Conceituaes em Telecomunicao

Comunicaes pticas

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1. Introduo s Fibras pticas........................................................................................................ 3 2. Fibras pticas ................................................................................................................................ 6 2.2 Princpios da Geometria ptica Aplicados s Fibras............................................................ 8 2.3 Aspectos da Transmisso em Fibras pticas................................................................. 10 2.4 Classificao das Fibras pticas .......................................................................................... 11 2.5 Cabos pticos ......................................................................................................................... 12 2.6 Emendas em Fibras pticas .................................................................................................. 16 3. Componentes Opticoeletrnicos................................................................................................ 19 3.1 Transmissores pticos........................................................................................................... 19 3.2 Receptores pticos................................................................................................................. 21 4. Sistemas WDM e DWDM.............................................................................................................. 21 4.1 Wavelength Division Multiplexing WDM ............................................................................ 21 4.2 Dense Wavelength Division Multiplexing DWDM.............................................................. 23

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1. Introduo s Fibras pticasO quer voc vai ver Nesta aula vamos abordar a importncia das fibras pticas, suas caractersticas e as vantagens que apresentam como meio de transmisso.

H mais de um sculo a energia luminosa vem sendo usada para transmisso de informaes, mas foi apenas com o advento do laser, nos anos sessenta, que o interesse por sistemas ticos se tornou relevante para a comunidade cientfica, pelo potencial apresentado para comunicao de dados, sensoreamento e outras aplicaes. Voc deve estar dizendo: Como essas fibras pticas funcionam? Por que a comunicao atravs da luz to importante?

Qualquer sistema de comunicaes pticas pode ser dividido em: - um transmissor (fonte do sinal), que converte a informao em luz, - um meio de transmisso (fibra ptica), por onde o sinal transportado, - um receptor (detetor do sinal), que recupera a informao a partir do sinal luminoso recebido

F o n te d e In fo rm ao

T ran sm isso r

M eio d e T ran sm isso

R ecep to r

D estin o

Sistema Genrico e Telecomunicaes

Um sistema de comunicao por meio de ondas luminosas pode transmitir muito mais informaes digitais do que um sistema convencional de comunicaes, porque a taxa de transmisso de informao diretamente proporcional freqncia do sinal. A luz tem uma freqncia na faixa de 10 - 10 Hz, enquanto as freqncias de rdio so 6 8 10 aproximadamente de 10 Hz e as de microondas esto na faixa de 10 - 10 Hz. Por isso, um sistema de transmisso que opera na freqncia da luz pode, teoricamente, transmitir informao numa taxa mais alta que os sistemas que operam nas freqncias de rdio ou microondas. A taxa de transmisso digital definida como o nmero de bits transmitidos a cada segundo. As caractersticas especiais das fibras pticas apresentam vantagens em relao aos suportes fsicos de transmisso convencionais (par metlico e o cabo coaxial) e as poucas desvantagens podem ser consideradas transitrias, j que resultam da relativa imaturidade da tecnologia associada.14 15

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As fibras pticas apresentam inmeras vantagens, mas tambm algumas desvantagens, que precisam ser avaliadas. Confira!

Vantagens :

Banda passante potencialmente enorme A transmisso em fibras pticas realizada em freqncias pticas portadoras na faixa 14 15 espectral de 10 a 10 Hz (100 a 1000 THz). Isto significa uma capacidade de transmisso potencial, no mnimo, 10.000 vezes superior, por exemplo, capacidade dos atuais sistemas de microondas que operam com uma banda passante til de 700 MHz. Alm de suportar um aumento significativo de nmero de canais de voz e /ou de vdeo num mesmo circuito telefnico, essa enorme banda passante permite novas aplicaes. Atualmente, j esto disponveis fibras pticas comerciais com produtos banda passante versus distncia superiores a 200 GHz.Km. Vale lembrar que nos suportes convencionais, um cabo coaxial apresenta uma banda passante til mxima em torno de 400 MHz.

Perdas de transmisso muito baixas As fibras pticas apresentam perdas de transmisso extremamente baixas, desde atenuaes tpicas da ordem de 3 a 5dB/Km na regio em torno de 0,85mm at perdas inferiores a 0,2dB/Km para operao na regio de 1,55 mm. Pesquisas com novos materiais, em comprimentos de ondas superiores, prometem fibras pticas com atenuaes ainda menores, da ordem de centsimos e, at mesmo, milsimos de decibis por quilmetro. Assim, possvel implantar sistemas de transmisso de longa distncia com um espaamento muito grande entre repetidores, o que reduz significativamente a complexidade e custos do sistema. Um exemplo: um sistema de microondas convencional exige repetidores a distncias de ordem de 50 quilmetros, sistemas com fibras pticas permitem alcanar, atualmente, e distncias sem repetidores superiores a 200 quilmetros. Com relao aos suportes fsicos metlicos, na Tabela abaixo feita uma comparao de perdas de transmisso por fibras pticas de 1 gerao (820nm). Observe que, ao contrrio dos sistemas com suportes metlicos, os sistemas com fibras pticas tm perdas constantes para as trs taxas de transmisso.Tabela 1 Atenuao por Meio de Transmisso

Meio de Transmisso Par tranado 26 AWG Par tranado 19 AWG Cabo coaxial 0,95mm Fibra ptica

Perdas na Freqncia equivalente a metade da taxa de transmisso (dB/km) 1,544 Mbps 6,312Mbps 44,736Mbps 24 48 128 10,8 21 56 2,1 4,5 11 3,5 3,5 3,5

Imunidade a interferncias e ao rudo Por serem compostas de material dieltrico (vidro ou plstico), as fibras pticas, ao contrrio dos suportes de transmisso metlicos, no sofrem interferncias eletromagnticas, o que permite uma operao satisfatria dos sistemas de transmisso mesmo em ambientes eletricamente ruidosos.

