Las primeras antenas inteligentes se desarrollaron para comunicaciones militares y recopilación de inteligencia. El crecimiento de la telefonía celular en la década de 1980 atrajo el interés en aplicaciones comerciales. La actualización a la tecnología de radio digital en las industrias de teléfonos móviles, redes inalámbricas interiores y transmisión por satélite creó nuevas oportunidades para las antenas inteligentes en la década de 1990, que culminaron con el desarrollo de la tecnología MIMO (múltiples entradas y múltiples salidas) utilizada en redes inalámbricas 4G. .
Antenas direccionales
El primer éxito en el seguimiento y control de señales inalámbricas se basó en la configuración física y el movimiento de las antenas. El inventor y físico alemán Karl F. Braun demostró la formación de haces por primera vez en 1905. Braun creó una matriz en fase colocando tres antenas para reforzar la radiación en una dirección y disminuir la radiación en otras direcciones. [1] Guglielmo Marconi experimentó con antenas direccionales en 1906. [2] Las antenas direccionales se rotaron para detectar y rastrear a las fuerzas enemigas durante la Primera Guerra Mundial. El almirantazgo británico usó goniómetros (brújulas de radio) para rastrear la flota alemana. [3] Edwin H. Armstrong inventó el receptor superheterodino para detectar el ruido de alta frecuencia generado por los sistemas de encendido de los aviones de combate alemanes. La guerra terminó antes de que la creación de Armstrong estuviera lista para ayudar a dirigir el fuego antiaéreo. [4] En la década de 1920 se ensamblaron varios elementos (un dipolo alimentado, un director y reflectores) para crear patrones estrechos de antena de transmisión y recepción. La matriz Yagi-Uda, más conocida como antena Yagi , todavía se usa ampliamente. [2] Edmond Bruce y Harald T. Friis desarrollaron antenas direccionales para frecuencias de onda corta y microondas durante la década de 1930. [2]
La decisión de AT&T de utilizar microondas para transportar el tráfico telefónico interurbano condujo al primer despliegue comercial a gran escala de antenas direccionales (basado en el diseño del reflector de bocina de Friis [5] ) en 1947. Las antenas direccionales con polarización alterna permitieron un solo par de frecuencias para ser reutilizado durante muchos saltos consecutivos. Los enlaces de microondas son menos costosos de implementar y mantener que los enlaces de cable coaxial. [6]
Radar de matriz en fase
El primer radar de matriz en fase escaneado mecánicamente (que utiliza una antena Yagi giratoria) se demostró en la década de 1930. [7] Los primeros radares escaneados electrónicamente usaban dispositivos electromecánicos (como sintonizadores mecánicos o interruptores) para dirigir el haz de la antena.
Alemania construyó la matriz circular de Wullenweber para encontrar direcciones durante los primeros años de la Segunda Guerra Mundial. [8] El Wullenweber podría escanear electrónicamente el horizonte 360 ° y determinar la dirección de cualquier señal con una precisión razonablemente buena. Las matrices circulares se mejoraron durante la Guerra Fría con el propósito de escuchar a escondidas. [9] El físico estadounidense Luis Walter Alvarez desarrolló el primer sistema de aproximación controlada desde tierra (GCA) para el aterrizaje de aeronaves con mal tiempo basado en una antena de matriz en fase de microondas dirigida electrónicamente. Álvarez probó y desplegó el sistema en Inglaterra en 1943. [10] Cerca del final de la guerra, la GEMA de Alemania construyó un sistema de radar en fase de alerta temprana (el PESA Mammut 1) para detectar objetivos a una distancia de hasta 300 km. [11] La antena de control de fuego polyrod fue desarrollada por Bell Laboratories en 1947 usando cambiadores de fase en cascada controlados por un interruptor giratorio (girando a diez revoluciones por segundo) para crear un rayo de exploración continuo. [2]
Un impulso importante para cumplir con los requisitos de cobertura y tiempo de respuesta de seguridad nacional requirió el desarrollo de un radar de matriz en fase plana orientable totalmente electrónico. [12] El lanzamiento del Sputnik por la URSS en 1957 sugirió la necesidad de sistemas de vigilancia por satélite basados en tierra. Bendix Corporation respondió construyendo su radar de matriz orientable electrónicamente (ESAR) en 1960. Se desarrollaron técnicas mejoradas de formación de haces, como las matrices Butler de haces múltiples, para detectar y rastrear objetos en el espacio. [12]
