Un nuevo modelo mejora la recepción de datos que llegan por la atmósfera

Las comunicaciones ópticas atmosféricas son uno de los sistemas más rápidos y fiables que pueden utilizarse en la actualidad, y sectores como el aeroespacial, el militar y el empresarial las usan para transmitir información confidencial. Sin embargo, las condiciones del propio medio de propagación –la atmósfera y sus turbulencias– limitan las prestaciones, especialmente cuando se plantea alcanzar grandes tasas de transmisión.

En este campo trabaja el Grupo de Comunicaciones Ópticas Atmosféricas de la Universidad de Málaga, con el objetivo de conocer las variaciones que factores como el aire, la humedad o la temperatura pueden provocar en la correcta comunicación entre emisor y receptor. Ahora, han desarrollado una nueva técnica para mejorar en este aspecto.

“Hace unos meses hemos conseguido lanzar un modelo matemático a partir de la integración de otros nueve anteriores”, señala el doctor Antonio Jurado-Navas, miembro del grupo. Se trata del modelo Málaga, compartido en la red, y que con más de 2.000 descargas en cinco meses ya ha servido de base para varios trabajos de investigación de otras universidades diseminadas por el mundo.

La fórmula propuesta permite saber qué nivel de potencia va a llegar al receptor por medio de cálculos probabilísticos. “Utilizamos el modelo para las simulaciones por ordenador, de tal forma que podamos verificar el comportamiento de procedimientos novedosos de transmisión antes de ser implementados. Tras la primera fase de simulación, en caso de éxito, pasaríamos al desarrollo de laboratorio sin hacer aún la prueba de campo, que sería el paso previo al prototipo real”, explica Jurado-Navas.

Sistemas de comunicación en espacio libre

El estudio forma parte de la investigación que lleva a cabo este equipo de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación, dirigido por el catedrático Antonio Puerta Notario, y que se centra en los sistemas de comunicaciones ópticas en espacio libre.

En concreto, se encargan de buscar soluciones para mitigar el efecto adverso que provoca la turbulencia atmosférica en estos sistemas. Esta turbulencia es un fenómeno que tiene su origen en las microvariaciones de presión y temperatura que se dan en el seno del medio, lo que se traduce tanto en alteraciones de la trayectoria del haz como en fuertes desvanecimientos aleatorios de la potencia óptica recibida.

Navas considera que el mayor reto es la “aleatoriedad del medio de transmisión”. A la hora de iniciar una comunicación con garantías, lo realmente difícil es concretar, una vez conocidas las condiciones de la atmósfera, qué potencia deberemos utilizar y hasta qué distancia máxima podríamos enviar los datos para asegurarnos de su correcta recepción.

Herramienta de simulación

Una de las salidas al mercado de esta investigación pasa por ofrecer a las empresas interesadas una herramienta integral de simulación del canal óptico atmosférico. “El usuario, explica el ingeniero, únicamente tendría que recopilar datos como el nivel de presión atmosférica, el margen de temperaturas registradas (la más alta y la más baja temperatura registrada) y la velocidad media del viento del emplazamiento geográfico en el que se desea establecer el enlace de comunicaciones”.

Todo ello se introduce en un software de simulación y éste revelará la longitud de onda más adecuada a utilizar y las prestaciones alcanzables (la distancia máxima en metros que podrá recorrer el mensaje).

Pero, ¿hasta qué punto es esa simulación fiable? Según las últimas pruebas, y con la correcta aplicación de los distintos parámetros, este tipo de comunicación en condiciones medias mantiene una tasa de un error cada millón de bits transmitidos. Por otra parte, se alcanzan niveles de seguridad muy superiores a los que ofrecen otras tecnologías.

El motivo es que la información no se transmite por un cable, que podría 'pincharse' para conocer la información que viaja por este. “Además, añade Jurado-Navas, el hecho de que se utilicen haces muy estrechos hace prácticamente imposible su interceptación, al contrario de lo que ocurre en radio. Y, también, esa elevada directividad de estos enlaces permite aprovechar más eficientemente la potencia utilizada, lo que mejora las condiciones en las que se transmiten los datos”.

De momento, el grupo está inmerso en la fase de pruebas de laboratorio donde experimentan a pequeña escala, aunque pronto planean su siguiente paso: la implementación en entornos reales.

Multitud de aplicaciones

Las comunicaciones ópticas atmosféricas presentan aplicaciones muy diversas. Desde la comunicación con los satélites en órbita, hasta el supuesto de poder mantener el servicio de telefonía móvil en caso de desastre natural, pasando por otras más cotidianas, como la posibilidad de transmitir señal de televisión en alta definición hasta los centros de control sin ningún tipo de procesamiento.

Con estos sistemas ya son posibles velocidades de hasta 10 Gbps (10.000 megas por segundo, Mbps) que dejarían muy atrás a otras tecnologías inalámbricas como el UMTS o el WiMax, con límites de 348 kbps (kilobits por segundo) y 250 Mbps, respectivamente. Eso sí, tienen un inconveniente: el transmisor y el receptor han de 'verse las caras', es decir, aunque no importa la distancia a la que estén situados, es requisito indispensable que no exista obstáculo alguno entre ambos. Aquí es donde pueden entrar en juego los repetidores adecuadamente situados.