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Assim, interferncias causadas por descargas eltricas atmosfricas, ignio de motores, chaveamento de rels e diversas outras fontes de rudo eltrico, esbarram na blindagem natural provida pelas fibras pticas. Por outro lado, existe um excelente confinamento do sinal luminoso propagado pelas fibras pticas. Desse modo, no irradiando externamente, as fibras pticas agrupadas em cabos pticos no interferem opticamente umas nas outras, resultando num nvel de rudo de diafonia (crosstalk) desprezvel. Por no necessitarem de blindagem metlica, os cabos de fibras pticas podem ser instalados, por exemplo, junto as linhas de transmisso de energia eltrica. A imunidade a pulsos eletromagnticos (EMP) uma outra caracterstica importante das fibras pticas.

Isolao eltrica O material dieltrico (vidro ou plstico) que compe a fibra ptica oferece uma excelente isolao eltrica entre os transceptores ou estaes interligadas. Ao contrrio dos suportes metlicos, as fibras pticas no apresentam problemas com aterramento e no existem fascas de curto-circuito. Esta qualidade das fibras pticas particularmente interessante para sistemas de comunicao em reas com gases volteis (usinas petroqumicas, minas de carvo etc.),onde o risco de fogo ou exploso muito grande. A possibilidade de choques eltricos em cabos com fibras pticas permite a sua reparao no campo, mesmo com equipamentos de extremidades ligados. interfaces dos transceptores. Alm disso, quando um cabo de fibra ptica danificado.

Tamanho e peso reduzidos As fibras pticas tm dimenses comparveis com as de um fio de cabelo humano. Mesmo considerando-se os encapsulamentos de proteo, o dimetro e os peso dos cabos pticos so bastantes inferiores aos dos equivalentes cabos metlicos (por exemplo, um cabo ptico de 6,3mm de dimetro, com uma nica fibra de dimetro 125 um e encapsulamento plstico, substitui, em termos de capacidade, um cabo de 7,6cm de dimetro com 900 pares metlicos. Quanto ao peso, um cabo metlico de cobre de 94 quilos pode ser substitudos por apenas 3,6 quilos de fibra ptica). A enorme reduo dos tamanhos dos cabos que as fibras pticas proporcionam minimiza o problema de espao e de congestionamento de dutos nos subsolos e em grandes edifcios comerciais. O efeito combinado do tamanho e peso reduzidos faz das fibras pticas o meio de transmisso ideal em avies, navios, satlites etc. Alm disso, os cabos pticos oferecem vantagens quanto ao armazenamento, transporte, manuseio e instalao em relao aos cabos metlicos de resistncia e durabilidade equivalentes.

Segurana da informao e do sistema As fibras pticas no irradiam significativamente a luz propagada, assegurando um alto grau de segurana para a informao transportada. Qualquer tentativa de captao de mensagens ao longo de uma fibra ptica e facilmente detectada, pois exige o desvio de uma poro considervel de potncia luminosa transmitida. Esta qualidade importantes em sistemas de comunicaes exigentes quanto privacidade, tais como nas aplicaes militares, bancrias etc. Uma outra caracterstica especial das fibras pticas que, ao contrrio dos cabos metlicos, as fibras no so localizveis atravs de equipamentos medidores de fluxo eletromagntico ou detectores de metal.

Custos potencialmente baixos O vidro com que as fibras ptica so fabricadas feito principalmente a partir do quartzo, um material que, ao contrrio do cobre, abundante na crosta terrestre. Embora a obteno de vidro ultra-puro envolva um processo sofisticado, ainda relativamente caro, a produo de

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fibras pticas em larga escala tende gradualmente a superar esse inconveniente. Com relao aos cabos coaxiais, as fibras pticas j so atualmente competitivas, especialmente em sistemas de transmisso a longa distncia, onde a maior capacidade de transmisso e o maior espaamento entre repetidores permitidos repercutem significativamente nos custos de sistemas. Em distncias curtas e/ou sistemas multipontos, os componentes pticos e os transceptores pticos ainda podem impactar desfavoravelmente o custo dos sistemas. No entanto, a tendncia de reverso desta situao num futuro no muito distante, em razo do crescente avano tecnolgico e, principalmente, da proliferao das aplicaes locais.

Alta resistncia a agentes qumicos e variaes de temperatura Por serem compostas basicamente de vidro ou plstico, as fibras pticas tm boa tolerncia a temperaturas, o que favorece sua utilizao em diversas aplicaes. Alm disso, so menos vulnerveis ao de lquidos e gases corrosivos, contribuindo assim para uma maior confiabilidade e vida til dos sistemas.

Desvantagens O uso de fibras pticas, na prtica, tem algumas implicaes que podem ser consideradas como desvantagens em relao aos suportes de transmisso convencionais:

Fragilidade das fibras pticas sem encapsulamentos O manuseio de uma fibra ptica nua bem mais delicado do que o de suportes metlicos.

Dificuldade de conexo As pequenas dimenses das fibras pticas exigem procedimentos e dispositivos de alta preciso na realizao das conexes e junes.

Acopladores tipo T com perdas muito altas muito difcil se obter acopladores de derivao tipo T para fibras pticas com baixo nvel de perdas, o que repercute desfavoravelmente, por exemplo, na utilizao de fibras pticas em sistemas multiponto.

Impossibilidade de alimentao remota de repetidores Sistemas com fibras pticas requerem alimentao eltrica independente para cada repetidor, no sendo possvel a alimentao remota atravs do prprio meio de transmisso.

2 Fibras pticasO que voc vai ver:

Nesta aula vamos ver como, a partir dos conceitos apresentados, uma fibra ptica usada para transmitir informao sob a forma de pulsos de luz.

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2.1. Propagao da Luz em um Condutor de Fibra ptica A primeira propriedade importante de uma fibra que ela capaz de guiar luz de um lugar para o outro. Um dos fatores mais relevantes com relao atenuao da luz em fibras pticas a presena do on hidroxila (OH) no material de fabricao da fibra (slica). O grfico abaixo pode auxiliar o entendimento da escolha das janelas para comunicao ptica.Observe o espectro de absoro da hidroxila combinado com o da prpria slica. Repare que as janelas de 1300 nm e 1550 nm esto localizadas, exatamente, entre um pico de absoro. Cabe ressaltar que esta medida foi feita para uma fibra monomodo e por isto a janela de 850 nm no foi citada, no entanto, para fibras multimodo, que operam com este comprimento de onda, a atenuao fica entre 1 dB e 5 dB.

