Articulo de referencia

Cancelación de autointerferencia

La cancelación de autointerferencia ( SIC ) es una técnica de procesamiento de señales que permite a un transceptor de radio transmitir y recibir simultáneamente en un solo cana...

La cancelación de autointerferencia ( SIC ) es una técnica de procesamiento de señales que permite a un transceptor de radio transmitir y recibir simultáneamente en un solo canal, en un par de canales parcialmente superpuestos o en cualquier par de canales de la misma banda de frecuencia. Cuando se utiliza para permitir la transmisión y recepción simultáneas en la misma frecuencia, a veces denominada "dúplex completo en banda" o "transmisión y recepción simultáneas", la SIC duplica la eficiencia espectral . La SIC también permite que los dispositivos y plataformas que contienen dos radios que utilizan la misma banda de frecuencia operen ambas radios simultáneamente.

La cancelación de autointerferencias tiene aplicaciones en redes móviles , bandas no licenciadas, televisión por cable , redes malladas , el ámbito militar y la seguridad pública.

La comunicación dúplex completa en banda ofrece ventajas sobre los esquemas de dúplex convencionales. Un sistema de dúplex por división de frecuencia (FDD) transmite y recibe simultáneamente mediante dos canales (generalmente muy separados) en la misma banda de frecuencia. La comunicación dúplex completa en banda realiza la misma función utilizando la mitad de los recursos del espectro. Un sistema de dúplex por división de tiempo (TDD) opera en modo semidúplex en un solo canal, creando la ilusión de comunicación dúplex completa al alternar rápidamente entre transmisión y recepción. Las radios dúplex completas en banda logran el doble de rendimiento utilizando los mismos recursos del espectro. [ 1 ]

Técnicas

Un transceptor de radio no puede cancelar su propia señal de transmisión basándose únicamente en el conocimiento de la información que se envía y de cómo se construye la señal. La señal que recibe el receptor no es del todo predecible. La señal que llega al receptor está sujeta a retardos variables. Consiste en una combinación de fugas (la señal que viaja directamente del transmisor al receptor) y reflexiones locales. Además, los componentes del transmisor (como mezcladores y amplificadores de potencia) introducen no linealidades que generan armónicos y ruido. Estas distorsiones deben muestrearse a la salida del transmisor. Finalmente, la solución de cancelación de autointerferencia debe detectar y compensar los cambios en tiempo real causados ​​por variaciones de temperatura, vibraciones mecánicas y el movimiento de objetos en el entorno. [ 2 ]

La señal transmitida se puede cancelar en el receptor mediante la creación de un modelo preciso de la señal y su uso para generar una nueva señal que, al combinarse con la señal que llega al receptor, deja únicamente la señal de recepción deseada. La cantidad precisa de cancelación requerida variará según la potencia de la señal transmitida que origina la autointerferencia y la relación señal-ruido (SNR) que se espera que el enlace gestione en modo semidúplex. Un valor típico para aplicaciones Wi-Fi y celulares es de 110  dB de cancelación de señal, aunque algunas aplicaciones requieren una cancelación mayor.

La cancelación de una señal de transmisión local requiere una combinación de electrónica analógica y digital. La intensidad de la señal de transmisión se puede reducir ligeramente antes de que llegue al receptor mediante un circulador (si se utiliza una antena compartida) o técnicas de aislamiento de antena (como la polarización cruzada) si se utilizan antenas separadas. El cancelador analógico es más eficaz para gestionar señales fuertes con un retardo corto. Un cancelador digital es más eficaz para gestionar señales débiles con retardos superiores a 1000 nanosegundos. El cancelador analógico debe aportar al menos 60  dB de cancelación. El cancelador digital debe procesar componentes de señal tanto lineales como no lineales, produciendo aproximadamente 50  dB de cancelación. Tanto los canceladores analógicos como los digitales constan de varios "derivadores" compuestos por atenuadores, desfasadores y elementos de retardo. El coste, el tamaño y la complejidad de la solución SIC están determinados principalmente por la etapa analógica. También son esenciales los algoritmos de ajuste que permiten al cancelador adaptarse a cambios rápidos. Los algoritmos de cancelación normalmente necesitan adaptarse a una frecuencia de una vez cada varios cientos de microsegundos para mantenerse al día con los cambios en el entorno. [ 3 ] [ 4 ]

