Como ya lo hemos platicado en este blog y para no perderlo de vista, sigue la Inteligencia Artificial presente y transformando diversos sectores, previamente, haciendo mención del campo de las telecomunicaciones, este sector no presenta una excepción. En el contexto de antenas para redes celulares, la IA está siendo utilizada para el beamforming (ver artículo anterior) que es una manera de mejorar tanto el rendimiento como la eficiencia, permitiendo optimizar recursos y ofrecer mejores experiencias a los usuarios finales.
En esta ocasión, este artículo presenta algunos de los últimos avances en IA aplicada a antenas, enfocándose en el papel de empresas como Huawei y en el desarrollo de nuevas tecnologías como los meta-lens, que están impulsando la innovación en la recepción y procesamiento de señales.
¿Qué está haciendo Huawei en antenas para redes de nueva generación?
Es un hecho que el mercado asiático juega un rol de liderazgo tecnológico que sigue su ruta acelerada de desarrollo, aventajando a pasos agigantado a la Unión Europea y a occidente. En esta ocasión, ha lanzado la serie Alpha, una línea de antenas que incorpora IA y meta-lens para mejorar el rendimiento en redes celulares. Esta innovación permite enfrentar retos en redes de alta densidad de usuarios y optimizar el uso de los recursos.
Las antenas Alpha utilizan inteligencia artificial para reducir la interferencia y optimizar la cobertura, adaptándose automáticamente al entorno. Esta tecnología permite a los operadores gestionar el espectro de manera eficiente, maximizando la capacidad de la red sin necesidad de expandir la infraestructura. Su ajuste dinámico asegura una señal estable y continua, incluso en zonas de alta demanda, mejorando así la experiencia del usuario con una conexión más confiable y robusta en momentos críticos.
La tecnología de antena SDIF de Huawei, exclusiva y sin cables, reduce la pérdida de señal en 1.5 dB y, junto con las meta-lens, concentra la energía para mejorar la eficiencia de RF en un 25%. Huawei ha entregado más de 250,000 antenas ecológicas a redes comerciales globales. Además, su tecnología MetaAAU, con ELAA (Extremely Large Antenna Array), reduce el consumo energético en un 33% en Europa en comparación con las AAU tradicionales, manteniendo la misma cobertura. Las MetaAAU se han implementado comercialmente a gran escala, con más de 100,000 unidades enviadas mundialmente.
En este contexto, AAU se refiere a Active Antenna Unit (Unidad de Antena Activa). Las AAU son antenas avanzadas que combinan componentes de antena y de radio en una sola unidad. Estas antenas son clave en tecnologías como 5G, ya que permiten el uso de beamforming y Massive MIMO (Multiple Input, Multiple Output) para mejorar la cobertura, capacidad y eficiencia de las redes de telecomunicaciones.
Avances en el diseño antenas con IA+Meta-lens
Huawei ha integrado la tecnología de meta-lens en sus antenas Alpha, utilizando dispositivos ópticos ultradelgados compuestos por nanoantenas artificiales. Las meta-lens de microondas son dispositivos ópticos avanzados que manipulan las ondas electromagnéticas a través de estructuras de metamateriales (MTMs). A diferencia de las lentes convencionales, que requieren un perfil grueso y curvo para enfocar las ondas, estas meta-lens utilizan microestructuras como nanoantenas o dispersores electromagnéticos. Esto permite generar cambios de fase sin depender del grosor del material, logrando así un diseño ultradelgado y plano.
Una de sus capacidades clave es enfocar las ondas desde formas esféricas a planas, lo cual aumenta la ganancia de radiación y mejora la precisión en la dirección de las señales. Además, las meta-lens pueden generar múltiples haces, escanear su dirección y ajustar la polarización de las ondas, funciones que son esenciales en aplicaciones avanzadas, como las redes de telecomunicaciones 5G, donde se busca optimizar la eficiencia energética y la adaptabilidad en entornos complejos y densos.
Estas propiedades también posicionan a las meta-lens como elementos clave en el beamforming, ya que logran estas funciones sin los voluminosos y complejos dispositivos de cambio de fase tradicionales. Al integrarse con redes de alimentación de múltiples antenas (MIMO) y arreglos en fase, las meta-lens permiten el enfoque y dirección de haces estrechos y de alta ganancia hacia áreas específicas. Esta combinación es particularmente útil en redes avanzadas como 5G y las futuras redes 6G, donde se requieren sistemas de cobertura flexibles, de alta precisión y capaces de minimizar interferencias en entornos de alta densidad.
