{"id":5001,"date":"2021-05-28T11:49:44","date_gmt":"2021-05-28T11:49:44","guid":{"rendered":"https:\/\/transferencia.tec.mx\/?p=5001"},"modified":"2023-09-10T12:03:16","modified_gmt":"2023-09-10T12:03:16","slug":"la-optimizacion-de-las-telecomunicaciones-moviles","status":"publish","type":"divulgacion-ciencia","link":"https:\/\/tecscience.tec.mx\/es\/divulgacion-ciencia\/la-optimizacion-de-las-telecomunicaciones-moviles\/","title":{"rendered":"La optimizaci\u00f3n de las telecomunicaciones m\u00f3viles"},"content":{"rendered":"

Por Jos\u00e9 Alejandro Galaviz Aguilar<\/strong><\/p>\n

En la \u00faltima d\u00e9cada, el n\u00famero de usuarios de telefon\u00eda m\u00f3vil ha tenido un incremento vertiginoso, y a su vez, los dispositivos inal\u00e1mbricos y las aplicaciones est\u00e1n demandando un ritmo mayor de innovaci\u00f3n en la industria de las telecomunicaciones.<\/p>\n

La demanda del usuario final exige transferencia de altas tasas de datos (audio, voz, video, mensajes), que sean cada vez m\u00e1s r\u00e1pidas, confiables y con \u00f3ptima conectividad, esto a su vez plantea nuevos desaf\u00edos en las tecnolog\u00edas futuras de 5G y 6G.<\/p>\n

A medida que las necesidades del usuario final cambian, tambi\u00e9n lo hacen los est\u00e1ndares y las tecnolog\u00edas inal\u00e1mbricas que ayudan a definir la industria de las telecomunicaciones. Comprender estos cambios, y las complejidades de dise\u00f1o e implementaci\u00f3n que crean, son cruciales para mantenerse a la vanguardia y dentro de la competencia.<\/p>\n

Los sistemas de telecomunicaci\u00f3n<\/h2>\n

La transmisi\u00f3n de se\u00f1ales inal\u00e1mbricas como las empleadas en la telefon\u00eda celular o WiFi se basa en hacer variaciones (modulaci\u00f3n) en las caracter\u00edsticas de una se\u00f1al f\u00edsica de voltaje (amplitud, fase, o frecuencia) mediante impulsos digitales representados por s\u00edmbolos binarios (es decir, bits 0’s y 1’s), y que son procesados por dispositivos anal\u00f3gicos o digitales (v\u00e9ase Figura 1).<\/p>\n

El procedimiento de comunicaci\u00f3n se basa en tres elementos: el transmisor, el mensaje (datos digitales) y el receptor; generalmente este proceso tiende a ser no ideal e ingresar varios errores en la se\u00f1al de informaci\u00f3n. Los problemas fundamentales en los dispositivos el\u00e9ctricos\/electr\u00f3nicos durante el proceso de comunicaci\u00f3n se deben a una gran variedad de fen\u00f3menos f\u00edsicos ingresados por los propios dispositivos que intervienen, estos efectos no deseados son de gran inter\u00e9s en su estudio para \u00e1reas de la ingeniera y ciencias, cuya aplicaci\u00f3n t\u00e9cnica es aplicable para la soluci\u00f3n de nuevas problem\u00e1ticas en dichos sistemas.<\/p>\n

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Figura 1. Diagrama a bloques de dispositivos de un sistema de telecomunicaci\u00f3n inal\u00e1mbrica: (a) Transmisor y (b) Receptor.<\/figcaption><\/figure>\n

Actualmente empresas como Facebook, Google, Apple, Qualcomm, Intel, Samsung, Huawei, entre otras, dedican esfuerzos orientados al desarrollo de nuevos circuitos y conceptos para la implementaci\u00f3n de dispositivos que sean capaces de garantizar prestaciones de servicios (Internet of Things, Artificial Intelligence, Intelligent Cities, Big-Data, e-health, Augmented Reality) que impactar\u00e1n directamente en la pr\u00f3xima evoluci\u00f3n de la industria automotriz, energ\u00e9tica, aeroespacial, militar, las telecomunicaciones y los proveedores de servicios.<\/p>\n

Por tal raz\u00f3n, los retos de investigaci\u00f3n con soluciones para las nuevas tecnolog\u00edas y servicios requieren de s\u00f3lidos conocimientos en electr\u00f3nica, teor\u00eda de electromagnetismo, de circuitos, y procesamiento digital de se\u00f1ales.<\/p>\n

El circuito integrado: del dise\u00f1o a la fabricaci\u00f3n<\/h2>\n

Los sistemas empotrados (del ingl\u00e9s: Embedded Systems) permiten implementar soluciones r\u00e1pidas dado que brindan una etapa de dise\u00f1o y validaci\u00f3n flexible de un circuito integrado. Por lo tanto, es posible realizar la implementaci\u00f3n de prototipos mediante el dise\u00f1o a nivel de sistema, empleando un hardware<\/em> comercial de bajo costo, como es el basado en semiconductores con arquitecturas de matriz de puertas l\u00f3gicas programables (del ingl\u00e9s, FPGA: Field Programable Gate Array) que est\u00e1 conformado por miles o millones de transistores, o bien, mediante procesadores digitales de se\u00f1ales (del ingl\u00e9s, DSP: Digital Signal Processors), que permiten un r\u00e1pido proceso de fabricaci\u00f3n de un circuito integrado para aplicaciones espec\u00edficas.<\/p>\n

En el caso particular de los FPGAs, estos dispositivos contienen bloques de l\u00f3gica digital que permiten el dise\u00f1o desde lo m\u00e1s simple como un sumador, hasta lo m\u00e1s complejo como un procesador. Los dispositivos FPGA brindan flexibilidad para implementar circuitos integrados de computaci\u00f3n reconfigurable para aplicaciones digitales espec\u00edficas o sistemas-en-un-chip (del ingl\u00e9s, SoC: System on a Chip).<\/p>\n

