Introducción
La comunicación óptica inalámbrica, también denominada comunicación óptica de espacio abierto [FREEDIC, 2004], consiste en el uso de enlaces ópticos entre puntos ubicados ya sea dentro de la atmósfera terrestre o en el espacio exterior. Usualmente, los enlaces ópticos utilizan láser para transmisión de largo alcance y radiación infrarroja para distancias cortas.
Para clasificar los diferentes tipos de comunicación óptica inalámbrica se pueden utilizar distintos criterios que son relativamente ortogonales. Según la forma de establecer la comunicación se pueden distinguir las que requieren línea de visión (Line of Sight - LOS) y las difusas. Existen muchos usos para las comunicaciones ópticas inalámbricas en LOS, por ejemplo, enlaces láser entre edificios e intersatelitales, redes LAN infrarrojas con múltiples estaciones base ubicadas en el techo y redes PAN utilizando IrDA, que es la tecnología óptica inalámbrica más ampliamente utilizada. Por su parte, las comunicaciones por infrarrojo difuso utilizan una superficie para reflejar las ondas de luz y así permitir el acceso a la comunicación desde cualquier lugar de un sitio cerrado. Otro criterio, es el tipo de señal portadora, que puede ser láser o infrarroja.
También, según el uso que se le da a la comunicación, se pueden distinguir las redes ópticas inalámbricas de área personal (PAN), de área local (LAN), de área metropolitana (MAN) y la comunicación intersatelital. Por último, existe una categoría especial, la comunicación inalámbrica híbrida, que permite beneficiarse de las fortalezas de la transmisión óptica y de la radio frecuencia. Las redes inalámbricas híbridas permiten además lograr alta disponibilidad gracias a la redundancia.
Luego de analizar las distintos tipos, fortalezas y debilidades de las comunicaciones ópticas inalámbricas, se puede concluir que el uso de infrarrojo resulta muy conveniente para transmisiones de corto alcance y con un modelo de uso de tipo Point and Shoot como el utilizado por IrDA. Esto se debe a su precio económico, altas tasas de transmisión y excelentes niveles de seguridad. Sin embargo, en el campo de las WLAN todavía es necesario lograr avances en la tecnología óptica si se quiere competir con la radio frecuencia. La razón de ser de esto es la baja eficiencia en potencia de la transmisión infrarroja, que no permite alcances adecuados a la magnitud de una LAN. Adicionalmente, las tecnologías inalámbricas híbridas surgen como una innovadora alternativa aplicable a enlaces de larga distancia, ofreciendo soluciones adecuadas para MAN, enlaces intersatelitales y para resolver el problema de la última milla, proporcionando una comunicación de alta disponibilidad. Por último, resulta adecuado considerar el uso de transmisión óptica inalámbrica en ambientes críticos donde se requiere evitar la interferencia con radiofrecuencia, o dicha banda se encuentra muy congestionada.
Redes inalámbricas ópticas - Free Space Optics (FSO)
La tecnología óptica láser punto a punto se utiliza para conectar redes en áreas metropolitanas densamente pobladas. Permite conectar redes que se encuentran separadas desde unos pocos metros hasta 4 o 5 kilómetros. Esta tecnología utiliza el espectro no licenciado mediante rayos de luz infrarroja y se pueden alcanzar velocidades de hasta 1500 Mbps.
Un inconveniente es la necesidad de los equipos cuenten con una línea de visión directa entre ellos, es decir no puede haber otros edificio, arboles u otras estructuras que bloqueen la línea de visión entre ellos. Pero esto se compensa con el hecho de que no es necesario negociar o pagar derechos por la utilización de la azotea ya que puede instalarse detrás de una ventana.
Otras ventajas de esta tecnología incluyen el hecho de que no hay que tirar ningún cable o fibra óptica ni contratar enlaces a las empresas de telecomunicaciones. Es relativamente fácil de instalar y, a diferencia de las microondas, no requiere una licencia por el uso del una radiofrecuencia. Es inmune a interferencias o saturaciones.