El lanzamiento del Explorer 1 por Estados Unidos en 1958 sugirió otra aplicación: sistemas de radar basados en el espacio para detectar y rastrear aviones, barcos, vehículos blindados, misiles balísticos y misiles de crucero. Estos sistemas requirieron el desarrollo de técnicas especiales para cancelar el ruido del radar visto desde el espacio, anular las perturbaciones terrestres y compensar los cambios Doppler experimentados por los satélites de movimiento rápido. [12]
Los sistemas de radar basados en el espacio impulsaron el desarrollo de componentes más pequeños, livianos y menos costosos: circuitos integrados de microondas monolíticos ( MMIC ) para operar en frecuencias de 1 GHz a 30 GHz (microondas) y 30 GHz a 300 GHz (onda milimétrica) rangos. Los altos niveles de potencia necesarios para la detección son más fáciles de lograr a frecuencias de microondas. Los haces estrechos necesarios para el seguimiento de objetivos de alta resolución se logran mejor a frecuencias de ondas milimétricas. Empresas como Texas Instruments , Raytheon , RCA , Westinghouse , General Electric y Hughes Electronics participaron en el desarrollo inicial de MMIC. [12]
El primer radar de estado completamente sólido fue construido para los Marines de los Estados Unidos en 1972 por General Electric. Era un sistema de radar móvil 3-D con su matriz montada en una plataforma giratoria para escanear el horizonte. [2] El primer radar de matriz en fase totalmente de estado sólido fue el radar UHF PAVE PAWS (entrada de vehículo de adquisición de precisión - sistema de advertencia de matriz en fase) construido en 1978 para la Fuerza Aérea de los Estados Unidos. [13] Las antenas de arreglo en fase también se utilizan en radioastronomía. Karl Jansky , descubridor de las ondas de radio que emanan de la Vía Láctea, usó una matriz de Bruce para los experimentos que realizó en 1931. [14] Los radiotelescopios modernos de matriz en fase normalmente consisten en una serie de pequeñas antenas interconectadas, como la matriz de campo amplio de Murchison. en Australia, construido en 2012. [15]
Conjuntos de antenas adaptables
LC van Atta fue el primero en describir una antena retrodirectiva , que redirige (en lugar de reflejar) una señal en la dirección de donde proviene, en su patente de 1959. [16] La señal puede ser modulada por el host de redireccionamiento para fines tales como identificación por radiofrecuencia y control de tráfico (mejora del eco del objetivo del radar). [17] La primera matriz adaptativa, el cancelador de lóbulos laterales, fue desarrollado por Paul Howells y Sid Applebaum en General Electric en 1959 para suprimir las señales de interferencia de radar. [18] Basándose en el trabajo de Norbert Wiener con filtros analógicos, en 1960 el profesor de la Universidad de Stanford Bernard Widrow y el estudiante de doctorado Ted Hoff desarrollaron el algoritmo de mínimos cuadrados medios (LMS) que ajusta automáticamente el patrón de directividad de una antena para reforzar las señales deseadas. [19] Ted Compton de la Universidad Estatal de Ohio desarrolló una técnica de antena adaptativa para recuperar señales de espectro ensanchado de secuencia directa en presencia de interferencia cocanal de banda estrecha. El método de Compton, informado en 1974, solo requiere el conocimiento del código de ruido pseudoaleatorio (PN) de la señal deseada, no su dirección de llegada. [20] A finales de la década de 1970, Kesh Bakhru y Don Torrieri desarrollaron el algoritmo maximin para recuperar señales de salto de frecuencia en presencia de interferencia cocanal de banda estrecha. [21] Un artículo de 1977 de los investigadores de Bell Labs Douglas O. Reudink y Yu S. Yeh describió las ventajas de escanear haces puntuales para satélites. Los autores estimaron que la exploración de haces puntuales podría ahorrar 20 dB en el presupuesto del enlace, lo que a su vez podría usarse para reducir la potencia de transmisión, aumentar la capacidad de comunicación y disminuir el tamaño de las antenas de las estaciones terrenas. [22] Hoy en día, los sistemas de transmisión directa por satélite como DirecTV y Dish Network utilizan haces puntuales de satélite .