Espectro de Absoro do de uma fibra monomodo caracterstica

Espectro Eletromagntico destacando a regio de comunicaes pticas

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A luz guiada dentro de uma fibra ptica pode ser modelada com base na teoria dos raios ou com base na teoria eletromagntica, esta ltima uma abordagem mais precisa. Para tanto, considera-se um guia de onda plano, ou seja, duas fatias de material com ndice de refrao n2, que acomodam em seu interior uma terceira fatia com ndice de refrao n1, sendo n1 > n2. Esta transio conceitual pode ser bem entendida com o auxlio da figura abaixo.

Interferncia de ondas planas dentro de um guia ptico, resultando em um modo de ordem zero (m = 0)

Considerando-se uma onda plana monocromtica propagando-se na direo do feixe, dentro do guia, conforme apresentado na figura, quando o ngulo entre o vetor de onda, ou equivalente raio, e o eixo do guia, a onda plana pode ser resolvida em duas componentes de onda plana propagando-se nas direes z e x. A componente da constante de fase na direo z, dada pela expresso que se segue : z = n1.k. cos , onde k o vetor de onda (2./). A componente equivalente na direo x : x = n1.k. sin . A componente de onda plana na direo x refletida na interface entre os meios de maior e menor ndice de refrao. Quando a mudana de fase, aps duas reflexes sucessivas (entre os pontos P e Q, por exemplo), atinge o valor de 2m radianos, onde m um nmero inteiro, tem-se uma interferncia construtiva, resultando em uma onda estacionria na direo x. Pode-se notar que a onda ptica est confinada dentro guia e a distribuio do campo eltrico na direo x no se altera com a propagao da onda na direo z. Esta distribuio estvel do campo eltrico na direo x, com somente uma dependncia peridica na direo z conhecida como um MODO. Sendo assim, um modo especfico obtido somente quando o ngulo entre o vetor de propagao ou raio e a interface dos dois meios atinge um valor particular. Quando a luz descrita como uma onda eletromagntica, considera-se que esta consista em uma variao peridica de um campo eltrico E e um campo magntico H, os quais so orientados de forma ortogonal entre si. Um modo dito transverse electric (TE) quando o campo eltrico perpendicular a direo de propagao (Ez = 0), enquanto o campo magntico orientado naquela mesma direo. De forma simtrica, quando a componente do campo eltrico orientada na a mesma direo de propagao e Hz =0, diz-se que o modo tranverse magnetic (TM). O nmero dos modos incorporado a esta nomenclatura da seguinte maneira: TEm e TMm. Quando os dois campos esto em um plano ortogonal direo de propagao, ou seja, Ez = 0 e Hz = 0, o modo formado dito transverse electromagnetic (TEM).

2.2 Princpios da Geometria ptica Aplicados s Fibras O mecanismo de propagao da luz pela fibra est baseado num fenmeno da fsica chamado refrao de um raio luminoso ao passar entre dois meios com ndices de refrao distintos. Confira na figura!

ndice de refrao

n=

c v

c = velocidade da luz no vcuo

v = velocidade da luz no meio O ndice de refrao depende da freqncia pois, c = f onde:

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= comprimento de ondaf = freqncia da onda.

Refrao de um Raio Luminoso

Existe uma relao entre os ndices dos meios e os ngulos dos raios luminosos incidentes e refratados em relao a uma reta normal superfcie de separao conhecida como Lei de Snell.

n0 sen 0 = n1 sen 1A fsica mostra que existe um ngulo incidncia 1 com 1 c , no haver raio refratado, ou seja , o raio ser totalmente refletido de volta no limite entre os dois meios. importante salientar que o ngulo entre o raio refletido e normal s duas superfcies igual ao ngulo de incidncia em relao a mesma referncia. Pode se mostrar que este ngulo crtico c pode ser dado por:

c, chamado ngulo crtico, tal que, qualquer ngulo de

c arcsen c arcsen

n0 n1 n1 n2

c= ngulo crticoDois meios quaisquer com n1< n2 (n1 menos denso)

A fibra ptica constituda de um ncleo de vidro mais denso, circundado por uma cobertura (clading) menos densa.

Propagao de um Raio Luminoso em um Fibra ptica

Para que o raio luminoso se propague pela fibra atravs de mltiplas reflexes sem que haja refrao (fuga) o angulo de incidncia dever obedecer condio:

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nmeio . sen incidente = nncleo . sen refratado refratado = - c nmeio . sen incidente = nncleo . cos c nmeio . sen incidente = nncleo . (1 sen2 c)1/2 ; sen c = nmeio . sen incidente = (n22 n12)1/2 = NAO parmetro acima chamado de Abertura Numrica (NA - Numerical Aperture) e refere-se medida de quo aberto cone de aceitao da fibra, de forma que s haja reflexo total em seu interior. O ngulo crtico corresponde a uma determinada freqncia de radiao e chamado de modo de transmisso da fibra para uma determinada radiao. A cada comprimento de onda corresponde uma determinada abertura numrica.

n1 ; n2

2.3 Aspectos da Transmisso em Fibras pticas

A transmisso de uma onda luminosa por uma fibra ptica limitada quanto ao comprimento da fibra, devido principalmente disperso no tempo e atenuao na amplitude do sinal luminoso. Observe na figura as conseqncias destes dois fenmenos sobre um pulso luminoso.

