As Vantagens da utilização de Fibras Ópticas

As características especiais das fibras ópticas implicam consideráveis vantagens em relação aos suportes físicos de transmissão convencionais, tais como o par metálico e o cabo coaxial. Mesmo considerando-se o suporte de rádio- freqüência em microondas, a transmissão por fibras ópticas oferece condições bastante vantajosas. As poucas desvantagens no uso de fibras ópticas podem, em geral, ser consideradas transitórias, pois resultam principalmente da relativa imaturidade da tecnologia associada.

As principais características das fibras ópticas, destacando suas vantagens como meio de transmissão, são os seguintes:

A-) Banda passante potencialmente enorme

A transmissão em fibras ópticas é realizada em freqüências ópticas portadoras na faixa espectral  de 10¹⁴  a 10¹⁵ Hz (100 a 1000 THz). Isto significa uma capacidade de transmissão potencial, no mínimo, 10.000 vezes superior, por exemplo, à capacidade dos atuais sistemas de microondas que operam com uma banda passante útil de 700 MHz. Além de suportar um aumento significativo de número de canais de voz e /ou de vídeo num mesmo circuito telefônico, essa enorme banda passante permite novas aplicações. Atualmente, já estão disponíveis fibras ópticas comerciais com produtos banda passante versus distância superiores a 200 GHz.Km. Isso contrasta significativamente com os suportes convencionais onde, por exemplo, um cabo coaxial apresenta uma banda passante útil máxima em torno de 400 MHz. A Figura 2.1 compara as características de atenuação (plana) versus freqüência de uma fibra óptica típica com relação a vários suportes de transmissão usados em sistemas telefônicos.

Figura 2.1: Atenuação versus freqüência

B-) Perdas de transmissão muito baixas

As fibras ópticas apresentam atualmente perdas de transmissão extremamente baixas, desde atenuações típicas da ordem de 3 a 5 dB/Km na região em torno de 0,85mm até perdas inferiores a 0,2 dB/Km para operação na região de 1,55 mm. Pesquisas com novos materiais, em comprimentos de ondas superiores, prometem fibras ópticas com atenuações ainda menores,da ordem de centésimos e, até mesmo, milésimos de decibéis por quilômetro. Desse modo, com fibras ópticas, é possível implantar sistemas de transmissão de longa distância com um espaçamento muito grande entre repetidores, o que reduz significativamente a complexidade e custos do sistema. Enquanto, por exemplo, um sistema de microondas convencional exige repetidores a distâncias de ordem de 50 quilômetros, sistemas com fibras ópticas permitem alcançar, atualmente, e distâncias sem repetidores superiores a 200 quilômetros. Com relação aos suportes físicos metálicos, na Tabela abaixo é feita uma comparação de perdas de transmissão por fibras ópticas de 1ª geração (820nm). Observe nessa tabela que, ao contrário dos sistemas com suportes metálicos, os sistemas com fibras ópticas têm perdas constantes para as três perdas constantes para as três taxas de transmissão.

Comparação de números necessários de repetidores para cabeamento metálico versus cabeamento óptico.

C-) Imunidade a interferências e ao ruído

As fibras ópticas, por serem compostas de material dielétrico, ao contrário dos suportes de transmissão metálicos, não sofrem interferências eletromagnéticas. Isto permite uma operação satisfatória dos sistemas de transmissão por fibras ópticas mesmo em ambientes eletricamente ruidosos. Interferências causadas por descargas elétricas atmosféricas, pela ignição de motores, pelo chaveamento de relés e por diversas outras fontes de ruído elétrico esbarram na blindagem natural provida pelas fibras ópticas. Por outro lado, existe um excelente confinamento do sinal luminoso propagado pelas fibras ópticas. Desse modo, não irradiando externamente, as fibras ópticas agrupadas em cabos ópticos não interferem opticamente umas nas outras, resultando num nível de ruído de diafonia (crosstalk) desprezível. Os cabos de fibras ópticas, por não necessitarem de blindagem metálica, podem ser instalados conveniente, por exemplo, junto as linhas de transmissão de energia elétrica. A imunidade e pulsos eletromagnéticos (EMP) é uma outra característica importante das fibras ópticas.

D-) Isolação elétrica

O material dielétrico (vidro ou plástico) que compõe a fibra óptica oferece uma excelente isolação elétrica entre os transceptores ou estações interligadas. Ao contrario dos suportes metálicos, as fibras ópticas não tem problemas com aterramento e interfaces dos transceptores. Além disso, quando um cabo de fibra óptica é danificado não existem faíscas de curto-circuito. Esta qualidade das fibras ópticas é particularmente interessante para sistemas de comunicação em áreas com gases voláteis (usinas petroquímicas,minas de carvão etc.),onde o risco de fogo ou explosão é muito grande.A possibilidade de choques elétricos em cabos com fibras ópticas permite a sua reparação no campo,mesmo com equipamentos de extremidades ligados.

