O que são transmissores de detecção coerente?

A tecnologia de “detecção coerente” foi desenvolvida para ampliar ainda mais a velocidade de transmissão nas redes de fibra óptica. Ela permite que a capacidade de banda em cada feixe de luz seja multiplicada.

Hermano Albuquerque, diretor geral LATAM para o Grupo Halo/Skylane

  Como sabemos, o mundo moderno das telecomunicações digitais utiliza números binários na transmissão dos dados. Isso significa simplesmente que esses dados são codificados como uma grande sequência de O’s ou 1’s que, combinados, representam as informações que queremos transmitir. Por exemplo, podemos dizer que a sequência 1001 representa a letra “A”, enquanto a sequência 0111 representa a letra “R”. Esse tipo de codificação vem sendo utilizado há décadas por todos os sistemas de transmissão digital. Essa unidade de informação no mundo digital, 0 ou 1 é o que chamamos de “bit”.

  É fácil imaginar que a eficiência no mundo das telecomunicações está diretamente relacionada com a capacidade de transmitir milhões ou bilhões de bits no menor tempo possível. Por isso, sempre avaliamos a eficiência e qualidade das redes por sua capacidade de transmissão em Gpbs ou bilhões de bits por segundo (Giga = bilhões).

  Nos sistemas de transmissão por fibra óptica não poderia ser diferente. Como a transmissão é feita por um sinal de luz (sinal óptico), precisamos de uma forma para representar os bits. Obviamente, a forma mais simples de representar um bit 0 ou 1 é utilizar pulsos de luz transmitidos por um laser, dispositivo muito comum nos transceptores ópticos. Por exemplo, a ausência de luz (laser desligado) pode representar um bit 0 e a presença de luz representar um bit 1. No mundo da fibra óptica, essa forma de detectar um bit 0 ou 1, pela simples ausência ou presença do pulso de luz, é chamada de “detecção direta”. A imagem abaixo exemplifica como funciona esse método de transmissão.

  A “detecção direta” se tornou muito popular e, por esse motivo, muitos transceptores ópticos do mercado utilizam esse método de transmissão e recepção. Porém, quanto maior a velocidade de transmissão que queremos obter, mais rapidamente precisamos transmitir pulsos de luz que se acendem e se apagam bilhões de vezes a cada segundo, um feito certamente impressionante mesmo para a eletrônica mais avançada.

  Com a detecção direta, a capacidade de transmissão depende da distância que se quer atingir, sendo possível transmitir 25 Gbps a até 15 km, 10 Gbps a 100 Km e 56 Gbps a 1 Km.

  Vamos lembrar que na vida real, a luz é uma onda de energia “eletromagnética”. Esse termo significa apenas que a luz é, na verdade, formada por duas ondas de energia, sendo uma elétrica e outra magnética (por isso, o termo “eletromagnético”). A ilustração abaixo representa o que ocorre, na prática, na detecção direta.

  Ao longo do tempo, novas tecnologias foram desenvolvidas com o objetivo de ampliar a capacidade de transmissão nas redes de fibra óptica, como por exemplo o DWDM, que permite que múltiplos sinais de luz sejam transmitidos em uma única fibra, cada sinal em um diferente comprimento de onda. Assim, foi possível ampliar o número de “canais” transmitidos em uma mesma fibra, embora, nesse caso, cada canal manteve sua capacidade de transmissão original.

  No DWDM, somamos a taxa de transmissão de todos os canais para determinar a capacidade total de transmissão na fibra utilizada. Então, ao se implementar 10 canais DWDM em uma rede de fibra óptica, na prática estamos multiplicando por 10 a capacidade de transmissão de tal rede. O DWDM tem sido um dos principais métodos na ampliação de banda principalmente nas redes de longa distância e tem se tornado um aliado importantíssimo na rápida ampliação da infraestrutura em todo o mundo.

  Porém, para ampliar ainda mais a velocidade de transmissão nas redes de fibra óptica, foi desenvolvida a tecnologia de “detecção coerente”, que permite que a capacidade de banda em cada feixe de luz seja multiplicada. Ou seja, além de ser possível transmitir vários feixes de luz (diferentes comprimentos de onda) em uma única fibra com o uso do DWDM, agora também é possível aumentar a capacidade de transmissão em cada canal ou em cada comprimento de onda.

