Free Space Optic

Free Space Optics (FSO)

Resumo

As comunicações ópticas em espaço livre, FSO, se caracterizam pela transmissão de informação através de feixes ópticos propagando-se diretamente na atmosfera. Assim oferecem taxas de transmissão elevadas, dispensando o uso de fibras, permitindo a redução de custos e aumentando a rapidez de instalação. Devido a estas características, esta tecnologia é uma forte candidata para superar o gargalo atualmente observado nas redes de acesso. Contudo, projeto criterioso sempre deve ser elaborado devido à atenuação imposta ao sinal na propagação pela atmosfera.

Introdução

A comunicação óptica em espaço livre (Free Space Optics – FSO), que utiliza a própria atmosfera como meio de transmissão dos sinais ópticos modulados, é uma das formas mais antigas de telecomunicações. O primeiro sistema FSO a ser concebido foi o photophone, criado por Graham Bell no final do século XIX, o qual usava a luz solar modulada para a transmissão de voz. Este invento teve grande importância para a evolução das telecomunicações, visto que é considerado o precursor direto do telefone.

Embora a invenção de Bell nunca tenha se tornado comercialmente viável, foi ela que deu fundamento às comunicações ópticas. Contudo, grande parte, da tecnologia do espaço livre atual, vem sendo desenvolvida a 40 anos e sendo utilizada em grande parte pelos militares.

Apesar desta primazia, um maior desenvolvimento de sistemas de comunicações ópticos não foi possível por mais de meio século devido à carência de fontes ópticas adequadas. Assim, os sistemas modernos de comunicações por óptica no espaço livre só iniciaram o seu desenvolvimento após a invenção do laser em 1960.

Durante as quatro décadas seguintes, os sistemas FSO estiveram restritos às aplicações militares devido, principalmente, às altas perdas sofridas pelo feixe óptico durante a propagação na atmosfera e à baixa potência oferecida pelos lasers então disponíveis.

Nas últimas décadas, observou-se um enorme crescimento das redes de telecomunicações impulsionado pelo aumento do tráfego de dados, inicialmente devido à demanda comercial. Para atender a esta demanda crescente, houve grande desenvolvimento nos backbones das redes, com a adoção de sistemas a fibra óptica.

Figura 1: Photphone de Graham Bell com o FSO atual (semelhanças das tecnologias).

Nesse sistema de comunicação, a transmissão de feixes é feita por infravermelho modulado transmitido através do ar. Assim como em sistemas que utilizam fibra óptica como meio de comunicação, as comunicações ópticas no espaço livre também se utilizam de lasers para transmitir informação, mas ao invés dos sinais trafegarem pela fibra de sílica (SiO2), o tráfego é estabelecido pelo ar livre.

Esta tecnologia trabalha utilizando princípios semelhantes aos dos controles remotos infravermelho de alguns televisores, teclados sem fio e outros equipamentos atualmente encontrados no mercado mundial.

Free Space Optics (FSO): Tecnologia

O princípio desta baseia-se em trabalhar com transmissão de feixes luminosos através de diodos lasers, esta é feita através de um aparelho para outro, sendo eles semelhantes a telescópios, denominados transceptores, isto é, transmissor e receptor ao mesmo tempo, usando lasers de baixa potência na faixa de freqüência de THz. Os feixes são transmitidos pelo laser focado em receptores altamente sensíveis.

Estes possuem lentes telescópicas capazes de coletar a informação contida na modulação que faz parte do feixe óptico, alterando a potência, que é a taxa de fótons emitidos por segundo. A energia de cada fóton depende apenas da freqüência da onda correspondente. Velocidades típicas já alcançadas estão na faixa de 100 Mbps a 2,5 Gbps, mas já há testes em que taxas de 160 Gbps foram obtidas.

Os sistemas ópticos que utilizam o espaço livre como meio de comunicação, podem funcionar para distâncias de diversos quilômetros, tendo melhor desempenho quando não há obstáculo algum entre os transceptores. A potência transmitida pelo laser e a sensibilidade do receptor são dois parâmetros importantes para determinar o comprimento de um enlace entre os transceptores medidos através da taxa de bit de erros (BER).

Para este sistema de comunicação não se torna necessário o licenciamento ou reserva de espectros de freqüência, ou até mesmo o fracionamento do espectro de freqüência com outros serviços, porque o laser não interfere em outros equipamentos, e na transmissão dos feixes, ponto a ponto, é extremamente difícil ocorrer interceptação, tornando-se assim uma tecnologia bastante segura. Em síntese, algumas das vantagens apresentadas pela tecnologia FSO estão apresentadas a seguir:

• Oferecimento de larguras de banda elevadas, da mesma ordem dos sistemas a fibra, com custos de instalação menores que estes por não necessitar de grandes obras de engenharia civil;

• Não necessita de licenças para operação, como as licenças de uso do espectro dos sistemas sem-fio, nem para a instalação, como as licenças para obras em vias públicas, necessárias para a colocação de fibras;

• Rapidez de operação, com possibilidade de instalação de enlaces temporários, usados, por exemplo, para a cobertura de grandes eventos;

• Imunidade à interferência de outros sistemas de telecomunicações ou sistemas elétricos e mesmo entre enlaces FSO, devido à alta diretividade do feixe;

• Elevada segurança, devido à dificuldade de interceptação dos sinais, sobretudo quando comparado com os sistemas sem-fio em rádio frequência (RF).

Figura 2: Sistema de FSO facilmente instalado.

Flexibilidade da comunicação óptica sem fio

Comunicação óptica sem fio fornece a mesma velocidade da fibra, porém com a flexibilidade do meio ser, o ar livre, logo, sem cabos, garantindo transmissão óptica à taxa acima de 1,25 Gbps e possibilitando no futuro taxas de 10 Gbps ou acima, pelo uso da técnica WDM. Isso não é possível com qualquer tecnologia sem fio ou tecnologia RF.

Óptica sem fio também elimina a necessidade de adquirir concessão de espectros caros, não requer aprovação de licenças dos órgãos de fiscalização no Brasil, bem como o da comissão federal de comunicações (FCC – Federal Commuications Commission)