El espacio libre en la comunicación; enlaces punto a punto, vía láser

El espacio vacío como medio de transmisión de datos

Se cumplieron 30 años del primer ensayo exitoso de un sistema de comunicación óptico enlace punto a punto via laser en Ensenada

En 1991 se estableció el primer enlace punto a punto, vía láser, entre las azoteas de los edificios de Física Aplicada del Cicese y el entonces centro de cómputo de la UABC, una distancia aproximada de 370 metros, lo que constituyó uno de los primeros ensayos exitosos de un arreglo de comunicaciones ópticas en espacio libre registrados en México.

Para entonces, el desarrollo de la tecnología para transmitir datos, audio y video, se centraba en el uso de fibras ópticas. Dado que el espectro de frecuencias ya estaba bastante ocupado por radio y televisión y en la actualidad con el internet y la telefonía móvil.

Tanto la mayoría de los sectores académicos y todo el sector privado no se consideraban en esos años, el uso del espacio libre, pero grandes potencias mundiales ya trabajaban comunicadores ópticos, para adaptarlos a la utilización en satélites, dada la alta capacidad de transmisión de información.

El Dr. Arturo Arvizu Mondragón, investigador del Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones del Cicese, comentó que a diferencia de los enlaces de comunicación que emplean radiofrecuencias, cuyas señales pueden atravesar casi cualquier objeto sólido, incluyendo paredes y edificios, la luz no puede hacer esto. Se necesita estar a “línea de vista” y buenas condiciones atmosféricas para establecer enlaces óptimos.

Apuntar un láser desde un transmisor y “atinarle” a un receptor, es como un francotirador con su rifle, pero a distancias entre 500 y 1 mil kilómetros. No es algo tan sencillo.

A mediados de los años 90 se desarrolló la carga útil del primer satélite experimental mexicano, el SATEX-1, proyecto en el que participó el doctor Arvizu.

El Cicese desarrolló la estación terrena, los subsistemas de telemetría y comando, y la carga útil, en un novedoso sistema conectarla al SATEX, en órbita cuasi polar a 780 km de altura) con uno de estos sistemas por láser.

Aunque el SATEX-1 jamás fue lanzado al espacio, el sistema de comunicación fue completado.

En los siguientes años se rompió el paradigma de que los países necesitan enormes recursos para desarrollar o adquirir los satélites de comunicación que habían sido el estándar. Llegó el boom mundial de los nano satélites, CubeSat’s que redujeron los tiempos de desarrollo y el costo de los sistemas.

Poco se hizo en México hasta que en 2010 se creó la Agencia Espacial Mexicana –AEM–, y en el Laboratorio de Comunicaciones Fotónicas del Departamento de Electrónica y Telecomunicaciones del CICESE retomaron los llamados “enlaces didácticos”.

La historia de los enlaces y las distancias

La conexión lograda entre los edificios de Telemática y Física Aplicada, fue parte de las prácticas que debían hacer sus estudiantes de posgrado. Como la distancia no era muy grande, los siguientes apuntaron hacia Punta Banda, en el extremo sur de la Bahía de Todos Santos, a una distancia de 17 kilómetros.

Después, con el apoyo del Dr. Celso Gutiérrez Martínez, investigador del INAOE (en Puebla), pudieron hacerlos desde la azotea de ese instituto hacia las faldas del Iztaccíhuatl, a un sitio llamado Altzomoni, en el Estado de México, a 43 km, donde la UNAM tiene instalados equipos de monitoreo de la calidad del aire.

Con el enlace a Puebla pudieron probar los desarrollos que inicialmente fueron para el SATEX.

Otro de los retos fue conectar por láser desde la Sierra de San Pedro Mártir, en una colaboración con el Observatorio Astronómico Nacional, hasta un rancho cerca de San Felipe, una distancia de 53 kilómetros. El reto fue hacer la conexión en el desierto debido a la arena que levanta el viento.


En 2017 el Dr. Arturo Arvizu sometió un proyecto en una convocatoria de la AEM y el Conacyt para desarrollar los subsistemas que se necesitan para establecer un enlace óptico satelital de tierra a un satélite de órbita baja.

La propuesta recibió una financiación de 1.7 millones de pesos y participó personal del INAOE, del Centro de Nanociencias y Nanotecnología y del Instituto de Astronomía de la UNAM, de la UABC, del CETYS Ensenada y del Instituto Tecnológico de Sonora.

El proyecto concluyó en 2020 y cumplió con todas las especificaciones.

La comunicación con un satélite óptico cuántico

El doctor Arvizu dijo que de la estación terrena lograron incursionar en la comunicación cuántica, que es lo último en este tema.

Agregó que China es el único país que cuenta con un satélite óptico cuántico; lo lanzó en 2018. Es una comunicación de muy alta seguridad.

"Nosotros desarrollamos algoritmos para hacer algunos manejos de comunicación cuántica con estos satélites”, señaló el investigador.

El Cicese, que tiene más de 30 años de investigación en este tipo de tecnología, ha creado con estos proyectos infraestructura, humana y de laboratorio. Conseguido equipamiento como digitalizadores y procesadores digitales de señales de muy alta frecuencia para procesamiento digital de alta velocidad.

El doctor instruyó que al estar en comunicación con un satélite,  "no te va a dar tiempo a que guardes en un osciloscopio, lo lleves a la computadora y lo proceses, sino que tienes que estar haciendo el procesamiento digital en tiempo real”, finalizó.

Con información de Stephannie Lozano