sábado, 2 de outubro de 2010
Link do vídeo do programa ANTENA PAULISTA, da TV GLOBO:
http://video.globo.com/Videos/Player/Noticias/0,,GIM1331223-7823-PADRE+LANDELL+FOI+PIONEIRO+DAS+TELECOMUNICACOES+NO+BRASIL,00.html
sábado, 25 de setembro de 2010
MLM - Movimento Landell de Moura
ROBERTO LANDELL DE MOURA É PATRONO DOS RADIOAMADORES BRASILEIROS.
SELO LANDELL DE MOURA
A Empresa Brasileira de Correios e Telégrafos (ECT) vai emitir um selo para comemorar os 150 anos do nascimento de Roberto Landell de Moura. O lançamento será em 21 de janeiro de 2011 e fará uma merecida homenagem ao (ainda) injustiçado padre-cientista. Esse evento soma-se às iniciativas do MLM e do senador Sérgio Zambiasi, que solicita a inscrição do nome de Landell no Livro dos Heróis da Pátria.
ASSIM COMO ALBERTO SANTOS DUMONT É O PAI DA AVIAÇÃO, ROBERTO LANDELL DE MOURA É O PAI DAS TELECOMUNICAÇÕES.
OS DOIS SÃO BRASILEIROS!!!
Você certamente sabe que Santos Dumont é o Pai da Aviação. Mas você sabia que o rádio foi inventado por um padre-cientista brasileiro, Roberto Landell de Moura, antes de Marconi? Além do rádio, Landell de Moura também projetou a televisão, no início do século XX, muitos anos antes da referida invenção ser anunciada ao mundo. Ele patenteou inventos no Brasil e nos Estados Unidos, mas, por uma série de infortúnios, não conseguiu nenhum apoio para o desenvolvimento dos artefatos. Foi incompreendido, taxado de maluco e de ter pacto com o demônio. Não foi reconhecido em sua época e, pior ainda, até hoje é pouco conhecido, embora tudo esteja devidamente documentado. Historicamente, o Brasil entrou na era do rádio com importação de tecnologia.
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clique acima das imagens para ver os documentos
Para corrigir um erro histórico e, ao mesmo tempo, valorizar a ciência nacional, o Governo Brasileiro precisa reconhecer oficialmente o pioneirismo do Padre Roberto Landell de Moura no desenvolvimento das telecomunicações (precursor das invenções do rádio, da televisão e do teletipo, além da recomendação do uso das ondas curtas e da utilização em seus aparelhos do princípio do laser e das fibras ópticas).
COLABORE! VAMOS FAZER JUSTIÇA!
Fonte do Texto: http://www.mlm.landelldemoura.qsl.br/
Link do Abaixo Assinado: http://www.mlm.landelldemoura.qsl.br/abaixo_assinado.asp
Link do Abaixo Assinado: http://www.mlm.landelldemoura.qsl.br/abaixo_assinado.asp
Uma parte não contada na História do Brasil
Ajudando a divulgar a História do padre landell de Moura.
Nosso brasileiro pioneiro das telecomunicações.
Homenagem também ao Sr. Luiz Netto, que desencarnou em 24/08/2010.
*********************************************************************************
Além da invenção do Telefone Sem Fio, utilizando a luz como onda portadora de som, Landell também transmitiu a voz humana através de seu Transmissor de Ondas, bem como transmitia e recebia sinais telegráficos utilizando o código Morse, através do espaço. Todas estas invenções foram tardiamente patenteadas no Brasil e também nos Estados Unidos no Departamento de Patentes Norte Americano, United States Patent Office.
Todos os livros que lemos sobre a biografia de Landell e também através de depoimentos de seus familiares, nos dão conta de que não obstante cuidar com muito zelo suas obrigações religiosas como padre, ele ainda encontrava tempo para se manter muitíssimo bem informado de tudo o que ocorria no mundo científico da época, quer no campo da eletricidade, quer no campo da biologia e medicina e também diríamos hoje de assuntos ligados a parapsicologia.
Portanto quando ele criou o transmissor de audio via luz certamente já conhecia a existência do aparelho Photophone patenteado por Bell em 1886, e que Bell acabou por abandoná-lo por não encontrar nenhuma aplicação prática à época.Como veremos mais adiante Landell teve muitas dificuldades para conseguir suas patentes (Clique aqui para conhecer algumas correspondências entre Landell de Moura e U.S.Patent Office).
Landell utilizando o mesmo principio, deu poder, deu mais energia ao raio de luz para que pudesse transmitir um sinal portando audio à distâncias muito maiores que Bell conseguiu. Mas veremos esses detalhes mais adiante, por ora vamos verificar os primórdios, o nascedouro, o conhecimento das propriedades do elemento selênio que permitiram tais desenvolvimentos.
Nosso brasileiro pioneiro das telecomunicações.
Homenagem também ao Sr. Luiz Netto, que desencarnou em 24/08/2010.
"Que seu trabalho entre os irmãos de Luz seja tão grandioso quanto o que foi feito aqui na terra."
Este, grande colaborador para conhecermos mais sobre o nosso padre cientista.*********************************************************************************
Além da invenção do Telefone Sem Fio, utilizando a luz como onda portadora de som, Landell também transmitiu a voz humana através de seu Transmissor de Ondas, bem como transmitia e recebia sinais telegráficos utilizando o código Morse, através do espaço. Todas estas invenções foram tardiamente patenteadas no Brasil e também nos Estados Unidos no Departamento de Patentes Norte Americano, United States Patent Office.
