Innovaciones y ventajas de 6G frente a 5G

El Dr. Yu-Han Chang, analista tecnológico senior de IDTechEx, ha publicado recientemente un artículo en el que recoge las conclusiones del informe “6G Market 2023-2043: Technology, Trends, Forecasts, Players". Además, el Dr. Chang presentará un seminario web gratuito sobre este tema el miércoles 1 de febrero de 2023. Puede acceder linkando aquí.

Mientras que el 5G está despegando, la investigación sobre el 6G ya ha comenzado. Pero, ¿qué es exactamente la 6G y cuáles son las áreas emergentes que hay que vigilar? 

Principales áreas de cobertura del informe de IDTechEx "6G Market 2023-2043: Technology, Trends, Forecasts, Players". Fuente: IDTechEx

La frecuencia importa

En 5G, las bandas de frecuencias sub-6 GHz (3,5 - 6 GHz) y de ondas milimétricas (mmWave, 24 - 100 GHz) son las dos nuevas bandas del espectro cubierto. En 6G, los rangos de frecuencia considerados incluyen la banda de frecuencia de 7 a 20 GHz, la banda W (por encima de 75 - 110 GHz), la banda D (110 GHz a 175 GHz), las bandas entre 275 GHz y 300 GHz, y en el rango THz (0,3-10 THz). Las bandas entre 7 y 20 GHz se tienen en cuenta por la necesidad de una cobertura que permita aplicaciones móviles y "sobre la marcha" para numerosos casos de uso 6G. Las bandas W y D son interesantes tanto para el acceso 6G como para las redes Xhaul (por ejemplo, fronthaul, backhaul), básicamente conexiones en fibra óptica (o cobre) entre células/antenas hacia un centro de control y desde el centro de control hacia dispositivos de red. Debe considerarse una solución que cumpla los objetivos de ambos servicios. A partir de septiembre de 2022, las atribuciones mundiales de espectro no iban más allá de 275 GHz. No obstante, se han identificado bandas de frecuencias en la gama 275-450 GHz para la implantación de aplicaciones de servicios móviles terrestres y fijos, así como de servicios de radioastronomía y exploración de la Tierra por satélite y de investigación espacial en la gama 275-1.000 GHz.

Visión general de la estrategia de despliegue del espectro 6G. Obsérvese que, aunque por definición la banda THz va de 300 GHz a 10 THz, los profesionales de las telecomunicaciones han considerado más sencillo clasificar las aplicaciones de más de 100 GHz como comunicaciones THz. Fuente: IDTechEx

 ¿Qué promete la 6G y cuáles son sus retos?

Al explotar el gran ancho de banda en frecuencias THz, se espera que la 6G permita una velocidad de transmisión de datos de 1 Tbps. Sin embargo, esta velocidad es muy difícil de alcanzar, ya que se necesita un gran ancho de banda continuo, pero en realidad los anchos de banda que se pueden utilizar son limitados y están divididos en distintas bandas. Esto de se debe básicamente a que hay frecuencias ya utilizadas por otras aplicacions y servicios. Otro aspecto es que la eficiencia espectral está directamente relacionada con la relación señal/ruido (SNR) necesaria para la detección. Cuanto mayor sea la SNR requerida, menor será el alcance respectivo debido a las limitaciones de potencia transmitida a altas frecuencias y al ruido añadido. A modo de ejemplo, el prototipo de transmisor de matriz de fase en banda D de última generación de Samsung demuestra actualmente la mayor distancia de recorrido, 120 m, pero solo alcanza 2,3 Gbps. Otros grupos muestran velocidades de datos superiores, pero la distancia de viaje por aire es solo de centímetros.

Para mejorar aún más el alcance del enlace y la velocidad de transmisión de datos, hay que tener en cuenta varios requisitos a la hora de diseñar una radio 6G. Por ejemplo, es fundamental seleccionar los semiconductores adecuados para aumentar el alcance del enlace, elegir materiales de baja pérdida con una constante dieléctrica y evitar pérdidas de transmisión sustanciales. Para reducir aún más la pérdida de transmisión, es necesaria una nueva estrategia de empaquetado que integre estrechamente los componentes de RF con las antenas. Sin embargo, hay que tener en cuenta que, a medida que los dispositivos se hacen más compactos, la gestión térmica y de la energía se hace aún más crítica.

Además del diseño de los dispositivos, la estrategia de despliegue de la red es también un área crucial de investigación para abordar los retos de NLOS y consumo de energía. Por ejemplo, se está investigando el establecimiento de un entorno electromagnético (EM) inteligente heterogéneo, utilizando una amplia gama de tecnologías, como las superficies inteligentes reconfigurables (RIS) o los repetidores.

Aplicaciones 6G

Un cambio significativo de la 6G con respecto a las anteriores generaciones de comunicaciones es que ahora incluirá redes no terrestres, un elemento clave del desarrollo de la 6G que permite que las arquitecturas de red 2D convencionales funcionen en el espacio 3D. Las plataformas de baja altitud (LAP), las plataformas de gran altitud (HAP), los vehículos aéreos no tripulados (UAV) y los satélites son ejemplos de redes no terrestres (NTN). China envió el primer satélite 6G del mundo en noviembre de 2020. Este año, Huawei probó las redes NTN 6G utilizando satélites LEO (órbita terrestre baja). Cada vez más actividades en este ámbito demuestran que las redes NTN serán sin duda una tendencia de desarrollo clave.

Además de las comunicaciones, también se espera que el 6G se introduzca en el mundo de la detección, la imagen, la cognición inalámbrica y el posicionamiento preciso. El año pasado, Apple patentó su tecnología de sensores THz para la detección de gases y la obtención de imágenes en iDevice. Huawei también probó varios prototipos de Sensores y Comunicaciones Integrados (ISAC). Hay muchos más estudios y ensayos en marcha para aprovechar plenamente el potencial de las bandas de frecuencia 6G THz.

 Próximo seminario web gratuito: Tendencias y oportunidades de la 6G

 El Dr. Chang presentará un seminario web sobre el tema el miércoles 1 de febrero de 2023: Tendencias y oportunidades para la 6G.

Aunque la onda milimétrica 5G está aún en sus primeras fases, la carrera de la investigación 6G ya ha comenzado. La banda sub-THz (100 - 300 GHz) es el principal foco de atención de la primera oleada de 6G. Son necesarios varios avances tecnológicos para aprovechar plenamente las ventajas de una banda de frecuencias tan alta en 6G. Además, a diferencia de las generaciones anteriores, las redes no terrestres (NTN), como los satélites, desempeñarán un papel fundamental en la 6G, ofreciendo una comunicación totalmente "tridimensional". Además de la comunicación móvil, se espera que la 6G permita más aplicaciones, como la detección, la imagen, la cognición inalámbrica, la captación de energía y otros servicios.

El Dr. Chang tratará los siguientes temas en este seminario web para ofrecerle una visión general de alto nivel de la 6G, incluidas las frecuencias 6G, las tendencias de desarrollo tecnológico, el enfoque de las aplicaciones 6G y la hoja de ruta general de la 6G.