O que é a tecnologia de comunicação óptica? Este artigo popular deixa-o claro.

Use a rede óptica para espalhar as informações enviadas por todos para todo o mundo. Em seguida, apresentaremos tecnologias que podem transferir rapidamente grandes quantidades de informações de uma só vez.

 

1. O que é comunicação óptica?

Em suma, a comunicação óptica é uma tecnologia que utiliza a luz para transmitir informações entre si.

 

1. Estrutura básica da comunicação óptica

Computadores e telefones celulares ao nosso redor enviam informações por meio de sinais elétricos "0 e 1". A comunicação óptica consiste em um "transmissor" que converte sinais elétricos em sinais ópticos, um "receptor" que converte sinais ópticos em sinais elétricos e um circuito "fibra óptica" que transmite luz.

 

2. Vantagens da comunicação óptica

Longa distância de transmissão, econômica e economizadora de energia

Transfira grandes quantidades de informações de uma só vez

velocidade de comunicação rápida

1) Longa distância de transmissão, econômica e economizadora de energia

Supondo que 10 Gb de informação (10 bilhões de sinais) sejam transmitidos em 1 segundo, se for utilizada comunicação elétrica, o sinal deve ser ajustado a cada 100 metros. Em contraste, se for utilizada comunicação óptica, é necessário ajustar o intervalo para mais de 100 quilômetros. Quanto menos vezes para ajustar o sinal, menos o número de máquinas é usado, por isso tem o efeito de economia de energia econômica.

 

Por exemplo, ao conversar com amigos estrangeiros ou bater papo online, não parece diferente de ligar para a China. O som não fica lento como antes. Na era da comunicação apenas eletrônica, a distância que pode ser transmitida de uma vez é curta e a quantidade de informações transmitidas é pequena. A comunicação internacional é transmitida principalmente por satélites artificiais como relés.

No entanto, a comunicação óptica requer uma longa distância e uma grande quantidade de informações a serem transmitidas de uma só vez. Portanto, usando cabos de fibra óptica colocados no fundo do mar, uma comunicação natural e suave com o exterior pode ser realizada.

As ondas elétricas e a luz viajam na mesma velocidade. Porém, como o caminho de transmissão se torna mais longo via satélite, o sinal chega mais devagar. Os cabos submarinos têm uma distância muito menor, então o sinal chegará mais rápido.

2) Transmitir grandes quantidades de informações de uma só vez

Um grande número de usuários pode receber simultaneamente as informações desejadas (filmes ou notícias, etc.). Em 1 segundo, a comunicação elétrica pode transmitir apenas até 10 Gb (10 bilhões de sinais 0 e 1) de informação, em comparação com a comunicação óptica que pode transmitir até 1 Tb (1 trilhão de sinais 0 e 1) de informação.

 

3) Velocidade de comunicação rápida

A comunicação elétrica pode ser errônea devido ao ruído elétrico, resultando em uma diminuição na velocidade de comunicação. No entanto, a comunicação óptica não é afetada pelo ruído, portanto os sinais podem ser transmitidos rapidamente.

 

2. Onde é usada a comunicação óptica?

1. A comunicação óptica existe em todo o mundo

Dispositivos que usam a Internet, como telefones celulares e telefones IP, conectam todos à sua região, a um país inteiro e até à rede de comunicação global. Por exemplo, os sinais enviados por computadores e telefones celulares são coletados nas estações base de operadoras de comunicação e provedores de rede locais e, em seguida, transmitidos para todas as partes do mundo por meio de fibras ópticas em cabos ópticos submarinos.

 

2. Vários dispositivos conectados à rede

Todos os tipos de dispositivos que usamos na vida diária podem ser conectados à Internet. O surgimento da Internet tornou nossas vidas mais confortáveis ​​e convenientes.

 

3. Por que você precisa de tecnologia de comunicação óptica?

1, volume de comunicação

Nosso tráfego está aumentando a cada ano. Normalmente trocamos informações ao usar telefones celulares, mensagens de texto, recebimento de imagens e lojas online (virtuais). O desempenho do equipamento melhora ano a ano, e o método de uso muda com ele. Podemos imaginar que a quantidade de comunicação continuará a aumentar no futuro. A tecnologia de comunicação óptica é usada na troca de informações.