Portanto quando ele criou o transmissor de audio via luz certamente já conhecia a existência do aparelho Photophone patenteado por Bell em 1886, e que Bell acabou por abandoná-lo por não encontrar nenhuma aplicação prática à época.Como veremos mais adiante Landell teve muitas dificuldades para conseguir suas patentes (Clique aqui para conhecer algumas correspondências entre Landell de Moura e U.S.Patent Office).
Landell utilizando o mesmo principio, deu poder, deu mais energia ao raio de luz para que pudesse transmitir um sinal portando audio à distâncias muito maiores que Bell conseguiu. Mas veremos esses detalhes mais adiante, por ora vamos verificar os primórdios, o nascedouro, o conhecimento das propriedades do elemento selênio que permitiram tais desenvolvimentos.
fontes de pesquisa:
Free Space Optics (FSO): Tecnologia
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:
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) em outros países, o que acaba por se distinguir de outras tecnologias sem fio. Os produtos relacionados a este sistema óptico e sem fio podem ser integrados às convencionais soluções já existentes baseadas em sistemas de fios, facilitando o acesso às redes ópticas.
A vulnerabilidade deste sistema é perceptível quando se trata de fenômenos atmosféricos, como atenuação ou cintilação, o que limita seu alcance e disponibilidade. No Brasil foram realizados estudos em algumas cidades e desenvolvido um modelo numérico baseado no conceito de transmissão da potência do laser [1].
A disponibilidade de sistemas FSO é calculada como função do alcance onde diferentes elementos parâmetros que contribuem para a perda total de potência são descritos e avaliados. Diversos resultados são apresentados quando considerado várias cidades brasileiras, cada uma delas com condições atmosféricas próprias [2].
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:
- Não requer licença de espectro RF;
- É de fácil atualização e suas interfaces abertas suportam equipamentos de uma variedade de fabricantes. Isso ajuda empresas e fornecedores a proteger seus investimentos nas estruturas de telecomunicações;
- Não requer atualização de segurança no software;
- É imune à interferência de freqüências de radio ou saturação;
- Pode ser posicionado atrás de janelas, eliminando a necessidade de telhados caros.
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| 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) em outros países, o que acaba por se distinguir de outras tecnologias sem fio. Os produtos relacionados a este sistema óptico e sem fio podem ser integrados às convencionais soluções já existentes baseadas em sistemas de fios, facilitando o acesso às redes ópticas.
A vulnerabilidade deste sistema é perceptível quando se trata de fenômenos atmosféricos, como atenuação ou cintilação, o que limita seu alcance e disponibilidade. No Brasil foram realizados estudos em algumas cidades e desenvolvido um modelo numérico baseado no conceito de transmissão da potência do laser [1].
A disponibilidade de sistemas FSO é calculada como função do alcance onde diferentes elementos parâmetros que contribuem para a perda total de potência são descritos e avaliados. Diversos resultados são apresentados quando considerado várias cidades brasileiras, cada uma delas com condições atmosféricas próprias [2].
sexta-feira, 24 de setembro de 2010
Fontes das Pesquisas
Free Space Optics (FSO): Considerações Finais
A realização do trabalho de pesquisa de sistemas de transmissão modulados por laser que se utilizam do espaço livre como meio de transmissão se justifica por aspectos diversos: comunicação em alta velocidade por meio de laser, tecnologia de transmissão em espaço livre, gerenciamento que pode ser feito através de softwares, investimento e retorno mais rápidos quando comparados com sistemas de comunicações ópticos com fibra, por se tratar de uma tecnologia que utiliza o espaço livre como meio de transmissão, podendo estabelecer enlaces de comunicação de 5 km ou acima.
O FSO é ainda uma tecnologia que oferece segurança na transmissão de dados pelo ar livre e banda larga para prover serviços de Internet, intranet, telefonia fixa e celular, e possui ótima relação custo/beneficio para atendimento de grande demanda de banda.
Além de salientar suas qualidades e vantagens, nosso estudo também procurou analisar as deficiências do FSO, no caso de névoa o sinal pode ser atenuado, o que também pode ser ocasionado pela chuva bastante presente em nossa região.
Com planejamento, sistemas FSO podem atender a uma gama de empresas que necessitem de serviços de telecomunicações com conectividade em alta velocidade, oferecendo baixo custo (aproximadamente 1/5 do custo de um sistema similar que utiliza fibra óptica) e em um curto período de tempo.
Certamente o FSO constituirá, no futuro breve, uma boa alternativa tecnológica para de telecomunicações em nosso país.
[1] L. E. da S. Moura, , et al. “Da viabilidade da tecnologia óptica no espaço livre”. Revista de Ciência e Tecnologia. Piracicaba, v. 1, n. 1, 1991.
[2]P. B. Harboe, “Free Space Optical Communication Systems: a feasibility study for deployment in Brazil”. Journal of Microwaves and Optoelectronics. v. 3, n. 4, abr. 2004.
[3] I. I Kim,.,B. Mcarthur ; Eric Korevaar,. Comparison of laser beam propagation at 785 nm and 1550 nm in fog and haze for optical wireless communications. San Diego.
http://www.opticalaccess.com, 2005.
[4] D. Johnson: "Optical Through the Air Communications Handbook".
Disponível em: http://www.imagineeringezine.com.
[5] I. I. Kim, R. Stieger, J. Koontz, C. Moursund, M. Barclay, P. Adhikari, J. Schuster, and E. Korevaar, "Wireless optical transmission of Fast Ethernet, FDDI, ATM, and ESCON protocol data using the TerraLink laser communication system," Optical Engineering, Vol. 37, pp. 3143-3155, 1998.
