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Module 1: Introdução à Tecnologia Fiber Optic

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Comunicação Através da Ages

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Começamos agora olhando como a comunicação em geral evoluiu através dos tempos.
Dê um palpite sobre o que foi o primeiro tipo de comunicação que as pessoas fizeram. Foram celulares?
Obviamente que não. O que mais? Antes dos celulares, qual era o método de comunicação que as pessoas tinham usado? Vamos tentar rastrear de volta. Landlines? Antes dos telefones landline como as pessoas se comunicaram? Cabos de telégrafo? Estamos falando da forma eletromagnética de comunicação, ou, de comunicação óptica, nesse sentido.
Acontece que, a comunicação como tal começou com a comunicação óptica-através de fogo e faróis. As pessoas costumavam usar faróis, espelhos, onde tinham pessoas como repetidores. Cada "repetidor" obteria alguma luz e refletiria isso com espelhos. Você pode fazer comunicação multiponto desta maneira. Aparentemente, foi assim que todas as comunicações começaram. Se você olhar para a evolução dos métodos de comunicação, antes da década de 1700s, as pessoas usavam o bronze polido, que funcionaria como espelhos. Eles usariam espelhos, que seriam usados para direcionar, rerotear informações. As pessoas usaram faróis de fogo, sinais de fumaça. Na verdade, as pessoas usaram uma fumaça colorida diferente para indicar informações diferentes. É claro que conhecemos Graham Bell, que tinha a primeira patente para o telefone. Ele primeiro realmente fez um photo-phone, e não o telefone que conhecemos hoje, onde usou espelhos leves e usados para conduzir a luz para a comunicação.
Mas, a primeira forma formal de comunicação foi feita em 1792. Foi um senhor francês de nome Claude Chappe realmente montou um link em toda a França com sinais de semáforo, que são as duas bandeiras como esta figura está indicando, e você pode ver que a forma como as bandeiras são mantidas representa um símbolo particular. Houve uma compreensão geral sobre a forma como as bandeiras eram mantidas ao que representava. Isso é algo como uma versão preliminar do código Morse, e estes são chamados como sinais de semáforo. Ele ligava a França inteira com isso, e por volta de 1700s ou início de 1800s, essa sinalização era existente através da França de maneira plena, com 200 estações de revezamento. Então, havia pessoas cujo trabalho era aprender esses códigos e segurar fisicamente essas bandeiras para representar informações. Podemos dizer que isso também é uma comunicação óptica; é só que ela é visual. Mas este é o primeiro registro da comunicação óptica formal. Taxa de bits seria determinada pelo quão rápido você pode mover sua bandeira. Geralmente, em um segundo, as pessoas poderiam mudar o sinal uma vez, e daí a taxa de bits era de 1 bits-por-segundo.

NPTEL-Fiber Optic Communication Technology, Lecture 2 Page 2 Mas depois disso, as comunicações elétricas tomaram conta, pois, seria necessário um line-of-sight para este método. Exigiria um grande número de estações de revezamento, e tantas pessoas treinadas e fazendo tudo isso, e mantendo um relógio para a sinalização o tempo todo. Assim, a partir de sinalização de semáforo, seguimos para a forma eletromagnética / elétrica de comunicação e o primeiro método de forma elétrica de comunicação é o telégrafo. Então, o código Morse, que é semelhante a um semáforo, foi desenvolvido, onde há os pontos e traços que representam diferentes alfabetos ou símbolos. A taxa típica era de 10 bits por segundo.
O primeiro telégrafo Transatlântico foi criado em 1866. Aliás, a primeiríssima vez que tentaram estabelecer o vínculo, foi um grande fracasso. Manteve-se como um desafio incompleto por muito tempo.
De um lado do lado transatlântico, havia o Lord Kelvin, e, do outro lado do Oceano Atlântico, havia Wildman Whitehouse. Sua forma de se comunicar era apenas através desta linha.
Imagine, eles estão sentados em duas extremadas opostas do Oceano Atlântico, tentando estabelecer uma linha de telégrafo e não há outra forma de comunicação. Eles estão tentando estabelecer um link de dois continentes diferentes em todo o mar, e eles estão usando a linha de telégrafo para tentar ver se eles são capazes de se comunicar uns com os outros. Acontece que um Lord Kelvin estava usando voltagens muito baixas, e ele estava usando um galvanômetro de espelho para detectar a presença ou ausência de um código Morse, enquanto que, Whitehouse estava usando voltagens altíssimas, o que costumava jogar o galvanômetro fora de escala. Foi muito difícil porque eles não tinham uma maneira de se comunicar e saber que ambos estavam operando em duas voltagens inteiramente diferentes.
Então, não tem como que Lord Kelvin pudesse ter comunicado o que estava fazendo. Ele faria

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demoraram meses para ir de navio para transmitir essa informação. Mas então, 1866 foi quando a linha de telégrafo Trans-Atlantic foi estabelecida.