La Iniciativa de Defensa Estratégica (SDI), propuesta en 1983, se convirtió en una fuente importante de financiación para la investigación tecnológica en varias áreas. Los algoritmos desarrollados para rastrear misiles balísticos intercontinentales y armas láser de rayos X directos fueron particularmente relevantes para las antenas inteligentes.
Conjuntos de antenas digitales
Se trata de conjuntos de antenas con formación de haz digital multicanal , normalmente mediante FFT .
La teoría de las 'matrices de antenas digitales' (DAA) comenzó a surgir como una teoría de estimación multicanal. Sus orígenes se remontan a los métodos desarrollados en la década de 1920 que se utilizaron para determinar la dirección de llegada de las señales de radio mediante un conjunto de dos antenas en función de la diferencia de fase o amplitudes de sus voltajes de salida. Así, la evaluación de las direcciones de llegada de una sola señal se realizó según las lecturas del indicador de tipo puntiagudo o según las curvas de Lissajous, dibujadas por haz en la pantalla del osciloscopio. [23]
A finales de la década de 1940, este enfoque provocó el surgimiento de la teoría de los analizadores de antena de tres canales que proporcionaba la solución al problema de la separación de la señal del aire objetivo y la "antípoda" reflejada desde la superficie subyacente mediante la resolución del sistema de ecuaciones que se obtuvieron con el ayuda de voltajes complejos de mezcla de señal de tres canales. [23]
La creciente complejidad de resolver tales desafíos de radar, así como la necesidad de implementar un procesamiento de señales efectivo a fines de la década de 1950, predeterminaron el uso de computadoras electrónicas en este campo. Por ejemplo, en 1957, Ben S. Meltont y Leslie F. Bailey publicaron un artículo muy significativo en este campo, [24] donde los autores ofrecieron opciones de implementación de operaciones algebraicas para el procesamiento de señales con la ayuda de circuitos electrónicos, sus equivalentes, con el objetivo de desarrollar correlacionador de señales en la base de cierta computadora analógica. [23]
La sustitución de las instalaciones informáticas analógicas por tecnologías digitales tres años después, en 1960, se materializó en la idea de utilizar computadoras de alta velocidad para resolver problemas de búsqueda direccional, inicialmente para localizar el epicentro del terremoto. BA Bolt fue uno de los primeros en implementar esta idea en la práctica, [25] ha desarrollado un programa para IBM 704 para búsqueda de dirección sísmica basado en el método de mínimos cuadrados. [23] Casi simultáneamente, Flinn, investigador de la Universidad Nacional de Australia, utilizó un enfoque similar. [23] [26]
A pesar de que en los experimentos mencionados la interfaz entre los sensores y la computadora se implementó con la ayuda de tarjetas de entrada de datos, dicha decisión fue un paso decisivo en el camino de la aparición del DAA. Entonces, solo quedaba por resolver el problema de los datos digitales directos, obtenidos a partir de elementos sensores, entrada en computadora, excluyendo la etapa de preparación de tarjeta perforada y asistencia al operador como enlace excedente. [23]
Aparentemente, fue Polikarpov BI quien primero llamó la atención sobre las posibilidades potenciales de los analizadores multicanal en la ex URSS [27] Polikarpov BI muestra la posibilidad principal de resolución de fuentes de señal con una distancia angular menor que el ángulo de apertura del sistema de antena. [23]
Sin embargo, Varyukhin VA y Zablotskiy MA propusieron una solución específica al problema de la resolución superRayleigh de las fuentes de emisión solo en 1962, inventaron el método correspondiente de medición de direcciones a fuentes de campo electromagnético. [28] Este método se basó en el procesamiento de la información contenida en la distribución de amplitudes de voltaje complejas en las salidas de los analizadores multicanal de amplitud, fase y amplitud de fase y permitió determinar las coordenadas angulares de las fuentes dentro del ancho del lóbulo principal. del sistema de antena receptora.
Además, Varyukhin VA desarrolló una teoría general de analizadores multicanal, basada en el procesamiento de la información contenida en la distribución de amplitudes de voltaje complejas en las salidas de la red de antenas digitales. Un hito importante en el reconocimiento de los resultados científicos de Varyukhin VA fue la defensa de su tesis de doctorado en ciencias, celebrada en 1967. [23]
Un rasgo distintivo de los fundamentos teóricos desarrollados por él es la máxima automatización del proceso de evaluación de las coordenadas y parámetros de las señales, mientras que un enfoque basado en la generación de la función de respuesta del analizador sísmico multicanal y evaluación de sus capacidades de resolución en base de impresiones visuales recién surgió en ese momento. [23] Lo que se quiere decir aquí es un método Capon [29] y desarrolló aún más la clasificación de señales múltiples (MUSIC), los métodos de estimación de parámetros de señal mediante técnicas de invariancia rotacional (ESPRIT) y otros métodos de proyección de estimación espectral.
