Investigadores del MIT y de otros lugares han diseñado un novedoso chip transmisor que mejora significativamente la eficiencia energética de las comunicaciones inalámbricas, lo que podría aumentar el alcance 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 errores en la transmisión y conduce a comunicaciones más confiables.
El sistema compacto y flexible podría incorporarse a los dispositivos de Internet de las cosas existentes para proporcionar ganancias inmediatas y al mismo tiempo cumplir con los requisitos de eficiencia más estrictos de las futuras tecnologías 6G.
La versatilidad del chip podría hacerlo adecuado para una variedad de aplicaciones que requieren una gestión cuidadosa de la energía para las comunicaciones, como sensores industriales que monitorean continuamente las condiciones de las fábricas y aparatos inteligentes que brindan notificaciones en tiempo real.
“Al pensar fuera de lo común, creamos un circuito más eficiente e inteligente para dispositivos de próxima generación que también es incluso mejor que el estado del arte para arquitecturas heredadas. Este es solo un ejemplo de cómo la adopción de un enfoque modular para permitir la adaptabilidad puede impulsar la innovación en todos los niveles”, dice Muriel Médard, profesora de Ciencia e Ingeniería de Software de NEC de la Facultad de Ciencias, profesora en el Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación (EECS) del MIT, y coautora de un documento sobre el nuevo transmisor.
Los coautores de Médard incluyen a Timur Zirtiloglu, autor principal y estudiante de posgrado en la Universidad de Boston; Arman Tan, estudiante de posgrado de BU; Basak Ozaydin, estudiante de posgrado del MIT en EECS; Ken Duffy, profesor de la Universidad Northeastern; 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 del IEEE.
Optimización de transmisiones
En los dispositivos inalámbricos, un transmisor convierte datos digitales en una señal electromagnética que se envía por ondas de radio a un receptor. El transmisor hace esto asignando bits digitales a símbolos que representan la amplitud y fase de la señal electromagnética, lo cual es un proceso llamado modulación.
Los sistemas tradicionales transmiten señales espaciadas uniformemente creando un patrón uniforme de símbolos, lo que ayuda a evitar interferencias. Pero esta estructura uniforme carece de adaptabilidad y puede resultar ineficiente, ya que las condiciones de los canales inalámbricos 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 y minimizando el uso de energía.
Pero si bien la modulación óptima puede ser más eficiente desde el punto de vista energético, también es más susceptible a errores, especialmente en entornos inalámbricos abarrotados. Cuando las señales no tienen una longitud uniforme, puede resultar más difícil para el receptor distinguir entre los símbolos y el ruido que se introduce en la transmisión.
Para superar este problema, el transmisor del MIT agrega una pequeña cantidad de relleno, en forma de bits adicionales entre símbolos, para que cada transmisión tenga la misma longitud.
Esto ayuda al receptor a identificar el inicio y el final de cada transmisión, evitando malas interpretaciones del mensaje. Sin embargo, el dispositivo disfruta de las ganancias en eficiencia energética al utilizar un esquema de modulación óptimo y no uniforme.
Este enfoque funciona gracias a una técnica que los investigadores desarrollaron previamente conocida como MAGNÍFICO, que es un algoritmo de decodificación universal que descifra cualquier código adivinando el ruido que afectó la transmisión.
Aquí, emplean un algoritmo inspirado en GRAND para ajustar la duración de la transmisión recibida adivinando los bits adicionales que se han agregado. De esta forma, el receptor puede reconstruir eficazmente el mensaje original.
“Ahora, gracias a GRAND, podemos tener un transmisor capaz de realizar estas transmisiones más eficientes con constelaciones de datos no uniformes, y podemos ver las ganancias”, afirma Médard.
Un circuito flexible
El nuevo chip, que tiene una arquitectura compacta que permite a los investigadores integrar métodos adicionales para aumentar la eficiencia, permitió transmisiones con solo aproximadamente una cuarta parte de la cantidad de error de señal de los métodos que utilizan modulación óptima.
Sorprendentemente, el dispositivo también logró tasas de error significativamente más bajas que los transmisores que utilizan modulación tradicional.
“El enfoque tradicional se ha arraigado tanto que era difícil no volver al status quo, especialmente porque estábamos cambiando cosas que a menudo damos por sentado y 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 de comunicación inalámbricos actuales, al mismo tiempo que ofrece la flexibilidad para incorporarse en dispositivos futuros que empleen 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 del transmisor de modulación óptima es una innovación revolucionaria con respecto a la modulación de señal de RF tradicional. Está destinado a desempeñar un papel importante para la próxima generación de conectividad inalámbrica como 6G y Wi-Fi”, dice Rocco Tam, miembro de NXP para la investigación y el desarrollo de SoC de conectividad inalámbrica en NXP Semiconductors, que no participó en esta investigación.
Este trabajo cuenta con el apoyo, en parte, de la Agencia de Proyectos de Investigación Avanzada de Defensa de EE. UU. (DARPA), la Fundación Nacional de Ciencias (NSF) y el Centro Analógico de Excelencia de Texas.
Publicado originalmente en news.mit.edu el 28 de julio de 2025.
Ver fuente original