La señalización óptica con láseres es inherentemente unidireccional, de manera que cada edificio necesita su propia unidad inalámbrica óptica cada una de las cuales constan de un transceptor óptico con un transmisor (láser) y un receptor (fotodetector) para proveer una comunicación bidireccional o full-duplex . Este esquema ofrece un ancho de banda muy alto y un costo muy bajo. La ventaja del láser, un haz muy estrecho, es aquí también una debilidad. Apuntar un rayo láser de 1 mm de anchura a un blanco de 1 mm a 500 metros de distancia requiere mucha puntería y precisión en la instalación. Por lo general, se añaden lentes al sistema para desenfocar ligeramente el rayo.
Inconvenientes
Uno de los principales problemas de los sistemas de comunicación basados en tecnología óptica es la niebla densa. La lluvia y la nieve tienen poco efecto sobre estos sistemas, pero la niebla es diferente. La niebla esta compuesta por pequeñas gotas de agua suspendidas, que solo poseen unos pocos cientos de micrones de diámetro, pero pueden cambiar las características de la luz o impedir su pasaje completamente a través de una combinación de absorción, dispersión y reflexión. La solución para este problema es disminuir la distancia de los enlaces e incluir redundancia. Por ejemplo existen productos que poseen hasta cuatro transmisores láser y cuatro receptores que aumentan notablemente la confiabilidad de la comunicación.
Con respecto a la seguridad, estos dispositivos utilizan tecnología láser para realizar las transmisiones, lo cual plantea principalmente un posible inconveniente. Este es la exposición directa de los ojos a los rayos de luz, sin embargo los láseres utilizados trabajan a una longitud de onda segura, por ejemplo 850 nm con clasificación de tipo Class 1 de la IEC/CDRH.
Fuentes:
[IEEET] Svetla T. Jivkova , Mohsen Kavehrad , "Multispot diffusing configuration for wireless infrared access" , IEEE Transactions on Communications, no. 6 , June 2000. Pags 970-978
[WLAN] Wireless Local Area Networks and IR WLANS
[IRDA1] Irda.org
[LIGTHP] LightPointe
Para clasificar los diferentes tipos de comunicación óptica inalámbrica se pueden utilizar distintos criterios que son relativamente ortogonales. Según la forma de establecer la comunicación se pueden distinguir las que requieren línea de visión (Line of Sight - LOS) y las difusas. Existen muchos usos para las comunicaciones ópticas inalámbricas en LOS, por ejemplo, enlaces láser entre edificios e intersatelitales, redes LAN infrarrojas con múltiples estaciones base ubicadas en el techo y redes PAN utilizando IrDA, que es la tecnología óptica inalámbrica más ampliamente utilizada. Por su parte, las comunicaciones por infrarrojo difuso utilizan una superficie para reflejar las ondas de luz y así permitir el acceso a la comunicación desde cualquier lugar de un sitio cerrado. Otro criterio, es el tipo de señal portadora, que puede ser láser o infrarroja.
También, según el uso que se le da a la comunicación, se pueden distinguir las redes ópticas inalámbricas de área personal (PAN), de área local (LAN), de área metropolitana (MAN) y la comunicación intersatelital. Por último, existe una categoría especial, la comunicación inalámbrica híbrida, que permite beneficiarse de las fortalezas de la transmisión óptica y de la radio frecuencia. Las redes inalámbricas híbridas permiten además lograr alta disponibilidad gracias a la redundancia.