Por supuesto, es ingrato sacar una conclusión sobre la prioridad e importancia de varios enfoques científicos alternativos en el proceso de desarrollo de una teoría general de la DAA, teniendo en cuenta el carácter clasificado de las obras mayoritarias y la falta de posibilidad de estudio. patrimonio científico de la época, incluso teniendo en cuenta Internet. El viaje histórico propuesto aquí solo levantó ligeramente el velo del tiempo sobre el verdadero desarrollo de la investigación científica y su objetivo principal era señalar el nicho general y el marco temporal del inicio de la teoría del análisis multicanal a través de la lente del trasfondo histórico. Una presentación detallada de las etapas históricas de desarrollo de la teoría DAA merece una consideración independiente.
Técnicas de procesamiento avanzadas
Un artículo de 1979 de Ralph O. Schmidt del Laboratorio de Sistemas Electromagnéticos (ESL, un proveedor de sistemas de reconocimiento estratégico) describió el algoritmo de clasificación de señales múltiples (MUSIC) para estimar el ángulo de llegada de las señales. [30] Schmidt utilizó un método de subespacio de señales basado en modelos geométricos para derivar una solución asumiendo la ausencia de ruido y luego extendió el método para proporcionar una buena aproximación en presencia de ruido. [31] El artículo de Schmidt se convirtió en el más citado y su método de subespacio de señales se convirtió en el foco de la investigación en curso.
Jack Winters demostró en 1984 que las señales recibidas de múltiples antenas se pueden combinar (utilizando la técnica de combinación óptima) para reducir la interferencia cocanal en las redes móviles digitales. [32] Hasta este momento, la diversidad de antenas solo se había utilizado para mitigar el desvanecimiento por trayectos múltiples. Sin embargo, las redes móviles digitales no se volverían comunes hasta dentro de diez años.
Richard Roy desarrolló el algoritmo de Estimación de parámetros de señales mediante técnicas de invariancia rotacional (ESPRIT) en 1987. ESPRIT es un algoritmo más eficiente y de mayor resolución que MUSIC para estimar el ángulo de llegada de las señales. [33] Brian Agee y John Treichler desarrollaron el algoritmo de módulo constante (CMA) para la ecualización ciega de señales analógicas de FM y telefónicas en 1983. [34] CMA se basa en el conocimiento de la forma de onda de la señal en lugar de la información del estado del canal o las señales de entrenamiento. Agee extendió el CMA a conjuntos de antenas adaptables durante los próximos años. [35] [36]
Durante la década de 1990, empresas como Applied Signal Technology (AST) desarrollaron sistemas aéreos para interceptar llamadas de teléfonos celulares digitales y mensajes de texto con fines policiales y de seguridad nacional. Mientras que un sistema aéreo puede escuchar a escondidas a un usuario móvil en cualquier lugar de una red celular, recibirá todas las estaciones móviles reutilizando al mismo usuario y controlando frecuencias a aproximadamente el mismo nivel de potencia. Se utilizan técnicas de cancelación de interferencia y formación de haz de antena adaptable para enfocarse en el usuario objetivo. [37] Raytheon adquirió AST en 2011. [38]
Acceso múltiple por división de espacio (SDMA)
En 1947, Douglas H. Ring escribió un memorando interno de Bell Laboratories en el que describía una nueva forma de aumentar la capacidad de las redes de radio metropolitanas. [39] Ring propuso dividir una ciudad en celdas geográficas, utilizando transmisores de baja potencia con antenas omnidireccionales y reutilizando frecuencias en celdas no adyacentes. El esquema de radio celular de Ring no se volvió práctico hasta la llegada de los circuitos integrados en la década de 1970.