E-) Pequeno tamanho e peso

As fibras ópticas tem dimensões comparáveis com as de um fio de cabelo humano.Mesmo considerando-se os encapsulamentos de proteção, o diâmetro e os peso dos cabos ópticos são bastantes inferiores aos dos equivalentes cabos metálicos.Por exemplo [3], um cabo óptico de 6,3mm de diâmetro, com uma única fibra de diâmetro 125 um e encapsulamento plástico, substitui, em termos de capacidade,um cabo de 7,6cm de diâmetro com 900 pares metálicos.Quanto ao peso,um cabo metálico de cobre de 94 quilos pode ser substituídos por apenas 3,6 quilos de fibra óptica.A enorme redução dos tamanhos dos cabos,providas pelas fibras ópticas, permite aliviar o problema de espaço e de congestionamento de dutos nos subsolos das grandes cidades e em grandes edifícios comerciais.O efeito combinado do tamanho e peso reduzidos faz das fibras ópticas o meio de transmissão ideal em aviões, navios, satélites etc.Além disso, os cabos ópticos oferecem vantagens quanto ao armazenamento, transporte, manuseio e instalação em relação aos cabos metálicos de resistência e durabilidade equivalentes.

F-) Segurança da informação e do sistema

As fibras ópticas não irradiam significativamente a luz propagada, implicando um alto grau de segurança para a informação transportada.Qualquer tentativa de captação de mensagens ao longo de uma fibra óptica e facilmente detectada, pois exige o desvio de uma porção considerável de potencia luminosa transmitida.Esta qualidade das fibras ópticas é importantes em sistemas de comunicações exigentes quanto à privacidade, tais como nas aplicações militares, bancárias etc.Uma outra característica especial das fibras ópticas, de particular interesse das aplicações militares,é que,ao contrário dos cabos metálicos, as fibras não são localizáveis através de equipamentos medidores de fluxo eletromagnético ou detectores de metal.

G-) Custos potencialmente baixos

O vidro com que as fibras óptica são fabricadas é feito principalmente a partir do quartzo, um material que, ao contrário do cobre, é abundante na crosta terrestre. Embora a obtenção de vidro ultrapuro envolva um processo sofisticado, ainda relativamente caro, a produção de fibras ópticas em larga escala tende gradualmente a superar esse inconveniente. Com relação aos cabos coaxiais, as fibras ópticas já são atualmente competitivas, especialmente em sistemas de transmissão a longa distância, onde a maior capacidade de transmissão e o maior espaçamento entre repetidores permitidos repercutem significativamente nos custos de sistemas. Em distâncias curtas e/ou sistemas multipontos, os componentes ópticos e os transceptores ópticos ainda podem impactar desfavoravelmente o custo dos sistemas. No entanto, a tendência é de reversão desta situação num futuro não muito distante, em razão do crescente avanço tecnológico e, principalmente, da proliferação das aplicações locais.

I-) Alta resistência a agentes químicos e variações de temperatura

As fibras ópticas, por serem compostas basicamente de vidro ou plástico, têm uma boa tolerância a temperaturas, favorecendo sua utilização em diversas aplicações. Além disso, as fibras ópticas são menos vulneráveis à ação de líquidos e gases corrosivos, contribuindo assim para uma maior confiabilidade e vida útil dos sistemas.

O uso de fibras ópticas, na prática tem as seguintes implicações que podem ser consideradas como desvantagens em relação aos suportes de transmissão convencionais:

A-) Fragilidade das fibras ópticas sem encapsulamentos

O manuseio de uma fibra óptica “nua” é bem mais delicado que no caso dos suportes metálicos.

B-) Dificuldade de conexão das fibras ópticas

As pequenas dimensões das fibras ópticas exigem procedimentos e dispositivos de alta precisão na realização das conexões e junções.

C-) Acopladores tipo T com perdas muito altas

É muito difícil se obter acopladores de derivação tipo T para fibras ópticas com baixo nível de perdas. Isso repercute desfavoravelmente, por exemplo, na utilização de fibras ópticas em sistemas multiponto.

D-) Impossibilidade de alimentação remota de repetidores

Os sistemas com fibras ópticas requerem alimentação elétrica independente para cada repetidor, não sendo possível a alimentação remota através do próprio meio de transmissão.

E-) Falta de padronização dos componentes ópticos

A relativa imaturidade e o continuo avanço tecnológico não tem facilitado o estabelecimento de padrões para os componentes de sistemas de transmissão por fibras ópticas.

Fibras ópticas versus satélites

As fibras ópticas mostram-se desde já uma alternativa superior aos satélites em sistemas de transmissão a longa distância caracterizados por um grande tráfego ponto– a– ponto. É o caso, por exemplo, dos sistemas de transmissão entre os EUA e a Europa, onde cabos ópticos submarinos oferecem circuitos telefônicos com desempenho (por exemplo, menor atraso) e custos baixos. Por outro lado, em sistemas com tráfego multiponto irregular, característico, por exemplo, das aplicações de difusão de TV ou em redes de comunicações em regiões extensas com população esparsa, os satélites constituem ainda a melhor alternativa em razão da flexibilidade de configuração permitida.

A evolução da tecnologia de fibras ópticas, impulsionada pelas Redes Digitais de Serviços Integrados (RDSI), permite a espera de um avanço das fibras ópticas, também, nas aplicações ponto - multiponto; entretanto, aplicações do tipo comunicações móveis e outras continuariam, em geral, melhor atendidas pelos sistemas de transmissão via satélite.

A Tabela abaixo compara as principais características de sistemas com fibras ópticas e via satélite

Comparação fibras ópticas versus satélites

Texto extraído do livro: Fibras Ópticas - Tecnologias e Projeto de Sistemas - W. F. Giozza, E. Conforti, H. Waldman - Makrons Books

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