La interferencia de canal adyacente (SIC) también puede emplearse para reducir o eliminar la interferencia de canal adyacente. Esto permite que un dispositivo con dos radios (como un punto de acceso Wi-Fi con dos  radios de 5 GHz) utilice cualquier par de canales, independientemente de su separación. La interferencia de canal adyacente consta de dos componentes principales. La señal en la frecuencia de transmisión, conocida como bloqueador, puede ser tan fuerte que insensibiliza a un receptor que escucha en un canal adyacente. Un transmisor local potente también produce ruido que se propaga al canal adyacente. La SIC puede utilizarse para reducir tanto el bloqueador como el ruido que, de otro modo, impediría el uso de un canal adyacente.

Aplicaciones

dúplex completo en banda

Transmitir y recibir en la misma frecuencia y al mismo tiempo tiene múltiples propósitos. La transmisión dúplex completa en banda puede duplicar la eficiencia espectral. Permite una verdadera operación dúplex completa cuando solo se dispone de una frecuencia. Además, posibilita la transmisión simultánea a la escucha (véase radio cognitiva, más abajo).

Acceso y transporte integrados

Aunque se espera que la mayoría de las celdas pequeñas se alimenten mediante cable de fibra óptica, el tendido de fibra no siempre es práctico. La reutilización de las frecuencias utilizadas por una celda pequeña para comunicarse con los usuarios («acceso») para la comunicación entre la celda pequeña y la red («backhaul») formará parte de los estándares 5G del 3GPP. Cuando se implementa mediante SIC, la señal de transmisión de la radio de backhaul local se cancela en el receptor de la celda pequeña, y la señal de transmisión de la celda pequeña se cancela en el receptor de la radio de backhaul local. No se requieren cambios en los dispositivos de los usuarios ni en la radio de backhaul remota. El uso de SIC en estas aplicaciones ha sido probado con éxito en campo por Telecom Italia Mobile y Deutsche Telekom . [ 5 ] [ 6 ]

Repetidores de satélite

La tecnología SIC permite que los repetidores satelitales extiendan la cobertura a interiores, zonas urbanas con edificios altos y otros lugares mediante la reutilización de las mismas frecuencias. Este tipo de repetidor consiste esencialmente en dos radios conectadas en serie. Una radio apunta al satélite, mientras que la otra apunta al área que no está bajo cobertura directa. Ambas radios retransmiten las señales (en lugar de almacenar y reenviar bits de datos) y deben estar aisladas entre sí para evitar la retroalimentación. La radio que apunta al satélite escucha la señal del satélite y debe estar aislada del transmisor que la repite. Del mismo modo, la radio que apunta al interior escucha a los usuarios que se encuentran dentro y debe estar aislada del transmisor que repite sus señales al satélite. La tecnología SIC puede utilizarse para cancelar la señal de transmisión de cada radio en el receptor de la otra.

DOCSIS 3.1 dúplex completo

Las redes de cable tradicionalmente han destinado la mayor parte de su capacidad a las transmisiones descendentes. El reciente aumento del contenido generado por los usuarios exige una mayor capacidad de subida. Cable Labs desarrolló el estándar Full Duplex DOCSIS 3.1 para permitir un servicio simétrico a velocidades de hasta 10  Gbit/s en cada dirección. En DOCSIS 3.1, se asignan diferentes frecuencias para las transmisiones ascendentes y descendentes, separadas por una banda de guarda . Full Duplex DOCSIS establece una nueva banda que permite una combinación de canales ascendentes y descendentes en canales adyacentes. La cabecera debe admitir la transmisión y recepción simultáneas en toda la banda dúplex, lo que requiere tecnología SIC. Los módems de cable no están obligados a transmitir y recibir en los mismos canales simultáneamente, pero sí deben utilizar diferentes combinaciones de canales ascendentes y descendentes según las instrucciones de la cabecera. [ 7 ]

