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Sistemas de Comunicações Ópticas

Professor Sérgio Anderi Teixeira

CITAÇÃO DE MARCAS NOTÓRIAS

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possui seus direitos de exploração ou ainda imprimir logotipos, o autor

declara estar utilizando tais nomes apenas para fins editoriais

acadêmicos.

Declara ainda, que sua utilização têm como objetivo,

exclusivamente na aplicação didática, beneficiando e divulgando a

marca do detentor, sem a intenção de infringir as regras básicas de

autenticidade de sua utilização e direitos autorais.

E por fim, declara estar utilizando parte de alguns circuitos

eletrônicos, os quais foram analisados em pesquisas de laboratório e de

literaturas já editadas, que se encontram expostas ao comércio livre

editorial.

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ÍNDICE Introdução ......................................................................... 04 Capítulo 1 - Histórico e conceitos............................................ 06 1.1 - A natureza da luz ......................................................... 06 1.2 - Ondas eletromagnéticas. ............................................... 07 1.3 - A velocidade da luz....................................................... 08 1.4 - Vantagens das fibras ópticas .......................................... 09 1.5 - Uma idéia genial ou várias. ............................................ 11 Capítulo 2 - Princípio de funcionamento das Fibras Ópticas......... 13 2.1 - Sistemas de comunicação por fibras Ópticas..................... 13 2.2 - Tipos de Fibras Ópticas.................................................. 14 2.2.1 - Fibras multímodo....................................................... 14 2.2.2 - Fibras mono modo ..................................................... 15 Capítulo 3 - Métodos de fabricação de Fibras e Cabos Ópticos..... 18 3.1 - Método OVD. ............................................................... 19 3.2 - Método VAD................................................................. 20 3.3 - Método MCVD. ............................................................. 21 3.4 - Método PCVD............................................................... 22 3.5 - Processos de Fabricação dos cabos ópticos....................... 22 3.5.1 - Pintura da fibra óptica. ............................................... 22 3.5.2 - Extrusão do revestimento secundário. .......................... 23 3.5.3 - Reunião do cabo........................................................ 23 3.5 4 - Encapamento. ........................................................... 24 3.6 - Tecnologias de construção para cabos ópticos .................. 24 3.6.1 - Cabos tipo LOOSE.......................................................25 3.6.2 - Cabos tipo TIGHT. ..................................................... 25 3.6.3 - Cabos tipo GROODVE. ................................................ 26 3.6 4 - Cabos tipo RIBBON .................................................... 26 Capítulo 4 - Fontes de luz, Modulação e Multiplexação Óptica. .... 28 4.1 - Fontes ópticas.............................................................. 28 4.2 - Os LEDs (Light Emition Diode)........................................ 31 4.3 – Os ILDs (lnjection LASER Diode). ................................... 33 4.4 - Modulação e MultipIexação ............................................ 34 4.4.1 – Modulação................................................................ 34 4.4.2 – Multiplexação ........................................................... 35 4.4.3 - FDM (Frequency Division Multiplexing).......................... 35 4.4.4 - TDM (Time Division Multiplexing) ................................. 36 4.4.5 - WDM (Wavelength Division Multiplexing)....................... 37 Capítulo 5 - Atenuação e Dispersão em Fibras 0pticas ............... 39

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5.1 – Atenuação da fibra óptica.............................................. 39 5.2 – Dispersão das fibras ópticas .......................................... 40 5.3 - Recomendações da Norma TIA/EIA-568-A........................ 42 5.3.1 - Cabos ópticos............................................................ 43 5.3.2 - Emendas ópticas ....................................................... 43 5.3.3 – Conectores ópticos .................................................... 43 Capítulo 6 – Terminações Ópticas ........................................... 44 6.1 – Características............................................................. 45 6.2 - Aplicação das terminações ............................................. 45 6.3 - Tipos de conectores ...................................................... 45 6.4 - Características dos conectores comercializados pela Furukawa 46 Capítulo 7 - Instalações de Cabos 0pticos. ............................... 48 7.1 - Cuidados com os cabos ópticos....................................... 48 7.2 - Instalação ao subterrâneo ............................................. 50 7.3 - Instalação aérea........................................................... 53 7.3.1 - Cabos espinados........................................................ 53 7.3.2 - Cabos auto-sustentados ............................................. 55 7.4 – Suspensão .................................................................. 56 7.5 – Ancoragem ................................................................. 57 7.6 – Puxamento com talha manual........................................ 65 7.7 – Puxamento com moitões cardenais com cordas ................ 58 7.8 – Puxamento com auxílio de roldanas ................................ 69 7.9 – Ferragens para redes ópticas ......................................... 60 Capítulo 8 – Instalação de Acessórios Ópticos .......................... 63 8.1 – Cordões e Extensões ópticas.......................................... 63 8.2 – Distribuidor Interno Óptico (DIO) ................................... 63 8.2.1 - Instalação do Cabo 0ptico ........................................... 64 8.2.2 – Acomodação das unidades básicas............................... 65 8.2.3 – Instalação das fibras nas bandejas .............................. 65 8.2.4 - Emendas das fibras ópticas ......................................... 65 8.2.5 - Montagem dos cordões ópticos .................................... 65 8.2.6 - Exemplificando a instalação e montagem do DIO............ 66 8.2.7 - Exemplo de solução óptica utilizando Dio em LANs ......... 66 8.3 - Infra-estrutura para cabeamento óptico........................... 67 Capítulo 9 - Emendas Ópticas ................................................ 69 9.1 - Processo Mecânico........................................................ 69 9.1.1 - Processo por conectores ............................................. 70 9.2 - Processo por Fusão de Fibras Ópticas .............................. 70 Capitulo 10 - Certificação e testes em Fibras Ópticas................. 71 10.1 - Medições realizadas em laboratório ............................... 71 10.2 - Medições realizadas em campo ..................................... 71 10.3 - Teste de Atenuação Absoluta........................................ 72 10.4 - Testes Analíticos......................................................... 73

