Vodafone y profesores del grupo de investigación Fotónica y radiofrecuencia, integrados dentro del Instituto en Investigación en Telecomunicación (TELMA), han iniciado una colaboración para desarrollar chips fotónicos de silicio que permitan mejorar la eficiencia y velocidad de comunicación en redes móviles, siendo capaces de dirigir señales móviles en la dirección de los usuarios mediante tecnologías fotónicas, es decir, mediante luz.
Al contrario que los chips electrónicos, que manipulan electrones, los chips fotónicos manipulan fotones, lo que les permite realizar algunas tareas de forma mucho más eficiente y rápida que los chips electrónicos tradicionales. La colaboración entre la UMA y Vodafone se centra en la disciplina conocida como ‘microwave photonics’, que busca el uso de tecnologías fotónicas para procesar de forma más eficiente las señales de radiofrecuencia.
Dentro de esta línea, el propósito principal de la colaboración entre la UMA y Vodafone es integrar estos chips fotónicos en las estaciones base para posibilitar que las antenas de telefonía móvil emitan y reciban las señales de radio en direcciones específicas seleccionables, es decir, posibilitar que las señales de radio de las estaciones base se emitan (y reciban) en la dirección en que se encuenta el usuario).
Qué ventajas presentan estos chips para comunicaciones móviles basadas en luz
Esto, en palabras de Iñigo Molina, catedrático de Teoría de la Señal y Comunicaciones y responsable del grupo de investigación, “mejoraría notablemente la capacidad y la eficiencia de las redes, reduciría la pérdida de datos y minimizaría las interferencias con otras frecuencias”.
La implementación de esta tecnología es clave para el desarrollo de redes 5G avanzadas y futuras redes 6G, ya que permitiría una transmisión de datos más rápida y eficiente, con menores latencias y mayores anchos de banda, que son clave en sectores emergentes como los vehículos autónomos y la industria conectada.
La UMA, puntera en fotónica
La UMA está muy bien posicionada en el ámbito de la fotónica, un puntal emprendedor dentro de la institución académica, lo que coloca a Málaga como un centro de innovación en telecomunicaciones, destacando la colaboración entre la industria y la Universidad para impulsar el futuro de las redes móviles. Prueba de ello son las dos empresas de base tecnológica creadas en el entorno de esta materia, Bioherent y AGPhotonics, que fueron fundadas a partir de resultados de investigación del Photinics & RF Research Lab, que apostó por la fotónica integrada hace décadas.
Por lo que se refiere a la colaboración UMA-Vodafone, el proceso de utilizar luz en lugar de la electrónica para la ‘formación avanzada de haces basada en ‘microwave photonics’ (advanced microwave photonics beamforming), aprovecha las ventajas de los chips fotónicos para dirigir y enfocar con precisión el tráfico móvil -como la transmisión de vídeo en directo-, hacia el usuario con gran precisión.
Aunque algunas antenas móviles ya están equipadas con tecnología de formación de haces (beamforming) para dirigir la señal hacia una zona específica en lugar de emitirla de forma más amplia, esta formación de haces se realiza en el dominio eléctrico, lo que limita el rango de frecuencias en el que funciona la antena. La incorporación de la fotónica supone una ventaja significativa, ya que no tiene rango de frecuencias y, además, proporcionará un mayor grado de precisión, reduciendo la pérdida de señal y limitando las interferencias de otras frecuencias.
Otros beneficios incluyen una mayor eficiencia energética y mayor capacidad para soportar un gran número de usuarios sin sacrificar la calidad del servicio.
Esta colaboración forma parte del proyecto asociado concedido a Vodafone en el marco del programa de la Comisión Europea “Proyectos Importantes de Interés Común Europeo” (IPCEI), con el apoyo del Ministerio de Industria y Turismo de España. La tecnología fotónica está surgiendo en un momento ideal para beneficiar a las redes 5G de próxima generación y a las futuras redes 6G basadas en software. Además, está mejor preparada para manejar frecuencias de radio más altas en comparación con los sistemas electrónicos actuales.
Diseño para nuevos chips
Vodafone, con el apoyo de la Universidad de Málaga, planea desarrollar en los próximos dos años un diseño para chips fotónicos de unidades de radio destinados a estaciones base móviles. El objetivo principal es ofrecer a los clientes servicios de transmisión continua sin interrupciones, incluso en zonas muy concurridas como estadios, centros de transporte o centros comerciales.
Se espera que la tecnología de formación de haces basados en ‘microwave photonics’ también contribuya significativamente a diversas aplicaciones industriales que requieren baja latencia y gran ancho de banda, como los vehículos autónomos y la robótica en fábricas. Los sistemas avanzados de radar y las comunicaciones satelitales directas a dispositivos, que tienen en cuenta la curvatura de la Tierra, también se beneficiarán de sus capacidades superiores de direccionamiento de haces.
El equipo está desarrollando dos prototipos. El primero consiste en un chip pasivo como parte del trabajo preliminar de prueba de concepto. Posteriormente, se desarrollará un chip activo mejorado para reemplazar el componente actual de formación de haces dentro de una unidad de radio. El objetivo final de Vodafone es desarrollar una unidad de radio óptica avanzada (en la que la mayoría de los elementos eléctricos serán reemplazados por ópticos), aunque eso requerirá más tiempo.
Tecnología disruptiva
Una vez completadas las pruebas exhaustivas y la validación para su uso en redes comerciales, un chip activo de formación de haces totalmente funcional será capaz de operar con hasta 32 pequeñas antenas de radio integradas en un solo mástil, con cada antena controlada de forma individual. Esta configuración permite una orientación flexible y precisa del haz de luz hacia múltiples usuarios, mejorando el rendimiento y reduciendo el consumo energético, al tiempo que se adapta a diseños fotónicos compactos e integrados.
Este proyecto tiene como objetivo mejorar las redes de comunicación comerciales y romper con el statu quo actual mediante el uso de unidades de radio con formación de haces fotónicos. Además de las mejoras en el rendimiento, esta nueva tecnología también respalda los objetivos de sostenibilidad de Vodafone, al ofrecer servicios mejorados de forma rentable y respetuosa con el medio ambiente.