A dupla trançada surgiu em mais 10 anos, que era uma linha telefônica, para comunicação analógica. O discurso foi convertido em um sinal analógico com a ajuda de um microfone, que foi transmitido através de um cabo de cobre que é o par trançado. Esta era uma forma padrão de se comunicar por muitos, muitos anos, mas uma vez que o número de assinantes de conexão aumentava, as larguras de banda não eram suficientes. Assim, para cumprir a demanda por maior largura de banda e aumento de distâncias, os pares trançados foram substituídos por cabos coaxiais. Esses cabos coaxiais, mesmo já em 1940, poderiam fornecer 3 MHz de largura de banda, o que é um número bastante grande. Para colocá-lo em perspectiva, a largura de banda dos sinais atuais do LTE é de 20 MHz.
Um canal de TV é equivalente a vários canais de voz, por isso o canal de televisão exige uma largura de banda maior. Os cabos coaxiais eram usados para todos os sistemas de comunicação, mas o problema com aqueles foi a perda de frequência dependente do cabo. O cabo atua como uma linha de transmissão, tendo sua própria característica de indutância e de capacitância. Então, o escalonamento de frequência e de largura de banda não foi possível. A fim de aumentar a largura de banda, as pessoas começaram a usar sistemas de comunicação de microondas. A vantagem dos sistemas de comunicação de micro-ondas é que eles são adequados para links de comunicação de espaço livre. Assim, já em 1948, foram sendo utilizadas frequências portadoras de 1 10 GHz, com uma velocidade de 100 Mbps. Eles tinham repetidores que podiam trabalhar em locais espaciais diferentes, e transmitir a informação. Uma vez que é espaço livre, requer ter uma linha de visão, e se o receptor não estiver na linha de visão, ou não dentro da faixa do sinal, o sinal está perdido. Por isso, para transmitir o sinal para distâncias mais longas, repetidores foram utilizados.
Já na década de 1950s, o sistema de comunicação com comunicação elétrica / eletromagnética foi muito bem estabelecido, mas a limitação era de largura de banda. Como você escala a largura de banda? Foi quando as transportadoras ópticas começaram a ser consideradas. Em caso de portadores de micro-ondas, falamos de várias GHz de frequências, e você sabe desde o seu entendimento fundamental que a largura de banda ou a capacidade de informação aumenta apenas quando a frequência da operadora aumenta. Então, as operadoras ópticas saíram para ser uma escolha muito boa porque a frequência portadora é da ordem de THz, e daí poderia ser modulada a taxas muito rápidas. Então, cerca de 1960 é quando começamos a ter comunicação óptica, e isso era viável por causa da invenção de lasers.
Em termos de comunicação óptica, como as coisas evoluem? A palavra fibra óptica foi cunhada pela primeira vez por um índio pelo nome Narinder Singh Kapany. Ele era um médico praticante no Reino Unido e ele tinha usado fibras ópticas para um propósito diferente, não para fins de comunicação. Na verdade, a Kapany tinha usado pela primeira vez para endoscópios, e ele realmente gravou imagens melhoradas com uma fibra óptica. A fibra óptica poderia ser inserida através dos furos do corpo e a imagem do que se passa no interior do corpo poderia ser feita, o que não está na linha de visão. Então, o conceito de endoscópios existia tão cedo quanto isso, mas as fibras ópticas não eram usadas para a comunicação, pois as fontes ópticas e os detectores não eram baratos e estavam indisponíveis. A atenuação

NPTEL-Tecnologia de Comunicação Ótica Fibra, Palestra 2 Página 4 da fibra óptica para distâncias mais longas foi muito alta. Para aplicações de curta distância como um endoscópio, até mesmo uma fibra lossy teria funcionado bem.

O próximo avanço veio em 1960, quando vários laboratórios demonstraram simultaneamente o laser semicondutor. Além disso, o próximo avanço veio quando as pessoas identificaram o que é aquele material que lhe dará baixa perda quando você está tentando transmitir luz de um ponto para o outro. Kao e Hockham sugeriram que o vidro deveria ser o material ideal. Corning Glass fez primeiro uma fibra comercialmente implementável que veio em 1970. A primeira fibra que foi implantada comercialmente teve uma perda de 20 dB/km o que significa que a potência do sinal diminuiu em um fator de 100 após se propagarem através de 1 km de fibra. O vínculo comercial foi estabelecido em
Os EUA, no corredor nordeste, por 1983. O procedimento de fabricação precisou ser aprimorado para que longos comprimentos de fibra com desempenho uniforme em todo o comprimento pudessem ser fabricados, e o processo demorou muitos anos antes de implantado o primeiro sistema de fibra.
A próxima tecnologia de quebra de pavições em andamento de comunicação óptica é a invenção de amplificadores ópticos. Em 1986, Desurvire e David Payne demonstraram simultaneamente um amplificador de fibra dopada Erbium, sobre o qual iremos aprender no curso, e com esses amplificadores no lugar, o que poderia amplificar diversas cores (comprimentos de onda), não havia como voltar a olhar para a tecnologia de comunicação de fibra óptica. Por isso, tivemos a fibra que foi a perda muito baixa, e para compensar a perda, tivemos o amplificador. Em seguida, 1996 foi quando o primeiro sistema comercial WDM (wavelength division multiplexing) foi implantado. Já em 1996, tínhamos taxas de dados de 20 Gbps para longas distâncias. O padrão comercial 10 Gbps veio em 1996, e este padrão permaneceu como tão atrasado quanto 5 anos atrás. Poderíamos dizer que é a implantação generalizada de 10 Gbps padrão habilitado a tecnologia da internet para atingir áreas muito remotas.

NPTEL-Fiber Optic Communication Technology, Palestra 2 Página 5 Iniciando 2007 é quando os padrões mudaram, a partir de 10 Gbps tornou-se 100 Gbps, e atualmente estamos falando de padrão de 400 Gbps e 1 Tbps. Enquanto 1 Tbps ainda não é um padrão, vários provedores de serviços começaram a implantar 400 Gbps. Mas, é para lá que estamos levando.
Assim, até o final do curso, entenderíamos a tecnologia que impulsiona os 400 Gigabits por segundo ou a tecnologia que conduziria os sistemas de comunicação ópticos de última geração. Então, isso é sobre os principais desenvolvimentos na comunicação óptica.