2. Volume de transmissão

À medida que aumenta a quantidade de comunicação em toda a sociedade, continuam a surgir tecnologias que podem transmitir mais informações com apenas uma fibra óptica.

3. A unidade de volume de transmissão

A unidade de transmissão é bps, que é a abreviação de bit por segundo, indicando o número de bits que podem ser transmitidos em um segundo. Por exemplo, 1bps significa que 1 bit de dados pode ser transmitido em 1 segundo.

 

4. Dispositivos usados ​​em comunicações ópticas (dispositivos de transmissão óptica)

1. O que faz o dispositivo de transmissão óptica?

As partes principais da rede de comunicação óptica são equipadas com dispositivos de transmissão óptica. Este dispositivo serve a muitos propósitos.

Conversão de sinal (transmitir um sinal): Converter um sinal elétrico em um sinal óptico.

Multiplexação de sinal: vários sinais estreitos são combinados em um sinal amplo.

Relé de sinal: Transmissão de longa distância, retransmitindo sinais no meio.

Direção do sinal: altere a direção de transmissão do sinal.

Demultiplexação de sinal: decompõe sinais multiplexados em seus sinais individuais originais.

Conversão de sinal (sinal recebido): converte um sinal óptico em um sinal elétrico.

 

2. Dispositivo de transmissão óptica

Vários componentes são instalados na unidade.

 

1) Converter (enviar sinal), converter o sinal elétrico recebido em um sinal óptico.

 

2) Multiplexação, multiplexação de vários sinais para enviar ao mesmo tempo.

 

3) Retransmitir, durante o processo de transmissão, a forma de onda e a intensidade do sinal se deterioram, por isso é necessário restaurar a forma de onda para a forma de onda pura do sinal original e aumentar a intensidade da luz. Se a forma de onda estiver gravemente degradada, é necessário converter temporariamente o sinal óptico em um sinal elétrico e, após a correção do erro da forma de onda, ele é convertido novamente em sinal óptico para transmissão.

 

4) Direcionamento, de acordo com a localização do sinal, o comutador ótico muda a direção de transmissão do sinal ótico.

 

5) Demultiplexação, que decompõe o sinal multiplexado no sinal separado original.

 

6) Converter (receber sinal). Converter o sinal óptico recebido em um sinal elétrico.

 

5. Métodos de comunicação (presentes e futuros)

O seguinte descreve o método de comunicação através do carro e da entrada da garagem. Suponha que o carro represente o tempo de ocupação da via (1 intervalo), as mercadorias representem a quantidade de informação (número de bits) transportada a cada vez e a via represente um comprimento de onda da luz.

 

1. Velocidade de comunicação atual: 10 Gbps e 40 Gbps por comprimento de onda.

・Multiplexação por Divisão de Tempo (TDM: Multiplexação por Divisão de Tempo)

Como as informações que podem ser transmitidas a cada vez são limitadas, elas precisam ser transmitidas em diferentes períodos de tempo. Por exemplo, quando vários usuários enviam informações ao mesmo tempo, há apenas uma pista para transportar informações, portanto, caminhões carregados com diferentes pacotes de informações precisam ser alinhados para o transporte. Quando as pistas estão congestionadas, as transmissões ficam mais lentas.

 

・Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM: Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda)

A quantidade de informação que pode ser transmitida ao mesmo tempo é grande, e as informações de vários usuários podem ser transmitidas ao mesmo tempo alterando o comprimento de onda. Por exemplo, mesmo que vários usuários enviem informações ao mesmo tempo, desde que haja várias faixas distribuídas, não é fácil causar congestionamento e as mercadorias (número de bits) podem ser transportadas sem problemas e a velocidade de transmissão é relativamente estábulo.