A medida que aumentó el número de suscriptores de teléfonos móviles en los años 80 y 90, los investigadores investigaron nuevas formas de aumentar la capacidad de la red de telefonía móvil. Se utilizaron antenas direccionales para dividir las células en sectores. En 1989, Simon Swales de la Universidad de Bristol en el Reino Unido propuso métodos para aumentar el número de usuarios simultáneos en la misma frecuencia. Las señales de recepción se pueden distinguir en función de las diferencias en su dirección de llegada al conjunto de antenas del sitio celular. Las señales de transmisión pueden dirigirse al destinatario previsto mediante la formación de haces. [40] Soren Anderson en Suecia presentó un esquema similar basado en simulaciones por computadora el año siguiente. [41] Richard Roy y Björn Ottersten de Arraycomm patentaron un método de acceso múltiple por división espacial para sistemas de comunicación inalámbrica a principios de la década de 1990. Esta tecnología se empleó en la línea de productos IntelliCell de Arraycomm. [42]
Primeras antenas comerciales inteligentes
Richard Roy y el empresario francés Arnaud Saffari fundaron ArrayComm en 1992 y reclutaron a Marty Cooper , quien dirigió el grupo Motorola que desarrolló el primer teléfono celular portátil, para dirigir la empresa. Las antenas inteligentes de ArrayComm se diseñaron para aumentar la capacidad de las redes inalámbricas que emplean dúplex por división de tiempo (TDD), como las redes PHS ( Personal Handy-phone System ) que se implementaron en toda Asia. [43] El investigador de Bell Labs Douglas O. Reudink fundó Metawave Communications, un fabricante de antenas de haz conmutado para redes de telefonía celular, en 1995. Metawave afirmó que al enfocar la capacidad en áreas con mayor tráfico podría aumentar la capacidad celular hasta en un 75%. Aunque Metawave logró vender antenas de haz conmutado a al menos un operador importante, la empresa cerró en 2004. [44] En 1997, AT&T Wireless Group anunció planes para ofrecer servicios inalámbricos fijos a velocidades de hasta 512 kbit / s. Project Angel prometió cobertura sin línea de visión (NLOS) utilizando formación de haces y multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM). El servicio se lanzó en diez ciudades en 2000. Sin embargo, en 2002 AT&T vendió su negocio de servicios inalámbricos fijos a Netro Corp. [45]
Desarrollo de 4G MIMO
La investigación de antenas inteligentes condujo al desarrollo de 4G MIMO. Las técnicas convencionales de antenas inteligentes (como la diversidad y la formación de haces) brindan ganancias incrementales en la eficiencia espectral. 4G MIMO aprovecha la propagación natural de trayectos múltiples para multiplicar la eficiencia espectral.
Los investigadores que estudiaron la transmisión de múltiples señales a través de diferentes cables en el mismo paquete de cables ayudaron a crear una base teórica para 4G MIMO. Específicamente, se investigaron técnicas para cancelar los efectos de la diafonía utilizando el conocimiento de las señales de origen. Los investigadores de "MIMO alámbrico" incluyeron a Lane H. Brandenburg y Aaron D. Wyner (1974), [46] Wim van Etten (década de 1970), [47] Jack Salz (1985), [48] y Alexandra Duel-Hallen (1992). . [49] Aunque optimizar la transmisión de múltiples flujos de datos a través de diferentes pares de cables en el mismo paquete requiere compensar la diafonía, la transmisión de múltiples flujos de datos a través de diferentes rutas inalámbricas debido a la propagación de múltiples rutas es un desafío mucho mayor porque las señales se mezclan en tiempo, espacio y frecuencia.
El artículo de 1996 de Greg Raleigh fue el primero en proponer un método para multiplicar la capacidad de los enlaces inalámbricos punto a punto utilizando múltiples antenas coubicadas en cada extremo de un enlace en presencia de propagación por trayectos múltiples. El documento proporcionó una prueba matemática rigurosa de la capacidad de MIMO basada en un modelo de canal preciso e identificó a OFDM como la interfaz de aire más eficiente para su uso con MIMO. El documento fue presentado al IEEE en abril de 1996 y presentado en noviembre en la Conferencia de Comunicaciones Globales de 1996 en Londres. [50] Raleigh también presentó dos solicitudes de patente para MIMO en agosto del mismo año.