A realização do trabalho de pesquisa de sistemas de transmissão modulados por laser que se utilizam do espaço livre como meio de transmissão se justifica por aspectos diversos: comunicação em alta velocidade por meio de laser, tecnologia de transmissão em espaço livre, gerenciamento que pode ser feito através de softwares, investimento e retorno mais rápidos quando comparados com sistemas de comunicações ópticos com fibra, por se tratar de uma tecnologia que utiliza o espaço livre como meio de transmissão, podendo estabelecer enlaces de comunicação de 5 km ou acima.
O FSO é ainda uma tecnologia que oferece segurança na transmissão de dados pelo ar livre e banda larga para prover serviços de Internet, intranet, telefonia fixa e celular, e possui ótima relação custo/beneficio para atendimento de grande demanda de banda.
Além de salientar suas qualidades e vantagens, nosso estudo também procurou analisar as deficiências do FSO, no caso de névoa o sinal pode ser atenuado, o que também pode ser ocasionado pela chuva bastante presente em nossa região.
Com planejamento, sistemas FSO podem atender a uma gama de empresas que necessitem de serviços de telecomunicações com conectividade em alta velocidade, oferecendo baixo custo (aproximadamente 1/5 do custo de um sistema similar que utiliza fibra óptica) e em um curto período de tempo.
Certamente o FSO constituirá, no futuro breve, uma boa alternativa tecnológica para de telecomunicações em nosso país.
Referências
[1] L. E. da S. Moura, , et al. “Da viabilidade da tecnologia óptica no espaço livre”. Revista de Ciência e Tecnologia. Piracicaba, v. 1, n. 1, 1991.
[2]P. B. Harboe, “Free Space Optical Communication Systems: a feasibility study for deployment in Brazil”. Journal of Microwaves and Optoelectronics. v. 3, n. 4, abr. 2004.
[3] I. I Kim,.,B. Mcarthur ; Eric Korevaar,. Comparison of laser beam propagation at 785 nm and 1550 nm in fog and haze for optical wireless communications. San Diego.
http://www.opticalaccess.com, 2005.
[4] D. Johnson: "Optical Through the Air Communications Handbook".
Disponível em: http://www.imagineeringezine.com.
[5] I. I. Kim, R. Stieger, J. Koontz, C. Moursund, M. Barclay, P. Adhikari, J. Schuster, and E. Korevaar, "Wireless optical transmission of Fast Ethernet, FDDI, ATM, and ESCON protocol data using the TerraLink laser communication system," Optical Engineering, Vol. 37, pp. 3143-3155, 1998.
Software Matemático - Primeira Versão
Free Space Optics (FSO): O Software
Foi desenvolvido um programa, onde o ambiente oferecido pela ferramenta de construção da interface gráfica do MATLAB, chamado de guide, foi escolhido por sua simplicidade. O MATLAB foi escolhido, por possuir uma linguagem de programação bastante simples, com diversas funções já definidas e que dispensa a declaração de variáveis observada na maioria das linguagens de programação.
O programa dispõe tópicos de ajuda, como é o caso da exibição de gráficos com valores práticos de visibilidades em cidades brasileiras, e também apresenta resumos teóricos acerca de determinados assuntos vinculados à tecnologia FSO, como por exemplo, espalhamento Rayleigh, espalhamento Mie, divergência do raio, etc.
No programa desenvolvido é realizado o balanço de potência para enlaces no espaço livre, levando em consideração os diversos parâmetros descritos nos tópicos anteriores. Assim, os mesmos são usados como entrada de dados para o programa:
= 780 nm, PR = - 46 dBm,
= 1 mrad, AR = 0.025 m2, PLRx = 9 dB, Pdes = 3 dB e M = 0 dB.
As figuras 8 e 9, a seguir, apresentam a interface gráfica desenvolvida com o GUIDE do MATLAB quando se pretende calcular o alcance máximo R (km) de acordo com os dados fornecidos.
Na figura 10 é apresentado o gráfico dos valores práticos de visibilidade [2] de acordo com a opção selecionada na interface.
A proposta de desenvolvimento deste software é facilitar o entendimento e o projeto de sistemas FSO em cidades brasileiras, estimando-se de forma rápida o alcance máximo dos enlaces de acordo com parâmetros diversos inerentes ao sistema.
Problemas de degradação atmosférica, dificuldade de visada devido à influência de neblina ou presença de fumaça, bem como a própria poluição em si são, de certa forma, contemplados no software quando seguidas sugestões de valores de visibilidade apresentados no software.
O layout do programa é bastante simples e objetivo, proporcionado facilidade de alteração dos parâmetros do sistema por parte de qualquer usuário. Os textos estáticos presentes na interface apresentam de forma objetiva os dados fornecidos e o que se necessita obter.
O software também pode ser perfeitamente adaptado para calcular qualquer outro parâmetro do sistema desde que todos os demais parâmetros sejam fornecidos. Assim, por exemplo, é possível calcular o comprimento de onda, a área mínima do receptor, a potência mínima a ser transmitida, etc., desde que todos os demais parâmetros sejam fornecidos.
Para isto, basta que o usuário preencha com um traço ou ponto de interrogação a caixa de texto correspondente ao parâmetro que se deseja calcular. Se mais de uma caixa de texto for preenchida com interrogação ou traço, ao acionar o botão calcular o software exibirá uma mensagem de erro.
Este é sugerido como ferramenta didática para aproximar a tecnologia de comunicações ópticas de acadêmicos em potencial. É verdade que as fibras ópticas estão em alta e, portanto, são mais divulgadas, contudo, progressivamente a tecnologia FSO vem ganhando espaço em aplicações diversas, inclusive se integrando às redes com infra-estrutura de cabos ópticos.