Efeitos de Atenuao e Disperso

A atenuao causada principalmente por impurezas no material (transparncia) e de difcil controle na fabricao. Fibra de 1a. gerao Fibra de 2a. gerao Fibra de 3a. gerao Fibra de 4a. gerao

= 0,8 m atenuao 5 dB/Km = 1,3 m atenuao 0,7 - 1 dB/Km = 1,55 m atenuao < 0,5 dB/Km = 1,55 m atenuao < 0,1 dB/Km

A atenuao de amplitude do pulso luminoso, ao passar por uma fibra ptica, principalmente devido as perdas causadas por impurezas dentro do ncleo. As modernas tcnicas de purificao tem

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conseguido fibras com atenuao menor que 0,1 dB/Km e a cada ano o comprimento do segmento entre repetidores praticamente dobra. Em 1993 foi conseguida, nos laboratrios Bell da AT&T, uma transmisso experimental a 5Gbit/s num segmento de 9000 Km. A disperso de tempo causada principalmente devido a incidncia da luz em vrios ngulos na entrada , fazendo com que os caminhos percorridos variem e os tempos de chegada no outro lado tambm (disperso modal). Um outro fator que causa disperso que a luz na entrada possui diversos comprimentos de onda (luz policromtica) o que causa tempos de propagao diferentes e portanto disperso. Tambm impurezas dentro da fibra ptica so causadoras de disperso. . A qualidade das fibras pticas definida por um fator, chamado de Capacidade de Transmisso da fibra, o qual praticamente constante para cada tipo de fibra. A Capacidade de Transmisso CT de uma fibra por definio, o produto da banda passante (ou tambm taxa mxima) pela distncia. CT, e aproximadamente constante para um determinado tipo de fibra.

CT = Banda Passante x Distncia2.4 Classificao das Fibras pticas De acordo com a tecnologia de construo do ncleo central da fibra, as fibras pticas se classificam em: Fibra multimodo com ndice degrau Primeira a surgir, de fabricao simples e hoje largamente empregada em aplicaes de curta distncia, como redes locais e automao industrial.

Fibra m ultim odo d e indice degrau (M M F)

Fibra multimodo com ndice gradual Apresenta um ndice de refrao no ncleo varivel, obtendo-se, assim, uma menor disperso temporal.

Fibra multimodo de indice gradual

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Parmetros teis em Fibras pticasTipo de Fibra Capacidade de Transmisso CT [Hz.Km] Dimetro [m]

Multimodo degrau Multimodo ndice gradual Monomodo

20 - 50 MHz.Km ~ 400 MHz.Km ~ 1000 GHz.Km

100 a 200 50 a 100 2 a 10

Fibra ptica monomodo As fibras monomodo apresentam o melhor desempenho e por isso so utilizadas em troncos de fibra ptica de longa distncia. Aqui consegue-se um modo nico de propagao atravs do estreitamento do dimetro do ncleo da fibra, minimizando-se desta forma a disperso temporal. Hoje so as fibras que apresentam o melhor desempenho e por isso so utilizadas em troncos de fibra ptico de longa distncia. Em fibras monomodo utilizada uma fonte luminosa do tipo coerente (um nico comprimento de onda), ou seja, laser semicondutor.

Fibra Monomodo (SMF)

Em aplicaes de redes locais, o IEEE padronizou algumas fibras e conectores pticos para assegurar uma maior interoperabilidade entre os equipamentos de usurio.Cabos de fibra ptico padronizados em Cabeamento Estruturado (EIA/TIA 568A) Capacidade Atenuao Tipo de Conector Aplicao Tpica CT Mxima EIA/TIA Comprimento Mximo Tipo de Fibra (microns) (MHz.km) (dB/km) 568 SC Multimodo Conector bege Cabeamento Horizontal e 0,850 160 3,75 (MMF) 62,5/125 microns Backbone 1,3 500 1,5 2000m* Monomodo Conector azul Cabeamento Backbone 1,31 0,5 (SMF) 8,3/125 microns enlaces externos 1,55 0,5 3000m* Quando se trata de cabeamento horizontal deve ser respeitado o limite de 90m

2.5 Cabos pticos

Quando falamos em cabo de fibra ptica estamos nos referindo a um conjunto fibras, elemento de trao e camadas de proteo. H uma grande variedade de tipos de cabos, dependendo do nmero de fibras e como elas esto acondicionadas e a escolha adequada de um cabo ptico determina no apenas a facilidade para sua instalao, como tambm suas emendas, terminaes e, principalmente, custos.

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A funo da estrutura de um cabo proteger as fibras contra os riscos presentes na instalao e no ambiente em que vo ser empregadas. Por exemplo, dentro de um prdio, o cabeamento no precisa ser reforado, mas exige tratamento anti-chamas. J em uma implantao externa, tero que ser levadas em conta as condies de sua instalao, tais como: se o cabo foi diretamente enterrado, se foi instalado dentro de dutos, se foi lanado na configurao area ou submersa e etc. A primeira linha de defesa das fibras o mtodo de bufferizao, que proteger o guia ptico contra esforos, enfraquecimento e ruptura. H duas formas bsicas de bufferizao: tubo-tight e tubo-loose. Tubo-tight Aqui, um material termoplstico aplicado diretamente em torno da fibra, o que resulta em um acondicionamento com dimenses reduzidas, porm com susceptibilidade a pequenas e grandes dobras. Devido ao fato do material de bufferizao estar em contato direto com as fibras, todo o esforo externo ao buffer ser transferido para as mesmas. Tubo-loose Sistemas tubo-loose desacoplam as fibras do buffer, de forma a prover um isolamento contra esforos externos. O espao entre a fibra e o buffer preenchido com um gel, que alm de proteger as fibras contra a umidade, tambm funciona como um bom amortecedor para choques mecnicos. Cabos que utilizam o sistema de bufferizao tubo-loose tm dimenses bem maiores do que aqueles que empregam a estrutura tubo-tight e freqentemente so mais difceis de serem terminados.

Um sistema de bufferizao ideal tem as seguintes propriedades: concentricidade; flexibilidade; estabilidade trmica; resistncia ao cisalhamento; alta resistncia a tenso; resistncia contra esforos de toro. Alguns critrios bsicos devem considerados na escolha do cabo. Confira! Esforo de trao alguns cabos so simplesmente deixados no terreno ou mesmo colocados em dutos abertos e por isso no preciso cuidado maior com a trao a que sero submetidos. Mas, em outros casos, pode ser necessrio,por exemplo, puxar-se 2 Km no interior de um duto. Mesmo com bastante lubrificante, a tenso imposta ao cabo pode ser muito alta. A maioria dos cabos tem em sua estrutura fibras de aramida (Kevlar e a marca patenteada pela duPonte), nico polmero bastante resistente a trao, sem esticar. Os cabos mais simples tm um esforo de trao entre 100 e 200 libras, enquanto os destinados a ambientes externos podem ter especificao superior a 800 libras; Proteo contra gua em ambientes externos, todo cabo precisa ser protegido contra gua e umidade. A princpio, a capa externa prov a proteo contra a umidade e um gel de enchimento, o isolamento da gua. Mas a manuteno pois a retirada do gel requer a utilizao de um produto qumico (lcool isoproplico); ndices de proteo contra fogo todo cabo instalado em ambiente interno precisa de alguma proteo contra fogo, e isto deve estar identificado no prprio cabo.

