La transmisión inalámbrica de datos a través de la comunicación móvil es confiable y asequible. Sin embargo, el volumen de datos por usuario aumenta exponencialmente. Las causas no son solo el número de teléfonos inteligentes en constante crecimiento, sino también las tendencias de automóvil a automóvil C2C o máquina-comunicación entre máquinas M2M: los automóviles y las máquinas deben comunicarse entre sí a alta velocidad. A partir de 2020, el estándar móvil 5G tiene como objetivo transmitir datos de manera rápida y eficiente desde el punto de vista energético. Para ello, Fraunhofer está desarrollando nuevos amplificadores de potencia basados enel nitruro de galio semiconductor.
Al menos 8 mil millones de dispositivos inalámbricos están actualmente conectados a través de la comunicación móvil en todo el mundo. * Chatear con amigos y familiares, mirar videos mientras viajan, jugar en línea o simplemente navegar por Internet se puede hacer sin problemas y es asequible. Sin embargo,este sigue siendo el caso si el número de usuarios está aumentando y, por lo tanto, el volumen de datos sigue aumentando "Estamos en un punto de inflexión", dice el Dr. Rüdiger Quay, del Instituto Fraunhofer de Física Aplicada de Física del Estado Sólido en Friburgo Alemania ".Hasta ahora, son principalmente los humanos los que se comunican entre sí mediante dispositivos de comunicación móvil. En el futuro, los automóviles, dispositivos o máquinas de producción se unirán a las redes ". Sin embargo, la comunicación por radio en tiempo real es necesaria para visiones como la Industria 4.0o conducción autónoma. Se necesitan velocidades de datos máximas de 10 gigabits por segundo y, por lo tanto, están orientadas. Sin embargo, el estándar móvil 4G LTE de hoy está diseñado para 300 megabits por segundo y no admite transmisiones en tiempo realen.Navegar por Internet en su dispositivo móvil es relativamente lento con una velocidad de datos pico promedio de 50 megabits por segundo.Por esta razón, los proveedores de equipos de red y operadores inalámbricos están trabajando conjuntamente con los investigadores en el 5G más potente.El nuevo estándar de red celular permitirá la transmisión en vivo de video de alta calidad.
Desarrollo de tecnología para frecuencias de radio más altas
Las estaciones base son un componente importante en la red celular. Son el cuello de botella a través del cual deben pasar todos los datos. La IAF Fraunhofer tiene un conocimiento especial sobre cómo ampliar este cuello de botella. Los investigadores están desarrollando amplificadores de potencia que pueden enviar másdatos más rápidamente y sobre todo más eficientemente a través de la red celular. "Los nuevos amplificadores de potencia proporcionan las frecuencias de radio necesarias a través de las cuales se transmiten los datos", explica Quay. Como primer paso, se liberan frecuencias de radio adicionales de hasta 6 gigahercios para5G. Actualmente, LTE está limitado a 2.7 gigahercios.
"Las frecuencias más altas significan una transmisión de datos más rápida, pero desafortunadamente también hay menos energía disponible para los transmisores", dice Quay. Por esta razón, los científicos están fabricando transistores y microchips que tienen un tamaño de unos pocos milímetros cuadrados del material de semiconductor galionitruro GaN. "Debido a su estructura cristalina especial, los mismos voltajes se pueden aplicar a frecuencias aún más altas, lo que lleva a un mejor rendimiento de potencia y eficiencia", dice Quay. Dentro del proyecto de la UE Flex5Gware, el Instituto ya está probando con éxito prototiposhasta frecuencias de 6 gigahercios.
Por cada bit transmitido, la transmisión inalámbrica de datos consume energía. "Eso solo representa alrededor del 15 por ciento de nuestra factura celular", explica Quay. Cada bit de información requiere una cierta cantidad constante de energía en la transmisión de radio.en comparación con hoy, se deben transmitir 200 veces más bits con una cantidad similar de energía. Eso significa 200 veces el requerimiento de energía. "En aras de la sostenibilidad, la eficiencia energética de la comunicación celular debe incrementarse sustancialmente para 5G", dice QuayPero actualmente, las estaciones base solo pueden transmitir altas velocidades de datos con un gasto de energía muy alto. La causa raíz es que transmiten las ondas de radio al aire, sin saber dónde se encuentran los usuarios. Sin embargo, con nuevos medios electrónicosAntenas orientables y amplificadores de potencia basados en GaN, la información llega a los receptores con una precisión precisa y una factura de energía mucho más baja. Equipada con la tecnología de los investigadores de Friburgo, elLas antenas de la estación base apuntan electrónicamente al receptor."Funcionan como el oído humano: sabemos de qué dirección provienen los ruidos sin girar la cabeza", explica el físico.
Las materias primas para GaN están disponibles en grandes cantidades. Se puede extraer nitrógeno del aire, y el galio es un producto de desecho en el trabajo con metales. GaN es un componente importante de los LED azules y blancos. El éxito de esta tecnología de luz ha contribuidopara que la producción de GaN sea cada vez más rentable. Hoy en día, el ahorro de energía durante las operaciones supera los costos de producción, en comparación con el silicio, del GaN aún más costoso.
* Fuente: Índice de redes visuales de Cisco: Actualización del pronóstico del tráfico mundial de datos móviles, Libro Blanco 2015-2020
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Fraunhofer-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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