Foi desenvolvido um programa, onde o ambiente oferecido pela ferramenta de construção da interface gráfica do MATLAB, chamado de guide, foi escolhido por sua simplicidade. O MATLAB foi escolhido, por possuir uma linguagem de programação bastante simples, com diversas funções já definidas e que dispensa a declaração de variáveis observada na maioria das linguagens de programação.
O programa dispõe tópicos de ajuda, como é o caso da exibição de gráficos com valores práticos de visibilidades em cidades brasileiras, e também apresenta resumos teóricos acerca de determinados assuntos vinculados à tecnologia FSO, como por exemplo, espalhamento Rayleigh, espalhamento Mie, divergência do raio, etc.
No programa desenvolvido é realizado o balanço de potência para enlaces no espaço livre, levando em consideração os diversos parâmetros descritos nos tópicos anteriores. Assim, os mesmos são usados como entrada de dados para o programa:
- Potência média na saída do transmissor: PT (dBm);
- Comprimento de onda do laser: (nm);
- Divergência do raio laser: (mrad);
- Sensibilidade óptica do receptor para a taxa de transmissão e taxa de bits de erros (BER) de interesse: Srx (mrad);
- Área de abertura da superfície do receptor: AR (m2);
- Perdas ópticas no receptor: PLRx (dB);
- Perdas ópticas por desalinhamento: Pdes (dB);
- Margem de segurança do sistema: M (dB).
= 780 nm, PR = - 46 dBm, = 1 mrad, AR = 0.025 m2, PLRx = 9 dB, Pdes = 3 dB e M = 0 dB.As figuras 8 e 9, a seguir, apresentam a interface gráfica desenvolvida com o GUIDE do MATLAB quando se pretende calcular o alcance máximo R (km) de acordo com os dados fornecidos.
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| Figura 8: Aspecto da interface gráfica da tela de entrada. |
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| Figura 9: Aspecto da interface gráfica da tela principal. |
Na figura 10 é apresentado o gráfico dos valores práticos de visibilidade [2] de acordo com a opção selecionada na interface.
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| Figura 10: Gráfico para estimativa da visibilidade na região sudeste [2]. |
A proposta de desenvolvimento deste software é facilitar o entendimento e o projeto de sistemas FSO em cidades brasileiras, estimando-se de forma rápida o alcance máximo dos enlaces de acordo com parâmetros diversos inerentes ao sistema.
Problemas de degradação atmosférica, dificuldade de visada devido à influência de neblina ou presença de fumaça, bem como a própria poluição em si são, de certa forma, contemplados no software quando seguidas sugestões de valores de visibilidade apresentados no software.
O layout do programa é bastante simples e objetivo, proporcionado facilidade de alteração dos parâmetros do sistema por parte de qualquer usuário. Os textos estáticos presentes na interface apresentam de forma objetiva os dados fornecidos e o que se necessita obter.
O software também pode ser perfeitamente adaptado para calcular qualquer outro parâmetro do sistema desde que todos os demais parâmetros sejam fornecidos. Assim, por exemplo, é possível calcular o comprimento de onda, a área mínima do receptor, a potência mínima a ser transmitida, etc., desde que todos os demais parâmetros sejam fornecidos.
Para isto, basta que o usuário preencha com um traço ou ponto de interrogação a caixa de texto correspondente ao parâmetro que se deseja calcular. Se mais de uma caixa de texto for preenchida com interrogação ou traço, ao acionar o botão calcular o software exibirá uma mensagem de erro.
Este é sugerido como ferramenta didática para aproximar a tecnologia de comunicações ópticas de acadêmicos em potencial. É verdade que as fibras ópticas estão em alta e, portanto, são mais divulgadas, contudo, progressivamente a tecnologia FSO vem ganhando espaço em aplicações diversas, inclusive se integrando às redes com infra-estrutura de cabos ópticos.
Matemática do Enlace
Free Space Optics (FSO): Formulação
A formulação [3] adotada é semi-empírica, com a parte empírica desenvolvida na atmosfera de algumas regiões brasileiras. Caracterização do sistema FSO é feita a partir do balanço de potência:
Onde:
A perda total em um enlace FSO possui diversos componentes, como perda óptica no receptor, perda devida a erros de alvo (ou alinhamento), perda devido ao alargamento geométrica do raio laser, e perdas devido aos efeitos atmosféricos. Relatos encontrados na literatura sugerem que valores típicos para perdas ópticas do receptor e por erros de alvo são 9,0 dB e 3,0 dB; respectivamente.
A perda por alargamento geométrico do laser pode ser avaliada através da comparação entre a área iluminada na superfície do receptor e a área de superfície do raio que sai do transmissor. Esta perda depende da divergência geométrica do raio e do comprimento do enlace FSO.
Efeitos atmosféricos como absorção, dispersão e cintilação são os que mais contribuem para elevação da perda total no enlace. Tais efeitos podem prejudicar consideravelmente o desempenho dos sistemas FSO e reduzir sua disponibilidade.
A atenuação da potência laser na atmosfera é descrita pela lei de Beer [4,5]:
Onde:
Na faixa de comprimento de onda de interesse, entre 780 nm e 1550nm, as dimensões das partículas em suspensão na atmosfera são da mesma ordem ou maiores destes comprimentos, tornando os coeficientes de absorção atmosférica e aerossol desprezíveis (am ≈ 0 e βa ≈ 0) [1,2].