Os principais modelos com estrutura tipo LOOSE so:

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Tubo LOOSE

Core Tube: os tubos tm um dimetro maior, podendo receber grande nmero e fibras.

Tubo Core

Os principais modelos de cabos referentes estrutura TIGHT so: Breakout Cable: cada fibra possui seu prprio elemento de trao e capa externa, sendo agrupadas e cobertas por outra capa. Tem como vantagem permitir a instalao de conectores sem o auxlio de caixas de terminao.

Cabo Breakout

Distribution Cable: as fibras so agrupadas em uma s capa externa, com um nico elemento de trao (fio de Kevlar). O menor dimetro do cabo uma vantagem em relao ao modelo Breakout, facilitando sua instalao.

Cabo de Distribuio

Cordo ptico:

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so construdos com uma ou duas fibras para a aplicao na montagem de cabos de manobra.

Cordo de Manobra

Alm das estruturas loose e tight, temos tambm as estruturas GROOVE e RIBBON:

-

Estrutura tipo "v": GROOVE Nesse tipo de estrutura, as fibras pticas so acomodadas soltas em um suporte interno do tipo ESTRELA. Apresenta tambm um elemento de trao ou elemento tensor, incorporado ao seu interior, cuja funo dar resistncia mecnica ao conjunto. Uma estrutura deste tipo permite um nmero muito maior de fibras por cabo. Estrutura tipo fita: RIBBON Nesse tipo de estrutura, derivada do tipo GROOVE, as fibras so agrupadas horizontalmente e envolvidas por uma camada de plstico, tornando-se um conjunto compacto. O conjunto ento empilhado, um sobre os outros, formando uma estrutura compacta que inserida na estrutura GROOVE, produzindo-se, desta forma, cabos que podem chegar mais de 3000 fibras.

-

H ainda alguns cabos pticos com construes especiais. Confira! Armored: possui uma proteo especial, com um tubo corrugado. Tem como vantagem garantir uma melhor proteo em ambientes agressivos, incluindo roedores, podendo ser enterrado diretamente no solo.

Cabo armored

Cabo ptico Totalmente Dieltrico (metal free). Disponvel em inmeras verses, entre as quais: - ncleo geleado para evitar a penetrao de umidade, indicado para dutos e linhas areas; - ncleo seco, preenchido com materiais hidroexpansveis, indicado para dutos e linhas areas; - cabo protegido contra roedores (fibra de vidro),indicado para implantao diretamente enterrada; - cabo protegido contra cupins e formigas, indicado para implantao diretamente enterrada.

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Cabo Totalmente Dieltrico proteo contra cupins e formigas

Auto Sustentvel: possui elementos de trao reforados, capazes de sustentar o cabo. Tem como principal vantagem, a eliminao do cabo mensageiro, sendo ideal para aplicaes areas.

Cabo Areo

OPGW: cabo pra-raio utilizado na transmisso de sinais pticos em sistemas de alta capacidade, que operam na faixa de 1310 nm ou 1550 nm, para instalaes areas em linhas de transmisso de energia eltrica.

Cabo OPGW

2.6 Emendas em Fibras pticas

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Chamamos de emenda a uma ligao permanente entre duas fibras pticas independentes. As emendas em fibras pticas so freqentemente usadas para o estabelecimento de grandes circuitos de dados, de modo que fibras de comprimentos menores necessitem ser emendadas para o estabelecimento do enlace. Alem disso, uma emenda pode ser necessria quando da conexo de um equipamento ativo ou para manobra do cabeamento. As caractersticas bsicas das emendas so: - Baixa Atenuao: tpica de 0,2 0,02dB por emenda; - Alta Estabilidade Mecnica: cerca de 4 kgf de trao; - Aplicaes em Campo: requer poucos equipamentos para sua execuo. Existem trs tipos de emendas pticas: Emenda por Fuso executada aplicando-se um calor intenso e localizado nas duas extremidades das fibras a serem ligadas, que devem ser previamente alinhadas, de modo que, ao final, estejam fundidas. As etapas envolvidas so: limpeza; decapagem; clivagem; insero do protetor de emenda, "Tubete Termo Contrtil"; colocao das fibras na mquina de fuso aproximao das fibras fuso atravs de arco voltaico; Tubete Termo Contrtil colocao do protetor e aquecimento.

Mquina de Emenda por Fuso (Furukawa)

Emenda ptica Mecnica A emenda mecnica, na qual as fibras so alinhadas por algum meio mecnico, inclui o uso de tubos colocados em volta das fibras e outros procedimentos mais especficos.. Neste tipo de emenda os processos de limpeza, decapagem e clivagem so iguais aos processo por fuso e as etapas envolvidas so: limpeza; decapagem; clivagem; insero das extremidades no dispositivo mecnico; verificao da correta posio das fibras; fechamento do dispositivo.

Emenda ptica por Conectorizao Na emenda por conectorizao, as extremidades das fibras so alinhadas e posicionadas a uma distancia bastante pequena, atravs de um conector ptico. A perda por insero das emendas bem menor do que a perda causada por uma possvel reflexo na interface das duas fibras emendadas, porque no h uma descontinuidade representativa no ndice de refrao das fibras depois de sua fuso e porque, nas emendas mecnicas utilizado um gel que atua como um casador de ndices de refrao.

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Emenda ptica por Conectorizao

As emendas pticas, sejam por fuso ou mecnicas, apresentam uma atenuao muito menor que um conector ptico. Quando se efetua um dos trs tipos de emendas mencionados, deve-se obedecer a etapas distintas do processo de emenda, necessrias para que se possa ter o desempenho desejado. O processo de emenda consiste nas seguintes operaes: Limpeza ! ! ! Remoo da capa do cabo; Remoo da bufferizao Remoo do gel com o uso de lcool isoproplico.

