En la era de la información en la que vivimos, la demanda de conexiones robustas, eficientes y omnipresentes es más crítica que nunca. Las redes de comunicación han evolucionado desde simples conexiones punto a punto hasta complejas infraestructuras que abarcan el globo, conectando continentes, ciudades y comunidades. Sin embargo, en este panorama de interconexión, emerge un nuevo desafío: la necesidad de una comunicación sin fisuras que trascienda las fronteras tradicionales de espacio, aire y mar. En este contexto, la comunicación inalámbrica a través de  luz se perfila como una solución realmente prometedora, capaz de unir estos dominios dispares con una velocidad sin precedentes.

La comunicación mediante luz, una tecnología que aprovecha el espectro visible e invisible para transmitir información, ofrece una serie de ventajas significativas sobre las modalidades de comunicación convencionales. Entre ellas, su capacidad para operar en entornos densamente saturados sin sufrir interferencias destaca como un atributo particularmente valioso. Además, esta comunicación a través de la luz tiene el potencial de expandir la cobertura de las redes existentes, extendiéndose desde la superficie terrestre hacia las vastas alturas del cielo y las profundidades desconocidas del océano. 

En este escenario, un equipo de investigadores ha dado un paso audaz hacia la materialización de esta visión. Han desarrollado una red de comunicación integral basada en luz que promete una conectividad ininterrumpida entre el espacio, el aire y el mar. 

“Esta nueva red inalámbrica permite una conectividad ininterrumpida en todos los entornos, lo que facilita la transmisión bidireccional de datos en tiempo real entre los nodos de la red que llevan a cabo la comunicación y el intercambio de datos dentro y entre las redes”, explica el líder del equipo de investigación Yongjin Wang de la Universidad de Correos y Telecomunicaciones de Nanjing y Suzhou Lighting Chip Monolithic Optoelectronics Technology Co. Ltd., ambos en China.

Fundamentos de la red integrada de luz 

Las redes de comunicación de luz inalámbrica a menudo están diseñadas para escenarios específicos y carecen de interoperabilidad con otros sistemas de comunicación. La creación de interconexiones espacio-aire-mar requiere reunir múltiples tecnologías de una manera que cree una red de comunicación perfecta.

Sin embargo, la red desarrollada por Wang y su equipo se basa en una arquitectura de comunicación que emplea exclusivamente la luz para transmitir datos, superando muchas de las limitaciones asociadas con los métodos de comunicación tradicionales, como la interferencia electromagnética y las restricciones de ancho de banda.

Los investigadores utilizaron cuatro espectros de luz para establecer enlaces de comunicación de luz inalámbrica para cuatro entornos o aplicaciones diferentes. Así, usaron la luz azul para la comunicación submarina porque el agua de mar tiene una ventana de absorción reducida para la luz azul-verde, lo que le permite viajar más bajo el agua en comparación con otras longitudes de onda. Esto puede permitir que el sistema se utilice para controlar vehículos submarinos no tripulados o establecer la comunicación entre los dispositivos submarinos y las boyas.  Asimismo, los LED blancos se utilizan para transmitir información entre objetos como boyas o barcos que están sobre el agua.

Para las conexiones con dispositivos aerotransportados, como los drones, se utiliza luz ultravioleta profunda. Esto proporciona una comunicación ‘ciega para el sol’, evitando la interferencia de la luz solar. Finalmente, para la comunicación punto a punto en el espacio libre, se aplicaron diodos láser de infrarrojo cercano porque emiten luz direccional con alta potencia óptica. 

Los investigadores también diseñaron la red de una manera que permite el acceso inalámbrico o por cable a Internet basado en el esquema TCP/IP, lo que la hace útil para las aplicaciones IoT.  “Era importante establecer un modo de transmisión unificado a partir de la comunicación con luz azul, luz blanca, longitudes de onda UV profundas y diodos láser para que podamos integrarlos usando conmutadores Ethernet. Para hacer que este trabajo sea posible, los LED y los esquemas de modulación determinan el rendimiento de la red, mientras que el fotodiodo de avalancha limita el rango de transmisión, y un filtro de paso de banda óptico aísla las señales de luz deseadas de las de los otros espectros”, detalla  Wang.

Los investigadores demostraron que esta red de comunicación de luz podría lograr la comunicación de vídeo en tiempo real y la transmisión de datos de sensores, imágenes y archivos de audio a través de acceso por cable e inalámbrico. El vídeo dúplex significa que el vídeo se puede transmitir y recibir simultáneamente, lo que es necesario para aplicaciones como las videoconferencias. Cuando se alimentaron a la red vídeos en tiempo real de 2560 × 1440 y 1920 × 1080 píxeles a 22 fotogramas por segundo, permanecieron claros con poco retraso. Utilizando una herramienta de análisis de paquetes de red, se midió una relación máxima de pérdida de paquetes del 5,80 % y un retraso de transmisión inferior a 74 milisegundos.

Ahora, los investigadores tienen como objetivo mejorar el rendimiento de la red de comunicación de luz mediante el uso de la multiplexación por división de longitud de onda para eliminar el cuello de botella causado por los LED. Esto ayudará a mejorar la eficiencia y el rendimiento general de la red. También están trabajando para permitir nodos móviles, en lugar de solo nodos fijos, lo que requiere abordar el desafío de la alineación de la luz. Esto es particularmente crucial para su uso con equipos submarinos y drones.

Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:

https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-32-6-9219&id=547474

Imagen de portada: “All-light communication network for space-air-sea integrated interconnection”, Optic Express 2024