  Para fazermos isso é necessário utilizar outro método de transmitir as informações, modificando as características da onda de luz e determinando como devemos detectar os dados no lado do receptor. Como já mencionamos, o sinal de luz é uma onda de energia, portanto, podemos utilizar três atributos dessa onda: amplitude, fase e polarização.

Amplitude

  A amplitude nada mais é do que a “altura” da onda. Esse nível é medido desde a base da onda (ponto zero) até o pico máximo. Podemos utilizar diferentes alturas para representar diferentes bits. Por exemplo, uma onda de baixa amplitude pode representar dois bits “00”, uma onda de média amplitude pode representar dois bits “01” e uma onda de grande amplitue pode representar dois bits “11”. Assim, conseguimos transmitir mais bits apenas mudando a amplitude (altura) da onda.

Fase

  De uma forma simples, a fase da onda representa o ponto em que a onda se encontra no momento exato em que a recebemos ou quando a medimos no receptor. Se no momento que medimos o sinal de luz, a onda está no nível mais baixo, dizemos que a fase é 0^o (zero grau). Se no momento que medimos o sinal, a onda está no nível mais alto (pico), dizemos que a fase é 90º (noventa graus).

  Se, no lado do receptor, recebemos a onda de luz em pontos (fases) diferentes, podemos também definir que cada um desses diferentes pontos representa diferentes conjuntos de bits. Assim, também aumentamos a nossa capacidade de transmitir as informações. Uma onda na “Fase 0^o” pode representar um determinado conjunto de bits e a onda na “Fase 90^o” pode representar outro conjunto de bits.

Polarização

  Se você observar, a luz é composta de duas ondas, sendo uma onda elétrica e a outra magnética (por isso o termo “eletromagnética”, conforme mencionamos). Essas duas ondas são mostradas na ilustração acima como as duas ondas em roxo e verde. A polarização determina como essas duas ondas estão posicionadas ou qual das duas ondas está na horizontal ou na vertical. Ao reposicionar a inclinação de cada onda, elétrica ou magnética, estamos modificando a “polarização” da onda de luz. Assim, podemos dizer que uma onda polarizada na horizontal representa bits “01” enquanto uma onda polarizada na vertical representa bits “11”, apenas como exemplo. Existem 4 tipos de polarizações diferentes, o que aumenta o número de bits que podemos transmitir.

  No fim, a combinação desses três atributos da onda de luz (amplitude, fase e polarização) fornece uma ferramenta poderosa para multiplicar nossa capacidade de transmitir mais informações em menor tempo. Essa técnica é o que chamamos de “detecção coerente” e a ilustração abaixo apresenta um comparativo resumido entre a detecção direta e a detecção coerente. Observe que na detecção coerente é possível transmitir um número muito maior de bits para o mesmo período de tempo.

  A tecnologia de detecção coerente somente foi possível em função do enorme progresso na ciência dos materiais e principalmente no desenvolvimento de novos chips para processamento digital de sinais, os chamados DSPs – Digital Signal Processors. Tal tecnologia já atingiu plenamente o mercado de transceptores ópticos trazendo um imenso benefício para os operadores e proporcionando um imenso ganho de escala nos negócios. Com o uso da detecção coerente, atualmente, é possível atingir taxas de 400 Gbps a até 100 Km ou mais em uma única fibra e já estamos antecipando a chegada, em breve, de soluções que podem alcançar até 800 Gbps.

  No entanto, a detecção coerente exige maior capacidade de processamento dos chips e, consequentemente, aumenta a energia consumida pelo sistema. Portanto, ainda mais nesse caso, a escolha por transceptores ópticos de altíssima qualidade se faz extremamente importante. Transceptores de baixa qualidade podem facilmente superaquecer e provocar degradação na qualidade da transmissão. Infelizmente, em muitos casos, tais características não são percebidas em um teste simples de 10 minutos. A degradação da transmissão com produtos de baixa qualidade pode ocorrer ao longo do tempo, à medida em que o aquecimento gradual dos componentes eletrônicos afeta o desempenho do sistema. Por isso, para preservar seu investimento, procure produtos comprovados, com certificação internacional, referências comprovadas e garantia de qualidade e suporte.

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Edgar Amorim, Analista comportamental e coach, da Amorim & Pimentel