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Capítulo 11 – Aplicação do OTDR nas análises de fibras ópticas .. 74 11.1 – Princípios de transmissão em fibras ópticas.................... 74 11.2 – Confinamento da luz................................................... 74 11.3 – Reflexão de Fresnel .................................................... 74 11.4 – Retroespalhamento .................................................... 75 11.5 – Refletômetros ópticos no domínio do tempo ................... 76 11.6 – Princípio de funcionamento do OTDR............................. 77 11.7 – Alcance dinâmico ....................................................... 78 11.8 – Zona morta ............................................................... 79 11.9 – Zona morta de evento ................................................ 79 11.10 - Zona morta de atenuação .......................................... 80 11.11 – Medidas de atenuação em emendas ............................ 80 11.12 – Emenda com ganho .................................................. 80 11.13 – Análises dos Resultados............................................. 81 11.14 – Conclusões .............................................................. 88 ANEXO A..............................................................................90 Referências bibliográficas......................................................104

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Introdução

Desde seu desenvolvimento as fibras ópticas representaram uma revolução na forma de transmitir informações. Atualmente, estão envolvidas em diversos sistemas de comunicação de grande importância e uso. Em todo o mundo, os cabos de fibras ópticas vêm sendo utilizados para transmitir voz, televisão e sinais de dados por ondas de luz, por meio de fios finos e flexíveis constituídos de vidro ou plástico. As vantagens em sua utilização, quando comparadas com os cabos metálicos, são fantásticas. Como

resultado disso, têm sido investidas grandes somas de dinheiro para que os sistemas ópticos sejam colocados em operação. As fibras ópticas não são mais mera curiosidade de laboratórios de pesquisas. Elas são, agora, uma importante tecnologia provada e aprovada, uma realidade reconhecida. De fato, alguns autores se referem ás fibras ópticas como uma interessante revolução que pode afetar nossas vidas, como os computadores e os circuitos integrados o fizeram. No mundo das telecomunicações, as fibras ópticas são comparadas, em importância, com as microondas e os sistemas de comunicação por satélites. As fibras ópticas representam nova era na tecnologia de comunicações. São, também, umas mudanças radicais quando comparadas aos sistemas eletrônicos de comunicação. Agora, não são mais elétrons movendo-se por fios metálicos para carregar os sinais de informações e, sim, ondas de luz guiadas por fibras muito finas de vidro ou plástico, com o mesmo propósito com uma largura de banda ou capacidade de informação milhares de vezes maior que circuitos metálicos, as fibras ópticas nos oferecerão todos os caminhos de comunicação que sempre quisermos, a preços acessíveis.

As fibras ópticas têm causado grande impacto na indústria eletrônica. Centenas de empresas, novas e antigas, grandes ou pequenas, estão produzindo sistemas e componentes ópticos juntamente com agências governamentais e militares. Milhares de engenheiros e cientistas ao longo do mundo estão agora envolvidos em pesquisas e desenvolvimento de componentes e sistemas de fibras ópticas. Centenas de publicações técnicas estão sendo apresentadas para apresentar à comunidade científica e o avanço tecnológico obtido com essa tecnologia e sua aplicação.

Uma área em que fibras ópticas vêm sendo utilizadas há algum tempo é a telefonia. Mas em outras áreas as fibras ópticas, são, também; de vital importância, como em computadores, televisão, instrumentação eletrônica etc.

Contando com as vantagens das fibras ópticas, alguns projetistas acreditam que qualquer; novo sistema de comunicação que não as utilizar ou, pelo menos, considerar seu uso estará obsoleto antes mesma de ser implantada.

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Embora isso possa nem sempre ser o caso de sistemas de comunicações, está tornando-se mais e mais notória a necessidade dos técnicos em especializar-se nessa área.

Sendo assim, esta apostila tem como objetivo apresentar vários conceitos relacionados a essa tecnologia, bem como ferramentas e técnicas empregadas em sistemas ópticos.

