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Avances en el aprendizaje de la inteligencia artificial para las pruebas de comunicaciones inalámbricas
November 2, 2023
Cuando se iniciaron los trabajos de desarrollo de la 6G, se identificó la inteligencia artificial (IA) como una de las tecnologías fundamentales necesarias para hacer posible la próxima generación de comunicaciones inalámbricas. Esto se debía a que la IA tenía el potencial de abordar algunos de los retos técnicos más complejos a los que se enfrentaba el sector. Pero, al igual que ocurre con muchas tecnologías nuevas, lograr que la IA funcione en el ámbito de las comunicaciones móviles requiere una estrecha colaboración entre el gobierno, el sector, las empresas y el mundo académico.
Con el fin de ayudar a las empresas interesadas en implementar la inteligencia artificial para mejorar sus negocios, el Estado de Massachusetts ha puesto en marcha un innovador programa piloto denominado «AI Jumpstart».Este novedoso programa financia una nueva infraestructura informática en la Universidad Northeastern (NU) de Boston para poner en contacto a socios del sector con instalaciones de primer nivel e investigadores universitarios de diversas disciplinas relacionadas con la inteligencia artificial. Como socio del sector, Keysight ha participado en el proyecto desde que se anunció la financiación.
El programa AI Jumpstart, fruto de la colaboración entre la agencia estatal de desarrollo económico Massachusetts Technology Collaborative y la Universidad Northeastern, se basa en una relación de 15 años durante los cuales se ha invertido en proyectos de investigación y desarrollo universitarios que han logrado involucrar con éxito al sector empresarial e industrial. A través de este programa, Keysight ha creado una valiosa alianza público-privada para colaborar con la Universidad Northeastern en la investigación sobre inteligencia artificial.
«El programa AI Jumpstart es un potente modelo de colaboración entre la industria, el mundo académico y el Mass Tech/John Adams Innovation Institute», afirmó Michael B. Silevitch, investigador principal de AI Jumpstart en la Universidad Northeastern. «Nuestra colaboración con Keysight nos proporcionó una plataforma que demostró la enorme viabilidad de este enfoque».
Avances en el aprendizaje de la IA
Con el objetivo de hacer posible el 5G+ y el 6G, Keysight y Northeastern colaboraron para identificar un reto técnico que la inteligencia artificial podría ayudar a resolver: ¿cómo deben adaptarse los sistemas de comunicaciones inalámbricas para coexistir con las señales de radar?
«Keysight ha colaborado con investigadores y estudiantes de Northeastern para definir el alcance, los escenarios y los conjuntos de datos que ayudarán a optimizar las técnicas de prueba para los despliegues de redes inalámbricas», afirmó Josep M. Jornet, director asociado del Instituto para el Internet de las Cosas Inalámbrico (WIoT) de la Universidad de Northeastern. «El proyecto utilizó el aprendizaje de la inteligencia artificial a partir de un conjunto de datos 5G generado en el RF Colosseum de la Universidad Northeastern y de un radar representativo definido mediante el software PathWave de Keysight».
Una vez diseñados los escenarios, se introdujo la señal de radar de alta prioridad generada por Keysight en el escenario en tiempo real del espectro comercial LTE de Roma (Italia) del RF Colosseum.
El resultado fue un conjunto de datos I/Q que se utilizó posteriormente para el aprendizaje de la IA. El algoritmo de IA procesó estas muestras I/Q analizando el rendimiento, la potencia y la asignación de recursos dentro de la red 5G. A continuación se muestra una muestra de los datos:
Tommaso Melodia, director del Instituto WIoT de la NU, explica por qué es importante esta investigación: «Keysight y la NU comparten objetivos comunes en materia de enseñanza y pruebas de radiofrecuencia y microondas para la investigación inalámbrica y las aplicaciones industriales. El uso compartido del espectro va a ser una tecnología clave para el 5G y más allá, y se ha llevado a cabo un aprendizaje basado en la inteligencia artificial con muestras de datos I/Q para permitir el uso compartido del espectro mediante una asignación óptima de recursos, con el fin de maximizar el rendimiento y minimizar el consumo de energía».
