Vivimos en una era de la información en la que Internet es un derecho humano básico. No fue fácil alcanzar el nivel de desarrollo actual, pero pudimos, y ahora las tecnologías nos permiten vivir en ese futuro, que hasta hace poco se revelaba solo en las páginas de los libros. Está claro que las tecnologías no aparecieron de repente, algunas de ellas tienen sus raíces en el pasado lejano.
Una de estas tecnologías es la comunicación óptica. Se ha utilizado desde la antigüedad. Pero ahora tenemos carreteras submarinas, sistemas láser satelital y mucho más. Echemos un vistazo a cómo ha evolucionado la comunicación óptica a lo largo del tiempo.
Semáforos y heliógrafos
El hecho de que la velocidad de la luz sea mucho mayor que la del sonido, lo entendió la gente hace mucho tiempo. Y comenzaron a aplicar este conocimiento en la práctica. Estamos hablando de señales luminosas que se utilizaron activamente, por ejemplo, en la Antigua Grecia. Por supuesto, supusieron usar la luz y otras civilizaciones, pero entre los griegos, todo esto estaba especialmente bien desarrollado.
Telégrafo gráfico: reconstrucción de un museo en Tesalónica, Grecia
Los griegos construyeron un sistema conocido como Frictoria. Son torres en las cimas de las montañas. Los guardias de las torres encendieron fuegos en una cadena, que eran claramente visibles a una distancia de hasta 50 km. En consecuencia, el mensaje enviado llegó al punto deseado muy rápidamente. Algunas fuentes incluso dicen que así se difundió por Grecia el mensaje sobre la captura de Troya.
Fueron los griegos quienes idearon un código especial para señales luminosas. Las torres tenían dos grupos de 5 antorchas cada uno. Cada uno de ellos representa un elemento del cuadrado de Polibio . En consecuencia, el cambio de ubicación de los elementos en esta matriz hizo posible codificar y transmitir una variedad de mensajes. Otra opción es el telégrafo hidráulico, que se utilizó durante la Primera Guerra Púnica para enviar mensajes entre Sicilia y Cartago.
Esto es lo que dice Wikipedia sobre este telégrafo: “Se aplicaron diferentes códigos predefinidos a las varillas en diferentes puntos de altura. Para enviar un mensaje, el operador de envío utilizará una linterna para señalar al operador de recepción; una vez que estén sincronizados, abrirán simultáneamente las boquillas en el fondo de sus contenedores. El agua se drenará hasta que el nivel del agua alcance el valor deseado, después de lo cual el emisor baja la antorcha y los operadores cierran simultáneamente sus grifos. Por lo tanto, la duración de la visibilidad de la linterna del remitente puede correlacionarse con códigos y mensajes predefinidos específicos ".
Los semáforos se utilizaron mucho más tarde. En el siglo XVIII se creóotro tipo de telégrafo óptico, cuya red se extendió más tarde por Francia. Era la red de comunicaciones militares.
Un elemento separado del sistema es una torre con postes móviles. Se desarrolló un "alfabeto" donde cada letra tenía una posición específica para los polos. La primera línea de telégrafo óptico se construyó entre París y Lille. La posición de los polos se cambió utilizando 196 posiciones diferentes, de modo que fue posible representar no solo letras, sino también palabras individuales. Cada estación fue atendida por dos empleados. Uno miraba la torre vecina y sus postes, el segundo copiaba la posición de los postes del vecino, y así a lo largo de la cadena. El problema con este sistema era que funcionaba solo durante el día y solo en condiciones climáticas relativamente buenas. Nubes, lluvia, oscuridad: todo esto detuvo el trabajo de los semáforos.
Pero durante las horas del día y con buen tiempo, el sistema funcionaba bien. La tasa de transferencia de datos es de aproximadamente 2-3 caracteres por minuto entre estaciones vecinas. De París a Lille, se llega a un personaje en unos dos minutos, que son 230 km. Para ese momento, fue solo un sueño.
Los sistemas basados en una u otra señal se utilizaron ampliamente en los siglos XIX y XX, especialmente en tiempos de guerra. Desde la invención del código Morse, las cosas se han simplificado muchas veces.
Invención de Bell
Hay muchos proyectos de bricolaje ahora en los que la señal de audio se transmite mediante un láser. No es tan difícil construir un sistema así. Pero todos estos proyectos se basan en la idea de Alexander Bell, quien en 1880 creó un "fotófono". El principal portador de información es la luz, no un láser, por supuesto, sino la luz solar. Al mismo tiempo, fue el fotófono lo que Bell consideró su invento más importante, y no el teléfono.
La acción de este dispositivo se basa en la propiedad del selenio para cambiar su conductividad eléctrica cuando se expone a la luz solar. Se reflejan en el espejo que, a su vez, vibra bajo la influencia del sonido. El receptor de señales aquí son solo células de selenio cristalinas. El espejo moduló el haz de luz enfocando o dispersando la luz de una fuente. Bell y un socio crearon una configuración de prueba que ayudó a transmitir la señal a una distancia de aproximadamente 213 metros.
Pero, por supuesto, este dispositivo tenía una gran cantidad de desventajas, incluida la capacidad de funcionar solo en climas despejados y a una distancia relativamente corta. Pero sea como sea, el invento de Bell se considera el precursor de las líneas modernas de fibra óptica.
