Introducción a 6G

6G es la próxima generación de sistemas de telecomunicaciones móviles, concebidos para proporcionar una conectividad inalámbrica más inclusiva y sostenible. La investigación y el desarrollo de 6G intentan mejorar considerablemente el rendimiento actual de 5G, ofreciendo redes 6G más rápidas, con más ancho de banda y latencias más bajas.

Como resultado, los sistemas 6G pueden permitir nuevas aplicaciones, tales como realidad virtual y aumentada (VR/AR), inteligencia artificial (AI), automatización, industrias y automóviles equipados con conectividad a Internet, cobertura ubicua a través de redes no terrestres (NTN), comunicación y percepción conjunta, y telecomunicaciones de baja potencia.

Para iniciarse rápidamente en 6G y acelerar el diseño de sistemas 6G, puede utilizar MATLAB^® y sus herramientas de telecomunicaciones para:

• Aprovechar los algoritmos abiertos, editables y personalizables en MATLAB como punto de partida para un diseño 6G.
• Realizar pruebas continuas de diseños con las prestaciones de generación de formas de onda personalizadas, conectividad con hardware y modelado con IA en MATLAB.
• Optimizar simultáneamente los componentes digitales, de RF y de array de antenas de sistemas 6G, lo que permite explorar el espacio de diseño multidimensional de forma más efectiva.

Cronograma de 6G

Cada generación de un estándar de telecomunicaciones dura aproximadamente 10 años antes de transitar a la próxima generación. El estándar 5G se publicó en 2018 como parte de la versión 15 de 3GPP y sigue evolucionando gradualmente. Por ejemplo, el próximo estándar 5G que se publicará en 2024 (versión 18) se conocerá como 5G Advanced. Mientras tanto, la investigación y el desarrollo de los sistemas 6G de próxima generación ya están en curso. La mayoría de los especialistas calculan que el organismo de normalización UIT (Unión Internacional de Telecomunicaciones) publicará el documento IMT-2030, estableciendo la visión y los requisitos para 6G, alrededor de 2026. Y el organismo de normalización 3GPP (3rd Generation Partnership Project) desarrollará las especificaciones del estándar 6G, que cumplirá con esos requisitos, entre 2028 y 2030.

Aplicaciones de 6G

Aunque los requisitos de los sistemas 6G aún no están finalizados, varios especialistas creen que las redes 6G se basarán en los exitosos sistemas 5G y 5G Advanced, y permitirán las siguientes aplicaciones nuevas:

• Realidad extendida multisensorial y háptica, para el soporte de diferentes dispositivos, velocidades de transferencia de datos más altas y latencia mucho más baja
• Streaming de multimedia volumétrico y telepresencia, que permitirán contenido volumétrico, conjuntos de datos en 3D y presencia holográfica
• Automatización e industrias equipadas con conectividad a Internet, que permitirán IoT industrial y comunicaciones masivas de máquina a máquina en áreas tales como agricultura mecanizada y telemedicina
• Vehículos autónomos y sistemas de enjambre que mejorarán las comunicaciones V2X, drones, robots y automóviles equipados con conectividad a Internet
• Amplia cobertura para conectar a personas sin conexión a Internet, que salvará la “brecha digital” y conectará a personas en zonas remotas, rurales y marginadas mediante redes no terrestres (NTN) con comunicaciones satelitales
• Potencia ultrabaja y energía cero, que capturará energía directamente de las ondas de radio y reducirá considerablemente el uso de energía en sistemas inalámbricos

Principales avances tecnológicos con 6G

Aunque las especificaciones exactas de los sistemas 6G aún no están definidas, según especialistas, los siguientes avances tecnológicos facilitarán la introducción de nuevas aplicaciones y prestaciones:

• Nuevas frecuencias, incluyendo la comunicación sub-THz
• Inteligencia artificial y Machine Learning
• Superficies inteligentes reconfigurables (RIS)
• Comunicación y percepción conjunta
• Nuevas formas de onda digitales

Nuevas frecuencias, incluyendo la comunicación sub-THz

El uso de las nuevas frecuencias de gama (7-24 GHz) y gama sub-THz (superior a 100 GHz) probablemente formarán parte de los sistemas de comunicaciones 6G. A su vez, esto permitirá nuevas metodologías de gestión del espectro y ofrecerá ganancias de rendimiento en velocidad y tasa de transferencia de datos, lo que aumentará la capacidad de la red 6G y los anchos de banda de transmisión, al tiempo que reducirá la interferencia en la red.

Comunicación y percepción conjunta

6G aprovechará la integración de las funciones de localización y detección de una red inalámbrica con su función de comunicación. Esto mejorará especialmente el rendimiento de comunicaciones en interiores, capturando y enviando información más precisa a la red sobre el espacio interior, alcance, obstáculos y ubicación. Además, la introducción de nuevas frecuencias en el espectro sub-THz de sistemas 6G puede abrir el camino a una detección más precisa aprovechando tecnologías similares a las de un radar.

Inteligencia artificial y Machine Learning

Las técnicas de inteligencia artificial y Machine Learning ya están incluidas en los sistemas 5G Advanced. Es probable que esta tendencia continúe en redes 6G, que utilizarán metodologías de IA basadas en datos para mejorar las tareas de configuración, optimización y autogeneración. El estándar de telecomunicaciones 6G proporcionará soporte para interfaces aéreas basadas en IA a fin de mejorar funciones de compresión y codificación conjunta, beamforming, compresión de información del estado del canal (CSI) y posicionamiento.

Superficies inteligentes reconfigurables

La investigación de 6G también puede aprovechar el potencial de las superficies inteligentes reconfigurables (RIS), lo que permite controlar la propagación de señales entre un transmisor y un receptor de manera dinámica y programática. La tecnología permite reflejar las señales entrantes en una superficie y orientarlas activamente alterando las propiedades eléctricas y magnéticas del material de la superficie.

Modelización y simulación de 6G con MATLAB

Con MATLAB, 5G Toolbox™ y otras herramientas de telecomunicaciones basadas en MATLAB, puede modelar y simular sistemas de telecomunicaciones 6G y evaluar el impacto de estos avances tecnológicos:

• Desarrollar y optimizar propiedad intelectual (PI) para 6G con funciones de MATLAB abiertas, y comparar innovaciones con puntos de referencia existentes.
• Explorar la generación de formas de onda 6G más allá de los parámetros permitidos en el estándar 5G actual con nuevas gamas de frecuencia, anchos de banda y numerologías.
  
• Escalar las simulaciones para MIMO masivo, anchos de banda superiores y tasas de muestreo más altas. Gestionar simulaciones extensas y de larga duración distribuyéndolas en varios núcleos, clusters o la nube, y empleando GPU.
• Modelar componentes de RF para las nuevas frecuencias mmWave y sub-THz con más rapidez y precisión.
• Simular modelos de propagación de canales de pérdida y gamas de frecuencias mmWave y sub-THz.
• Modelar redes no terrestres (NTN) realizando simulaciones en nivel de enlace de extremo a extremo, modelado de escenarios, propagación orbital y visualización.
• Explorar la detección mediante RF y detectar la presencia de eventos o personas en una escena mediante el análisis de formas de onda de RF.
• Examinar el efecto de superficies inteligentes reconfigurables (RIS) en el rendimiento general del sistema.
• Aplicar técnicas de inteligencia artificial (IA), tales como flujos de trabajo de Machine Learning, Deep Learning o Reinforcement Learning, para resolver problemas de telecomunicaciones 6G.