NEC desenvolve antena de 5G com baixo consumo de energia

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 Micro-ondas 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.

Questões relacionadas com os sistemas de RoF convencionais 

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.

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 (*1) 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.

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.

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.