o RoF analógico, a configuração é simplificada, uma vez que as DA não precisam de estar equipadas com DSP ou DAC, mas um conversor dedicado com elevada linearidade para sinais analógicos é necessário para a conversão elétrico-ótico. Isto, por sua vez, aumenta os custos do dispositivo.

Por essa razão, a NEC decidiu desenvolver um método de transmissão de 1 bit por fibra e um sistema RoF de 1 bit (1-bit RoF). O método de transmissão de 1 bit por fibra converte sinais analógicos de alta frequência em sinais de impulsos de 1 bit que são transmitidos através da fibra e o sinal analógico desejado pode ser reproduzido através de um filtro. Para o RoF de 1 bit que usa este método, pode ser utilizado um conversor elétrico-ótico económico, de uso geral em comunicações digitais, como acontece com os RoF digitais. Simultaneamente, tal como no RoF analógico, não é necessário que o DA esteja equipado com DSP ou DAC. Como resultado, o RoF de 1 bit é um sistema que combina as vantagens do RoF digital e do RoF analógico.

Imagem2 tipo de sistemas de Radio sobre fibraFigura 2. Tipos de sistemas de rádio sobre fibra

Iniciativas para a concretização do sistema RoF de 1 bit

O desenvolvimento de um modulador de 1 bit com uma elevada relação sinal-ruído e distorção (SNDR) para converter os sinais em impulsos de 1 bit, tem sido um desafio na aplicação prática do RoF de 1 bit. Por isso, a NEC desenvolveu um método de decomposição vetorial que tem um SNDR de nível superior, como método de transmissão de 1 bit por fibra para o tráfego downlink. A par disso, para o tráfego uplink, a NEC desenvolveu um método de reprodução digital que cancela a distorção de sinal gerada pela transmissão de 1 bit por fibra e regenera o sinal original. Como resultado, a NEC conseguiu suprimir a degradação do SNDR durante a transmissão de 1 bit por fibra tanto na direção de downlink como na de uplink.

Imagem3 sistema proposto de Radio

Figura 3. Sistema proposto de rádio de 1 bit por fibra

Adicionalmente, para confirmar que o sistema RoF de 1 bit recentemente desenvolvido está em conformidade com as normas da comunicação móvel, a NEC desenvolveu um novo protótipo de rádio por fibra para a banda de 40 GHz, constituído por uma RU e uma DA compacta. O teste de verificação comprovou a conformidade do sistema com as normas.

Imagem4 unidade de antena distribuida para a banda de 40ghz

Figura 4. Unidade de antena distribuída para a banda de 40 GHz

O sistema recentemente desenvolvido possibilita a instalação de DA compactas e de baixo custo, com alta densidade. Além disso, espera-se que melhore o ambiente de comunicação por ondas milimétricas, garantindo a linha de visão entre as DA e os terminais.

Perspetivas futuras

A NEC desenvolveu um método de transmissão de 1 bit por fibra, que viabiliza uma antena distribuída compacta de ondas milimétricas, baixo consumo de energia e redução de custos. O sistema de rádio sobre fibra que aplica este método permite construir, de forma económica, redes de comunicação de ondas milimétricas estáveis em edifícios altos, centros comerciais subterrâneos, fábricas, caminhos-de-ferro, instalações interiores e outros ambientes com obstáculos. Por consequência, promoverá a adoção de comunicações de alta velocidade e de grande capacidade, que utilizam ondas milimétricas na era do pós-5G/6G.

No futuro, a NEC continuará a desenvolver tecnologias de alta velocidade e de grande capacidade para a era do pós-5G/6G.

Sobre o autor

Fernando Costa

O Fernando é o diretor do InforGames. O seu primeiro computador foi o ZX Spectrum, e foi aqui que começou a interessar-se pelo mundo dos videojogos. Apesar de já ter jogado em várias plataformas, o PC continua a ser a sua plataforma de eleição. No que diz respeito a jogos, gosta de estratégia, corridas e luta.

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