Según investigadores del Instituto de Ciencia de Tokio, una nueva técnica de MIMO por división de tiempo permite que los receptores de matriz en fase operen más rápido con una eficiencia de área excepcional y bajo consumo de energía. Este sistema reduce significativamente la complejidad de circuitos en redes 5G y 6G (incluyendo nodos no terrestres) al cambiar rápidamente las rutas de señal reutilizadas. En circuitos integrados CMOS de 65 nm, logró un récord de 8 flujos de datos a 38,4 Gbps.

La tecnología de comunicación inalámbrica de próxima generación 6G promete tasas de datos ultra altas y cobertura amplia, transformando radicalmente nuestra forma de interconexión global. En el núcleo de esta visión está el uso de satélites de órbita terrestre baja (LEO) para construir redes no terrestres, logrando la integración fluida de redes terrestres y satelitales. Para lograr este ambicioso objetivo, las antenas de matriz en fase avanzadas capaces de operación multibanda son cruciales, ya que pueden transmitir y recibir múltiples haces de radio simultáneamente en diferentes direcciones y rangos.

La tecnología MIMO (múltiples entradas, múltiples salidas) es también esencial para satisfacer la creciente demanda de capacidad de datos en redes 6G futuras. MIMO aumenta la capacidad de la red a través de técnicas de multiplexación, donde múltiples flujos de señales comparten el mismo canal inalámbrico.

Sin embargo, los sistemas MIMO tradicionales enfrentan un desafío mayor: la complejidad de circuitos es proporcional al producto del número de antenas y flujos MIMO, haciendo extremadamente difícil la integración de sistemas MIMO a gran escala. Para satélites, este problema es aún más urgente, ya que las restricciones en peso, tamaño y consumo de energía limitan el despliegue práctico de arquitecturas MIMO tradicionales.

Para romper estas limitaciones, un equipo de investigación liderado por el profesor Kenichi Okada del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electrónica del Instituto de Ciencia de Tokio desarrolló una solución innovadora. Sus resultados se presentaron en la Conferencia IEEE VLSI Technology and Circuits 2025, celebrada del 8 al 12 de junio de 2025, introduciendo una nueva técnica de MIMO por división de tiempo que hace que los receptores de matriz en fase operen mucho más rápido que los sistemas tradicionales, manteniendo una eficiencia de área excepcional y bajo consumo de energía.

La innovación clave radica en el método patentado de salto temporal no uniforme del equipo, que permite el cambio rápido de haces dentro de módulos de antenas de matriz en fase sin necesidad de ajustar circuitos según el número de flujos MIMO. A diferencia de sistemas tradicionales que dependen de multiplexación espacial, este diseño reutiliza rutas de señales para diferentes flujos mediante cambios rápidos y aleatorios, reduciendo significativamente los requisitos de área de chip.

Los investigadores implementaron el receptor en circuitos integrados utilizando un proceso CMOS de silicio de 65 nm, integrando cambiadores de fase de alta velocidad para mejorar la resistencia a interferencias del dispositivo. El sistema integra ocho rutas de señales y conmutadores sincronizados, con una frecuencia de reloj de operación de hasta 3,2 GHz.

A través de mediciones inalámbricas, el equipo demostró un rendimiento excepcional. El receptor logró exitosamente la recepción de señales MIMO 4x4 de polarización horizontal y vertical, alcanzando una tasa de datos máxima de 38,4 Gbps en ocho flujos de datos.

"Entre los receptores MIMO de matriz en fase de onda milimétrica reportados recientemente, este dispositivo muestra la tasa de bits más alta hasta la fecha y la mejor eficiencia de área", explicó Okada.

En general, esta tecnología representa un avance clave para 6G. Al lograr capacidades multibanda para satélites LEO mientras mantiene tamaños de circuitos compactos y bajo consumo de energía, la innovación propuesta en esta investigación allana el camino para sistemas MIMO a gran escala prácticos que satisfagan las demandas de redes inalámbricas de próxima generación.

Okada indicó: "El receptor que desarrollamos puede integrarse en IoT 5G y 6G, dispositivos móviles y satélites LEO. Es un paso importante hacia la comercialización y aplicación de nuevos servicios de comunicación de alta tasa de bits (incluyendo redes no terrestres)".

Se espera que esfuerzos adicionales en este campo ayuden a realizar la visión de un planeta completamente interconectado, utilizando redes terrestres y satelitales de maneras consideradas imposibles hace unos años.