El obstáculo invisible

Cuando estudiamos telecomunicaciones, muchas veces dibujamos el canal como una línea limpia entre un transmisor y un receptor. Pero en la vida real, esa línea nunca está vacía. Es decir, cuando se piensa en enviar información a un satélite, casi siempre se imagina una antena apuntando al cielo y una señal viajando sin obstáculos. Pero en realidad, entre la Tierra y el espacio existe un medio complejo, dinámico y nada silencioso: la atmósfera.

Nubes, partículas, cambios de temperatura y corrientes de aire alteran la forma en que una señal se propaga. En el caso de las comunicaciones ópticas satelitales, donde la información viaja en forma de luz láser, estos efectos se vuelven todavía más críticos.

Eso es justo lo que estudia este artículo: qué pasa cuando intentamos mandar datos desde la Tierra hacia un satélite usando un enlace óptico (láser), y ese rayo de luz tiene que atravesar kilómetros de atmósfera turbulenta antes de llegar al CubeSat . Pero tienen un precio... "La atmósfera".

Al viajar hacia el espacio, el haz láser sufre absorción, dispersión y, sobre todo, turbulencia atmosférica, un fenómeno que provoca que la intensidad de la señal fluctúe de forma aleatoria, como si el canal “parpadeara” constantemente.

Cuando un haz láser viaja desde la Tierra hacia un satélite, atraviesa capas de aire con distintas temperaturas y densidades. Esto provoca un fenómeno llamado turbulencia atmosférica, que hace que la intensidad de la señal fluctúe de forma aleatoria, como si “titilara”.

Estas variaciones producen pérdidas, distorsiones y aumentos en el error de transmisión. En el artículo, estos efectos se modelan matemáticamente para representar un canal más realista, no ideal, donde la señal sufre absorción, dispersión y fluctuaciones de potencia.

No toda señal se comporta igual ante un canal. Por eso, el estudio analiza dos formas distintas de transmitir datos:

• OOK (On-Off Keying), una técnica simple donde la información se envía encendiendo y apagando la luz.

• BPSK (Binary Phase Shift Keying), donde la información se codifica en la fase de la señal, haciéndola más resistente al ruido.

Al simular distintos ángulos, longitudes de onda y niveles de turbulencia, los resultados muestran algo muy importante:

Al final, este tipo de investigaciones recuerdan que comunicar no es solo encender un transmisor y esperar que la señal llegue. Es entender el entorno, anticipar sus efectos y diseñar sistemas capaces de adaptarse a un medio que nunca es perfecto. En los enlaces ópticos satelitales, la atmósfera deja de ser un fondo pasivo y se convierte en parte activa del canal. Estudiarla, modelarla y enfrentarla es un paso esencial para que la próxima generación de satélites pueda transmitir más datos, con mayor confiabilidad y desde plataformas cada vez más pequeñas.

Créditos

Redacción y adaptación del texto de divulgación:

Paloma Alonso, a partir del artículo:

Medina, I., Hernández-Gómez, J. J., & Couder-Castañeda, C. (2024). Impact of atmospheric turbulence on OOK and BPSK modulations for satcom optical uplink.

DOI: 10.1007/s11235-024-01103-y

BPSK logra menores tasas de error que OOK para el mismo nivel de ruido, lo que significa transmisiones más confiables usando la misma o incluso menor potencia .

Además, se observa que los mejores desempeños se alcanzan cuando el satélite está más cerca del punto vertical respecto a la estación en Tierra y cuando se utilizan longitudes de onda mayores, como 1550 nm, que se ven menos afectadas por la turbulencia.

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