Los investigadores del MIT y en otros lugares han diseñado un nuevo chip de transmisor que mejora significativamente la eficiencia energética de las comunicaciones inalámbricas, lo que podría aumentar el rango y la duración de la batería de un dispositivo conectado.
Su enfoque emplea un esquema de modulación único para codificar datos digitales en una señal inalámbrica, lo que reduce la cantidad de error en la transmisión y conduce a comunicaciones más confiables.
El sistema compacto y flexible podría incorporarse a los dispositivos existentes de Internet de las cosas para proporcionar ganancias inmediatas, al tiempo que cumple con los requisitos de eficiencia más estrictos de las tecnologías 6G futuras.
La versatilidad del chip podría hacer que sea adecuado para una variedad de aplicaciones que requieren una gestión cuidadosa de la energía para las comunicaciones, como los sensores industriales que monitorean continuamente las condiciones de fábrica y los aparatos inteligentes que proporcionan notificaciones en tiempo real.
“By thinking outside the box, we created a more efficient, intelligent circuit for next-generation devices that is also even better than the state-of-the-art for legacy architectures. This is just one example of how adopting a modular approach to allow for adaptability can drive innovation at every level,” says Muriel Médard, the School of Science NEC Professor of Software Science and Engineering, a professor in the MIT Department of Electrical Engineering and Computer Science (EECS), and coautor de Un papel sobre el nuevo transmisor.
Los coautores de Médard incluyen a Timur Zirtiloglu, el autor principal y estudiante graduado en la Universidad de Boston; Arman Tan, un estudiante graduado en BU; Basak Ozaydin, un estudiante graduado del MIT en las CEE; Ken Duffy, profesor en la Northeastern University; y Rabia Tugce Yazicigil, profesora asociada de ingeniería eléctrica e informática en BU. La investigación se presentó recientemente en el Simposio de circuitos de radiofrecuencia IEEE.
Optimización de transmisiones
En dispositivos inalámbricos, un transmisor convierte los datos digitales en una señal electromagnética que se envía a través de las ondas a un receptor. El transmisor hace esto al mapear bits digitales a símbolos que representan la amplitud y fase de la señal electromagnética, que es un proceso llamado modulación.
Los sistemas tradicionales transmiten señales que están espaciadas uniformemente creando un patrón uniforme de símbolos, lo que ayuda a evitar la interferencia. Pero esta estructura uniforme carece de adaptabilidad y puede ser ineficiente, ya que las condiciones de canal inalámbrico son dinámicas y a menudo cambian rápidamente.
Como alternativa, los esquemas de modulación óptimos siguen un patrón no uniforme que puede adaptarse a las condiciones cambiantes del canal, maximizando la cantidad de datos transmitidos mientras minimiza el uso de energía.
Pero si bien la modulación óptima puede ser más eficiente energéticamente, también es más susceptible a errores, especialmente en entornos inalámbricos abarrotados. Cuando las señales no tienen una longitud uniforme, puede ser más difícil para el receptor distinguir entre símbolos y ruido que se apretaron en la transmisión.
Para superar este problema, el transmisor MIT agrega una pequeña cantidad de relleno, en forma de bits adicionales entre símbolos, de modo que cada transmisión es de la misma longitud.
Esto ayuda al receptor a identificar el principio y el final de cada transmisión, evitando la mala interpretación del mensaje. Sin embargo, el dispositivo disfruta de las ganancias de eficiencia energética de usar un esquema de modulación óptimo no uniforme.
Este enfoque funciona debido a una técnica que los investigadores se desarrollaron previamente conocidos como MAGNÍFICO, que es un algoritmo de decodificación universal que descifró cualquier código al adivinar el ruido que afectó la transmisión.
Aquí, emplean un algoritmo inspirado en el abuelo para ajustar la longitud de la transmisión recibida adivinando los bits adicionales que se han agregado. De esta manera, el receptor puede reconstruir efectivamente el mensaje original.
“Ahora, gracias a Grand, podemos tener un transmisor que sea capaz de hacer estas transmisiones más eficientes con constelaciones de datos no uniformes, y podemos ver las ganancias”, dice Médard.
Un circuito flexible
El nuevo chip, que tiene una arquitectura compacta que permite a los investigadores integrar métodos adicionales de refuerzo de eficiencia, habilitó las transmisiones con solo aproximadamente una cuarta parte de la cantidad de error de señal de métodos que utilizan una modulación óptima.
Sorprendentemente, el dispositivo también logró tasas de error significativamente más bajas que los transmisores que usan la modulación tradicional.
“El enfoque tradicional se ha vuelto tan arraigado que fue difícil no ser atraído al status quo, especialmente porque estábamos cambiando las cosas que a menudo damos por sentado y los conceptos que hemos estado enseñando durante décadas”, dice Médard.
Esta arquitectura innovadora podría usarse para mejorar la eficiencia energética y la confiabilidad de los dispositivos actuales de comunicación inalámbrica, al tiempo que ofrece la flexibilidad a incorporarse en dispositivos futuros que emplean una modulación óptima.
A continuación, los investigadores quieren adaptar su enfoque para aprovechar técnicas adicionales que podrían aumentar la eficiencia y reducir las tasas de error en las transmisiones inalámbricas.
“Este circuito integrado de radiofrecuencia de transmisor de modulación óptimo es una innovación que cambia el juego sobre la modulación tradicional de la señal de RF. Está listo para desempeñar un papel importante para la próxima generación de conectividad inalámbrica como 6G y Wi-Fi”, dice Rocco TAM, becario de NXP para la investigación y el desarrollo de la conectividad inalámbrica en los semiconductores NXP, quién no estuvo involucrado con esta investigación.
Este trabajo es apoyado, en parte, por la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. (DARPA), la National Science Foundation (NSF) y el Centro Analógico de Excelencia de Texas.
Publicado Originalme en News.mit.edu El 28 de julio de 2025.
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