Comunicação Óptica Coerente

O que é Comunicação Óptica Coerente?

A comunicação óptica coerente difere da comunicação óptica regular porque a modulação coerente é usada na extremidade transmissora, e a tecnologia coerente é aplicada para detecção na extremidade receptora. No entanto, as luzes durante a transmissão são as mesmas da transmissão óptica regular. Soluções coerentes não exigem EDFA caro (frequentemente implantado a cada 80 quilômetros em transmissão de fibra de longa distância) e podem reutilizar o cabeamento de fibra existente, o que economiza custos de operação do sistema.

Como funciona o Coherent?

A modulação coerente usada na extremidade transmissora e a detecção heteródina aplicada na extremidade receptora são as duas principais tecnologias da comunicação óptica coerente. 

Além da modulação de amplitude, o transmissor em sistemas de comunicação óptica coerente também pode empregar modulação externa para realizar modulação de frequência e de fase, como QAM, PSK e QPSK. As técnicas de modulação adicionadas ampliam a capacidade de transportar informações e se adaptam à agilidade de implantação. 

Na extremidade transmissora, a óptica coerente usa o modulador IQ baseado em MZM e aplica a modulação externa para obter formatos de modulação avançados. Os sinais são modulados na portadora óptica para saída.

Quando os sinais ópticos chegam à extremidade receptora, a fase essencial da tecnologia de comunicação coerente é colocada em movimento. Ao misturar os sinais de laser do oscilador local (LO) com os sinais de entrada no misturador óptico, são gerados sinais IF (que compartilham exatamente a variação regular com a frequência, a fase e a amplitude do sinal de origem). Após a mistura, a detecção é realizada com o receptor balanceado. Em seguida, o processador de sinal digital (DSP) atua para compensar a distorção dos sinais ópticos durante a transmissão por links de fibra óptica. Após o processamento do DSP, o sinal elétrico final é emitido.

Simplificando, a comunicação coerente amplifica os sinais quando eles chegam ao receptor. No entanto, em comunicações não coerentes, os sinais são amplificados e repetidos no processo de transmissão.

Quais são os tipos de coerente?

Pela frequência do sinal óptico do oscilador local (LO) e pelas frequências de sinal iguais ou diferentes, a comunicação óptica coerente pode ser classificada em três tipos: detecção heteródina, detecção intradina e detecção homódina.

Detecção heteródina

O fotodetector adquire sinais de frequência intermediária por meio de detecção heteródina, o que requer demodulação adicional para convertê-los em sinais de banda base.

Detecção homódina e detecção intrádina

A detecção homódina e intradina traz menos ruído, reduzindo o consumo de energia para o DSP subsequente e os requisitos para componentes relacionados. Essas duas abordagens são mais comuns na comunicação óptica coerente.

Os sinais detectados por homódino através de fotodetector são sinais de banda base, o que dispensa a demodulação secundária. No entanto, esse método de detecção exige que a frequência das luzes LO corresponda estritamente às luzes de sinal, e a fase das duas deve ser fixa. 

Quais são as tecnologias da Coherent?

Processamento Digital de Sinais (DSP)

A tecnologia DSP simplifica o design do sistema, economiza custos e elimina o Módulo de Compensação de Dispersão (DCM) e a Fibra de Compensação de Dispersão (DCF), simplificando links de transmissão de longa distância. Além disso, mais algoritmos e funções são adicionados à medida que o DSP se desenvolve, como a Tecnologia de Compensação Não Linear e a tecnologia de modulação e demodulação multicode.

Tecnologia de manutenção de polarização

Para manter alta sensibilidade e ajudar na detecção eficiente, a comunicação óptica coerente requer uma direção de polarização consistente das luzes de sinal e das luzes LO, fazendo com que os dois vetores elétricos sejam correspondentes. Dois métodos podem alcançar a manutenção da polarização, são eles: 

Usando fibra de manutenção de polarização para estabilizar o estado de polarização das ondas de luz, protegendo-as contra interferências no ambiente de transmissão.

Aplicando fibra monomodo padrão e tecnologia de diversidade de polarização para reagir às mudanças de polarização.

Tecnologia de estabilização de frequência

A estabilidade de frequência dos lasers é vital, pois a comunicação óptica coerente depende de uma frequência estável para reduzir a Taxa de Erro de Bits (BER). No entanto, a frequência dos lasers varia com a temperatura e a corrente. É aqui que entra a Tecnologia de Estabilização de Frequência.

Tecnologia de Compressão de Espectro

Na comunicação óptica coerente, a largura espectral estreita da fonte de luz também é essencial. A largura de linha estreita pode ajudar a reduzir a perda de sensibilidade causada pelo ruído quântico e diminuir o ruído de fase. É comum adotar a tecnologia de compressão de espectro para otimizar a confiabilidade do sinal e atender aos requisitos de largura espectral da fonte de luz para comunicação óptica coerente.

Quais são as aplicações da comunicação óptica coerente?

Coherent é um sistema de comunicação óptica avançado, porém complexo, usado para transmissão de dados em distâncias mais longas e com maior capacidade.

A comunicação óptica coerente é amplamente usada em interconexão de data centers (DCI), atualizações de sistemas WDM de redes backbone e cenários de mid-haul e backhaul 5G. Outros campos de nicho, como FTTx e comunicações por satélite, também estão sendo pesquisados.