Redes de malla inalámbricas

Las redes malladas se utilizan para extender la cobertura (para cubrir hogares completos) y para redes ad hoc (comunicación de emergencia). Las redes malladas inalámbricas utilizan una topología de malla para proporcionar la cobertura deseada. Los datos viajan de un nodo a otro hasta llegar a su destino. En las redes malladas que utilizan una sola frecuencia, los datos se almacenan y reenvían normalmente, y cada salto añade un retardo. SIC permite que los nodos de la red mallada inalámbrica reutilicen las frecuencias para que los datos se retransmitan (reenvíen) a medida que se reciben. En las redes malladas que utilizan múltiples frecuencias, como las redes Wi-Fi domésticas que utilizan routers de triple banda, SIC permite una mayor flexibilidad en la selección de canales. Los routers de triple banda tienen una radio de 2,4  GHz y otra de 5  GHz para comunicarse con los dispositivos cliente, y una segunda  radio de 5 GHz que se utiliza exclusivamente para la comunicación entre nodos. La mayoría de los routers de triple banda utilizan el mismo par de  canales de 80 MHz (en los extremos opuestos de la  banda de 5 GHz) para minimizar las interferencias. SIC permite que los enrutadores tribanda utilicen cualquiera de los seis canales de 80 MHz en la  banda de 5 GHz para la coordinación tanto dentro de las redes como entre redes vecinas.

Comunicación militar

Las fuerzas armadas suelen requerir múltiples radios de alta potencia en la misma plataforma aérea, terrestre o marítima para comunicaciones tácticas. Estas radios deben ser fiables incluso ante interferencias y bloqueos enemigos. La comunicación simultánea en el espacio (SIC) permite que varias radios operen en la misma plataforma al mismo tiempo. La SIC también tiene aplicaciones potenciales en radares militares y vehiculares, permitiendo que los sistemas de radar transmitan y reciban de forma continua en lugar de alternar constantemente entre transmisión y recepción, lo que resulta en una mayor resolución. Estas nuevas capacidades se han reconocido como una potencial "superpotencia" para las fuerzas armadas que podría generar un cambio de paradigma en las comunicaciones tácticas y la guerra electrónica. [ 8 ] [ 9 ]

Compartición del espectro

Las agencias reguladoras nacionales, como la Comisión Federal de Comunicaciones (FCC) en Estados Unidos, suelen abordar la necesidad de más recursos de espectro permitiendo el uso compartido del espectro subutilizado. Por ejemplo, miles de millones de dispositivos Wi-Fi y Bluetooth compiten por el acceso a las bandas ISM . Los teléfonos inteligentes, los routers Wi-Fi y los concentradores para hogares inteligentes suelen ser compatibles con Wi-Fi, Bluetooth y otras tecnologías inalámbricas en un mismo dispositivo. La tecnología SIC permite que estos dispositivos operen dos radios en la misma banda simultáneamente. El uso compartido del espectro es un tema de gran interés para la industria de la telefonía móvil, que comienza a desplegar sistemas 5G.

radio cognitiva

Las radios que seleccionan dinámicamente canales inactivos para hacer un uso más eficiente de los recursos finitos del espectro son objeto de considerable investigación. Los esquemas tradicionales de compartición de espectro se basan en protocolos de escucha antes de hablar. Sin embargo, cuando dos o más radios eligen transmitir en el mismo canal al mismo tiempo, se produce una colisión. Las colisiones tardan en detectarse y resolverse. SIC permite escuchar mientras se habla, lo que garantiza la detección inmediata y una resolución más rápida de las colisiones. [ 10 ]

