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Un 'peine de frecuencias' aumenta la eficiencia de la fibra óptica

Un 'peine de frecuencias' aumenta la eficiencia de la fibra óptica

Investigadores estadounidenses han desarrollado un sistema que aumenta la distancia a la que puede transmitirse una información a través de la fibra óptica, sin perder calidad. Para ello, utilizan ‘peines de frecuencias’, que pre-compensan las interferencias entre los distintos canales de la fibra. Por otra parte, en Francia se ha batido un récord de transmisión en fibra óptica, con 38,4 Tbps a lo largo de 762 kilómetros. Por Carlos Gómez Abajo.

Un 'peine de frecuencias' aumenta la eficiencia de la fibra óptica Los ingenieros eléctricos han roto barreras cruciales que limitan la distancia que puede recorrer una información a través de cables de fibra óptica y que al terminar pueda ser descifrada con precisión por un receptor.

Investigadores en fotónica de la Universidad de California en San Diego (EE.UU.) han aumentado la potencia máxima – y por lo tanto la distancia – ala que se pueden enviar señales ópticas a través de fibras ópticas. Este avance tiene el potencial de aumentar las tasas de transmisión de datos de los cables de fibra óptica que sirven como columna vertebral de las redes de Internet, por cable, inalámbricas y terrestres. La investigación se publica en Science.

El nuevo estudio presenta una solución a un antiguo obstáculo para aumentar las tasas de transmisión de datos en fibra óptica: más allá de un nivel de potencia umbral, los aumentos de potencia adicionales irreparablemente distorsionan la información que viaja en el cable de fibra óptica.

«Los sistemas de fibra óptica de hoy son un poco como arenas movedizas. Con las arenas movedizas, cuanto más se lucha, más rápido te hundes. Con la fibra óptica, después de cierto punto, cuanta más potencia añades a la señal, más distorsión obtienes, evitando en la práctica conseguir un mayor alcance. Nuestro enfoque elimina este límite de potencia, lo cual aumenta la distancia a la que pueden viajar las señales por fibra óptica sin necesidad de un repetidor», dice Nikola Alic, científico investigador del Instituto Qualcomm de la universidad, autor del artículo y director del trabajo experimental.

Experimentos

En experimentos de laboratorio, los investigadores descifraron con éxito información después de que viajara un récord de 12.000 kilómetros a través de cables de fibra óptica con amplificadores estándar y sin repetidores (regeneradores electrónicos).

Los nuevos descubrimientos eliminan en la práctica la necesidad de regeneradores electrónicos colocados periódicamente a lo largo del enlace de fibra. Estos regeneradores son en la práctica superordenadores y deben aplicarse a cada canal en la transmisión.

La regeneración electrónica en la transmisión moderna de ondas de luz, que tiene entre 80 y 200 canales, también aumenta el coste y, lo que es más importante, impide la construcción de una red óptica transparente.

Como resultado, la eliminación de la regeneración periódica electrónica cambiará drásticamente la economía de la infraestructura de red, y en última instancia conducirá a una transmisión más barata y más eficiente de la información.

El avance

El avance de este estudio se basa en los peines de frecuencias de banda ancha que desarrollaron los investigadores. El peine de frecuencias descrito en el artículo garantiza que las distorsiones de la señal -las «comunicaciones cruzadas»- que surgen entre las corrientes e paquetes de información que viajan largas distancias a través de la fibra óptica son predecibles y, por tanto, reversibles en el extremo receptor de la fibra.

«La diafonía entre canales de comunicación dentro de un cable de fibra óptica obedece leyes físicas fijas. No es al azar. Ahora tenemos una mejor comprensión de la física de la diafonía. En este estudio, se presenta un método para el aprovechamiento de la diafonía para eliminar la barrera de energía de la fibra óptica», explica Stojan Radic, profesor del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Computación de la Universidad de California en San Diego y autor principal del artículo de Science, en la nota de prensa de la universidad. «Nuestro enfoque condiciona la información antes siquiera de que se envíe, por lo que el receptor está libre de las interferencias causadas por el efecto Kerr

Los experimentos de fotónica los realizaron en el Instituto Qualcomm investigadores del Grupo de Sistemas de Fotónica liderados por Radic. Afinación perfecta

El enfoque de los investigadores de la UC San Diego es similar a un maestro de conciertos que sintoniza varios instrumentos de una orquesta en el mismo tono al comienzo de un concierto. En una fibra óptica, la información se transmite a través de múltiples canales de comunicación que operan a diferentes frecuencias.

Los ingenieros eléctricos usan su peine de frecuencias para sincronizar las variaciones de frecuencia de los diferentes flujos de información óptica, llamados «portadores ópticos», que se propagan a través de una fibra óptica. Este enfoque compensa de antemano la interferencia que se produce entre los múltiples canales de comunicación dentro de la misma fibra óptica. El peine de frecuencia también se asegura de que la diafonía entre los canales de comunicación sea reversible.

«Después de multiplicar la potencia de las señales ópticas que enviamos por 20, aún podíamos restaurar la información original cuando utilizábamos peines de frecuencia desde el principio», recuerda el estudiante Eduardo Temprana, también autor del artículo. El peine de frecuencias se aseguró de que el sistema no acumulara las distorsiones aleatorias que hacen que sea imposible volver a montar el contenido original en el receptor.

Los experimentos de laboratorio involucraron configuraciones con tres y cinco canales ópticos, que interactúan entre sí dentro de los cables de fibra óptica de sílice. Los investigadores consideran que este enfoque podría ser utilizado en sistemas con muchos más canales de comunicación. La mayoría de los cables de fibra óptica de hoy incluyen más de 32 de estos canales, todos ellos interrelacionados entre sí.

En el artículo, los investigadores explican que su enfoque de referenciación a frecuencias re-compensa la validez los efectos no lineales que se producen entre los canales de comunicación dentro del cable de fibra óptica. La información es pre-distorsionada inicialmente de una manera predecible y reversible cuando es enviada a través de la fibra óptica.

Con el peine de frecuencias, la información puede ser codificada y restaurada completamente en el extremo receptor de la fibra óptica.

El mismo grupo de investigación publicó un artículo teórico el año pasado, explicando que los resultados experimentales que ahora se publican eran teóricamente posibles.

La Universidad de California ha solicitado una patente sobre el método y las aplicaciones de los carriles referenciados a frecuencias para la compensación de los deterioros no lineales en la transmisión.

Récord en Francia

Por su parte, según informa el clúster industrial europeo Celtic Plus -perteneciente a la iniciativa intergubernamental Eureka!)-, por primera vez varias decenas de terabits por segundo (es decir, 38,4 Tbps) han sido transportados más de 762 kilometros a través de un enlace de fibra óptica Lyon-Marsella-Lyon, en la red de transporte óptico de Orange, gracias a super-canales de 1 Tbps y más.

Esta prueba de campo multi-terabit, que tuvo lugar en mayo, constituye una transmisión de récord mundial, no sólo en términos de capacidad agregada (38,4 Tbps), sino también en términos de alcance de transmisión (762 kilometros).

En el proyecto, desarrollado por miembros de Celtic Plus y denominado SASER (SAfe and Secure European Routing) participaron también las empresas Coriant, Ekinops, Keopsys y Socionext. Referencia bibliográfica:

E. Temprana, E. Myslivets, B.P.-P. Kuo, L. Liu, V. Ataie, N. Alic, S. Radic: Overcoming Kerr-induced capacity limit in optical fiber transmission. Science (2015). DOI: 10.1126/science.aab1781.

RedacciónT21

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