Una nueva ola en la comunicación inalámbrica: la zona dinámica de radio nacional

Jun 13, 2023

ISI lidera una iniciativa en asociación con la Fundación Nacional de Ciencias (NSF), el Laboratorio Nacional de Idaho (INL) y la Universidad de Utah (UoU) para ampliar el acceso al espectro en todo el país

Crédito de la foto: EleonImages

A medida que el mundo experimenta olas sin precedentes de innovación tecnológica, las necesidades de comunicación se multiplican. Entre nuestros teléfonos inteligentes, tabletas, computadoras e incluso relojes inteligentes, cada vez es más difícil para los servicios de comunicación inalámbrica satisfacer la demanda cada vez mayor.

Cada nuevo desarrollo requiere más de un recurso limitado que hace posible la comunicación a través de las vías respiratorias, conocido como espectro electromagnético. Cuanto más innovamos, más acceso al espectro o ancho de banda necesitamos.

Los científicos imaginan un futuro en el que nos comunicaremos a través de la realidad virtual o avatares, lo que, lo adivinó, requerirá aún más ancho de banda para funcionar.

Aquí está el truco: estos servicios de comunicación inalámbrica también compiten con actividades científicas, como la radioastronomía y la investigación climática, por el acceso al espectro. En este momento, simplemente no hay suficiente para todos.

La disponibilidad limitada de espectro está impidiendo literalmente los avances en la ciencia y el desarrollo de comunicaciones más rápidas para la sociedad en su conjunto.

Necesitamos una solución, y la necesitamos rápido.

Alefiya Hussain del Instituto de Ciencias de la Información Viterbi (ISI) de la USC, Arupjyoti Bhuyan del Laboratorio Nacional de Idaho (INL) y Robert Ricci de la Universidad de Utah (UoU), están colaborando en una propuesta conocida como Iniciativa de espectro avanzado para la investigación y la experimentación. (ASPIRAR).

ASPIRE busca crear esta disponibilidad de ancho de banda a través de un proyecto patrocinado por la National Science Foundation (NSF) conocido como Spectrum Innovation Initiative: National Radio Dynamic Zones (SII-NRDZ). El objetivo de SII-NRDZ es abordar estos problemas mediante la compartición dinámica del espectro.

El programa SII-NRDZ apoya propuestas de proyectos prometedores de investigadores que comparten espectro con financiamiento. ASPIRE recibió un premio de ingeniería y liderazgo de ejecución de NSF y, posteriormente, se lanzó hace solo unos meses en enero.

El proyecto se centra en las zonas radiodinámicas: áreas delimitadas geográficamente que pueden regular y controlar de forma autónoma la energía electromagnética que ingresa o sale de los parámetros.

Alefiya Hussain, investigadora principal de ISI, dijo que el plan es utilizar zonas dinámicas de radio designadas como sitios de prueba para experimentar con el intercambio dinámico de espectro a través de pruebas de campo y buscar formas en que "múltiples entidades puedan coexistir armoniosamente". En otras palabras, el equipo está encontrando nuevas formas en las que se pueden satisfacer las necesidades de los grupos comerciales y científicos al mismo tiempo.

"La zona dinámica de radio está creando esencialmente estos espacios de experimentación para bancos de pruebas que nos permiten investigar cuál es una buena combinación de multiplexación de frecuencia o multiplexación basada en el tiempo dentro del espacio del espectro para poder usarlo de manera efectiva", dijo.

Estados Unidos ha abordado la gestión del acceso al espectro mediante la creación de un cuadro de asignación que segmenta, en códigos de colores, qué frecuencias pertenecen a cada servicio. Funcionó durante décadas, pero ahora que estamos usando todo el espectro, suavizar las ineficiencias en el gráfico es fundamental para abrir más acceso.

Por ejemplo, con el gráfico, un servicio individual solo puede operar en su lugar indicado, lo que, según Hussain, puede ser un desperdicio porque el acceso al espectro que está disponible a menudo no se usa.