Véase también

Referencias

  1. Hong, Steven; Brand, Joel; Choi, Jung; Jain, Mayank; Mehlman, Jeff; Katti, Sachin; Levis, Philip (2014). "Aplicaciones de cancelación de autointerferencia en 5G y más allá" (PDF) . IEEE Communications Magazine . 52 (2): 114– 121. Bibcode : 2014IComM..52b.114H . doi : 10.1109/mcom.2014.6736751 . S2CID 21235888. Archivado del original (PDF) el 28 de mayo de 2020. Recuperado el 23 de abril de 2018 . 
  2. Bharadia, Dinesh; McMilin, Emily; Katti, Sachin (2013). "Radios dúplex completo" (PDF) . ACM SIGCOMM Computer Communication Review . 43 (4): 375– 386. doi : 10.1145/2534169.2486033 . Recuperado el 23 de abril de 2018 .
  3. ^ Choi, Jung Il; Jainista, Mayank; Srinivasan, Kannan; Levis, Felipe; Katti, Sachin (2010). Lograr una comunicación inalámbrica full duplex de un solo canal (PDF) . MobiCom, 2010. Chicago, IL, 20 al 24 de noviembre de 2010.
  4. Korpi, D.; AghababaeeTafreshi, M.; Piilila, M.; Anttila, L.; Valkama, M. (2016). Arquitecturas avanzadas para la cancelación de autointerferencia en radios dúplex completo: algoritmos y mediciones . 50.ª Conferencia Asilomar sobre Señales, Sistemas y Computadoras, 2016. Pacific Grove, CA, 6-9 de noviembre de 2016. doi : 10.1109/ACSSC.2016.7869639 .
  5. Anne Morris (25 de enero de 2016). "TIM y Kumu de Italia prueban la tecnología de retransmisión dúplex completo para duplicar la capacidad LTE" . fiercewireless.com . Fierce Wireless . Consultado el 24 de abril de 2018 .
  6. Monica Alleven (28 de septiembre de 2015). "Deutsche Telekom completa la prueba de campo dúplex completo 5G con Kumu Networks" . fiercewireless.com . Fierce Wireless . Consultado el 24 de abril de 2018 .
  7. Belal Hamzeh, vicepresidente de Investigación y Desarrollo (16 de febrero de 2016). "Tecnología Full Duplex DOCSIS® 3.1: Elevando el nivel con servicio Gigabit simétrico" . cablelabs.com . Consultado el 24 de abril de 2018 .{{cite web}}: CS1 maint: varios nombres: lista de autores ( enlace )
  8. Kimberly Underwood (1 de octubre de 2019). "Finlandia está desarrollando superpotencias de comunicación" . www.afcea.org . AFCEA International . Consultado el 15 de octubre de 2019 .
  9. ^ Riihonen, Taneli; Korpi, Dani; Rántula, Olli; Rantanen, Heikki; Saarelainen, Tapio; Valkama, Mikko (2017). "Transceptores de radio full-duplex en banda: ¿un cambio de paradigma en las comunicaciones tácticas y la guerra electrónica?". Revista de comunicaciones IEEE . 55 (10): 30– 36. Código Bib : 2017IComM..55j..30R . doi : 10.1109/MCOM.2017.1700220 . S2CID 24275978 . 
  10. Cheng, W.; Zhang, X.; Zhang, H. (2013). "Comunicaciones inalámbricas dúplex completo para redes de radio cognitiva". arXiv : 1105.0034 [ cs.IT ].

Y. Hua, Y. Ma, A. Gholian, Y. Li, A. Cirik, P. Liang, “Cancelación de autointerferencia de radio mediante transmisión de formación de haces, cancelación totalmente analógica y sintonización digital ciega”, Procesamiento de señales, vol. 108, págs.  322–340, 2015.

  • Acceso y retorno integrados de 3GPP
  • CableLabs Full Duplex DOSCIS 3.1
  • Corporación Harris
  • Grupo de interés sobre el tema de dúplex completo IEEE 802.11
  • Redes Kumu