Decapagem ! ! Remoo do revestimento externo de acrilato da fibra; Limpeza da fibra com lcool isoproplico.

Clivagem A clivagem de uma fibra ptica consiste no corte das extremidades das fibras de forma que suas faces fiquem em um plano ortogonal ao eixo das fibras e, portanto, paralelas no momento da emenda. A clivagem de uma fibra ptica feita utilizando-se um equipamento de preciso (clivador) que faz o corte na fibra com o auxlio de uma ponta de diamante.

Clivador Furukawa

Dois tipos de fatores influenciam o processo: Fatores Intrnsecos Envolvem a fabricao da fibra ptica e so: - Variao do dimetro do ncleo; - Diferentes aberturas numricas; - Diferena de perfil; - Elipticidade ou Excentricidade do ncleo ou casca.

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Fatores Extrnsecos Decorrem do processo de emenda. So eles: - Preciso no alinhamento da fibra; - Qualidade das terminaes da fibra; - Espaamento entre as extremidades; - Contaminao ambiental.

3 Componentes OpticoeletrnicosO que voc vai ver: Nesta aula voc vai ver as caractersticas, funcionalidades e aplicaes dos componentes opticoeletrnicos, os transmissores e os receptores ticos.

3.1 Transmissores pticos

Um transmissor ptico composto por um emissor de luz, acoplado uma fibra ptica e envolvido por um encapsulamento de proteo, onde tambm se localizam os demais circuitos de suporte ao transmissor. A fonte de luz , evidentemente, o principal componente do transmissor.A eficincia de acoplamento da luz produzida pelo transmissor e a fibra ptica depende basicamente da divergncia dos raio de luz da fonte ptica e o ngulo de aceitao da fibra. Assim, no que diz respeito ao transmissor, quanto mais colimados forem os raios de luz injetados na fibra, maior ser a eficincia de acoplamento. H duas categorias de transmissores, classificados de acordo com a fonte ptica que cada um utiliza:

LEDFonte ptica mais comum em aplicaes a curtas distncias e com baixos requisitos de velocidade. Um diodo semicondutor criado pela juno de dois materiais: um com abundncia em lacunas (material-p) e outro com abundncia de eltrons (material-n). Com uma pequena tenso aplicada ao diodo, lacunas e eltrons movem-se na direo da regio de fronteira (juno), recombinam-se e geram ftons (partculas luminosas). Uma vez que os ftons so gerados com fases aleatrias, a luz gerada dita incoerente. Os ftons emitidos, normalmente, so absorvidos pelo dispositivo, no entanto, os LEDs so projetados para permitir o escape de parte destes ftons. Existem dois tipos bsicos de LEDs: SLEDS Os SLEDs so construdos de tal forma que uma pequena parte do substrato seja retirada, deixando livre uma rea destinada ao escape dos ftons. A fibra ento inserida nesta abertura de maneira que os ftons possam ser coletados para o ncleo da mesma. ELED J na construo dos ELEDs, contatos eltricos passam a cobrir os materiais p e n, forando a luz a ser emitida pelo eixo axial da juno. Desta forma, a fibra fica conectada na borda da juno dos materiais.

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LEDs

LDOs diodos laser (Light Amplification by Stimulated Emission Radiation) so as fontes pticas mais comuns para aplicaes a longas distncias e que exijam grandes velocidades de transmisso. Um LD construdo de tal forma que os ftons, ao colidirem no material do dispositivo estimulam seus eltrons a mudar de estado de energia. Quando estes eltrons saltam de um estado de mais alta energia para um de mais baixa, ftons so liberados em fase com aqueles que os estimularam. Este efeito conhecido como emisso estimulada. A emisso estimulada ocorre dentro de uma cavidade ressonante, cujas dimenses fsicas determinam o comprimento de onda dos ftons emitidos. Esta cavidade construda na regio de juno p-n do material, sendo projetada de tal maneira que os ftons emitidos so realimentados para que novas emisses estimuladas aconteam. Os tipos mais comuns de LDs, utilizados em comunicaes ptica so: Fabry-Perrot LDs utilizam espelhos na extremidade da cavidade de ressonncia para servirem de mecanismo de realimentao, gerando uma faixa estreita de comprimentos de onda para os ftons emitidos . A faixa de comprimento de onda gerada por um transmissor LD FP da ordem de 4 a 7 nm, o que caracteriza uma emisso de faixa estreita, bastante til para minimizao dos efeitos da disperso. DFB Ao invs de possuir espelhos nas extremidades da cavidade ressonante, aproveita a estrutura da juno p-n, para a formao de inmeros planos de reflexo, ao longo de toda a juno do semicondutor. Esta grade projetada de maneira que os comprimentos de onda indesejados sejam cancelados, permitindo a emisso de praticamente um nico comprimento de onda. Em virtude disto, os DFBs tm uma largura espectral muito estreita, da ordem de 0,004 nm.

Diodos LASER

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3.2 Receptores pticos O receptor ptico o dispositivo que detecta o sinal luminoso ao final da fibra, convertendo-o em sinal eltrico para posterior processamento em dispositivo eletrnico especfico. Assim como os transmissores, no receptor ptico, uma fibra conectorizada (pig tail) montada durante a sua construo. O dispositivo interno do receptor, responsvel pela deteco denominado fotodiodo e gera uma corrente proporcional incidncia de ftons sobre o mesmo. Esta corrente produzida , em geral, to pequena, que preciso uma amplificao dentro do prprio circuito interno do transmissor. H dois tipos de receptores, classificados de acordo com o fotodiodo empregado: o fotodiodo PIN e o fotodiodo de Avalanche (APD). Receptores com Fotodiodo PIN Comumente utilizado em aplicaes com baixa velocidade e a curtas distncias, construdo com uma regio levemente dopada, chamada regio intrnseca, localizada entre as regies p e n. Este o motivo de sua denominao: P (regio p), I (regio intrnseca) e N (regio n). Receptores com Fotodiodo de Avalanche Os receptores APD so utilizados em aplicaes em que se faz necessrio um receptor de alta sensibilidade. O fotodiodo APD trabalha de forma semelhante ao fotodiodo PIN, exceto pelo fato que o primeiro foi projetado para funciona com um nvel de tenso aplicado, responsvel pela gerao de um forte campo eltrico que acelera os eltrons da juno p-n. Os eltrons acelerados proporcionam uma valncia adicional aos eltrons fora da grade do semicondutor. Este efeito multiplica a deteco dos ftons.

