1. Introducción
Las principales técnicas disponibles actualmente se clasifican en tres categorías: ópticas, electromagnéticas y acústicas. A continuación se presenta un resumen comparativo de sus características técnicas. Las tasas de transmisión de datos se refieren al límite que se puede alcanzar con funcionamiento continuo —cosa que no siempre es realizable en emisores autónomos porque reduciría drásticamente la duración de las baterías—.
1.1. Comunicación Óptica Subacuática
- Principio: Transmisión mediante luz láser o LEDs (generalmente en el espectro azul-verde, 450–550 nm).
- Frecuencia: f ≈ 100 THz (visible).
- Alcance típico: 10–100 m en agua clara; menos de 10 m en agua turbia.
- Tasa de transmisión de datos: 10 Mbps hasta varios Gbps (en distancias cortas).
- Ventajas: Alta velocidad, baja latencia.
- Desventajas: Altamente direccional, sensible a la turbidez y alineación.
- Aplicaciones: Redes de sensores, comunicaciones de AUV a superficie en entornos controlados.
1.2. Comunicación Electromagnética Subacuática
- Principio: Transmisión mediante ondas de radio de baja frecuencia (LF/VLF) o muy baja frecuencia (ELF).
- Frecuencia:
- ELF: 3–30 Hz
- VLF: 3–30 kHz
- Alcance típico:
- ELF/VLF: varios metros a decenas de metros en agua salada
- Agua dulce: hasta 50–100 m con antenas optimizadas
- Tasa de transmisión de datos: Muy baja (bps a pocos kbps); limitada por atenuación y tamaño de antenas.
- Ventajas: No requiere alineación; puede atravesar estructuras sumergidas.
- Desventajas: Baja velocidad; grandes antenas para frecuencias muy bajas.
- Aplicaciones: Comunicaciones de emergencia, entornos confinados (minas, tanques), señales de activación.
1.3. Comunicación Acústica Subacuática
- Principio: Propagación de ondas de presión (sonido) en el agua.
- Frecuencia de trabajo: 1 Hz – 1 MHz
- Larga distancia: 1–10 kHz
- Media distancia: 10–100 kHz
- Corta distancia (alta velocidad): 100–1000 kHz
- Alcance típico:
- Larga distancia (>10 km): con frecuencias bajas (1–5 kHz)
- Media distancia (1–5 km): con 10–50 kHz
- Corta distancia (<500 m): con frecuencias >100 kHz
- Tasa de transmisión de datos:
- Larga distancia: 100 bps – 1 kbps
- Media distancia: 1–10 kbps
- Corta distancia: hasta 100 kbps (en condiciones óptimas)
- Ventajas: Mayor alcance, más desarrollada tecnológicamente que otras opciones.
- Desventajas: Baja velocidad, alta latencia, fuerte distorsión por multi-trayectoria y efecto Doppler.
- Aplicaciones: Comunicaciones entre submarinos, redes acústicas subacuáticas, navegación y posicionamiento.
1.4. Comparación General
| Técnica | Alcance típico | Tasa de datos* | Frecuencia |
|---|---|---|---|
| Óptica | 10–100 m | 10 Mbps – Gbps | 10¹⁴ Hz |
| Electromagnética | 1–100 m | bps – kbps | 3 Hz – 10 MHz |
| Acústica | 100 m – 100 km | 100 bps – 100 kbps | 1 kHz – 1 MHz |
* Tasa de transmisión máxima operando continuamente. Los transmisores acústicos suelen operar con ráfagas cortas de pocos segundos cada tanto tiempo (ciclo de trabajo) para lograr autonomías largas —del orden de 1 año o más— determinadas por la duración de las baterías.
2. Consideraciones finales
Para distancias grandes, el enlace acústico subacuático es el más apropiado, teniendo en cuenta que:
- A frecuencias mayores (10–100 kHz), la atenuación es mayor, pero el ruido ambiental es menor.
- A frecuencias bajas (<1 kHz), se puede alcanzar más distancia con menor atenuación, pero el ruido es más fuerte y variable.
- La elección del rango de frecuencia óptimo depende del compromiso entre:
- Alcance requerido.
- Energía disponible.
- Nivel de ruido del entorno.
- Velocidad de datos deseada.
Cada caso particular enfrenta problemas específicos que deben resolverse en función de las siguientes cuestiones:
- Relación señal/ruido mínima para una tasa de error aceptable.
- Pérdida de transmisión acústica (en dB), función de la distancia d y la frecuencia f.
- Densidad espectral de potencia del ruido ambiente.
- Ancho de banda efectivo del canal (Hz).
- Tasa de bits deseada (bps).
- Variación inesperada del ruido por condiciones climáticas, tráfico naval, etc.
En UTelemetry se están estudiando mecanismos novedosos de transmisión que puedan adaptarse a ambientes tan distintos como lagos (que habitualmente tienen el inconveniente de multi-trayectoria), mares (que son muy absorbentes, y, en general, requieren mayores potencias), y pozos de perforación (que tienen distintos medios de transmisión como el fluido, la tubería y el terreno, lo cual presenta un desafío en el análisis de los paquetes de datos). El objetivo es tener un canal de comunicación robusto, confiable y adaptable que funcione en las más adversas condiciones con muy alta autonomía. En base a estas premisas se han desarrollado varios prototipos que fueron sometidos a pruebas de campo en la Laguna de los Padres (Buenos Aires) y el lago del Dique de Punta Negra (San Juan) con resultados satisfactorios.
Autor PhD Luis Bilbao.
Trabajo científico liderado por
- PhD Luis Bernal,
- PhD Luis Bilbao,
- Ing. Ricardo Scheffer
- Lic. Rodrigo Bilbao.