O coeficiente de espalhamento molecular, ou espalhamento Rayleigh, que varia com o inverso da quarta potência do comprimento de onda do laser (1/l4) também pode ser negligenciado (βm ≈ 0) para a mesma faixa de trabalho. Dessa forma, o coeficiente de espalhamento aerossol ou Mie torna-se o coeficiente de atenuação total (σ ≈ βa).
O espalhamento Mie é fortemente evidenciado quando os diâmetros das partículas em suspensão são da ordem do comprimento de onda laser, tornando-se praticamente independente deste comprimento (l) à medida que o diâmetro dessas partículas cresce. A eficiência do espalhamento Mie também depende da visibilidade atmosférica, definida como a distância em que a intensidade da luz decresce 2% do seu valor inicial.
A atenuação devido ao espalhamento Mie varia com a visibilidade e com o comprimento de onda laser de acordo com:
Onde:
A avaliação completa da perda no enlace requer estimativa da perda por cintilação. Resultados experimentais indicam que as perdas por cintilação podem ser reduzidas com o uso de sistemas com múltiplos raios e/ou receptores com abertura larga.
Os resultados também indicam que o efeito da cintilação é mais severo à tarde e no verão. Outros resultados sugerem que a perda por cintilação aumenta com o comprimento de onda de operação. Interpolação linear é aplicada aos dados obtidos em outro trabalho com o propósito de estimar a perda por cintilação para diferentes alcances FSO, de acordo com a fórmula empírica:
Onde:
A formulação [3] adotada é semi-empírica, com a parte empírica desenvolvida na atmosfera de algumas regiões brasileiras. Caracterização do sistema FSO é feita a partir do balanço de potência:
 | [1] |
Onde:
- P(0) = potência transmitida (dBm);
- P(R) = sensibilidade do receptor (dBm);
- a = perda total no enlace do espaço livre (dB);
- M = margem de segurança do sistema (dB).
A perda total em um enlace FSO possui diversos componentes, como perda óptica no receptor, perda devida a erros de alvo (ou alinhamento), perda devido ao alargamento geométrica do raio laser, e perdas devido aos efeitos atmosféricos. Relatos encontrados na literatura sugerem que valores típicos para perdas ópticas do receptor e por erros de alvo são 9,0 dB e 3,0 dB; respectivamente.
A perda por alargamento geométrico do laser pode ser avaliada através da comparação entre a área iluminada na superfície do receptor e a área de superfície do raio que sai do transmissor. Esta perda depende da divergência geométrica do raio e do comprimento do enlace FSO.
Efeitos atmosféricos como absorção, dispersão e cintilação são os que mais contribuem para elevação da perda total no enlace. Tais efeitos podem prejudicar consideravelmente o desempenho dos sistemas FSO e reduzir sua disponibilidade.
A atenuação da potência laser na atmosfera é descrita pela lei de Beer [4,5]:
 | [2] |
Onde:
- R = alcance do enlace (m);
- P(R) = potência laser à distância R da fonte;
- P(0) = potência do laser na fonte;
- σ = coeficiente de atenuação total ou coeficiente de extinção (m-1).
Na faixa de comprimento de onda de interesse, entre 780 nm e 1550nm, as dimensões das partículas em suspensão na atmosfera são da mesma ordem ou maiores destes comprimentos, tornando os coeficientes de absorção atmosférica e aerossol desprezíveis (am ≈ 0 e βa ≈ 0) [1,2].
O coeficiente de espalhamento molecular, ou espalhamento Rayleigh, que varia com o inverso da quarta potência do comprimento de onda do laser (1/l4) também pode ser negligenciado (βm ≈ 0) para a mesma faixa de trabalho. Dessa forma, o coeficiente de espalhamento aerossol ou Mie torna-se o coeficiente de atenuação total (σ ≈ βa).
O espalhamento Mie é fortemente evidenciado quando os diâmetros das partículas em suspensão são da ordem do comprimento de onda laser, tornando-se praticamente independente deste comprimento (l) à medida que o diâmetro dessas partículas cresce. A eficiência do espalhamento Mie também depende da visibilidade atmosférica, definida como a distância em que a intensidade da luz decresce 2% do seu valor inicial.
A atenuação devido ao espalhamento Mie varia com a visibilidade e com o comprimento de onda laser de acordo com:
 | [3] |
Onde:
- V = visibilidade (km);
- = comprimento de onda do laser (nm);
- q = distribuição de tamanho das partículas espalhadas, ou seja:
A avaliação completa da perda no enlace requer estimativa da perda por cintilação. Resultados experimentais indicam que as perdas por cintilação podem ser reduzidas com o uso de sistemas com múltiplos raios e/ou receptores com abertura larga.
Os resultados também indicam que o efeito da cintilação é mais severo à tarde e no verão. Outros resultados sugerem que a perda por cintilação aumenta com o comprimento de onda de operação. Interpolação linear é aplicada aos dados obtidos em outro trabalho com o propósito de estimar a perda por cintilação para diferentes alcances FSO, de acordo com a fórmula empírica:
 | [4] |
Onde:
- R é dado em km;
- Os valores das constantes a e b dependem do tipo de sistema FSO:
- Raio único e/ou sistemas com receptor de pequena abertura (diâmetro ≤ 10 cm): a = 13 / 9,2 e b = 67,2 / 9,2;
- Raios múltiplos e/ou sistemas com receptor de pequena ampla (diâmetro > 10 cm): a = 8 / 9,2 e b = 27,2 / 9,2.