4 Sistemas WDM e DWDMO que voc vai ver: Nesta aula vamos conhecer as tecnologias WDM e DWDM, suas caractersticas e indicaes de uso.

4.1 Wavelength Division Multiplexing WDM O WDM uma tecnologia onde os sinais que transportam a informao, em diferentes comprimentos de onda ptica, so combinados em um multiplexador ptico e transportados atravs de um nico par de fibras, a fim de aumentar a capacidade de transmisso e, conseqentemente, usar a largura de banda da fibra ptica de uma maneira mais adequada. Os sistemas que utilizam esta tecnologia, em conjunto com amplificadores pticos, podem aumentar significativamente a capacidade de transmisso de uma rota sem a necessidade de se aumentar o nmero de fibras. Os sinais a serem transmitidos nos diferentes comprimentos de onda podem possuir formatos e taxas de transmisso de bit diferenciados, trazendo uma maior transparncia s aplicaes. O WDM foi criado aproveitando-se algumas tecnologias que estavam sendo desenvolvidas, principalmente no setor de transponders. Os transponders atuam na disperso de banda, que o grande obstculo nas comunicaes pticas, com capacidade de selecionar corretamente o comprimento de onda do laser. Surgiu a idia de colocar mais canais na mesma fibra. No incio falava-se em sistemas de quatro canais. Atualmente,

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existe o limite terico de 256 canais de 10Gbps na mesma fibra, o que eqivale a 22,56 Tbps de taxa de transmisso. A grande vantagem associada ao WDM a possibilidade de modular o aumento da capacidade de transmisso de acordo com o mercado e com a necessidade de trfego. A principal razo para o uso destes sistemas a economia gerada para os clientes. Estes sistemas permitem alcanar uma melhor relao entre custos e bits transmitidos, sob determinadas condies. Anlises mostram que, para distncias abaixo de 50Km, a soluo de multi-fibra menos dispendiosa; mas para distncias acima de 50 Km, o custo da soluo WDM melhor. O ITU-T (International Telecommunications Union), em sua recomendao G-692 (Interfaces pticas para sistemas com amplificadores pticos), definiu os feixes de comprimentos de onda autorizados em uma nica janela de transmisso de 1530-1565 nm. Foi tambm padronizado o espaamento mnimo que dever existir entre dois comprimentos de onda adjacentes da janela de transmisso: 200 GHz ou 1,6 nm e 100 GHz ou 0,8 nm. Os sistemas WDM possuem algumas caractersticas bsicas, que devem ser exploradas de acordo com a necessidade e situao. Assim: Flexibilidade de capacidade: Migraes de 622 Mbps para 2,5 Gbps e, a seguir para 10 Gbps podero ser feitas sem a necessidade de se trocar os amplificadores e multiplexadores WDM. Assim os investimentos realizados podem ser preservados; Transparncia as sinais transmitidos: Podem transmitir uma grande variedade de sinais de uma maneira transparente. Por no haver envolvimento de processos eltricos, diferentes taxas de transmisso e sinais podero ser multiplexados e transmitidos para o outro lado do sistema sem que seja necessria uma converso ptico-eltrica. A mesma fibra pode transportar sinais PDH, SDH e ATM de uma maneira transparentes; Permite crescimento gradual de capacidade: Um sistema WDM pode ser planejado para 16 canais, mais iniciar sua operao com um nmero menor de canais. A introduo de mais canais pode ser feita simplesmente adicionando novos equipamentos terminais; Reuso dos equipamentos terminais e da fibra: Permite o crescimento da capacidade mantendo os mesmos equipamentos terminais e a mesma fibra; Atendimento de demanda inesperada: Freqentemente o trfego aumenta de uma maneira mais rpida do que o esperado e, neste caso, no h uma infra-estrutura disponvel para suport-lo. Os sistemas WDM podem solucionar este problema, economizando tempo na expanso da rede.

Recomenda-se a utilizao de WDM em situaes como: A rede apresenta longas distncias e especialmente para redes ponto-a-ponto e em cadeia; Onde aumento da capacidade requer a instalao de novos cabos e especialmente se no h espao para novos cabos na infra-estrutura existente; Quando o aumento de capacidade deve ser alcanado em curtos perodos de tempo. TDM ou WDM? Uma outra discusso comum a comparao entre sistemas TDM e WDM de maneira a se encontrar a melhor soluo: um sistema STM-64 ou 4 vezes um STM-16 sobre uma rede WDM (STM so hierarquias de velocidades do SDH, ou seja, STM mdulo de transporte sncrono; um STM-1 tem velocidade de transporte de 155,52 Mbps, um STM-64 significa 64 vezes STM-1) Atravs de alguns testes, chegou-se s seguintes concluses: Para aplicaes de pequena distncia, onde regeneradores e amplificadores no so utilizados, um sistema TDM uma soluo mais vivel;

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Para aplicaes de longa distncia, o sistema WDM se torna mais barato, pois o mesmo regenerador ptico utilizado para um grupo de canais, reduzindo o nmero de regeneradores e fibras utilizados; Para aplicaes entre 120 e 300 Km, a melhor soluo varia caso a caso e tambm os custos de implementao.