Raleigh descubrió que la propagación por trayectos múltiples podría explotarse para multiplicar la capacidad del enlace después de desarrollar un modelo de canal mejorado que mostraba cómo la propagación por trayectos múltiples afecta a las formas de onda de la señal. El modelo tuvo en cuenta factores como la geometría de la propagación de radio (objetos naturales y artificiales que sirven como “reflectores locales” y “reflectores dominantes”), la dirección del conjunto de antenas, el ángulo de llegada y la propagación del retardo. [51] El artículo del investigador de Bell Labs, Gerard J. Foschini , presentado en septiembre de 1996 y publicado en octubre del mismo año, también teorizó que MIMO podría usarse para aumentar significativamente la capacidad de los enlaces inalámbricos punto a punto. [52] Bell Labs demostró un prototipo de sistema MIMO basado en su tecnología BLAST ( Bell Laboratories Layered Space-Time ) a finales de 1998. [53] El código de bloque de espacio-tiempo (también conocido como código Alamouti) fue desarrollado por Siavash Alamouti y es ampliamente utilizado en sistemas MIMO-OFDM . El artículo de Alamouti de 1998 mostró que los beneficios de la diversidad de recepción también se pueden lograr utilizando una combinación de diversidad de transmisión y códigos de bloque de espacio-tiempo. [54] Una ventaja clave de la diversidad de transmisión es que no requiere múltiples antenas y cadenas de RF en los teléfonos.
Multiplexación por división de frecuencia ortogonal (OFDM)
OFDM surgió en la década de 1950 cuando los ingenieros de Collins Radio Company descubrieron que una serie de subcanales no contiguos son menos vulnerables a la interferencia entre símbolos (ISI). [55] El OFDM fue estudiado más sistemáticamente por Robert W. Chang en 1966. [56] Chang usó transformadas de Fourier para asegurar la ortogonalidad. Sidney Darlington propuso el uso de la transformada discreta de Fourier (DFT) en 1970. [55] Stephen B. Weinstein y Paul M. Ebert utilizaron una transformada discreta de Fourier (DFT) para realizar la modulación y demodulación de banda base en 1971. [56] Dial-up Los módems desarrollados por Gandalf Technologies y Telebit en las décadas de 1970 y 1980 usaban OFDM para lograr velocidades más altas. [57] Amati Communications Corp. utilizó su forma discreta multitono (DMT) de OFDM para transmitir datos a velocidades más altas a través de líneas telefónicas que también transportan llamadas telefónicas en aplicaciones de línea de abonado digital (DSL). [58] OFDM forma parte de los estándares de radiodifusión de audio digital (DAB) [59] y de radiodifusión de vídeo digital (DVB) [60] desarrollados en Europa. OFDM también se utiliza en los estándares de LAN inalámbrica 802.11a [61] y 802.11g [62] .
Comercialización de 4G MIMO
Greg Raleigh, VK Jones y Michael Pollack fundaron Clarity Wireless en 1996. La empresa construyó un prototipo de enlace inalámbrico fijo MIMO-OFDM que funcionaba a 100 Mbit / s en 20 MHz de espectro en la banda de 5,8 GHz y demostró un funcionamiento sin errores en seis millas con un vatio de potencia de transmisión. [63] Cisco Systems adquirió Clarity Wireless en 1998 por su tecnología de vector OFDM (VOFDM) sin línea de visión. [64] El Foro de la industria inalámbrica de banda ancha (BWIF) se creó en 1999 para desarrollar un estándar VOFDM. [65] Arogyaswami Paulraj fundó Iospan Wireless a finales de 1998 para desarrollar productos MIMO-OFDM. Iospan fue adquirida por Intel en 2003. Ni claridad inalámbrica ni Iospan inalámbrica envía productos MIMO-OFDM antes de ser adquirido. [66]
