En un esfuerzo por superar el desafío de proporcionar internet de alta velocidad a las comunidades remotas y desatendidas de Canadá, el programa de Desafíos en Redes Seguras y de Alto Rendimiento (HTSN) del Consejo Nacional de Investigaciones de Canadá (NRC) está apoyando un proyecto que busca mejorar la infraestructura inalámbrica y cableada existente de manera rentable.
El proyecto se centra en las redes de acceso óptico, la parte de un sistema de telecomunicaciones que conecta a los usuarios finales con sus proveedores de servicios locales. Uno de los objetivos es aumentar la velocidad de transferencia de datos, también conocida como ‘rendimiento’. El proyecto también pretende reducir el consumo de energía y simplificar el diseño, la implementación y el funcionamiento de estas redes.
Lograr todo esto sin crear nuevas redes requiere un pensamiento creativo y soluciones innovadoras. Los investigadores del NRC han desarrollado un enfoque elegante: la creación de un nuevo tipo de transceptor utilizando tecnologías existentes. Los transceptores convierten las señales eléctricas en señales ópticas (de luz) y viceversa.
En el corazón de esta nueva tecnología se encuentra una invención del NRC: el peine de frecuencia óptico de puntos cuánticos. Un peine de frecuencia es un tipo especial de láser que emite luz en múltiples longitudes de onda precisas, espaciadas como los dientes de un peine. Mientras que los láseres estándar generalmente emiten luz de una sola longitud de onda (o color), el peine del NRC puede generar docenas de longitudes de onda a la vez. «Esto significa que no se necesitan diferentes transceptores para cada longitud de onda, lo que ahorra mucho dinero a los proveedores», explica la Dra. Jiaren Liu, del Centro de Investigación en Cuántica y Nanotecnologías del NRC. «Los láseres del NRC también tienen un ruido de fase e intensidad muy bajo, lo que es importante para la modulación y detección coherentes».
La complejidad técnica de las fuentes de peine miniaturizadas dificulta el diseño de aplicaciones. Por eso, fue fundamental reunir a un equipo multidisciplinario de investigadores para resolver el problema. Este proyecto colaborativo aprovecha la experiencia y el talento del NRC, la Universidad McGill y FONEX Data Systems Inc., una empresa canadiense. Mientras que nosotros aportamos experiencia en tecnologías de semiconductores y fuentes ópticas, McGill ofrece instalaciones de prueba y estudiantes que realizan análisis, simulaciones, experimentos, validación y caracterización de fuentes láser. Los puntos fuertes de FONEX incluyen la caracterización y el diseño de componentes, así como el conocimiento del mercado.
Una solución optimizada
Para satisfacer las necesidades de los proveedores, los socios están explorando el desarrollo de transceptores utilizando la tecnología de láser de puntos cuánticos del NRC y los receptores cuasi coherentes de FONEX. Idealmente, la solución reduciría 32 transceptores a uno solo.
«Esa es la verdadera propuesta de valor», afirma Pasquale Ricciardi, Director de Tecnología de FONEX. «En lugar de tener láseres separados para aplicaciones discretas, ahora tiene un láser con diferentes peines para acomodar múltiples fuentes y frecuencias láser». Señala que la tecnología del NRC puede utilizarse en una parte del sistema, mientras que la nueva tecnología de FONEX y McGill, basada en su láser sintonizable, puede completar la arquitectura.
A nivel de sistema, la combinación de la fuente de peine del NRC con el láser sintonizable de FONEX podría lograr la velocidad y los servicios que necesitan los clientes. Al combinar sus talentos, los investigadores pueden resolver los desafíos técnicos que pueda presentar este nuevo concepto. Para los proveedores de servicios, el resultado neto potencial es un medio más eficiente y rentable de ofrecer conectividad a Internet confiable y segura a través de arquitecturas y tecnologías de red óptica, incluso en comunidades remotas y desatendidas.
«Proyectos como este son muy importantes para la industria porque trabajar con académicos y otros expertos nos ayuda a reducir nuestro riesgo al intentar innovar», dice Ricciardi. FONEX está construyendo un prototipo del transceptor híbrido y trabajando con McGill y el NRC para adaptarlo a la comercialización. Hasta ahora, los equipos de investigación han probado arquitecturas de transceptores rentables y comercializables y los correspondientes algoritmos de procesamiento de señales digitales.
El Dr. Lawrence Chen, profesor de ingeniería eléctrica y computacional en McGill, informa que su equipo ha desarrollado un banco de pruebas del sistema para validar algunos de los componentes desarrollados por FONEX y el NRC. Agrega que FONEX contribuye a la asociación identificando nuevas aplicaciones para las estructuras de peine. «Trabajar con FONEX nos ha ayudado a pasar de un ejercicio académico convencional a algo que podría comercializarse».
Un nuevo enfoque de la innovación
Este es un ejemplo de innovación evolutiva. «Simplemente estamos colapsando múltiples transceptores en el extremo frontal de la red en un solo elemento», añade Ricciardi. El punto final se vuelve escalable y puede operar en toda la base de clientes. Esto permite a los proveedores utilizar su infraestructura existente sin invertir en nuevos activos.
«Para el país, es importante tener una organización como el NRC que innove y ayude a las empresas canadienses a hacer lo mismo», concluye.
Esta investigación fue apoyada por subvenciones y contribuciones otorgadas a través del Programa Colaborativo de Ciencia, Tecnología e Innovación administrado por la Oficina Nacional del Programa del NRC.