FSO - Free Space óptics
Free Space Optics (FSO): Considerações Importantes
Enquanto os cabos de fibra óptica e tecnologia FSO dividem diversos dos mesmos atributos, os mesmos enfrentam diferentes desafios devido à forma como transmitem informações. A fibra óptica está sujeita a uma gama de distúrbios causados por construções descontroladas, roedores, e mesmo tubarões quando colocadas no mar, já a tecnologia do espaço livre está sujeita ao seu próprio potencial quando colocada sob distúrbios ao ar livre.
Redes ópticas sem fio fundamentadas neste sistema devem ser designadas para combater mudanças atmosféricas, onde afetam a capacidade de desempenho do mesmo. Devido aos transceptores necessitarem de visada direta, todos os pontos de interconexão devem estar livres de obstruções físicas e capazes de “enxergar” um ao outro.
Todos os distúrbios em potencial podem ser evitados através do planejamento e projeto apropriados de uma rede. Alguns dos aspectos importantes a serem considerados quando se trata de sistemas de comunicação no espaço livre, como o FSO, são apresentados a seguir.
O primeiro desafio das comunicações pelo FSO é a densa neblina. Chuva e neve têm pouco efeito na nesta tecnologia, mas neblina é diferente. Neblina é vapor composto de gotas de água, que possuem apenas algumas centenas de micros de diâmetro, mas que podem modificar as características da luz ou atrapalhar por completo a passagem da luz por absorção, reflexão ou mesmo divisão. O problema da neblina pode ser contornado quando se diminui a distância do enlace. Instalação do FSO em cidades com neblina forte como São Francisco tem alcançado com sucesso bons resultados.
Absorção ocorre quando moléculas de água suspensas na atmosfera terrestre extinguem os fótons. Isso causa uma diminuição da densidade de potência (atenuação) dos raios e afeta diretamente a disponibilidade do sistema.
Absorção ocorre mais facilmente em alguns comprimentos de onda do que outros, entretanto o uso apropriado da potência, considerado as condições atmosféricas, e uso das diversidades espaciais (múltiplos raios além de unidade base de FSO) ajudam a manter o nível disponível de rede exigido.
O espalhamento é causado quando ondas colidem com dispersos (partículas espalhadas pelo ar). O tamanho físico dos dispersos determina o tipo de espalhamento. Quando menor que o comprimento de onda, ocorre o assim chamado espalhamento Rayleigh.
Sendo de tamanho comparável ao comprimento, tem-se o espalhamento Mie. Se o tamanho é muito maior do que o comprimento de onda, ocorre o chamado espalhamento não seletivo. No espalhamento – diferente da absorção – não há perda de energia, mas sim uma redistribuição que pode provocar significativa redução na intensidade dos raios por longas distâncias.
Pássaros voando ou construções podem temporariamente bloquear a visada direta de sistema um FSO, mas isso tende a causar somente pequenas interrupções, entretanto, transmissões podem ser automaticamente refeitas. Produtos ópticos sem fio de determinados fabricantes usam sistemas de múltiplos raios laser (diversidade espacial) para endereçar obstruções temporárias, assim como outras condições atmosféricas desfavoráveis, para fornecer uma maior disponibilidade do serviço.
O movimento das construções pode prejudicar a transmissão/recepção de feixes laser por conta da perda de alinhamento. Uma das formas de suavizar este problema é através da utilização de múltiplos raios FSO.
O ar quente proveniente do solo ou de aparelhos desenvolvidos pelo homem, como é o caso dos dutos de aquecimento, propiciam variações de temperatura entre em diferentes trechos por onde o feixe dos transceptores possa trafegar. Isso pode causar flutuações em amplitude que provocam dificuldades de detecção no final da base receptora FSO.
Para quem não está familiarizado com a tecnologia, a segurança pode ser uma preocupação, pois a tecnologia usa lasers para transmissão. A utilização correta e segura de lasers tem sido discutida desde que os primeiros aparelhos FSO apareceram nos laboratórios mais de três décadas atrás. As duas maiores preocupações envolvem exposição do olho humano aos raios de luz de alta densidade de potência. Padrões internacionais restritos foram criados para desempenho e segurança.
Os sistemas de comunicações ópticos que utilizam o espaço livre como meio de transmissão têm se mostrado como uma alternativa viável para substituir sistemas clássicos que utilizam fibra óptica em diversas aplicações, tais como em redes locais (LAN) e redes metropolitanas (MAN).
Estima-se que em áreas metropolitanas, um enlace de fibra óptica pode custar até mesmo em torno de US$ 200.000,00 por quilômetro, sendo que, 85% desse valor é gasto em escavação e instalação. Por outro lado, o custo de instalação de um sistema FSO é cerca de 20% dos sistemas desenvolvidos para aplicação de projetos baseados em soluções com fibra.
Atualmente as fibras ópticas utilizadas em sistemas podem operar com taxas de transmissão que ultrapassam 620 Mbps. Fazendo-se uma comparação entre os sistemas de telefonia e fibra, apenas como uma idéia de grandeza, esta taxa é aproximadamente dez mil vezes maior que as taxas do modem comumente utilizado pela maioria dos usuários da Internet, quando nos referimos à conexão discada.
FSO é caracterizada como tecnologia de visada direta dependente totalmente do uso de raios de luz, invisíveis ao olho humano, que permitem conexões de longa distância entre transceptores para transmissão de voz, vídeo e dados.
Atualmente, a presença desta nova tecnologia veio a capacitar o desenvolvimento de uma nova categoria de produtos sem fio com taxas acima de 1.25Gbps. Essa conectividade óptica não requer cabos caros de fibra óptica ou soluções de licenças de espectro de radio freqüência seguras (RF).
