01 out Transmissão de sinal digital (

01/10/2021

Introdução: todas as ondas eletromagnéticas no vácuo viajam na mesma velocidade, equivalente à constante universal c, com um valor aproximado de c = 2,988 x 10⁸ m/s = 29,98 cm/ns (≈ 30 cm/ns) 

Na parte 1 desta notícia, vimos que a velocidade das ondas eletromagnéticas de sinais elétricos é reduzida para 80-90% quando transmitida por um bom condutor metálico. O mesmo acontece com a luz quando se move através de diferentes meios:

V_ vácuo = c ≈ 2.998 x 10⁸ m/s

V_ar ≈ 2.997 x 10⁸ m/s

V_água ≈ 2.250 x 10⁸ m/s

V_vidro V ≈ 1.970 x 10⁸m/s

V_quartzo ≈ 1.940 x 10⁸ m/s

V_silício ≈ 0,748 x 10⁸ m/s

A fibra óptica é um fio flexível e transparente feito de vidro (óxido de silício, comumente conhecido como sílica) ou plástico com um diâmetro da ordem de um fio de cabelo humano.

A principal diferença entre a fibra óptica e o vidro normal é sua atenuação, que em vidros normais está na faixa de 100-1000 dB/km, enquanto a tecnologia atual para a fabricação de fibra óptica permite atingir valores de atenuação tão baixos quanto 0,16 dB/km.

Para efeito de comparação, você poderia olhar através de uma janela de fibra óptica com um quilômetro de espessura com a mesma clareza com que o faria através de um vidro com a espessura de um cabelo humano.

A outra grande vantagem dessa tecnologia é que a transmissão do sinal se dá por meio de laser que, sendo um feixe de luz “coerente”, é transportado em uma única frequência, portanto não apresenta um fenômeno limitante como distorção de fase ou amplitude que ocorre na transmissão de pulsos elétricos ou em espaço aberto.

Portanto, sua frequência de transmissão (ou largura de banda do canal) é muito maior. Com a tecnologia atual, é possível gerar pulsos de luz laser com um período de transmissão de até alguns femtossegundos (T = 10^-15 s, f = 10¹⁵ Hz) que é equivalente a 0,000001 nanossegundos, ou o tempo que leva para a luz viajar 0,3 micrômetros no vácuo.

Devido à finura de seu interior, uma fibra óptica é um guia de ondas (1) para frequências ópticas. Para comprimentos superiores a 1000 metros, a fibra óptica monomodo (SM) é geralmente usada e para comprimentos mais curtos multimodo (MM).

Em 2021, uma equipe NICT conjunta, Nokia Bell Labs e Prysmian Group conseguiram atingir uma transmissão recorde de 1 Petabit/s = 1000 Terabits/s = 10⁶ Gigabits/s = 10¹⁵ bits/seg por meio de um único núcleo quinze- modal de 0,125 mm de fibra óptica.

(1) Um guia de ondas é qualquer estrutura física que orienta as ondas eletromagnéticas. No guia de ondas, os campos elétricos e magnéticos são confinados em seu interior de forma que as perdas e interferências com outros sinais sejam mínimas.

O número de frequências e formas de sinal que podem se propagar em um guia de onda é limitado aos modos de propagação, que são as soluções das equações de onda derivadas das equações de Maxwell, que satisfazem as condições de contorno.

A transmissão de sinais em modos de propagação por guias de onda também é usada em comunicações PLC (Power Line Communications) e para alimentar sinais de micro-ondas (uma prática que está sendo gradualmente eliminada).

Referências: Wikipedia, Signals, The Science of Telecommunications, John R. Pierce e A. Michael Noll, Editorial Reverté, S.A., 1995