A NEC Corporation, líder na integração de tecnologias de informação e de rede, acaba
de anunciar a primeira demonstração bem-sucedida a nível mundial de transmissão digital sem fios em tempo
real com multiplexagem de modos de Momento Angular Orbital (OAM), combinando transmissão de
multiplexagem de polarização acima de 100m na banda de 150GHz. Espera-se que esta tecnologia ajude a
resolver a crescente procura de redes sem fio de alta capacidade na era do 5G e mais além.
A NEC tem um historial de sucesso no desenvolvimento de tecnologia de multiplexagem de modos OAM,
incluindo a demonstração bem-sucedida da transmissão com multiplexagem de modos OAM acima de 40m na
banda de 80GHz realizada em dezembro de 2018. Desta vez, a NEC conseguiu estender a distância de
transmissão até 100m, 2,5 vezes mais, e duplicou a capacidade com 16 feixes, adicionando a multiplexagem de
polarização à multiplexagem de modos OAM, em comparação com a anterior demonstração na banda de 80GHz.
A NEC planeia aplicar esta tecnologia à sua série de sistemas de rádio de micro-ondas supercompactos
iPASOLINK, produtos de rádio mmWave e soluções de backhaul móvel que permitem uma capacidade
ultraelevada para redes de 5G e acima de 5G (B5G).
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| Antena matriz com multiplexagem de modos OAM na faixa dos 150GHz |
Devido ao rápido aumento da capacidade de dados em redes 5G, o volume de tráfego entre terminais de
agregação de estações base 5G pode chegar aos 100Gbps. Além disso, é necessário um número extremamente
grande de estações base para uma cobertura detalhada, especialmente nas áreas urbanas com grande
densidade populacional, onde a rede de telemóvel se torna muito densa. Como é difícil interligar esses locais de
células de alta densidade apenas com fibras óticas, as expectativas de necessidade de interligação através de
redes sem fio, especialmente no que diz respeito a uma instalação fácil e flexível, estão a aumentar.
No entanto, é necessário que o tráfego entre estações base 5G alcance até 100Gbps, e é extremamente
desafiante criar capacidade de transmissão suficiente com tecnologias convencionais, como o uso de canais mais
amplos, multicanais ou o aumento do esquema de modulação. Assim, a tecnologia de multiplexagem de modos
OAM, que tem potencial para suportar uma capacidade significativamente maior devido à sua boa multiplicidade,
está a captar uma enorme atenção.
A OAM é uma das características físicas da propagação de ondas eletromagnéticas. Uma característica de um
sinal OAM é a sua frente de fase em espiral na direção da propagação. O número de planos em espiral num sinal
é designado modo OAM, e as formas de todos os modos são diferentes em relação à direção de rotação da onda;
isto significa que todos os modos OAM são independentes entre si. Deste modo, múltiplos modos OAM
transmitidos simultaneamente no mesmo canal podem ser separados e demodulados pelos recetores. Esta é uma
tecnologia de transmissão por multiplexagem de modos OAM como multiplexagem espacial de ondas
eletromagnéticas na mesma direcção. Além disso, a multiplexagem de modos OAM também é independente da
multiplexagem de polarização. A multiplicidade pode por isso ser ainda aumentada com a combinação de ambas
as tecnologias de multiplexagem.
A NEC anunciou o desenvolvimento e a demonstração bem-sucedida de um circuito de processamento de sinal
digital em tempo real em dezembro de 2018. Com isto conseguiu uma transmissão sem fios a uma distância de
40m com uma modulação de 256QAM na banda-E (71 a 86GHz) através da multiplexagem de 8 modos OAM,
sendo porem isto efetuado com uma única polarização.
Na última demonstração, o dobro dos modos foram multiplexados para 16 feixes de sinais 256QAM modulados,
adicionando multiplexagem de polarização com a tecnologia de multiplexagem de modos OAM. Foram assim
transmitidos 14,8Gbps (8 modos × dupla polarização x 8 bit/símbolo × 115 Mbaud) usando uma taxa de símbolo de 115 Mbaud.
Para além disso, a NEC conseguiu transmissões a 100m, 2,5 vezes o conseguido na demonstração anterior, com
quase o mesmo diâmetro de antena, suprimindo a divergência de sinais de modo OAM devido à propagação com
recurso a banda-D (130 a 174,8GHz), que é uma banda de frequência mais alta do que a banda-E
Esta demonstração efetuou transmissões a uma frequência de RF de 157GHz através de um rádio equipado com
dispositivos de RF na banda-D, desenvolvidos pela NEC.
Para realizar a transmissão por multiplexagem de modos OAM combinada com a multiplexagem por polarização,
é necessário realizar a separação tanto dos modos OAM como da polarização no recetor e recuperar a
informação com SINR elevado.
O novo circuito adaptável de processamento de sinais digitais da NEC proporciona uma extração altamente
precisa dos sinais desejados, mesmo em condições nas quais há interferência com os inter-modos OAM e
polarizações cruzadas devido a imperfeições do equipamento ou volatilidades dos ambientes de propagação.
Como resultado, foi alcançada uma eficiência de espectro extremamente alta de 128bps/Hz.
No futuro, a NEC pretende melhorar ainda mais a distância de transmissão e alcançar uma capacidade de
transmissão de mais de 100Gbps com implementação de circuitos de processamento de sinal digital LSI, e uma
largura de banda maior até 1GHz. A NEC visa aplicar estas tecnologias no backhaul das estações base 5G, bem
como no fronthaul entre CU (Unidade Central: estações base de agregação) e DU (Unidade Distribuída: estações
remotas).
Esta pesquisa e desenvolvimento foi realizada como parte do "Projeto de Investigação e Desenvolvimento em
Rádios com Multiplexagem de Modos OAM permitindo Transmissão de Capacidade Ultra Elevada em bandas de
transmissão de onda milimétrica” sob um contrato com o Ministério dos Assuntos Internos e Comunicações do
Japão.
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