No espectro eletromagnético, os sistemas ópticos sem fio operam próximos à região do infravermelho com comprimentos de onda típicos de 750 nm, 810 nm e 852 nm, devido à disponibilidade de fontes laser de baixo custo. Receptores PIN e APD com boa sensibilidade também estão disponíveis nesses parâmetros.
Entretanto, as constantes demandas por distância, especialmente em aplicações de telecomunicações, empurraram a operação desses sistemas para comprimentos de onda maiores, principalmente 1550 nm, onde fontes laser podem fornecer maior potência óptica. Amplificadores de fibra dopada a érbio (EDFA - Erbium Doped Fiber Amplifier) – poderão movimentar-se entre os transceptores, possibilitando amplificação de potência e, consequentemente, aumentando o alcance de do sistema.
Os equipamentos de comunicação ópticas atualmente disponíveis operam com lasers de 850 nm ou 1550 nm. Todavia, o laser de 1550 nm, embora mais caro, possui melhor desempenho para alcances maiores, exige potência reduzida e, portanto, não agride a retina dos olhos humanos. Em termos de desempenho, um sistema de comunicação, por definição, deve apresentar uma taxa de erro, não superior a um bit para cada dez bilhões, que ele transmite (BER <= 10**-10).
Enquanto os cabos de fibra óptica e tecnologia FSO dividem diversos dos mesmos atributos, os mesmos enfrentam diferentes desafios devido à forma como transmitem informações. A fibra óptica está sujeita a uma gama de distúrbios causados por construções descontroladas, roedores, e mesmo tubarões quando colocadas no mar, já a tecnologia do espaço livre está sujeita ao seu próprio potencial quando colocada sob distúrbios ao ar livre.
Redes ópticas sem fio fundamentadas neste sistema devem ser designadas para combater mudanças atmosféricas, onde afetam a capacidade de desempenho do mesmo. Devido aos transceptores necessitarem de visada direta, todos os pontos de interconexão devem estar livres de obstruções físicas e capazes de “enxergar” um ao outro.
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| Figura 3: Exemplo de um Transceptor alinhado em visada direta. |
Todos os distúrbios em potencial podem ser evitados através do planejamento e projeto apropriados de uma rede. Alguns dos aspectos importantes a serem considerados quando se trata de sistemas de comunicação no espaço livre, como o FSO, são apresentados a seguir.
Neblina
O primeiro desafio das comunicações pelo FSO é a densa neblina. Chuva e neve têm pouco efeito na nesta tecnologia, mas neblina é diferente. Neblina é vapor composto de gotas de água, que possuem apenas algumas centenas de micros de diâmetro, mas que podem modificar as características da luz ou atrapalhar por completo a passagem da luz por absorção, reflexão ou mesmo divisão. O problema da neblina pode ser contornado quando se diminui a distância do enlace. Instalação do FSO em cidades com neblina forte como São Francisco tem alcançado com sucesso bons resultados.
Absorção
Absorção ocorre quando moléculas de água suspensas na atmosfera terrestre extinguem os fótons. Isso causa uma diminuição da densidade de potência (atenuação) dos raios e afeta diretamente a disponibilidade do sistema.
Absorção ocorre mais facilmente em alguns comprimentos de onda do que outros, entretanto o uso apropriado da potência, considerado as condições atmosféricas, e uso das diversidades espaciais (múltiplos raios além de unidade base de FSO) ajudam a manter o nível disponível de rede exigido.
Espalhamento
O espalhamento é causado quando ondas colidem com dispersos (partículas espalhadas pelo ar). O tamanho físico dos dispersos determina o tipo de espalhamento. Quando menor que o comprimento de onda, ocorre o assim chamado espalhamento Rayleigh.
Sendo de tamanho comparável ao comprimento, tem-se o espalhamento Mie. Se o tamanho é muito maior do que o comprimento de onda, ocorre o chamado espalhamento não seletivo. No espalhamento – diferente da absorção – não há perda de energia, mas sim uma redistribuição que pode provocar significativa redução na intensidade dos raios por longas distâncias.
Obstruções Físicas
Pássaros voando ou construções podem temporariamente bloquear a visada direta de sistema um FSO, mas isso tende a causar somente pequenas interrupções, entretanto, transmissões podem ser automaticamente refeitas. Produtos ópticos sem fio de determinados fabricantes usam sistemas de múltiplos raios laser (diversidade espacial) para endereçar obstruções temporárias, assim como outras condições atmosféricas desfavoráveis, para fornecer uma maior disponibilidade do serviço.
Atividades sísmicas
O movimento das construções pode prejudicar a transmissão/recepção de feixes laser por conta da perda de alinhamento. Uma das formas de suavizar este problema é através da utilização de múltiplos raios FSO.
Cintilação
O ar quente proveniente do solo ou de aparelhos desenvolvidos pelo homem, como é o caso dos dutos de aquecimento, propiciam variações de temperatura entre em diferentes trechos por onde o feixe dos transceptores possa trafegar. Isso pode causar flutuações em amplitude que provocam dificuldades de detecção no final da base receptora FSO.
Segurança
Para quem não está familiarizado com a tecnologia, a segurança pode ser uma preocupação, pois a tecnologia usa lasers para transmissão. A utilização correta e segura de lasers tem sido discutida desde que os primeiros aparelhos FSO apareceram nos laboratórios mais de três décadas atrás. As duas maiores preocupações envolvem exposição do olho humano aos raios de luz de alta densidade de potência. Padrões internacionais restritos foram criados para desempenho e segurança.