Greg Raleigh y VK Jones fundaron Airgo Networks en 2001 para desarrollar conjuntos de chips MIMO-OFDM para LAN inalámbricas. En 2004, Airgo se convirtió en la primera empresa en enviar productos MIMO-OFDM. [67] Qualcomm adquirió Airgo Networks a finales de 2006. [68] Surendra Babu Mandava y Arogyaswami Paulraj fundaron Beceem Communications en 2004 para producir conjuntos de chips MIMO-OFDM para WiMAX. La empresa fue adquirida por Broadcom en 2010. [69] El Instituto de Ingenieros Eléctricos y Electrónicos (IEEE) creó un grupo de trabajo a finales de 2003 para desarrollar un estándar de LAN inalámbrica que ofrezca al menos 100 Mbit / s de rendimiento de datos de usuario. Hubo dos propuestas principales en competencia: TGn Sync fue respaldado por compañías como Intel y Philips, y WWiSE fue respaldado por compañías como Airgo Networks, Broadcom y Texas Instruments. Ambos grupos acordaron que el estándar 802.11n se basaría en MIMO-OFDM con opciones de canal de 20 MHz y 40 MHz. [70] TGn Sync, WWiSE y una tercera propuesta (MITMOT, respaldada por Motorola y Mitsubishi) se fusionaron para crear lo que se llamó la propuesta conjunta. [71] El estándar final 802.11n admitía velocidades de hasta 600 Mbit / s (utilizando cuatro flujos de datos simultáneos) y se publicó a finales de 2009. [72] WiMAX se desarrolló como una alternativa a los estándares celulares, se basa en el estándar 802.16e y utiliza MIMO-OFDM para ofrecer velocidades de hasta 138 Mbit / s. El estándar 802.16m más avanzado habilitó velocidades de descarga de hasta 1 Gbit / s. [73] Clearwire , una subsidiaria de Sprint-Nextel , construyó una red WiMAX a nivel nacional en los Estados Unidos , cubriendo 130 millones de pops a mediados de 2012. [74] Clearwire anunció posteriormente planes para implementar LTE (el estándar celular 4G) que cubre 31 ciudades a mediados de 2013. [75] NTT DoCoMo propuso el primer estándar celular 4G en 2004. [76] La evolución a largo plazo (LTE) se basa en MIMO-OFDM y sigue desarrollándose mediante el Proyecto de asociación de tercera generación ( 3GPP ). LTE especifica velocidades de enlace descendente de hasta 300 Mbit / s, velocidades de enlace ascendente de hasta 75 Mbit / s y parámetros de calidad de servicio como baja latencia. [77] LTE Advanced agrega soporte para picocélulas, femtocélulas y canales multiportadora de hasta 100 MHz de ancho. LTE ha sido adoptado por los operadores GSM / UMTS y CDMA . [78]
Los primeros servicios LTE fueron lanzados en Oslo y Estocolmo por TeliaSonera en 2009. [79] La implementación está más avanzada en los Estados Unidos, donde los cuatro operadores Tier 1 tienen o están construyendo redes LTE a nivel nacional. Actualmente hay más de 222 redes LTE en 83 países operativas con aproximadamente 126 millones de conexiones (dispositivos). [80]
Estándares emergentes 5G MIMO-OFDM
Se propuso el estándar de LAN inalámbrica 802.11ac para ofrecer velocidades de 1 Gbit / sy más rápidas. El desarrollo de la especificación comenzó en 2011 y se espera que se complete en 2014. 802.11ac utiliza la banda de 5 GHz, define canales de hasta 160 MHz de ancho, admite hasta 8 flujos de datos MIMO simultáneos y ofrece velocidades de datos sin procesar de hasta casi 7 Gbit / s. [81] Actualmente se encuentran disponibles varios productos basados en las especificaciones preliminares de 802.11ac.
Los conceptos de redes móviles de quinta generación ( 5G ) se encuentran en la etapa exploratoria. Se espera la comercialización a principios de la década de 2020. En marzo de 2013, NTT DoCoMo probó un enlace ascendente de 10 Gbit / s utilizando 400 MHz en la banda de 11 GHz. En mayo de 2013, Samsung anunció que está experimentando en la banda de 28 GHz utilizando estaciones base con hasta 64 antenas y ha logrado 1 Gbit / sa distancias de hasta 2 kilómetros. [82] Samsung afirma que la tecnología podría ofrecer decenas de Gbit / s en condiciones favorables. [83] Los artículos de investigación sugieren que es probable que las redes 5G consistan en pequeñas celdas distribuidas que operan a frecuencias de hasta 90 GHz utilizando "MIMO masivo". Según Jakob Hoydis de Bell Laboratories, Alcatel-Lucent , Alemania, "la densificación de la red es la única solución para la reducción de la capacidad". Esto podría involucrar redes de dos niveles ("HetNets") que utilizan estaciones base celulares existentes para garantizar una cobertura amplia y alta movilidad y celdas pequeñas intercaladas para capacidad y servicio en interiores. También se emplearía MIMO masivo en enlaces de backhaul de alta velocidad. [84]
Ver también
- Historia del radar
- Historia de la radio
- MIMO
- Antena inteligente
- ADA
Referencias
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