Avances en comunicación terahertz que impulsan las redes 6G

Investigadores del SUNY Polytechnic Institute están preparando el terreno para el futuro de las comunicaciones inalámbricas de próxima generación mediante un trabajo innovador en el espectro de frecuencia terahertz (THz), un rango que se espera impulse el desarrollo de la 6G y tecnologías futuras. El equipo está compuesto por docentes y investigadores del Centro de Sistemas Inteligentes y de Próxima Generación Inalámbrica (WINGS), incluyendo al Dr. Arjun Singh (Director) y al Dr. Priyangshu Sen, junto con el investigador estudiante Justin Osmond.

El equipo de SUNY Poly colaboró con el profesor Arjuna Madanayake de la Florida International University y presentará su banco de pruebas experimental de terahertz el 28 de octubre en la 59ª Conferencia IEEE Asilomar sobre Señales, Sistemas y Computadoras. Su estudio, titulado "Sistema de Comunicación J-Band Considerando las Transiciones de Campo Cercano a Lejano - Un Enfoque Experimental", presentará un banco de pruebas funcional que explora cómo se comportan las señales inalámbricas a frecuencias terahertz (0.1–10 THz), una frontera crítica para la transferencia de datos de ultra alta velocidad, comunicaciones seguras y sistemas de detección inteligentes.

Avanzando las fronteras de la investigación 6G

La investigación se centra en un banco de pruebas especializado J-band (220-330 GHz) alojado en el laboratorio de Electrónica de Comunicación Avanzada y Sensores (ACES) de SUNY Poly. Este sistema permite el estudio experimental de canales de comunicación de campo cercano y lejano, proporcionando los datos necesarios para modelar y mejorar los futuros enlaces inalámbricos terahertz.

El Dr. Singh y el Dr. Sen explicaron que la banda terahertz tiene el potencial de revolucionar las tecnologías de comunicación al ofrecer tasas de datos sin precedentes, detección de alta resolución y mayor seguridad. Sin embargo, sus características únicas de propagación presentan desafíos que requieren tanto modelado teórico como experimentación práctica.

"La banda terahertz representa el próximo gran salto en tecnología de comunicación", declaró el Dr. Singh. "Nuestro trabajo proporciona la configuración experimental para entender cómo estas señales se comportan al transitar entre regiones de campo cercano y lejano. Esa comprensión es esencial para construir la próxima generación de sistemas inalámbricos de alta velocidad, energéticamente eficientes y seguros".

Modelando el desafío del campo cercano

A diferencia de los sistemas de frecuencias más bajas, las antenas terahertz operan en un régimen donde sus regiones de campo cercano pueden extenderse decenas de metros, cambiando drásticamente cómo las señales se propagan e interactúan con su entorno. Los modelos tradicionales, como la ecuación de pérdida de trayectoria de Friis, dejan de ser aplicables en este contexto, requiriendo nuevos marcos matemáticos y validaciones experimentales.

El equipo de investigación de SUNY Poly y FIU diseñó y validó un modelo de pérdida de trayectoria que toma en cuenta tanto los mecanismos de propagación de campo cercano como de campo lejano. Usando su banco de pruebas ACES, realizaron experimentos que demostraron cómo las características de las antenas influyen directamente en el rendimiento del canal THz.

Los resultados mostraron que los canales de comunicación terahertz de campo cercano son inherentemente asimétricos, lo que significa que las capacidades de enlace ascendente y descendente pueden diferir según la configuración de la antena, un hallazgo que podría influir significativamente en el diseño y la estandarización de la red 6G.

Colaboración e innovación

Este trabajo refleja las fortalezas colaborativas del SUNY Polytechnic Institute y de la Florida International University, combinando experiencia en diseño de hardware, procesamiento de señales y modelado de canales para abordar uno de los desafíos más urgentes en los sistemas inalámbricos emergentes. Los profesores de SUNY Poly afirmaron: "Asociaciones como esta nos permiten combinar las ideas experimentales con el modelado teórico. Juntos, estamos desarrollando herramientas que ayudarán a definir cómo se construyen, prueban y despliegan los sistemas 6G".

Construyendo el futuro de la innovación inalámbrica

El estudio contribuye directamente a los esfuerzos globales para desarrollar estándares y aplicaciones de comunicación terahertz, desde enlaces de corto alcance ultra seguros hasta imágenes radar de alta resolución y sistemas de comunicación-detección conjuntos. A través del trabajo de docentes, colaboradores y estudiantes, SUNY Poly continúa expandiendo su liderazgo en investigación en comunicación avanzada. Los próximos pasos del equipo incluyen perfeccionar su banco de pruebas terahertz, mejorar el modelado de canales y explorar arquitecturas de antenas novedosas para avanzar aún más en el campo.

"Esta investigación representa un paso crucial hacia la realización de la promesa del 6G", manifestó el Dr. Singh. "Al entender la física de la banda terahertz a través de la experimentación y la colaboración, nos estamos preparando para desbloquear nuevas capacidades en conectividad y detección inalámbricas que transformarán nuestra forma de comunicarnos".