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| Figura 4: Exemplo de como os fatores atmosféricos (fog) atrapalha o sistema FSO. |
FSO versus Fibra Óptica
Os sistemas de comunicações ópticos que utilizam o espaço livre como meio de transmissão têm se mostrado como uma alternativa viável para substituir sistemas clássicos que utilizam fibra óptica em diversas aplicações, tais como em redes locais (LAN) e redes metropolitanas (MAN).
Estima-se que em áreas metropolitanas, um enlace de fibra óptica pode custar até mesmo em torno de US$ 200.000,00 por quilômetro, sendo que, 85% desse valor é gasto em escavação e instalação. Por outro lado, o custo de instalação de um sistema FSO é cerca de 20% dos sistemas desenvolvidos para aplicação de projetos baseados em soluções com fibra.
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| Figura 5: Dificuldades que existem em uma obra de fibra óptica. |
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| Figura 6: Obra para se estabelecer uma estrutura de fibra óptica. |
Atualmente as fibras ópticas utilizadas em sistemas podem operar com taxas de transmissão que ultrapassam 620 Mbps. Fazendo-se uma comparação entre os sistemas de telefonia e fibra, apenas como uma idéia de grandeza, esta taxa é aproximadamente dez mil vezes maior que as taxas do modem comumente utilizado pela maioria dos usuários da Internet, quando nos referimos à conexão discada.
FSO é caracterizada como tecnologia de visada direta dependente totalmente do uso de raios de luz, invisíveis ao olho humano, que permitem conexões de longa distância entre transceptores para transmissão de voz, vídeo e dados.
Atualmente, a presença desta nova tecnologia veio a capacitar o desenvolvimento de uma nova categoria de produtos sem fio com taxas acima de 1.25Gbps. Essa conectividade óptica não requer cabos caros de fibra óptica ou soluções de licenças de espectro de radio freqüência seguras (RF).
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| Figura 7: FSO - tecnologia de visada direta entre transceptores para transmissão de voz, vídeo e dados. |
No espectro eletromagnético, os sistemas ópticos sem fio operam próximos à região do infravermelho com comprimentos de onda típicos de 750 nm, 810 nm e 852 nm, devido à disponibilidade de fontes laser de baixo custo. Receptores PIN e APD com boa sensibilidade também estão disponíveis nesses parâmetros.
Entretanto, as constantes demandas por distância, especialmente em aplicações de telecomunicações, empurraram a operação desses sistemas para comprimentos de onda maiores, principalmente 1550 nm, onde fontes laser podem fornecer maior potência óptica. Amplificadores de fibra dopada a érbio (EDFA - Erbium Doped Fiber Amplifier) – poderão movimentar-se entre os transceptores, possibilitando amplificação de potência e, consequentemente, aumentando o alcance de do sistema.
Os equipamentos de comunicação ópticas atualmente disponíveis operam com lasers de 850 nm ou 1550 nm. Todavia, o laser de 1550 nm, embora mais caro, possui melhor desempenho para alcances maiores, exige potência reduzida e, portanto, não agride a retina dos olhos humanos. Em termos de desempenho, um sistema de comunicação, por definição, deve apresentar uma taxa de erro, não superior a um bit para cada dez bilhões, que ele transmite (BER <= 10**-10).
Sistema de comunicação optica no espaço livre
A pesquisa sobre um sistema de comunicação óptico tecnologicamente inovador, com lasers e receptores ópticos substituindo a fibra óptica convencional pelo próprio ar livre como meio de transmissão de dados, voz e imagens. Esta tecnologia é conhecida como FSO (Free Space Optics) e se utiliza da luz emitida por um laser para estabelecer comunicação com um receptor óptico devidamente alinhado.
Existem desenvolvidos, softwares que ajudam em cálculos como balanço de potência em enlaces no espaço livre e em parâmetros como potência do laser, sensibilidade do receptor, visibilidade, perdas de cintilação, etc., todos estes fatores são avaliados no ambiente das principais cidades brasileiras.
Verifica-se que a maturidade deste sistema, não está realmente estimada ou prevista, devido a um desconhecimento de quanto tempo ele esteve sendo desenvolvido às escondidas. Historicamente, a comunicação óptica sem meios físicos foi demonstrada por Graham Bell no século XIX, antes mesmo dele ter demonstrado o funcionamento do telefone.
Ele tentou converter sinais de voz em sinais telefônicos e transmitiu os mesmos entre receptores através do ar livre, num feixe de luz, a uma distância de 180 m. Ele chamou este experimento de photophone, e considerou isto uma transmissão óptica e não telefônica, porque não precisava de fios para transmissão.
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 sendo utilizada em grande parte pelos militares.
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.
Existem desenvolvidos, softwares que ajudam em cálculos como balanço de potência em enlaces no espaço livre e em parâmetros como potência do laser, sensibilidade do receptor, visibilidade, perdas de cintilação, etc., todos estes fatores são avaliados no ambiente das principais cidades brasileiras.
Verifica-se que a maturidade deste sistema, não está realmente estimada ou prevista, devido a um desconhecimento de quanto tempo ele esteve sendo desenvolvido às escondidas. Historicamente, a comunicação óptica sem meios físicos foi demonstrada por Graham Bell no século XIX, antes mesmo dele ter demonstrado o funcionamento do telefone.
Ele tentou converter sinais de voz em sinais telefônicos e transmitiu os mesmos entre receptores através do ar livre, num feixe de luz, a uma distância de 180 m. Ele chamou este experimento de photophone, e considerou isto uma transmissão óptica e não telefônica, porque não precisava de fios para transmissão.
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 sendo utilizada em grande parte pelos militares.
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| 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.
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