Você sabe o que são Transceivers Ópticos? Entenda!

O termo “transceiver” é uma junção de partes das palavras “transmitter” e “receiver”, e traduz as funções básicas deste módulo: transmitir e receber dados através de uma rede de fibra óptica. Além de “optical transceivers”, é possível encontrar as mais variadas referências nas literaturas dos vendors de equipamentos de infraestrutura de telecomunicações, como “optical modules”, “optics”, “optical parts”, entre outros. O transceptor óptico possui componentes eletrônicos para modular, condicionar e codificar/decodificar dados em pulsos de luz e enviá-los para a outra extremidade da rede. Para enviar dados como luz, utiliza uma fonte de luz controlada pelas partes eletrônicas e, para receber pulsos de luz, utiliza um semicondutor de fotodiodo.

Os dados geralmente podem viajar apenas de uma maneira em um cabo de fibra óptica, desta forma, a maioria dos transceivers possuem conexão para um par de fibras, uma para envio e outra para recepção de sinais. Porém é possível realizar uma comunicação bidirecional com apenas uma fibra e transceivers BIDI, os quais transmitem e recebem a informação através de um só conector óptico. Utilizar transceptores BIDI proporciona redução de custo com fibras ópticas.

Um transceiver converte sinais elétricos de alta velocidade em sinais ópticos para transmissão em fibra óptica. É um módulo composto por vários chips, como microcontroladores, CDR (Clock Data Recovery), EEPROM (Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory), uma ou mais fontes e receptores de laser e circuitos de suporte. Essas fontes e receptores de laser são conhecidos como TOSA (Transmitter Optical Sub-Assembly), ROSA (Receiver Optical Sub-Assembly) e, no caso de um transceiver BiDi (bidirecional), BOSA (Bidirectional Optical Sub-Assembly), que desempenha o papel de TOSA e ROSA, mas com princípios diferentes.

TOSA

O TOSA é composto por diodo laser, interface óptica, fotodiodo monitor, compartimento de metal e/ou plástico e interface elétrica. Dependendo da funcionalidade e aplicação necessárias, outros componentes também podem estar presentes, incluindo elementos de filtro e isoladores. É usado para converter sinal elétrico em sinal óptico. A potência de transmissão (Tx Power – dBm) está diretamente relacionada ao TOSA. Esta potência pode variar dependendo da alimentação elétrica que o transceiver recebe. Por essa razão, a potência de transmissão se refere a intervalos de valores máximo e mínimo que o transmissor pode assumir.

ROSA

O ROSA é composto por fotodiodo, interface óptica, caixa de metal ou plástico e interface elétrica. Dependendo da funcionalidade e aplicação necessárias, outros componentes também podem estar presentes, incluindo amplificadores. É usado para receber um sinal óptico de uma fibra e convertê-lo novamente em um sinal elétrico. Assim como na transmissão, a potência de recepção (Rx Power – dBm) está dentro de um intervalo de valores mínimo e máximo, RX Sens (dBm) e RX Overload (dBm), respectivamente. O termo Unidirecional se refere à capacidade de cada elemento óptico assumir uma única função, no caso Transmitir ou Receber sinais ópticos, dessa forma transceivers ópticos unidirecionais costumam ter fendas descritas como “TX” (Transmissão) ou “RX” (Recepção) para designar a funcionalidade de cada elemento óptico.

BOSA

O BOSA é formado por uma combinação entre TOSA, ROSA e um filtro WDM (Wavelength Division Multiplexing). O filtro WDM permite que o transceptor bidirecional divida os comprimentos de onda. Após este passo, as funções de transmissão e recepção podem funcionar através de uma única fibra.

CDR

A transferência de dados de um ponto para outro pode ocasionar no risco de perda de integridade. Especialmente no campo das comunicações de alta velocidade, vários fatores como ruído de sinal e picos de estática podem apresentar obstáculos à transmissão da informação. Muitos fluxos de dados de alta velocidade são enviados sem uma referência (clock), permitindo que eles sejam mais rápidos, consumam menos energia e estejam menos sujeitos a interferência. Assim, para interpretar com segurança os dados transmitidos, o receptor deve regenerar o clock. Para fazer isso, uma frequência aproximada é usada para gerar um relógio de referência, que pode ser alinhado por fase às transições no fluxo de dados de entrada. Diz-se então que o relógio está “recuperado”. Uma vez recuperado o relógio (ou clock), os dados também podem ser recuperados. Essa combinação de recuperação de relógio e dados é conhecida como CDR e é um componente essencial dos sistemas de comunicação óptica.

EEPROM

A EEPROM é uma memória compacta, não volátil, usada para armazenar informações relevantes sobre o transceiver. Essas informações são gravadas em uma ordem específica em bytes de código hexadecimal e são acessadas pelo equipamento de rede para determinar a compatibilidade e a funcionalidade básica do transceptor, por exemplo, número de série e data de fabricação, além de informações mais gerais sobre o produto em si, como aplicação Ethernet, do qual um equipamento de rede interpretará o alcance suportado pelo transceiver. Contém, também, informações do DDM/DOM (Digital Diagnostics/Optical Monitoring), dentre as quais estão presentes limites de alarme para parâmetros como consumo de energia, temperatura operacional e mais, todos monitorados em tempo real pelo equipamento de rede.

DSP

Os processadores de sinais digitais (DSP) possuem a função de manipular digitalmente os sinais ópticos provenientes dos sistemas de comunicações analógicas. Para que isso seja possível, o DSP se utiliza de conversores do tipo ADC e DCA e de registradores ou memória para operações matemáticas como soma, subtração, multiplicação e divisão.

No âmbito de equipamentos de redes, os DSP’s são encapsulados em chips que tradicionalmente são implementados nas portas de equipamentos hosts como switches ou roteadores, contudo esse tipo de tecnologia está cada vez mais sendo embarcada em transceptores ópticos, sobretudo os voltados para transportes de dados em longas distâncias e com alta taxas de transferências como por exemplo transceivers com modulação do tipo Coherent. Um dos principais benefícios em se ter o chip DSP sobre a placa de circuito impresso do próprio transceiver está na possibilidade de implementar esses em equipamentos hosts que não possuem o chip DSP nativamente na porta da plataforma podendo assim reduzir os custos iniciais dos projetos.

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Canais de transmissão e sistemas de comunicações ópticas