Duplicar la distancia de las comunicaciones por fibra óptica ya no es una opción

A principios de febrero de 2015, investigadores de la UCL (Universidad Global de Londres) publicaron una nueva técnica para procesar señales de fibra óptica. Esta nueva técnica puede duplicar la distancia a la que los datos viajan sin errores a través de cables submarinos transatlánticos. Sin duda, representa un nuevo hito en las comunicaciones por fibra óptica. Durante los últimos dos meses, esta nueva técnica ha sido reproducida o debatida por personas en diversas comunidades y sitios de noticias de la industria de las comunicaciones por fibra óptica. Sin embargo, es posible que no sepamos mucho sobre ella y aún tengamos dudas. ¿Cómo puede lograr duplicar la distancia de las comunicaciones por fibra óptica? ¿Y revolucionará significativamente esta nueva técnica las comunicaciones por fibra óptica? Hoy vamos a hablar sobre ello.

Una breve introducción

Con el crecimiento exponencial de las comunicaciones, causado principalmente por la amplia aceptación de Internet, la demanda de ancho de banda y gran capacidad de datos ha aumentado cada vez más. Sin embargo, desde una perspectiva técnica, la atenuación, la dispersión y la no linealidad de la fibra óptica pueden limitar significativamente la velocidad de bits y la distancia de transmisión de las comunicaciones ópticas. Con la mejora en la fabricación de fibra óptica y la invención del EDFA (amplificador de fibra dopada con erbio) , se ha ganado la batalla contra la atenuación, mientras que la dispersión y la no linealidad siguen siendo fundamentales en los sistemas de comunicación óptica de alta velocidad actuales. La capacidad de transmisión alcanzable de los sistemas de comunicación de fibra óptica convencionales se ve limitada por las distorsiones no lineales causadas por el efecto Kerr y la dificultad de modular el campo óptico para aprovechar eficazmente el ancho de banda disponible. Según la investigación, debido al impacto de las no linealidades de la fibra óptica, el aumento de capacidad en la investigación de multiplexación por división de longitud de onda (WDM) se ha ralentizado a aproximadamente un 20 % anual durante la última década. Sin embargo, el límite fundamental del canal no lineal aún se desconoce, lo que significa que aún es objeto de investigación. Por lo tanto, las investigaciones recientes sobre la maximización de la capacidad de un solo núcleo de fibra se han centrado en aumentar la densidad espectral de información de cada canal WDM, empleando simultáneamente técnicas avanzadas de codificación y mitigación de la no linealidad de la fibra para maximizar la distancia de transmisión alcanzable.

Actualmente, las técnicas más utilizadas para aumentar la densidad espectral de información (DIE) de una red óptica consisten en utilizar formatos de modulación avanzados con alta cardinalidad o reducir la separación de frecuencias entre canales WDM. Sin embargo, ambas técnicas presentan limitaciones significativas. Aumentar la cardinalidad del formato de modulación implica una mayor relación señal-ruido (SNR), lo que impone exigencias estrictas a los subsistemas del transmisor y el receptor. Por otro lado, al reducirse la separación de frecuencias entre canales WDM, la interferencia entre canales empieza a causar importantes pérdidas de rendimiento debido a la diafonía lineal. Si bien se puede emplear un filtrado estricto para limitar el ancho de banda (BW) de cada canal WDM, el propio proceso de filtrado genera una interferencia entre símbolos (ISI) significativa dentro de cada canal. No obstante, si se utiliza una forma de filtro adecuada, por ejemplo, un pulso en forma de sinc con un espectro rectangular correspondiente, se puede cumplir el criterio de Nyquist para la ISI.

Para lograr una alta densidad de señal intrínseca (DIS) y, al mismo tiempo, mantener el alcance de transmisión, es necesario utilizar la compensación de no linealidad de fibra multicanal y una codificación de datos espectralmente eficiente. En este trabajo, los investigadores utilizaron un "supercanal 16QAM" compuesto por un conjunto de frecuencias que podían codificarse mediante amplitud, fase y frecuencia para crear una señal óptica de alta capacidad. La mitigación efectiva de la no linealidad se logra mediante retropropagación digital multicanal (MC-DBP), técnica que se combina con una implementación optimizada de corrección de errores hacia adelante para demostrar una ganancia récord en el alcance de transmisión del 85%, aumentando la distancia máxima de transmisión de 3190 km a 5890 km, con una DIS de 6,60 b/s/Hz. De 3190 km a 5890 km, se ha logrado duplicar la distancia de transmisión de las comunicaciones por fibra óptica. Podemos esperar que este nuevo método tenga el potencial de reducir los costos de las comunicaciones de fibra óptica a larga distancia, ya que las señales no necesitarían amplificación electrónica durante su recorrido, lo cual es importante cuando los cables están enterrados o en el fondo del océano. Por ello, esta nueva técnica ha suscitado gran interés. Para una gama más amplia de aplicaciones de este resultado de investigación, los investigadores probarán su nuevo método en supercanales más densos, comúnmente utilizados en televisión por cable digital (64QAM), módems de cable (256QAM) y conexiones Ethernet (1024QAM).

Aplicaciones y perspectivas

Las personas siempre se esfuerzan por resolver las limitaciones de la transmisión de fibra óptica de larga distancia. Sin duda, el sistema WDM es la tendencia principal. Sin embargo, debido al impacto de las no linealidades de la fibra, su desarrollo se ha ralentizado. Además, su coste sigue siendo elevado. Estos factores limitan la transmisión óptica de larga distancia e impiden que la comunicación por fibra óptica actual satisfaga la creciente demanda de las personas. Dado que esta técnica puede corregir los datos transmitidos si se corrompen o distorsionan durante el trayecto, también podría contribuir a aumentar la capacidad útil de las fibras. Esto se realiza directamente al final del enlace, en el receptor, sin necesidad de introducir nuevos componentes en el propio enlace. Aumentar la capacidad de esta manera es importante, ya que la fibra óptica transporta el 99 % de los datos y la demanda aumenta con el uso creciente de internet, que no puede ser igualado por la capacidad actual de la fibra. Además, cambiar los receptores es mucho más económico y sencillo que reinstalar los cables, lo que resulta especialmente útil para los cables enterrados o en el fondo del océano. Este nuevo hallazgo mejorará considerablemente la eficiencia de las comunicaciones por fibra óptica al duplicar las distancias de transmisión. Sin embargo, esto es solo el comienzo. Podemos enfrentarnos a muchos desafíos al utilizar esta nueva técnica en futuras aplicaciones. Entre ellos, superar los límites de capacidad de los cables de fibra óptica es una parte importante de la solución. A pesar de las numerosas dificultades, duplicar la distancia de las comunicaciones por fibra óptica ya no es un sueño y está cada vez más cerca de nosotros. Creemos que algún día se demostrarán y aplicarán técnicas más avanzadas.