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Figura 2. Dise\u00f1o en FPGA: (a) Dispositivo FPGA y (b) Dise\u00f1o esquem\u00e1tico de un dise\u00f1o ocupado en una porci\u00f3n del FPGA.<\/figcaption><\/figure>\n

Nuevas contribuciones cient\u00edficas<\/h2>\n

En el art\u00edculo \u00abFPGA Realisation of n-QAM Digital Modulators<\/a>\u00bb [1] reportamos un dise\u00f1o a nivel de sistema con la realizaci\u00f3n de un modulador digital de se\u00f1ales programable para sistemas de comunicaciones digitales, implementado en una tarjeta FPGA y fabricada por Intel-Altera (v\u00e9ase Figura 2).<\/p>\n

Este tipo de circuito digital tiene utilidad en el desarrollo de prototipos o camas de pruebas que permiten hacer la caracterizaci\u00f3n, las pruebas, las mediciones y la experimentaci\u00f3n de dispositivos sobre prueba (del ingl\u00e9s DUT: Device Under Test) para la validaci\u00f3n de nuevos m\u00e9todos y\/o algoritmos de correcci\u00f3n y acondicionamiento en dispositivos como amplificadores de potencia [2], moduladores, etc. (v\u00e9ase Figura 3).<\/p>\n

En otro de nuestros art\u00edculos recientemente publicados, \u00abMeasurement and nonlinear behavioral modeling of the dynamic bias current in an LTE-A Chireix PA<\/a>\u00bb [3] se reporta un algoritmo digital implementado en FPGA, el cual asiste en el manejo eficiente de la corriente de alimentaci\u00f3n suministrada para operar un amplificador de alta potencia, brindando un porcentaje de entre un 10 y 20% de mejora en el consumo de corriente.<\/p>\n

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Figura 3. Plataforma experimental de una estaci\u00f3n base de transmisi\u00f3n\/recepci\u00f3n realista para la caracterizaci\u00f3n, medici\u00f3n, y modelado de un amplificador de potencia.<\/figcaption><\/figure>\n

Sobre el autor<\/h2>\n

Jose Alejandro Galaviz Aguilar<\/strong><\/a> recibi\u00f3 los grados de M.Sc. y Ph.D. en Sistemas Digitales por el Instituto Polit\u00e9cnico Nacional (IPN) de M\u00e9xico en 2013 y 2017, respectivamente. Tambi\u00e9n trabaj\u00f3 como investigador visitante del 2014 a 2016, en el Laboratorio de Investigaci\u00f3n Non-Linear RF Research Lab del Departamento de Ingenier\u00eda El\u00e9ctrica y Computaci\u00f3n en la Universidad Estatal de Ohio (OSU), Columbus, OH, USA. Desde el 2018 es miembro del Sistema Nacional de Investigadores (SNI).<\/p>\n

Actualmente es investigador postdoctoral CONACyT en el Grupo de Investigaci\u00f3n en Telecomunicaciones, en el Tecnol\u00f3gico de Monterrey.<\/p>\n

Para saber m\u00e1s<\/h2>\n
    \n
  1. A. Galaviz-Aguilar, J. C. Nu\u00f1ez-Perez, F. J. Perez-Pinal & E. Tlelo-Cuautle (2019) FPGA Realisation of n-QAM Digital Modulators, IETE Technical Review, 36:3, 315-325, https:\/\/doi.org\/10.1080\/02564602.2018.1470038<\/a><\/li>\n
  2. Galaviz-Aguilar, J.A., Roblin, P., C\u00e1rdenas-Valdez, J.R. et al. Comparison of a genetic programming approach with ANFIS for power amplifier behavioral modeling and FPGA implementation. Soft Comput 23, 2463\u20132481 (2019). https:\/\/doi.org\/10.1007\/s00500-017-2941-8<\/a><\/li>\n
  3. Galaviz\u2010Aguilar, JA, Chang, H\u2010C, Martinez\u2010Rodriguez, F, Roblin, P, N\u00fa\u00f1ez P\u00e9rez, JC. Measurement and nonlinear behavioral modeling of the dynamic bias current in an LTE\u2010A Chireix PA. Microw Opt Technol Lett. 2017; 59: 2705\u2013 2710. https:\/\/doi.org\/10.1002\/mop.30817<\/a><\/li>\n
  4. J. A. Galaviz-Aguilar, C. Vargas-Rosales and E. Tlelo-Cuautle, \u00abAutomated Driving of GaN Chireix Power Amplifier for the Digital Predistortion Linearization,\u00bb in IEEE Transactions on Circuits and Systems II: Express Briefs, doi: 10.1109\/TCSII.2020.3040659.<\/li>\n
  5. J. A. Galaviz-Aguilar, C. Vargas-Rosales and E. Tlelo-Cuautle, \u00abRF-PA Modeling of PAPR: A Precomputed Approach to Reinforce Spectral Efficiency,\u00bb in IEEE Access, vol. 8, pp. 138217-138235, 2020, doi: 10.1109\/ACCESS.2020.3012610.<\/li>\n
  6. Galaviz-Aguilar JA, Vargas-Rosales C, C\u00e1rdenas-Valdez JR, Mart\u00ednez-Reyes Y, Inzunza-Gonz\u00e1lez E, Sandoval-Ibarra Y, N\u00fa\u00f1ez-P\u00e9rez JC. A Weighted Linearization Method for Highly RF-PA Nonlinear Behavior Based on the Compression Region Identification. Applied Sciences. 2021; 11(7):2942.<\/li>\n<\/ol>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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