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Comunicaciones bajo el agua más rápidas

Una nueva tecnología para el envío de ondas acústicas a través del agua podría abrir potencialmente nuevas vías de comunicación de alta velocidad bajo el agua, que sería especialmente útil en actividades como el buceo, la vigilancia de los océanos a distancia, y la exploración de aguas profundas.

Los investigadores en el Lawrence Berkeley National Laboratory (Berkeley Lab) del Departamento de Energía fueron capaces de incluir más canales en una sola frecuencia, incrementando de forma efectiva la cantidad de información capaz de ser transmitida.

Lo demostraron mediante la codificación en forma binaria de las letras que componen la palabra “Berkeley”, y transmitir la información a lo largo de una señal acústica que normalmente llevaría menos datos. Ellos describen sus hallazgos en un estudio publicado esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS).

“Es comparable al pasar de una carretera secundaria de un solo carril a una autopista de varios carriles,” dijo el autor del estudio Xiang Zhang, científico de la facultad senior de la División de Ciencias de Materiales del Laboratorio Berkeley y profesor de la Universidad de Berkeley. “Este trabajo tiene un enorme potencial en las comunicaciones acústicas de alta velocidad.”

Los datos binarios que representan la palabra “Berkeley” son convertidos por un circuito digital en información codificada en canales independientes con diferente momento angular orbital. El conjunto de transductores envía la información a través de un solo haz acústico con diferentes patrones. Los colores en el frente de onda helicoidal muestran diferentes fases acústicas. (Crédito: Chengzhi Shi / Berkeley Lab y UC Berkeley)

 

Llevar la alta velocidad a las comunicaciones subacuáticas

Mientras que la actividad humana bajo de la superficie del mar se incrementa, la capacidad de comunicarse bajo el agua no ha avanzado al mismo ritmo, limitada en gran parte por la física. Las microondas son absorbidas rápidamente en agua, por lo que las transmisiones no pueden llegar muy lejos. Las comunicaciones ópticas no son mejores ya que la luz se dispersa por micropartículas bajo el agua cuando se viaja a través de largas distancias.

La acústica de baja frecuencia es la opción que le queda a la comunicación de largo alcance bajo el agua.

Las aplicaciones de sónar abundan, incluyendo la navegación, la cartografía del fondo marino, la pesca, la topografía petróleo en alta mar, y la detección de buques. Sin embargo, la desventaja con la comunicación acústica, en particular con distancias de 200 metros o más, es que el ancho de banda disponible está limitado a un rango de frecuencia dentro de 20 kilohercios. Una frecuencia tan baja que limita la velocidad de transmisión de datos a decenas de kilobits por segundo, similar a la época de las conexiones a Internet de acceso telefónico y módems de 56 kilobits por segundo.

Los investigadores adoptaron la idea de multiplexación, o la combinación de diferentes canales a más de una señal compartida, que es una técnica ampliamente utilizada en las redes de telecomunicaciones e informática. Pero la multiplexación angular orbital es un enfoque que no se había aplicado a la acústica hasta este estudio, según los investigadores.

Según se propaga el sonido, el frente de onda acústica forma un patrón helicoidal, o haz de vórtice. Estas ondas cuentan con un “momentum” angular orbital que proporciona un grado espacial de libertad y canales independientes sobre los que los investigadores pudieron codificar datos. A continuación, utilizan algoritmos para decodificar la información de los diferentes canales, porque son independientes unos de otros.

Para su experimento se utilizaron ocho canales, por lo que en lugar de enviar sólo 1 bit de datos, pudieron enviar 8 bits al mismo tiempo.

En teoría, sin embargo, el número de canales proporcionados por el momento angular orbital puede ser mucho mayor. Los investigadores observaron que aunque el experimento se realizó en el aire, la física de las ondas acústicas es muy similar para el agua y el aire en este rango de frecuencias.

Fuente: Berkeley Lab