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Resumen:
El siguiente artículo apareció en el número de primavera de 2020 de Focus on Materials, un boletín trimestral elaborado por el Instituto de Investigación de Materiales de la Universidad Estatal de Pensilvania. El profesor Ram Narayanan de la Facultad de Ingeniería de Penn State trabajó con Remcom para producir un concepto de cobertura de ondas milimétricas 5G utilizando las torres existentes de AT&T en State College, PA, mostrando las predicciones de la trayectoria del rayo generadas en el software de propagación Wireless InSite EM. Aquí, el profesor Narayanan habla de los retos a los que se enfrenta la propagación de señales inalámbricas 5G.
Concepto de cobertura 5G mmWave utilizando las torres de AT&T existentes en State College. Las líneas representan trayectorias de rayos de radiofrecuencia predichas mediante la simulación de propagación Wireless InSite de Remcom.
Según Ram Narayanan, de Ingeniería Eléctrica, ha llegado el momento de que empecemos a pisar fuerte en el mundo de la 5G, porque todos los demás ya lo están haciendo.
"5G es un nuevo esquema de comunicaciones rápidas y muy fiables. Conecta a los humanos con las máquinas, el internet de las cosas, proporciona vídeo y audio en streaming", dijo.
A medida que pasamos a frecuencias más altas, primero de 10 gigahercios y luego de 30 gigahercios, aparecen los problemas del corto alcance y las interferencias con obstáculos, como árboles e incluso moléculas de oxígeno en la atmósfera. A diferencia de las ondas de radio, que pueden viajar a larga distancia y atravesar paredes y otros obstáculos, las señales 5G son de corto alcance y requieren un número mucho mayor de estaciones base. Estos son los problemas que Narayanan intenta superar.
La Universidad Estatal de Pensilvania ha estudiado varios aspectos de la 5G y tiene una experiencia considerable en áreas que podrían trasladarse fácilmente a la 5G, pero hasta ahora no ha habido esfuerzos coordinados. Hay ingenieros eléctricos que estudian nuevos diseños de antenas (a medida que se reducen las ondas portadoras, se reduce el tamaño de las antenas). La ingeniería informática está estudiando la modulación: la 5G requiere nuevos esquemas de señal para su transmisión. Se necesitan personas como Narayanan que trabajen en la propagación, por ejemplo, ¿qué ocurre cuando la señal entra en un edificio con múltiples reflexiones?
"Necesitamos especialistas en electromagnetismo y procesamiento de señales. Necesitamos especialistas en materiales, porque algunos de estos diseños requieren materiales exóticos. Todo esto tiene que confluir. En esto, la Escuela Superior de Ingeniería puede desempeñar un papel importante, porque no creo que estemos aprovechando todo nuestro potencial. Este es el momento en que necesitamos un enfoque cohesionado para poder buscar más financiación", dijo.
Investigación de Narayanan
Narayanan trabaja en ingeniería de microondas, que incluye la propagación de ondas de radio a través de la atmósfera. Estudia lo que ocurre cuando las ondas de radio se dispersan por los obstáculos de la naturaleza. Estudia cómo se pueden utilizar distintas frecuencias para diferentes aplicaciones, por ejemplo, utilizar frecuencias más bajas para buscar minas terrestres. Y lo que es más importante para la 5G, la propagación de la energía electromagnética en el interior de los edificios.
"Si miras dentro de un edificio, hay muchas formas de desviar las ondas. Y cuando se desvían, vuelven en fases diferentes. Estamos trabajando para mitigar ese tipo de problemas", concluyó.
Contacto:
Prof. Ram Narayanan
rmn12@psu.edu
o ram@engr.psu.edu
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