Las señales de radar de alta prioridad generadas mediante Keysight PathWave se incorporaron a la simulación del espectro de NU RF Colosseums para el aprendizaje de la inteligencia artificial.
Llevar el aprendizaje de la IA a la industria
Gracias al análisis de AI-Jumpstart, Keysight ha adquirido un mejor conocimiento de las necesidades de pruebas de los desarrolladores de tecnologías inalámbricas y de defensa, a medida que las operaciones de espectro avanzan hacia anchos de banda más amplios, frecuencias más altas y entornos más complejos. Este conocimiento impulsará la inversión en actualizaciones de los diseños de hardware y software de las soluciones de pruebas de Keysight, así como la incorporación de la IA y el aprendizaje automático en futuras aplicaciones de pruebas.
«Los patrones aprendidos por la IA ayudarán a Keysight a desarrollar aplicaciones mejoradas de captura y análisis en tiempo real de banda ancha, así como aplicaciones de pruebas de bucle cerrado», afirmó Roger Nichols, director del programa 6G de Keysight Technologies. «Keysight podrá incorporarlos a nuevas soluciones de pruebas de gestión espectral para ayudar a los diseñadores a identificar, clasificar y priorizar con mayor rapidez y precisión las señales y las características de las formas de onda de interés».
Además, Nichols afirmó que la adopción temprana de estos avances en pruebas de IA permitirá a los desarrolladores del sector comercial y de defensa validar con antelación el nuevo hardware, software y firmware, así como los algoritmos de procesamiento de señales, de modo que su rendimiento pueda demostrarse y comprobarse en entornos complejos y en constante evolución de uso compartido del espectro y de coexistencia.
Fomentar el aprendizaje de los alumnos
Aunque el objetivo principal del proyecto «AI Jumpstart» es ayudar a las empresas a implantar la inteligencia artificial, el proyecto también ha resultado muy útil a la hora de definir la formación que necesitan tanto los estudiantes como los ingenieros del sector para dominar esta nueva tecnología.
«Hemos puesto en marcha este programa en nombre de Massachusetts para impulsar la adopción e integración de la inteligencia artificial por parte de las empresas de nuestro estado, poniéndolas en contacto con los investigadores más destacados de Northeastern», afirmó Pat Larkin, director del Instituto de Innovación de MassTech. «Estamos muy ilusionados con los avances del proyecto de Keysight, ya que demuestran el impacto directo que esta investigación tiene en los productos de la empresa, pero, lo que es igualmente importante, la sólida relación que se ha establecido con un centro de desarrollo de talento como la Universidad Northeastern, donde los estudiantes adquieren experiencia práctica trabajando en proyectos como este».
«Es increíblemente valioso contar con socios del sector, como Keysight, que participan en las pruebas, la docencia y la investigación sobre tecnología inalámbrica de ondas milimétricas y 6G, lo que permite avanzar en la optimización y definición de los estándares y el rendimiento de las redes inalámbricas», afirmó Carey Rappaport, director del programa AI Jumpstart de la Universidad Northeastern. «Los conocimientos científicos fundamentales de Keysight en materia de medición de radiofrecuencia y microondas, combinados con los expertos en THz y los bancos de pruebas de la NU, inspiran a los estudiantes a elegir asignaturas y carreras profesionales relevantes, y apoyan a los ingenieros del sector de Massachusetts con técnicas de enseñanza y de ensayo».
Para Nichols, esta es simplemente la forma en que a Keysight le gusta colaborar para crear nuevas tecnologías.
«Nos entusiasma contribuir al crecimiento del personal especializado en radiofrecuencia y microondas mediante una comprensión más profunda de cómo influyen los diseños de software, firmware y algoritmos en el rendimiento de los enlaces de comunicación», afirmó. «A través de este proyecto de investigación colaborativo y en curso, estamos descubriendo cómo utilizar e implementar estas tecnologías, al tiempo que dotamos a la próxima generación de ingenieros de las habilidades técnicas necesarias para dar el siguiente salto».