Luz estruturada permite comunicações ao ar livre e até embaixo d'água

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/07/2023

A nova técnica explora os muitos padrões de luz como um alfabeto de codificação, sem se preocupar com o ruído do canal.
[Imagem: Wits University]

Transmissão óptica sem ruído

Pesquisadores da Nova Zelândia desenvolveram um novo protocolo de comunicação óptica que permite transmitir informações por luz de um modo tão resistente a ruídos e interferências que, além de funcionar nas tradicionais fibras ópticas, torna-se possível até mesmo transmitir dados com alta confiabilidade pelo ar e pela água.

Os padrões de luz são uma grande promessa para um grande alfabeto de codificação em comunicações ópticas, em uma técnica conhecida como multiplexação por divisão de modo (MDM), na qual modos espaciais de luz formam a base da codificação.

Mas isto desde que consigamos vencer a suscetibilidade desses canais de luz à distorção, como na turbulência atmosférica, ou mesmo nas dobras e curvaturas excessivas das fibras ópticas.

Superando esse desafio, a equipe neozelandesa desenvolveu um novo protocolo que explora padrões espaciais de luz para codificar múltiplos canais de uma maneira que não exige que os padrões sejam reconhecidos, superando assim a limitação da distorção em canais com grande ruído.

"Este é um avanço muito empolgante porque podemos finalmente explorar os muitos padrões de luz como um alfabeto de codificação sem nos preocupar com o ruído do canal," disse o professor Andrew Forbes, da Universidade de Witwatersrand. "Na verdade, o único limite para o tamanho do alfabeto é o quão bons são os detectores."

O resultado é uma nova codificação de última geração, de mais de 50 padrões vetoriais de luz, enviados virtualmente sem ruído através de uma atmosfera turbulenta, abrindo uma nova abordagem para a comunicação óptica de alta taxa de bits.

A equipe já iniciou demonstrações em fibra óptica e em links rápidos no espaço livre.
[Imagem: Singh et al. - 10.1002/lpor.202370027]

Vetorialidade

A nova técnica se baseia em uma propriedade invariante da luz para codificar informações. Essa quantidade, que a equipe chama de "vetorialidade", escala de 0 a 1 e permanece inalterada ao passar por um canal ruidoso - o nome técnico dessa vetorialidade é in-homogeneidade da polarização, que abrange de 0 (luz escalar) a 1 (totalmente vetorial).

Ao contrário da modulação de amplitude tradicional, que é ou 0 ou 1 - ou seja, um alfabeto de duas letras -, a equipe usou a invariância para particionar a faixa de vetorialidade de 0 a 1 em mais de 50 partes (0; 0,02; 0,04 e assim por diante até 1), compondo assim um alfabeto de 50 letras.

Como o canal pelo qual as informações são enviadas não distorce a vetorialidade, tanto o emissor quanto o receptor sempre concordarão com o valor - é isto que a equipe chama de transferência de informações sem ruído.

O obstáculo crítico que a equipe superou consiste em usar padrões de luz de uma maneira que não exija que eles sejam "reconhecidos", de modo que a distorção natural de canais ruidosos possa ser ignorada. Em vez disso, a quantidade invariante apenas "acrescenta" a luz em medições especializadas, revelando uma quantidade que não percebe a distorção.

A equipe já iniciou demonstrações em fibra óptica e em links rápidos no espaço livre, e acredita que a abordagem pode funcionar em outros canais ruidosos, inclusive debaixo d'água, e tudo sem exigir novos aparatos de hardware.

"Criar e detectar a modulação de vetorialidade não requer nada além da tecnologia de comunicação convencional, permitindo que nosso protocolo baseado em modal (padrão) seja implantado imediatamente em configurações do mundo real," disse o pesquisador Keshaan Singh.

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