El investigador granadino que sabe todos los secretos del 5G

Ángel Palomares, en la fachada del edifcio del CITIC-UGR/A. G. P.
Ángel Palomares, en la fachada del edifcio del CITIC-UGR / A. G. P.

Ángel Palomares, doctorando de la UGR, trabaja en el prototipado de nuevos dispositivos de radiofrecuencia para la próxima generación

ANDREA G. PARRA

La revolución del 5G. Cada jornada se habla de esta tecnología que revoluciona el mundo. Son muchos los entresijos y las aplicaciones en el día a día que Ángel Palomares Caballero, graduado en Ingeniería de Tecnologías de Telecomunicación, máster en Ingeniería de Telecomunicación y doctorando FPU del grupo SWAT (Smart Wireless Applications and Technologies) de la Universidad de Granada (UGR) lo sabe bien. Su trabajo de investigación consiste principalmente en el prototipado de nuevos dispositivos de radiofrecuencia para la próxima generación de comunicaciones. Para alcanzar este objetivo realiza tareas de diseño de los dispositivos mediante un software electromagnético, elige qué tipo de fabricación es la más adecuada para realizar el prototipo, mide el dispositivo una vez fabricado y escribe artículos tanto para revistas de investigación como para congresos científicos con los resultados obtenidos de los prototipos diseñados.

Una de las líneas de trabajo del grupo de investigación, en el que está integrado, es la de nuevos diseños de dispositivos de radiofrecuencia (agrupaciones de antenas, desfasadores, filtros, etc) a muy alta frecuencia. «Estamos trabajando en el rango de frecuencias de longitud de onda milimétrica, es decir, un rango de frecuencia 30 veces superior al que están operando actualmente las bandas de telefonía de la tecnología 4G. Uno de los prototipos que hemos diseñado y medido opera en frecuencias en torno a los 60 GHz», detalla este joven investigador.

Cámara anecoica con la que trabajan en el grupo SWAT
Cámara anecoica con la que trabajan en el grupo SWAT / A. G. P.

El 5G es un reto tecnológico a nivel mundial con unos requisitos de velocidad de datos de usuario, número de usuario interconectados y latencia en las comunicaciones muy exigentes. «De hecho, ahora mismo el 5G que está implementando y está ya operativo en varias ciudades de España pertenece a un primer despliegue. Es con un futuro segundo despliegue con el que se alcanzará la totalidad de los requisitos impuestos por el 5G», advierte Palomares. «Las aportaciones principales que va a proporcionar el 5G es una mayor velocidad de descarga y subida de archivos (comparable a los de la fibra actual que nos llega a nuestras casas), capacidad para dar cobertura a un mayor número de dispositivos y un menor tiempo en el envío y la recepción de los paquetes de información que enviamos a la red y de los que se basan nuestras comunicaciones», detalla.

«La presencia de antenas se va a multiplicar pero, afortunadamente, su tamaño es reducido»

El investigador sostiene que la llegada del 5G «a nuestra sociedad la vamos a notar principalmente en la rapidez con la cual vemos, descargamos o subimos contenido con nuestro móvil o dispositivo portátil. Pero, además, la menor latencia va a ser determinante para aplicaciones que necesitan comunicación en tiempo real como son, por ejemplo, la de pilotar drones o realizar operaciones quirúrgicas a miles de kilómetros de distancia. Otro de los impactos del 5G que vamos a notar va a ser la de la gran cantidad de dispositivos tanto los que pertenecen a nuestra vivienda (lavadora, frigorífico, ventanas, cocina, etc) como los que están en la ciudad que van a estar conectados entre sí, lo que ha recibido el nombre de internet de las cosas (IoT). Por último, también vamos a percibir un cambio estético ya que la presencia de antenas se va a multiplicar por la naturaleza ya que van a operar en rangos muy altos de frecuencia y, por tanto, para mantener cobertura 5G en todos los sitios se deben implementar un mayor número de antenas. Afortunadamente, estás van a tener un tamaño muy reducido en comparación con las utilizadas actualmente y no nos vamos a dar cuenta de que están».

