As fibras ópticas permitem que as cadeias de dados de alta velocidade cheguem mais depressa e mais longe

Novos cabos de fibra ótica, técnicas de modulação avançadas e conectores multifibras de alta densidade actualizados significam que podemos estar mais perto do limite de Shannon do que nunca. Para a transmissão de dados a alta velocidade, os cientistas continuam a procurar revestimentos de cobre e cabos que reduzam a atenuação do sinal, a distorção e a suscetibilidade a interferências externas. A fibra ótica substituirá o cobre a longo prazo e as técnicas avançadas de condicionamento de sinal, modulação multibanda e correção de erros permitiram aos engenheiros conceber cabos de cobre biaxiais que funcionam a 112 Gb/s/s, muito mais do que se esperava há apenas alguns anos. Todas as tecnologias têm as suas limitações, e os canais de cobre de alta velocidade podem estar a aproximar-se dos limites estabelecidos pelas leis da física. A atenuação reduz o comprimento efetivo do canal à medida que os requisitos de largura de banda aumentam. As ligações de fibra ótica oferecem uma elevada capacidade de largura de banda, para além de uma atenuação muito baixa, o que as torna uma alternativa atractiva. Há muitos anos que as linhas de comunicação de longa distância tiram partido das vantagens da fibra ótica. Entre as principais questões estão o consumo de energia necessário para o processo de conversão fotoeléctrica, o custo e as interligações internas das fibras. O desenvolvimento da fotónica de silício e a natureza das fibras ópticas vieram alterar esta situação. As fibras ópticas são geralmente classificadas como multimodo e monomodo. As fibras multimodo são capazes de transmitir luz multimodo utilizando fontes de luz LED de baixo custo. As fibras monomodo implicam geralmente a utilização de lasers modulados, mas apresentam um alcance e uma largura de banda muito maiores. As fibras ópticas plásticas baratas são atualmente utilizadas para aplicações relativamente curtas e de baixo débito de transmissão de dados. A Organização Internacional de Normalização (ISO) normalizou o desempenho dos cabos de fibra ótica através da série de designações OM1-5. As fibras ópticas têm sido objeto de um processo de melhoria contínua em termos de largura de banda, resistência, redução da atenuação, facilidade de instalação e redução de custos. Inicialmente, os cabos de fibra ótica eram altamente susceptíveis de atenuação do sinal e de rutura devido a curvas ásperas ou acentuadas. As novas fibras monomodo e multimodo alargaram a gama de raios de curvatura. O vidro utilizado para formar o condutor de luz continua a ser optimizado para reduzir as perdas por dispersão, a dispersão, a dispersão do modo de polarização e a atenuação por microcurvatura. O aumento dos centros de dados em campus e em metropolitano é uma nova tendência. As ligações de comunicação ótica de alta capacidade com 100 km de comprimento tornaram-se um requisito essencial para o funcionamento de grandes sistemas na rede. A capacidade das ligações ópticas melhora a relação custo-eficácia e suporta eficazmente o crescimento exponencial do tráfego na rede.

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Uma solução é a utilização de fibras com vários núcleos. Numa única fibra, as fibras multi-core podem transportar sinais diferentes ao mesmo tempo, aumentando assim a densidade de transmissão de dados de uma única fibra. A furukawa instalou recentemente 6.912 fibras numa conduta de 1,25 polegadas de diâmetro entre dois centros de dados norte-americanos. A fibra de núcleo oco é outra variante interessante. Em vez de a luz viajar através do vidro ou do plástico, passa através de um núcleo centrado no ar. As melhorias no fabrico do produto reduziram as caraterísticas de perda e atraso, tornando a fibra de núcleo oco muito atractiva para aplicações que exijam a transmissão de impulsos muito curtos ou de luz ou dados com atraso mínimo. Os cabos ópticos activos (AOC) são preferidos pela sua capacidade de alargar as capacidades dos conjuntos de cabos de cobre tradicionais. Através de uma interface de cobre padrão, os sinais são convertidos em impulsos ópticos no alívio de tensão do conetor e acoplados à fibra. E o processo é o oposto. No que diz respeito ao instalador, o alcance do cabo de fibra ótica aumenta e o tamanho do cabo de fibra ótica diminui. As fibras ópticas fortes caracterizam-se pela sua resistência interna e por revestimentos exteriores robustos para utilização em aplicações militares, aviónicas e industriais exigentes. As opções de embalagem das fibras continuam a expandir-se para incluir configurações de fita plana que simplificam a cablagem e reduzem a resistência ao fluxo de ar de arrefecimento. Os conectores MPO e MXC de alta densidade e multi-fibras terminam até 72 fibras. Para satisfazer a crescente procura de capacidade de rede, os engenheiros podem aumentar a eficiência da infraestrutura de fibra existente colocando mais fibra. A tecnologia ótica paralela oferece uma alternativa ao fio simples ou à fibra. Um transmissor numa extremidade comunica com um recetor na outra extremidade, transmitindo um único fluxo de dados através de várias fibras. Configurada desta forma, uma ligação ótica paralela é capaz de enviar um sinal de 10 Gb/s utilizando quatro transmissores de 2,5 Gb/s. Ao contrário da luz monocromática, que também pode transmitir vários fluxos de dados através da mesma fibra ao mesmo tempo. O multiplexador no lado do emissor codifica vários fluxos de dados em diferentes frequências que são incorporados num único feixe, acoplado a uma única fibra. E vice-versa. Na extremidade recetora do canal. Dois sinais ópticos podem ser transmitidos por uma única fibra. Até 80 canais de dados podem ser multiplexados numa única fibra. é capaz de multiplexar numa única fibra. As técnicas avançadas de modulação permitem aos projectistas melhorar ainda mais a cadeia de transmissão ótica. A modulação de amplitude em quadratura (QAM) combina várias camadas de variações de amplitude e de fase para aumentar a capacidade das ligações ópticas de comunicação de dados. Utilizando uma combinação de amplitude, fase, polarização e polarização, a técnica de modulação coerente é o método mais robusto e eficaz para otimizar a transmissão de dados ópticos. O método combina quatro tipos de modulação horizontal de amplitude e de fase, bem como técnicas de polarização ótica vertical e horizontal, para maximizar a capacidade de transmissão de dados de uma única fibra. Esta técnica é utilizada na próxima geração de ligações de 800Gb. Ambas as técnicas elevaram as capacidades da fibra ótica a novos patamares. A indústria está a aproximar-se dos limites teóricos de um único canal de comunicações. O limite de Shannon, que começou em 1948, é a taxa de dados máxima calculada sem erros. Há apenas alguns anos, a capacidade dos canais ópticos existentes não suscitava grandes preocupações. Várias tendências estão a impulsionar as cadeias de dados de alta velocidade, incluindo o crescimento dos supercentros de dados, a deslocação dos recursos de computação para a periferia, a adoção contínua do 5G e a expansão da fibra até às casas. O aproveitamento do desempenho da fibra e das técnicas de modulação avançadas, juntamente com conectores multifibras de alta densidade melhorados, fornece um roteiro para o futuro da computação e das comunicações de alta velocidade.

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