El receptor inalámbrico evita interferencias para mejorar el rendimiento del dispositivo móvil.

Con estas y otras aplicaciones emergentes en mente, los investigadores del MIT demostraron una nueva arquitectura de receptor inalámbrico de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) de ondas milimétricas que puede manejar interferencias espaciales más fuertes que los diseños anteriores. Los sistemas MIMO tienen múltiples antenas, lo que les permite transmitir y recibir señales desde diferentes direcciones. Su receptor inalámbrico detecta y bloquea la interferencia local lo antes posible, antes de que se amplifiquen las señales no deseadas, lo que mejora el rendimiento.

La clave de esta arquitectura de receptor MIMO es un circuito especial que puede apuntar y cancelar señales no deseadas, llamado desfasador no recíproco. Al crear una nueva estructura desfasadora que es reconfigurable, de baja potencia y compacta, los investigadores muestran cómo se puede utilizar para cancelar la interferencia primero en la cadena del receptor.

Su receptor puede bloquear hasta cuatro veces más interferencias que algunos dispositivos similares. Además, los componentes de supresión de interferencias se pueden encender y apagar según sea necesario para conservar energía.

En un teléfono móvil, un receptor de este tipo puede ayudar a reducir los problemas de calidad de la señal que pueden provocar llamadas con zoom o transmisión de vídeo lentas y entrecortadas.

“Los rangos de frecuencia que intentamos utilizar para los nuevos sistemas 5G y 6G ya se utilizan mucho. Por lo tanto, cualquier cosa nueva que intentemos agregar es interferencia. Los sistemas de reducción ya deben estar instalados. Aquí hemos demostrado que El uso de un desfasador no periódico en esta nueva arquitectura nos proporciona un mejor rendimiento, especialmente porque utilizamos la misma plataforma integrada”, afirma Nigger Reskrimann, profesor asistente de desarrollo profesional del X-Window Consortium en el departamento. Miembro de Ingeniería Eléctrica e Informática (EECS), Laboratorios de Tecnología de Microsistemas y Laboratorio de Investigación en Electrónica (RLE) y autor principal de un artículo sobre este receptor.

Reiskarimian fue coautor del artículo con los estudiantes graduados de EECS Shahabuddin Moheen, el autor principal, Soorosh Arai y Mohammad Barzgari, un postdoctorado de RLE. Este trabajo se presentó recientemente en el Simposio de circuitos de radiofrecuencia del IEEE y recibió el premio al mejor artículo estudiantil.

Bloqueo de interferencias

Un sistema MIMO digital tiene una parte analógica y una digital. La parte analógica utiliza una antena para recibir las señales, que luego se amplifican y convierten mediante un convertidor de analógico a digital antes de procesarlas en el dominio digital del dispositivo. En este caso, se requiere formación de haces digital para recuperar la señal deseada.

Pero si al mismo tiempo que la señal deseada llega al receptor una señal fuerte y perturbadora procedente de otra dirección, puede saturar el amplificador y ahogar la señal deseada. Los MIMO digitales pueden filtrar señales no deseadas, pero este filtrado ocurre más adelante en la cadena del receptor. Si la interferencia se amplifica con la señal deseada, es más difícil filtrarla posteriormente.

“La salida de uno de los primeros amplificadores de bajo ruido es el primer lugar donde se puede realizar este filtrado con una penalización mínima, así que eso es exactamente lo que estamos haciendo con nuestro enfoque”, dice Reiskarimian.

Los investigadores construyeron e instalaron cuatro desfasadores no recíprocos instantáneamente en la salida del primer amplificador de cada cadena de receptores, todos conectados a un solo nodo. Estos desfasadores pueden transmitir señales en ambas direcciones y detectar el ángulo de la señal de interferencia entrante. Los dispositivos pueden ajustar su fase hasta cancelar la interferencia.

La fase de estos dispositivos se puede sintonizar con precisión, de modo que puedan detectar y cancelar una señal no deseada antes de que llegue al resto del receptor, antes de que afecte a cualquier otra parte del receptor. Puede evitar interferencias. Además, los desfasadores pueden seguir las señales para evitar interferencias si cambia la ubicación.

“Si comienza a perder la conexión o la calidad de su señal disminuye, puede encenderlo y reducir esa interferencia sobre la marcha. Debido a que tenemos un enfoque paralelo, su receptor puede encenderlo y apagarlo con un impacto mínimo en el rendimiento”, Reiskarimian agregado.

Un dispositivo compacto

Además de hacer que su novedosa arquitectura de desfasador sea sintonizable, los investigadores la diseñaron para utilizar menos espacio en el chip y consumir menos energía que los desfasadores convencionales no recíprocos.

Una vez que los investigadores analizaron que su idea funcionaría, su mayor desafío fue traducir la teoría en un circuito que lograra sus objetivos de rendimiento. Al mismo tiempo, el receptor tenía que cumplir estrictas limitaciones de tamaño y un presupuesto de energía ajustado, o no sería útil en dispositivos del mundo real.

Finalmente, el equipo demostró una arquitectura MIMO compacta en un chip de 3,2 milímetros cuadrados que podía interceptar señales cuatro veces más potentes que otros dispositivos. Más simple que los diseños convencionales, su arquitectura de desfasador también es más eficiente energéticamente.

En el futuro, los investigadores quieren expandir su dispositivo a sistemas más grandes, así como permitirle funcionar en nuevos rangos de frecuencia utilizados por los dispositivos inalámbricos 6G. Estos rangos de frecuencia son propensos a fuertes interferencias provenientes de satélites. Además, les gustaría adaptar desfasadores discretos para otras aplicaciones.

Esta investigación fue apoyada en parte por el Centro de Sistemas y Circuitos Integrados del MIT.