Redes inalámbricas y fibra óptica mejorarían conectividad en las telecomunicaciones

La propuesta consiste en la incorporación de un oscilador optoelectrónico en un sistema de radio que aporta estabilidad mediante una señal de referencia constante.

El diseño y pruebas de un prototipo que combina elementos electrónicos y ópticos, como láseres o diodos emisores de luz (oscilador optoelectrónico), demuestra una capacidad de transmisión de hasta 41 kilómetros más allá del lugar de origen. Además, mediante la implementación de un enlace inalámbrico, su alcance puede superar dicha distancia. El hallazgo representa un aporte importante a la creciente necesidad de mejorar los sistemas de comunicación existentes.

La creciente demanda en los servicios de telecomunicaciones se ha visto impulsada por la necesidad de conectividad de una variedad de dispositivos, desde electrodomésticos como lavadoras y televisores hasta el transporte de imágenes médicas de pacientes, lo cual ha llevado a una mayor carga en los sistemas de comunicación, exigiendo un ancho de banda más amplio y una gestión más eficiente del espectro, un recurso escaso.

Todas las características mencionadas demandan un mayor ancho de banda, que no alcanza a ser suministrado por las actuales tecnologías de acceso inalámbrico, por lo que se requiere el uso de frecuencias más altas. Por ejemplo, según la Comisión de Regulación de Comunicaciones para diciembre de 2022, las conexiones de internet móvil alcanzaron los 40,11 millones con un crecimiento de 5,7 % respecto a 2021, ogotá, Cartagena y Armenia son las ciudades que lideran en descargas y conectividad de usuarios.

Elkin Andrés Ladino Ordoñez, magíster en Ingeniería De Telecomunicaciones de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL), menciona que, “esta necesidad de mejorar los sistemas de telecomunicaciones ha llevado a explorar nuevas soluciones, presentándose las redes basadas en fibra óptica como una buena alternativa. Gracias a ellas se alcanzan anchos de banda del orden de los terahertz (THz) con velocidades del orden de los Gigabits por segundo (Gbps)”.

Sin embargo, las aplicaciones finales requieren consumir servicios de forma móvil, disfrutando de la misma experiencia, sin estar conectados a una red fija.

En ese sentido, anota que, “los sistemas de radio sobre fibra óptica (radio–over–fiber, ROF), integran las ventajas de ambas tecnologías: las fibras ópticas y las redes inalámbricas, y están siendo utilizados para satisfacer el enorme crecimiento en la industria de las telecomunicaciones, en especial en el servicio de datos inalámbricos”.

Precisamente, su propuesta consiste en la incorporación de un oscilador optoelectrónico en un sistema de radio que aporta estabilidad mediante una señal de referencia constante.

En general, los osciladores son componentes esenciales en el mundo de la electrónica, ofreciendo una amplia variedad de soluciones para diferentes aplicaciones. Desde generar señales para radios hasta mantener la hora exacta en un reloj, su presencia es omnipresente. Y un oscilador optoelectrónico se usa en tecnologías de comunicación óptica, sensores y en investigaciones científicas avanzadas.

La señal constante se traduce en una mejora significativa del rendimiento general de la red combinada. Según el investigador, al unir la velocidad de transmisión eficiente de la fibra óptica con la flexibilidad de las redes inalámbricas, se logra una sinergia que optimiza la eficiencia del sistema y, al mismo tiempo, satisface la creciente demanda de conectividad en la era actual.

Simulación
Para el desarrollo de su investigación, el magíster realizó la evaluación del sistema de radio sobre fibra, para lo cual utilizó equipos de radio especializados conocidos como Universal Software Radio Peripheral” (USRP), dispositivos con capacidad para generar señales de comunicación digital, que suelen ser utilizadas en este tipo de estudios.

Luego de lograr el funcionamiento del oscilador optoelectrónico y tener en marcha el sistema de radio sobre fibra, realizó la integración de los dos sistemas con lo que obtuvo inicialmente una señal en la frecuencia de 5.8 gigahercios (GHz).

“Para simplificar el proceso, transformé esta señal en una de banda baja, lo que significa que se redujo su frecuencia para facilitar la transmisión. Posteriormente, utilicé el oscilador optoelectrónico, ayudado por un mezclador, para elevar esta señal previamente reducida”, explica.

En el sistema de radio sobre fibra desarrollado utilizó tres tipos de modulación digital. La primera de ellas es la modulación por cuadratura de fase (QPSK), seguida por la modulación por cuadratura en 16 (QAM) y, por último, la modulación con cuadratura en 64 QAM.

Tales técnicas trabajan con símbolos, donde cada símbolo lleva consigo información codificada. Es importante destacar que, si bien la modulación 64 QAM permite transmitir una mayor cantidad de información, presenta la desventaja de tener un alcance limitado y ser más susceptible a interferencias externas como ruido, luz o vibraciones.

Más información: Optimización del consumo energético en redes 5G, una propuesta de la UNAL

“Dicha característica la hace más propensa a perturbaciones que puedan afectar la calidad de la comunicación. La elección entre estas modulaciones depende, por lo tanto, de consideraciones específicas de rendimiento y entorno para lograr una transmisión eficiente y confiable”, indica el magíster.

Entre los hallazgos del trabajo se encuentra que el diseño del sistema integrado alcanzó límites notables en la conexión de fibra óptica. La distancia máxima de transmisión alcanzada fue de 41 kilómetros para la señal de QPSK, 30 kilómetros para la señal de 16QAM y 18 kilómetros para la señal de 64 QAM.

Esto significa que el sistema diseñado permite transmitir la señal hasta 41 kilómetros más allá del lugar de origen. Además, la posibilidad de extender esta distancia se da mediante la implementación de un enlace inalámbrico.

Cabe mencionar que el oscilador es una tecnología aún se encuentra en una fase experimental, lo que implica algunas variaciones y la señal generada no es completamente estable al 100 %. No obstante, es relevante destacar que, a pesar de estas limitaciones, su señal es más estable en comparación con las señales electrónicas comúnmente utilizadas en la actualidad.

Más información: agencianoticias@unal.edu.co

Contenido elaborado por Universidad Nacional de Colombia sede Amazonia*

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