 

・Modulação de vários níveis (MM: Modulação de vários níveis)

Um método de transmissão de múltiplos sinais em uma seção de um comprimento de onda. Ao alterar a forma de onda da luz, as informações de vários usuários são transmitidas no mesmo comprimento de onda. Uma técnica representativa é o método de modulação de deslocamento de fase diferencial em quadratura (DQPSK: Diferencial Quadrature Phase-Shift-Keying). Normalmente, cada caminhão carrega 1 bit de carga, mas ao usar "DQPSK", cada caminhão pode carregar 2 bits de carga.

 

2. Velocidade de comunicação futura: transmissão de 100 Gbps por comprimento de onda

100 Gbps é equivalente à velocidade de transferência de um DVD em cerca de 0,4 segundos. (supondo que seja convertido para um DVD com capacidade de 4,7 GB)

・Multiplexação de polarização

A luz avança enquanto vibra. A direção da vibração é chamada de "onda polarizada", que se divide em luz que vibra verticalmente (onda polarizada verticalmente) e luz que vibra horizontalmente (onda polarizada horizontalmente). As informações contidas nas ondas polarizadas não interferem umas nas outras e uma grande quantidade de informações pode ser transmitida. Por exemplo, se dois caminhões estiverem dirigindo em uma faixa ao mesmo tempo, os dois caminhões não colidirão ao transmitir informações.

 

6. A rede óptica sobrenatural (exemplo de introdução)

Com fibra ótica em todo o mundo, podemos obter um serviço de alta qualidade em todas as ocasiões. Exemplos relacionados são apresentados a seguir.

 

Spoiler:

1. Por que o céu é azul e o pôr do sol vermelho?

Você já se perguntou por que o céu parece azul? O céu é azul por uma razão. Diferentes comprimentos de onda de luz produzem cores diferentes. Quando a luz solar entra na camada de ar da Terra (atmosfera), ela colide com poeira (moléculas) no ar, mudando assim a direção da luz.

Ou seja, como os comprimentos de onda mais curtos da luz (em comparação com a luz vermelha e azul) têm maior probabilidade de colidir com a poeira, a luz tende a se espalhar. A razão pela qual o céu parece azul é porque a luz azul de comprimento de onda mais curto é difundida por todo o céu.

 

2. O comprimento de onda da luz solar

A luz do sol parece branca, mas na verdade é uma mistura de luz do vermelho ao azul. Ou seja, os comprimentos de onda da luz solar variam.

 

3. A razão pela qual o céu parece azul (a luz do sol colide com a poeira)

 

1) A luz solar entra na camada de ar. Há muita poeira flutuando na camada de ar.

 

2) A luz azul com comprimento de onda mais curto é fácil de colidir com a poeira e a luz se espalhará.

Além disso, a luz vermelha com um comprimento de onda mais longo circula livremente entre a poeira.

 

 

3) A luz azul se difunde por todo o céu, e o céu parece azul à distância.

4. A razão pela qual o pôr do sol é vermelho

Por que o céu azul parece vermelho à noite? Isso tem a ver com o quão longe os raios do sol viajam através da camada de ar. À medida que o sol se põe, a posição do sol se move horizontalmente diretamente acima de nós.

Como resultado, a distância que a luz do sol percorre através da camada de ar torna-se maior na direção horizontal do que quando está diretamente acima, e a luz vermelha de maior comprimento de onda que anteriormente passava pelas lacunas de poeira começa a colidir com a poeira. Além disso, como a luz azul tem um comprimento de onda mais curto e não pode chegar longe, apenas o céu coberto de luz vermelha aparece, então o pôr do sol parece vermelho.

 

Como mostrado na figura acima, o motivo pelo qual o pôr do sol aparece vermelho é que a luz com comprimento de onda maior não é facilmente espalhada mesmo depois de passar por uma atmosfera espessa, e tem a característica de poder atingir grandes distâncias. A comunicação óptica usa este princípio.Para reduzir a dispersão na fibra óptica e alcançar a transmissão de longa distância, a luz com um comprimento de onda ligeiramente maior é usada.

5. Parceiro de Bo

Existem diferentes comprimentos de onda e diferentes tipos. A frequência usada na comunicação óptica é de 1,3 mícrons ou 1,55 mícrons, que é uma espécie de raios infravermelhos.