Luego de analizar las distintos tipos, fortalezas y debilidades de las comunicaciones ópticas inalámbricas, se puede concluir que el uso de infrarrojo resulta muy conveniente para transmisiones de corto alcance y con un modelo de uso de tipo Point and Shoot como el utilizado por IrDA. Esto se debe a su precio económico, altas tasas de transmisión y excelentes niveles de seguridad. Sin embargo, en el campo de las WLAN todavía es necesario lograr avances en la tecnología óptica si se quiere competir con la radio frecuencia. La razón de ser de esto es la baja eficiencia en potencia de la transmisión infrarroja, que no permite alcances adecuados a la magnitud de una LAN. Adicionalmente, las tecnologías inalámbricas híbridas surgen como una innovadora alternativa aplicable a enlaces de larga distancia, ofreciendo soluciones adecuadas para MAN, enlaces intersatelitales y para resolver el problema de la última milla, proporcionando una comunicación de alta disponibilidad. Por último, resulta adecuado considerar el uso de transmisión óptica inalámbrica en ambientes críticos donde se requiere evitar la interferencia con radiofrecuencia, o dicha banda se encuentra muy congestionada.
Redes inalámbricas ópticas - Free Space Optics (FSO)
La tecnología óptica láser punto a punto se utiliza para conectar redes en áreas metropolitanas densamente pobladas. Permite conectar redes que se encuentran separadas desde unos pocos metros hasta 4 o 5 kilómetros. Esta tecnología utiliza el espectro no licenciado mediante rayos de luz infrarroja y se pueden alcanzar velocidades de hasta 1500 Mbps.
Un inconveniente es la necesidad de los equipos cuenten con una línea de visión directa entre ellos, es decir no puede haber otros edificio, arboles u otras estructuras que bloqueen la línea de visión entre ellos. Pero esto se compensa con el hecho de que no es necesario negociar o pagar derechos por la utilización de la azotea ya que puede instalarse detrás de una ventana.
Otras ventajas de esta tecnología incluyen el hecho de que no hay que tirar ningún cable o fibra óptica ni contratar enlaces a las empresas de telecomunicaciones. Es relativamente fácil de instalar y, a diferencia de las microondas, no requiere una licencia por el uso del una radiofrecuencia. Es inmune a interferencias o saturaciones.
La señalización óptica con láseres es inherentemente unidireccional, de manera que cada edificio necesita su propia unidad inalámbrica óptica cada una de las cuales constan de un transceptor óptico con un transmisor (láser) y un receptor (fotodetector) para proveer una comunicación bidireccional o full-duplex . Este esquema ofrece un ancho de banda muy alto y un costo muy bajo. La ventaja del láser, un haz muy estrecho, es aquí también una debilidad. Apuntar un rayo láser de 1 mm de anchura a un blanco de 1 mm a 500 metros de distancia requiere mucha puntería y precisión en la instalación. Por lo general, se añaden lentes al sistema para desenfocar ligeramente el rayo.
Inconvenientes
Uno de los principales problemas de los sistemas de comunicación basados en tecnología óptica es la niebla densa. La lluvia y la nieve tienen poco efecto sobre estos sistemas, pero la niebla es diferente. La niebla esta compuesta por pequeñas gotas de agua suspendidas, que solo poseen unos pocos cientos de micrones de diámetro, pero pueden cambiar las características de la luz o impedir su pasaje completamente a través de una combinación de absorción, dispersión y reflexión. La solución para este problema es disminuir la distancia de los enlaces e incluir redundancia. Por ejemplo existen productos que poseen hasta cuatro transmisores láser y cuatro receptores que aumentan notablemente la confiabilidad de la comunicación.
Con respecto a la seguridad, estos dispositivos utilizan tecnología láser para realizar las transmisiones, lo cual plantea principalmente un posible inconveniente. Este es la exposición directa de los ojos a los rayos de luz, sin embargo los láseres utilizados trabajan a una longitud de onda segura, por ejemplo 850 nm con clasificación de tipo Class 1 de la IEC/CDRH.
Fuentes:
[IEEET] Svetla T. Jivkova , Mohsen Kavehrad , "Multispot diffusing configuration for wireless infrared access" , IEEE Transactions on Communications, no. 6 , June 2000. Pags 970-978
[WLAN] Wireless Local Area Networks and IR WLANS
[IRDA1] Irda.org
[LIGTHP] LightPointe
