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FOTÓNICA

Información mucho más rápida

Científicos brasileños rompen el récord de transmisión de datos por fibra óptica sin utilizar amplificadores electrónicos de señales

miguel boyayanPublicado en agosto de 2016

Un grupo de investigadores brasileños estableció un nuevo récord de distancia y tasa de transmisión de datos a través de una fibra óptica. Mediante el empleo de 10 canales de una misma fibra, cada uno con una capacidad de tráfico de 400 gigabits por segundo (Gbps), el equipo coordinado por el ingeniero electricista Jacklyn Dias Reis, del Centro de Investigación y Desarrollo en Telecomunicaciones (CPqD), en Campinas, logró que una cantidad enorme de datos se desplace por 370 kilómetros (km) de fibra óptica y arribe íntegra a su destino. Es la primera vez que una información codificada en formato lumínico, con esa configuración de fibra óptica, llega tan lejos sin necesidad de repetidores, que son dispositivos que se instalan a lo largo del trayecto para amplificar la señal. La tasa de transferencia de datos que se utilizó en la prueba sería suficiente para bajar, en tan sólo un segundo, 170 horas de películas o series de televisión grabadas en alta definición (HD).

De modo general, los amplificadores de señales resultan imprescindibles para que los datos viajen a través de las fibras ópticas por distancias superiores a 80 km. Esto sucede porque la luz pierde intensidad a medida que avanza por la fibra. Los amplificadores instalados a distancias específicas proveen energía a la señal, garantizando que la información llegue con calidad hasta su destino. La necesidad de emplear amplificadores en las transmisiones a distancias de más de 80 km torna difícil proveerles internet de alta calidad y velocidad a comunidades situadas en parajes muy alejados, tales como islas o la Selva Amazónica. En esos sectores no existen fuentes de energía para alimentar a los amplificadores y su mantenimiento periódico, en la práctica, resulta inviable. El costo de la infraestructura para lograr dotar de internet de alta calidad a esas regiones puede hacer inviable tal iniciativa, según opina Dias Reis, quien coordina el área de Tecnologías Ópticas del CPqD. El estudio también contó con investigadores de la Facultad de Ingeniería Eléctrica y Computación (FEEC) de la Universidad de Campinas (Unicamp).

Los investigadores emplearon en el experimento una configuración con tres fuentes de luz láser. Una para el envío de los datos y otras dos fuentes, una en cada extremo de la fibra, sirvieron como “bombeadores”, es decir, para proveerles energía a dos amplificadores ópticos ubicados a lo lago de la conexión. Los amplificadores ópticos no emplean electricidad como los electrónicos, pero reciben la energía de la fibra óptica instalada en paralelo con la fibra transmisora. Así se logra amplificar la señal del láser y alcanzar el mismo desempeño anterior. Los amplificadores ópticos son conocidos en la jerga técnica con el nombre de EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). Están integrados por una fibra de 10 metros que contiene erbio en su composición, permitiendo que la energía de las fuentes láser extra de las otras dos fibras se transfiera a la señal, elevando su intensidad. Para esa estrategia se empleó una técnica disponible denominada bombeo remoto, que posibilitó la eliminación del uso de los amplificadores electrónicos. “La señal enviada llegó exactamente igual al receptor, sin errores”, relata João Carlos Soriano Sampaio, ingeniero electricista del CPqD y uno de los autores del experimento.

Las fibras ópticas que se utilizaron son más gruesas que las que emplean las empresas de telecomunicaciones en sus redes y presentan un menor índice de disminución de la señal. Tales dispositivos, alrededor de un 40% más caros que las fibras ópticas convencionales, también se utilizan en las conexiones submarinas entre continentes y reducen la pérdida de energía de la señal en su trayecto.

Necesidades del mercado
El ingeniero electricista Marcelo Martins Werneck, quien coordina el Laboratorio de Instrumentación y Fotónica (LIF), de la Universidad Federal de Río de Janeiro (UFRJ), considera que la transmisión realizada por el grupo del CPqD es innovadora por su alta velocidad de envío y por la distancia alcanzada. Martins Werneck afirma que hay varios grupos de investigación que persiguen resultados similares porque el mercado necesita esa tecnología de transmisión sin amplificadores electrónicos. En una conexión submarina intercontinental, por ejemplo, se necesita instalar el amplificador en el fondo del mar e incluso llevar un cable con energía eléctrica para alimentar al dispositivo, según explica el ingeniero. El mantenimiento, en caso de falla, lo realiza un robot que busca el cable en el fondo del mar y lo lleva a la superficie para que los técnicos realicen la reparación a bordo de un buque. Ese servicio cuesta unos 100 mil dólares diarios. “Mediante la transmisión sin necesidad de amplificadores electrónicos, el riesgo de fallos sería menor. Y también habría menos dispositivos que podrían presentar problemas diseminados por el trayecto”.

Un mercado posible para esos aparatos de transmisión de datos ultrarrápidos a través de largas distancias, según Sampaio, es el de la explotación petrolera en alta mar. Las empresas necesitan disponer de conexión entre sus plataformas y las bases en tierra firme, y la estrategia del CPqD permitiría la eliminación de los amplificadores. Algunas plataformas de Petrobras, por ejemplo, se encuentran a más de 200 km de la costa. La compañía Padtec, instalada en Campinas y ligada al CPqD, desarrolla, fabrica y comercializa sistemas de comunicaciones ópticas, y ya tiene disponible en el mercado esa tecnología de transmisión sin amplificadores electrónicos, pero con menor alcance y una velocidad más baja.

Más allá de perfeccionar todo el dispositivo, los investigadores también se valieron de modelos matemáticos para analizar los factores que podrían afectar la transmisión de la información. El grupo, integrado por nueve científicos con diferentes especialidades, seleccionó la mejor configuración para las técnicas de transmisión, procesamiento digital de señales y corrección de errores para reproducir el experimento en el laboratorio. Los sistemas de transmisión y de recepción, además de los 370 km de fibra óptica, enrollados en carreteles de 50 km, se instalaron en un laboratorio del CPqD en Campinas. El resultado de ese experimento fue publicado el 18 de julio, en la versión online de IEEE Photonics Technology Letters. Y los investigadores prometen continuar trabajando. “Queremos enviar señales con tasas de transmisión de datos mayores y a distancias aún más largas”, dice Sampaio.

Artículo científico
JANUÁRIO, J. C. S. S. et al. Unrepeatered transmission of 10×400G over 370 km via amplification map optimization. IEEE Photonics Technology Letters. Online. 18 jul. 2016.