"Tradicionalmente, a una entidad se le daba ese espectro, y solo ellos lo usaban. Hubo muchas ocasiones en las que no lo usaron, pero como nadie más podía usarlo, se desperdicia con este tipo de mecanismo de asignación fija". Ella explicó.

El objetivo, dijo, es tener una "asignación más dinámica y flexible" para que, algún día, el gráfico pueda ser reemplazado por una zona dinámica de radio autorregulada que asigne el acceso al espectro de manera más eficiente y lo redistribuya para satisfacer las necesidades inmediatas.

Actualmente, los Estados Unidos tienen una Zona silenciosa de radio nacional (NRQZ) en Virginia, donde se lleva a cabo la radioastronomía. Esto protege las actividades experimentales que necesitan captar pequeñas señales astronómicas de la interferencia. Hussain dijo que el NRQZ es básicamente un "radio vacío" donde está prohibido el uso de cualquier tipo de dispositivo inalámbrico, a través de teléfonos, bluetooth, WiFi y otros medios.

El NRQZ crea un espacio para la experimentación pasiva, mientras que el NRDZ permitiría la experimentación activa.

Piénsalo de esta manera: estás en una habitación con un gran grupo de personas hablando en voz alta entre ellos. El escenario NRQZ implica silenciar a todos los que están cerca para que pueda escuchar conversaciones lejanas. Alternativamente, el segundo escenario (NRDZ) es si pudieras escuchar cada conversación que ocurre al compartir el espacio de manera efectiva, para que todos puedan hablar en el momento adecuado.

Después de experimentar con pruebas de campo regionales y descubrir qué funciona y qué no, el objetivo general es tomar la información recopilada de pruebas rigurosas para crear una instalación de experimentación nacional permanente, en algún lugar de los Estados Unidos.

La NRDZ abordaría la coexistencia y maximizaría la utilidad a través del uso compartido dinámico del espectro, al mismo tiempo que abriría una nueva vía para respaldar la próxima generación de ciencia del espectro a través de la experimentación activa.

La persona promedio vería una mejora en la velocidad y las capacidades de comunicación de sus dispositivos, mientras que la comunidad científica ganaría ancho de banda para sus proyectos de vanguardia. Es un ganar-ganar.

La nueva ciencia que se hizo posible con el espectro incluye la radioastronomía y la teledetección, que según Hussain implicarán avances en las ciencias ambientales, como el monitoreo del clima en áreas urbanas que podría ayudar a los científicos a "observar fenómenos que no habían observado antes".

Hussain señaló que NRDZ tiene como objetivo proporcionar "protecciones más grandes para los telescopios de próxima generación" que se están construyendo actualmente y que se desplegarán en el futuro. Estos telescopios son muy sensibles y necesitan esta innovación de espectro.

El proyecto aún está en sus primeras etapas. De hecho, el equipo se encuentra actualmente en la Fase I: diseñar pruebas de campo. La Fase II consiste en realizar las pruebas en zonas dinámicas de radio regionales.

El cuadro de asignación de espectro, aunque funcionó muy bien durante los últimos 20 años, ya no puede satisfacer las demandas de comunicación inalámbrica de la sociedad. Necesitamos urgentemente un método nuevo y más eficaz de gestión del espectro, y la zona dinámica de radio nacional podría ser justo lo que recetó el médico.

La tarea por delante no es una hazaña fácil, pero las implicaciones tienen el potencial de transformar las soluciones de espectro para mejor. Hussain dijo que el proyecto "requerirá no solo apoyo tecnológico, sino también apoyo legislativo para incluir también avances en las ciencias económicas, sociales y del comportamiento".

Parece que en este caso Platón podría haber tenido razón: la necesidad es, de hecho, la madre de la invención. La sociedad necesita una mejor capacidad para compartir el espectro: ASPIRE se propone crearla.

Publicado el 30 de mayo de 2023

Última actualización el 30 de mayo de 2023