Y luego - fibra de vidrio
Si excluimos un par de proyectos militares, las telecomunicaciones en el siglo XX se implementaron utilizando cables coaxiales y radiación con una frecuencia de 1-10 GHz. Así fue hasta la llegada de la fibra óptica en los años 70 del siglo pasado. Muy rápidamente, se convirtió en el principal canal de comunicación con un gran ancho de banda.
La fibra se ha convertido en la respuesta a los desafíos de las comunicaciones coaxiales. Su principal desventaja es que la señal debe amplificarse aproximadamente cada kilómetro para compensar las pérdidas de transmisión. En las comunicaciones inalámbricas por radiofrecuencia (RF), el espaciado de los repetidores puede ser mucho mayor, pero en ambos casos el ancho de banda está limitado a ~ 100 Mbps debido a la frecuencia de la portadora de RF "baja".
La fibra óptica resolvió todos estos problemas. Y después de un par de años, la fibra óptica se ha convertido en lo que es hoy. Entonces, en 1977, General Telephone and Electronics (ahora GTE Corporation) envió el primer tráfico telefónico directo del mundo a través de un sistema de fibra óptica a una velocidad de 6 Mbps. Actualmente, la red de fibra óptica del mundo tiene más de 400 millones de kilómetros, casi tres veces la distancia al Sol.
Las comunicaciones de fibra óptica han mejorado con técnicas de multiplexación, incluida la multiplexación de longitud de onda, la multiplexación por división de tiempo o la multiplexación por división espacial. En el laboratorio, una combinación de estos métodos ha mostrado excelentes resultados: los datos se transfirieron a una velocidad de 11 Pbit / s, con una pérdida de solo el 5% por kilómetro. Los repetidores se instalan cada 80 km, lo que por supuesto es mucho mejor que en el caso del cable coaxial.
Internet desde una bombilla
Además de la fibra, existen otros métodos de transmisión de datos de alta velocidad y sin cables. Esta es la comunicación óptica inalámbrica tal como es. LiFi es una tecnología de comunicación inalámbrica bidireccional de alta velocidad.
Es cierto que este método requiere una bombilla LED, no una bombilla incandescente. Está claro que la tecnología funciona solo en la línea de visión, y cuanto más lejos del punto de transferencia de datos, peor es la conexión.
Una de las primeras ilustraciones para explicar cómo funciona el sistema. Aquí, como podemos ver, dispositivos portátiles en lugar de teléfonos inteligentes
Para LiFi, se ha desarrollado un protocolo propietario, IEEE 802.15.7, que define tres capas físicas (PHY) con diferentes anchos de banda:
- PHY I fue diseñado para uso en exteriores y funciona a velocidades de 11,67 Kbps a 267,6 Kbps.
- PHY II permite alcanzar velocidades de datos de 1,25 Mbps a 96 Mbps.
- PHY III está diseñado para múltiples fuentes con un método de modulación específico: Color Shift Keyring (CSK), que se puede traducir como Wavelength Shift Keying. PHY III puede alcanzar velocidades de 12 Mbps a 96 Mbps.
La tecnología no ha recibido mucha difusión, pero se utiliza en algunos lugares. Básicamente, estamos hablando de sistemas industriales, en lugares con fuertes interferencias electromagnéticas, donde casi cualquier comunicación por radio es imposible o difícil.
¿Qué pasa con la comunicación óptica inalámbrica y de larga distancia?
Desafortunadamente, no hay mucho de lo que presumir aquí. Muchas empresas han comenzado a probar la tecnología de transmisión de datos utilizando láseres u otros sistemas ópticos. Pero, por regla general, estas pruebas no fueron más allá del laboratorio o el sitio de prueba.
Por ejemplo, el año pasado, los desarrolladores de Alphabet construyeron una red inalámbrica experimental en Kenia que usa luz. Esto no es fibra óptica, la base del sistema es un haz de luz, que se enfoca en un punto de recepción remoto: una estación de recepción.
El proyecto se llamó Proyecto Taara . En el curso de su implementación, fue posible lograr la transmisión de datos a una distancia de aproximadamente 20 km sin implementar una infraestructura cableada. Las pruebas arrojaron un buen resultado. Pero a pesar de esto, se decidió entonces cerrar el proyecto.
Lo mismo puede decirse del segundo proyecto de la misma empresa, Loon. Durante varios años se desarrolló este proyecto, pero hace apenas unas semanas decidieron cerrarlo.
Hay proyectos más pequeños que se han implementado. Por ejemplo, Koruza ofrece comunicación láser a una velocidad de aproximadamente 10 Gbps, pero la distancia no supera los 150 m. En algunos casos, los proveedores de Internet utilizan transmisores láser para proporcionar instalaciones de comunicación remotas de la red troncal principal. A veces, los usuarios también crean tales sistemas, pero tales sistemas no son muy comunes.
Además, a principios de año, Elon Musk dijo que los satélites Starlink estaban equipados con comunicaciones láser para cubrir las regiones polares. Y en un año, todos los satélites Starlink que se envíen a la órbita estarán equipados con comunicaciones láser.
Gracias al tipo adicional de comunicación, los residentes de Alaska también recibirán acceso de banda ancha a Internet, como la compañía describió en su solicitud a la FCC.
Los láseres permiten que los satélites se mantengan en contacto no solo con las estaciones terrestres, sino también entre sí, y no importa dónde esté el "colega", en el mismo plano orbital o en uno vecino. En consecuencia, el operador podrá minimizar el número de estaciones terrestres, ampliando el área de cobertura de las regiones remotas donde no hay ninguna estación terrestre. Además, la latencia se reduce a medida que disminuye el número de intermediarios entre satélites y estaciones terrestres.