La combinación de meta-lens con algoritmos de inteligencia artificial potencia aún más el rendimiento de las antenas. La IA permite que las antenas ajusten sus parámetros en tiempo real según las condiciones de la red y el entorno, optimizando la señal y reduciendo la interferencia, incluso en entornos densamente poblados como las áreas urbanas. Esto es especialmente relevante en redes 5G, donde el procesamiento de señales asistido por IA permite manejar múltiples conexiones simultáneas sin sacrificar calidad, maximizando la eficiencia espectral.
Gracias a esta integración, las antenas Alpha pueden ofrecer una experiencia de usuario mejorada, con una conexión más estable y rápida, al predecir cambios en la señal y adaptarse de forma proactiva. Además, el diseño compacto de las meta-lens permite la creación de sistemas de antenas más livianos y fáciles de instalar, ideales para entornos con limitaciones de espacio o de difícil acceso.
La implementación de IA permite un monitoreo continuo del rendimiento de las antenas, facilitando la detección temprana de problemas y asegurando una mejor calidad de conectividad. Con esta tecnología, las antenas pueden predecir fallas y ajustar sus parámetros de forma proactiva, evitando interrupciones en el servicio y reduciendo la necesidad de mantenimiento. Esta capacidad de ajuste y prevención prolonga la vida útil de las antenas y reduce costos operativos, lo que resulta especialmente beneficioso para redes 5G y futuras redes 6G.
Integración de IA y Meta-lens en Antenas para Redes Autónomas
La combinación de inteligencia artificial y tecnologías avanzadas como las meta-lens impulsa el desarrollo de redes autónomas y autogestionadas, capaces de adaptarse automáticamente a las condiciones de uso y del entorno, minimizando la intervención humana. Esta tecnología es particularmente prometedora para redes 6G, donde se anticipa una conectividad mucho más densa y velocidades significativamente mayores.
La sinergia entre IA y meta-lens no solo permite optimizar el uso del espectro, sino que también mejora la eficiencia energética de las redes, lo cual es crucial para mantener la estabilidad en entornos de alta demanda. Además, los avances en meta-lens permiten reducir el tamaño de las antenas sin comprometer su rendimiento, abriendo nuevas posibilidades para aplicaciones en espacios limitados, como drones, vehículos autónomos y dispositivos IoT.
Conclusiones:
La integración de inteligencia artificial y tecnologías avanzadas como las meta-lens está revolucionando el desarrollo de antenas para redes celulares, marcando un camino hacia redes autónomas, eficientes y con menor impacto ambiental. Empresas como Huawei lideran esta transformación con innovaciones como las antenas Alpha y MetaAAU, que combinan IA y meta-lens para optimizar el rendimiento, mejorar la eficiencia energética y ofrecer una cobertura robusta incluso en entornos de alta demanda. Estas tecnologías permiten a las antenas ajustar sus parámetros en tiempo real, predecir fallas y reducir la interferencia, asegurando una conexión confiable y adaptada a las condiciones cambiantes de la red y del entorno. Con el potencial de redes 6G y aplicaciones en entornos de espacio limitado, como drones y dispositivos IoT, esta combinación promete un futuro de conectividad más inteligente y sostenible.
Referencias:
- Chen, Z. N., Li, T., Qing, X., Shi, J., Li, S., Su, Y., … & Sheng, H. (2023). Microwave metalens antennas. Proceedings of the IEEE.
- Lou, Q., & Chen, Z. N. (2021). Sidelobe suppression of metalens antenna by amplitude and phase controllable metasurfaces. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 69(10), 6977-6981.
- Liu, X., Zhao, Z., Xu, S., Zhang, J., Zhou, Y., He, Y., … & Tsai, D. P. (2024). Meta‐Lens Particle Image Velocimetry. Advanced Materials, 36(17), 2310134.
- M. K. Chen et al., “Meta-Lens in the Sky,” in IEEE Access, vol. 10, pp. 46552-46557, 2022, doi: 10.1109/ACCESS.2022.3171351.
- Yang, F., Shalaginov, M. Y., Lin, H. I., An, S., Agarwal, A., Zhang, H., … & Hu, J. (2023). Wide field-of-view metalens: a tutorial. Advanced Photonics, 5(3), 033001-033001.
- https://www.produ.com/tecnologia/noticias/huawei-apuesta-por-ia-en-la-serie-de-antenas-alpha-para-redes-celulares/
- https://www.huawei.com/en/news/2023/6/5gigagreen-innovation-practice
- https://www.eleconomista.com.mx/empresas/huawei-presenta-antenas-comunicacion-celular-inteligencia-artificial-20241104-732765.html
- https://globalindustries.mx/huawei-lanza-antenas-alpha-con-ia-para-redes-celulares/
- https://www.telesemana.com/blog/2024/10/02/huawei-presenta-nuevas-antenas-en-su-propio-evento-sobre-este-tipo-de-infraestructura/
Por Carlos Campa Arvizu.
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