La atmósfera, una autopista blindada para la transmisión de datos

Las comunicaciones ópticas atmosféricas son a juicio de los expertos uno de los sistemas más rápidos y fiables que pueden utilizarse a día de hoy. Por ello, sectores como el aeroespacial, el militar y el empresarial emplean este tipo de mecanismos para transmitir información confidencial, manteniéndola a buen recaudo.

Sus aplicaciones son 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.

Sin embargo, los factores que limitan más seriamente las prestaciones alcanzables con estos enlaces ópticos provienen de las condiciones del medio de propagación, es decir de la propia atmósfera. Y, muy especialmente, si se pretenden alcanzar tasas de transmisión realmente espectaculares, de las turbulencias que de forma natural se generan en este medio.

Precisamente, es en esto último donde el Grupo de Comunicaciones Ópticas Atmosféricas de la Universidad de Málaga trabaja desde 2003. El objetivo es conocer las variaciones que factores como el aire, la humedad o la temperatura pueden provocar en la correcta comunicación entre emisor y receptor.

La investigación que lleva a cabo este equipo de la Escuela Técnica Superior de Ingeniería de Telecomunicación, dirigido por el catedrático Antonio Puerta Notario, 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 dichos sistemas. La turbulencia atmosférica es un fenómeno que tiene su origen en las microvariaciones de presión y temperatura que se dan en el seno del medio y que, a la postre, provoca fluctuaciones dentro de la atmósfera. Esto se traduce tanto en alteraciones de la trayectoria del haz como en fuertes desvanecimientos aleatorios de la potencia óptica recibida.

“Hace unos meses, señala el doctor Antonio Jurado-Navas, miembro del grupo, hemos conseguido lanzar un modelo matemático a partir de la integración de otros nueve anteriores”. Es el 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. Esta fórmula 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.

Segura y de garantías

Por ahora están generando toda la base matemática para entender el comportamiento que tiene la atmósfera como medio de transmisión. Jurado 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.

Por ello, 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 este Dr. 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.

+info | Dpto. Ingeniería de Comunicaciones | Antonio Jurado Navas