La tecnología 5G es un reto y entraña varios niveles de dificultad. «En mi caso y el de mi grupo de investigación la tecnología 5G ha hecho que tengamos que buscar soluciones a la parte relacionada con los dispositivos de radiofrecuencia. El requisito fundamental para que el 5G pueda operar con gran velocidad y con un gran volumen de datos es que los dispositivos inalámbricos tengan antenas con un gran ancho de banda. Para ello hay que diseñarlos a frecuencias de operación muy altas ya que en la actualidad la zona baja del espectro electromagnético, en la cual están las bandas de telefonía actuales, está saturada y no es posible obtener grandes anchos de banda de esa parte del espectro. Por ello el diseño de dispositivos de radiofrecuencia en frecuencias milimétricas es fundamental para hacer posible la llegada del 5G e incluso de próximas generaciones de comunicaciones».

Una cámara de 110GHz

Gran parte de estas investigaciones las realizan en la cámara anecoica, que está en el Centro de Investigación en Tecnologías de la Información y de las Comunicaciones de la Universidad de Granada (CITIC-UGR). Es única en España. Es un espacio electromagnéticamente aislado que sirve para caracterizar sin interferencia externa antenas y agrupaciones de antenas. «Nuestra cámara anecoica está recubierta en el interior de un absorbente que impide reflexiones en las medidas, además, de sistemas posicionadores que permiten la adquisición plana, cilíndrica y esférica de medidas tanto en amplitud como en fase de manera muy precisa. El gran potencial de la cámara que tenemos es que puede llegar a realizar medidas de antenas hasta 110 GHz y próximamente hasta 300 GHz mediante la reciente adquisición de equipos multiplicadores de frecuencia», avanza Ángel Palomares.

Una aplicación práctica a la hora de realizar medidas es la de comprobar que un prototipo de antena funcione correctamente, es decir, que su diagrama de radiación (cómo emite señales electromagnéticas) sea igual a lo esperado en la fase de diseño. Así de esta manera se puede utilizar este prototipo como diseño referente para la producción tanto particular de aplicaciones que solo necesitan pocas antenas como para la de una producción masiva como, por ejemplo, las de antenas para redes 5G o satelitales.

«Los dispositivos que tenemos en casa estarán conectados entre sí»

Principalmente con el uso de la cámara anecoica se puede caracterizar y comprobar que el prototipo de antena en frecuencias milimétricas diseñada se comporta tal y como se espera, y de esta manera certificar el funcionamiento real del diseño del prototipo resultado de la investigación. Además, otras líneas de investigación que se puede realizar con la cámara anecoica son la propuesta de nuevas técnicas de medidas de antenas, medida de la sección radar equivalente e incluso de la caracterización de entornos multicamino con la utilización de elementos reflectantes dentro de la cámara.

Es calificada por algunos esta cámara como la joya de la corona. La cámara anecoica es una infraestructura muy potente e imprescindible para validar prototipos de radiofrecuencia. Lo que hace que tenga un valor especial es el rango de frecuencias a la que puede medir. La frecuencia es un parámetro que determina todo en una cámara anecoica, desde los equipos de medida y cableado hasta los sistemas posicionadores. Además, al aumentar la frecuencia con la que se quiere medir en la cámara anecoica, la precisión en el posicionamiento que se necesita se vuelve crucial para obtener las medidas de las antenas que se caracterizan. «Es por ello que la cámara que tenemos tiene ese gran potencial y se puede definir como la joya de la corona de nuestro laboratorio del CITIC. De hecho, aunque la cámara anecoica lleva poco tiempo en funcionamiento, ya hemos realizado medidas de antenas a otros grupos de investigación de otras universidades, tanto de España como de Suecia, con los que colaboramos», describe Palomares.