Estrutura Básica dos Sistemas de Comunicação de Fibra Óptica A composição básica de um sistema de comunicação de fibra óptica é mostrada na Figura 1-1, incluindo principalmente três partes principais: transmissão, recepção e sistema básico de transmissão de fibra óptica:
(1) Seção de transmissão: A fonte de informação converte as informações do usuário em sinais elétricos originais (sinais de banda base); o transmissor elétrico converte sinais de banda base em sinais modulados adequados para transmissão de canal (como FM, PFM, PWM); o transmissor óptico modula e converte sinais elétricos em sinais ópticos.
(2) Seção de recepção: O receptor óptico converte sinais ópticos transmitidos através da fibra em sinais elétricos; o receptor elétrico restaura os sinais elétricos para sinais de banda base; o coletor de informações recupera informações do usuário. Nota: Os segmentos de sinal elétrico antes do transmissor óptico e depois do receptor óptico utilizam a mesma tecnologia/equipamento da comunicação por cabo, substituindo apenas a transmissão por cabo por “transmissor óptico + linha de fibra óptica + receptor óptico”.
(3) O sistema básico de transmissão de fibra óptica é dividido em três partes: transmissor óptico, linha de fibra óptica e receptor óptico:
Transmissor óptico: O núcleo é a fonte de luz (como LED, diodo laser semicondutor, laser DFB, etc.), que precisa atender a requisitos como potência óptica de alta saída, alta frequência de modulação, linha espectral estreita e comprimento de onda estável; sua função é converter sinais elétricos em sinais ópticos e acoplá-los em fibra óptica.
Linha de fibra óptica: Composta por fibra óptica, emendas e conectores (na verdade utilizando cabos ópticos); sua função é transmitir sinais ópticos com baixa distorção e baixa atenuação. A fibra óptica é cilíndrica (índice de refração do núcleo (n_1) > índice de refração do revestimento (n_2)), utilizando reflexão interna total para transmitir luz; possui 3 janelas de baixa-perda: (0,85\\mu m) (comprimento de onda curto), (1,31\\mu m) (comprimento de onda longo), (1,55\\mu m) (comprimento de onda longo); as principais características são a perda (unidade: dB/km) e a dispersão (unidade: (ps/(km·nm)), afetando a largura de banda de transmissão).
Receptor óptico: O núcleo é o fotodetector (como fotodiodo PIN, fotodiodo de avalanche APD), que precisa atender aos requisitos de alta responsividade, baixo ruído e alta velocidade; o parâmetro mais importante é a sensibilidade (refletindo a capacidade de receber sinais ópticos fracos, um importante indicador da qualidade do sistema); sua função é converter sinais ópticos em sinais elétricos e recuperar o sinal original.
Classificação de sistemas de comunicação de fibra óptica Os métodos de classificação comuns são os seguintes:
(1) Classificação por tipo de sinal de transmissão: Dividido em sistemas de comunicação analógica de fibra óptica e sistemas de comunicação digital de fibra óptica:
Vantagens dos sistemas de comunicação digital de fibra óptica:
Forte capacidade anti-interferência e boa qualidade de transmissão (o ruído só produz erros de bit quando excede o limite);
Repetição regenerativa, longa distância de transmissão (eliminando acúmulo de ruído);
Acomoda múltiplos serviços com grande flexibilidade (serviços integrados fáceis de implementar);
Comunicação segura de alta-intensidade fácil de implementar (texto simples e adição de módulo 2 de chave);
Utiliza circuitos digitais, fáceis de integrar, miniaturizar, baixo custo e alta confiabilidade.
Desvantagens dos sistemas de comunicação digital de fibra óptica: Ampla largura de banda ocupada, baixa utilização de largura de banda, equipamentos complexos e custo relativamente alto.
Características dos sistemas de comunicação analógica de fibra óptica: Largura de banda ocupada estreita, circuitos simples (sem necessidade de conversão A/D/D/A), preço baixo, adequado para comunicação-de curta distância.
(2) Classificação por comprimento de onda óptico e tipo de fibra: Dividido em sistemas de comunicação de fibra óptica multimodo de comprimento de onda curto e sistemas de comunicação de fibra óptica de comprimento de onda longo:
Sistemas multimodo de comprimento de onda curto: Comprimento de onda operacional em torno de (0,85\\mu m), taxa menor ou igual a 34Mbit/s, espaçamento entre repetidores menor ou igual a 10km.
Sistemas de comprimento de onda longo (subdivididos em 3 categorias):
(1,31 μm) sistemas multimodo: taxa 34/140Mbit/s, espaçamento entre repetidores ≈20km;
(1,31\\mu m) sistemas-monomodo: taxa 140/565Mbit/s, espaçamento entre repetidores 30~50km (a 140Mbit/s);
(1,55\\mu m) sistemas-de modo único: taxa maior ou igual a 565Mbit/s, espaçamento entre repetidores ≈70km.
(3) Classificação pelo método de multiplexação digital: Dividido em sistemas de Hierarquia Digital Plesiocrônica (PDH) e sistemas de Hierarquia Digital Síncrona (SDH):
PDH: Cada taxa de bits de nível hierárquico possui tolerância e é assíncrona, adotando justificativa positiva para implementar a multiplexação plesiócrona; taxa Menor ou igual a 565Mbit/s.
SDH: adequado para transmissão de rede ponto a-ponto/multiponto; a taxa de comprimento de onda única pode atingir 2,5 Gbit/s, 10 Gbit/s.
(4) Classification by transmission rate: Divided into 3 categories: 1) Low-speed systems: rate 2Mbit/s, 8Mbit/s; 2) Medium-speed systems: rate 34Mbit/s, 140Mbit/s; 3) High-speed systems: rate >565Mbit/s.
(5) Classificação por método de modulação: Dividido em 2 categorias: 1) Sistemas de modulação de intensidade direta (modulação interna): Modulação durante o processo de emissão de luz da fonte de luz; equipamento simples, baixo custo, alta eficiência de modulação, mas o alargamento espectral afeta a melhoria da taxa. 2) Sistemas de modulação indireta (modulação externa): Após a fonte de luz emitir luz, um modulador é adicionado no caminho de saída; impacto mínimo na linha espectral da fonte de luz, adequado para comunicação de alta-taxa.