Como j vimos, o WDM pode ser introduzido em sistemas j existentes de modo a aumentar a capacidade de transmisso destes. Para isso, uma seqncia de passos deve ser seguida para assegurar uma perfeita integrao: Ter uma viso geral do trfego que transmitido pela rota, definindo se ele PDH, SDH ou ATM e suas respectivas taxas de bit. Deve-se avaliar tambm a existncia de trfego analgico. Ter uma viso da infra-estrutura existente, com a definio com cabo ptico (atenuao e disperso), comprimentos dos enlaces e pontos de regenerao; Definir a capacidade final de transporte do sistema; Fazer clculos em softwares adequados, utilizando os dados coletados; Ter uma viso das interfaces pticas disponveis no equipamento terminal; Definir os equipamentos. Com os dados coletados anteriormente, ser possvel definir a necessidade de uso de transponders, mdulos de compensao e o nmero de regeneradores; Instalao e migrao do trfego para novos sistemas. A instalao causa uma interrupo do trfego, que ter um tempo indeterminado. possvel evitar a interrupo de trfego utilizando protees SDH j existentes.

4.2 Dense Wavelength Division Multiplexing DWDM DWDM, ou seja, Multiplexao Densa por Comprimento de Onda, a denominao para o processo de transmisso de diferentes comprimentos de onda sobre uma fibra, e um revolucionrio desenvolvimento do WDM. O desenvolvimento de amplificadores pticos que operam a 1550 nm, junto com a mais baixa perda daquela janela, proporcionaram o desenvolvimento do sistema DWDM. A tecnologia de WDM conhecida como DWDM ou WDM Denso quando o espaamento entre dois canais adjacentes utilizados igual ou inferior a 100 GHz. Sistemas com espaamentos entre canais de 50 GHz (0,4 nm) e 25 GHz (0,2 nm) j foram testados. O aumento dramtico do trfego em redes metropolitanas est associado a aplicaes IP, ADSL na rede local, distribuio de dados em alta velocidade, Gigabit Ethernet, etc. Estas aplicaes coexistem com os servios legados tais como aplicaes de voz, ATM, frame relay, etc e podem ser agregadas em hierarquias superiores atravs dos padres SONET/SDH, que tem sido a base para o desenvolvimento das redes em fibras ao longo dos ltimos anos. Entretanto, muitos provedores de servio tm optado por agregar seu trfego atravs da concatenao direta de IP sobre portadora ptica, abandonando as hierarquias rgidas utilizadas at ento no trfego telefnico de voz. Desta forma, padres de QoS so abandonados em funo de uma maior eficincia na utilizao das taxas de transmisso so obtidas. Com a disponibilizao de vrias portadoras pticas atravs da tecnologia DWDM, tornou-se possvel que os provedores de servios Telecom/dados abandonassem as solues hierarquizadas SONET/SDH oferecidas pelas operadoras telefnicas e optassem por solues IP/DWDM cujas principais caractersticas so: A infra-estrutura da rede mais simplificada e mais fcil de se gerenciar e de se planejar; Menor custo de propriedade (espao fsico) por utilizar uma quantidade menor de elementos de rede; Interface aberta para suportar uma rede com vrios fornecedores; Aumento da flexibilidade; Escalabilidade (Scalability) em termos de taxas de bits e em nmeros de canais pticos.

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A tendncia pelo servio sem a utilizao do SONET/SDH acentuou-se, mas as opes por este servio continuam predominantes em redes ILEC (Incumbent Local Exchange Carrier), que so fortemente dependente de padres, e em redes carrier to carrier que requerem um alto nvel de confiabilidade, gerenciamento e monitoramento de performance. Os operadores de multi-servios provavelmente iro preferir o padro ATM pela sua habilidade de integrar uma gama de redes numa nova rede. Os novos provedores de servio esto utilizando as solues IP/DWDM, IP/SONET/DWDM, POS (Packet Over Sonet) e Gigabit Ethernet/DWDM. As aplicaes metropolitanas DWDM dependem da distncia, eficcia da fibra, taxas de bits requeridas e infra-estrutura existente. Os sistemas DWDM metropolitanos so designados para pequenos alcances (16 km), mdio alcance (46 km) e longos alcances (88 km), utilizando de 8 a 32 canais pticos. Os fatores que determinam o preo so o uso e o grau de amplificao ptica e a capacidade de restaurao e o gerenciamento de rede. O atual desafio das redes DWDM, tanto em redes de longa distancia quanto nas metropolitanas, est na habilidade de interagir com uma variedade de interfaces como por exemplo ATM, IP, Gigabit Ethernet e no desenvolvimento de diversas topologias de rede como as redes em malha e em anel. A utilizao da tecnologia DWDM em redes metropolitanas est sendo implementada em funo dos seguintes vetores de demanda: Aumento de trfego devido ao crescimento de provedores de servio independentes (ASP = Applied Service Providers). Aumento de trfego Internet (ISP Internet Service Provider). Utilizao de ADSL (Assimetrical Digital Subscriber Line) em reas residenciais. Espelhamento de banco de dados: Apesar de ser uma aplicao Long hault, as redes metropolitanas so amplamente utilizadas associadas a aplicaes das tecnologias Escon, fiber channel, hippi. Utilizaes de solues VPN (Virtual Private Networks). Aumento de trfego de voz e dados associados as operadoras locais CLEC e ILEC (Competitive Local Exchange Carries e Incumbent Local Exchange Carries). VPN em geral LAN - LAN tradicional / 10 MB/s - Considerando 100 assinantes, resulta uma taxa de1GB/s. LAN - LAN / Fast Ethernet / 100 MB/s - Considerando 1000 assinantes, resulta uma taxa de 10 GB/s. LAN - LAN / Gigabit Ethernet Ateno! Para um entendimento mais completo do crescimento das aplicaesDWDM/metro vale comparar aplicaes de trfego roteado e trfego SONET/SDH/TDM.

5 CONCLUSO Neste curso voc teve um contato inicial, mas bastante esclarecedor sobre o universo das Comunicaes pticas , a tecnologia nova e revolucionria que est transformando as redes de comunicaes do mundo, conduzindo informaes, atravs de longas distncias, na forma de pulsos de luz. Mas o assunto no se esgota aqui: a prtica, a consulta a outras fontes de informao, como artigos e livros e a troca de experincias com outros profissionais consolidaro seus conhecimentos e com certeza lhe traro novas demandas por mais informaes. Isso o que importa: seguir aprendendo, cuidando do seu autodesenvolvimento e crescimento profissional.

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