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Capítulo I Histórico e conceitos 1.1. A natureza da luz

Não há um modelo único e preciso para descrever a natureza da luz. Em alguns casos, a luz apresenta características de partículas (corpos dotados de massa) e, em outros, de ondas (energia). Em determinadas condições, a luz parece um raio ou partículas eletromagnéticas

que se movem em alta velocidade, denominadas fótons. Embora os fótons sejam chamados de partículas, eles se movem em velocidades fantásticas e, ao final do movimento, apresentam massa nula, o que nos induz a classificar os fótons como não-existentes. No entanto, seus efeitos podem ser observados e medidos em vez de tratá-los como partículas, seria melhor entendê-los como pacotes de energia pela teoria da luz como partícula é possível descrever o que ocorre com ela quando é transmitida ou absorvida. Em particular essa teoria explica o efeito fotoelétrico: quando a luz atinge a superfície de certos sólidos e causa a emissão de elétrons. Sem essa teoria, o comportamento da luz durante a emissão e a absorção não poderia ser adequadamente explicado Assim sendo, essa teoria não é capaz de descrever muitos outros fenômenos da luz. Em várias experiências, por exemplo, a luz parece se comportar como ondas eletromagnéticas em vez de fótons Essas ondas eletromagnéticas consistem de campos elétricos e magnéticos que oscilam. Cada campo está em uma determinada posição em relação ao outro, ambos na mesma direção e mesmo sentido de propagação. A força de cada campo varia de forma senoidal. Devido ao arranjo físico desses campos em relação a direção de propagação de onda, eles são ditos transversais. Como outras ondas eletromagnéticas, a luz pode viajar através do espaço vazio por distanciais muito grandes. A teoria das ondas explica muito melhor a propagação ou transmissão da luz. Ela também explica por que os feixes de luz podem passar uns entre os outros sem causar distúrbios entre si. Por exemplo; veja o que acontece quando dois feixes de luz se cruzam: cada um se comporta como se o outro não estivesse lá. Com partículas; esse fenômeno não poderia ocorrer, pois haverá choque físico entre elas. Outro caso e o da interferência. Suponha que uma uma fonte emita luz e esta seja dividida em dois feixes independentes que viajem por caminhos diferentes para atingir um único ponto, nesse caso, haverá interferência entre os dois feixes. Dependendo de suas fases, a luz observada no ponto comum poderá apresentar maior ou menor intensidade. Esse fenômeno só pode ser explicado pela teoria de partículas. Assim, é importante notar que não se pode generalizar a luz como partículas ou ondas, dependendo da situação, uma ou outra teoria melhor descrevem um dado fenômeno.

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1.2 – Ondas eletromagnéticas As ondas eletromagnéticas incluem a luz visível, as ondas de

rádio e as de radar, os raios; os raios gama, microondas e outras, que envolvem a propagação de ondas de cam elétricos e magnéticos através do espaço, com velocidade de 300.000.000 m/s no vácuo. Todas as ondas eletromagnéticas são geradas pela aceleração de cargas elétricas diferenças entre os diversos tipos estão nas freqüências e comprimentos de onda. A fiç abaixo mostra o espectro eletromagnético com os nomes associados às diversas freqüências faixas de comprimentos de onda, que não são muito bem definidas e, às vezes, se sobrepõe. Por exemplo, as ondas eletromagnéticas com (comprimento de onda) da ordem de 1 (nanômetro) são raios X quando têm origem atômica, e raios gamas se a origem for nuclear olho humano é sensível à radiação eletromagnética de comprimentos de onda entre 40 e 70nm, na faixa da luz visível. Também se usa o termo luz para designar a radiação eletromagnética pouco fora da faixa visível.

Figura 1 - Espectro magnético (Fonte. RCA) A luz ultravioleta é a radiação eletromagnética aquém do

limite dos pequenos comprimentos ondas visíveis, e a luz infravermelha é a radiação pouco além dos limites dos maiores comprimentos de onda visíveis. Não há limites para o comprimento

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de onda da rádio eletromagnética, pois todas as freqüências são teoricamente possíveis.

A descrição completa das ondas eletromagnéticas se baseia nas leis da eletricidade e magnetismo, conforme a teoria de Maxwell. No entanto, não é nosso objetivo aqui detalhamento aprofundado desse assunto.

1.3. A velocidade da luz A primeira tentativa para medir a velocidade da propagação da

luz foi feita por Galileu. Ele e um assistente colocaram-se no topo de duas colinas afastadas aproximadamente de milha, cada qual com uma lanterna e um anteparo para cobri-la. A intenção de Galileu era medir o tempo necessário para a luz percorrer o dobro da distância entre os observadores. O primeiro, observador 1 , descobriria sua lanterna e o segundo, observador 2, quando visse a luz, descobriria a sua. O tempo entre o movimento inicial de "1" e sua visão da luz de "2" seria tempo necessário para a luz ir e vir entre os dois observadores. Apesar de o método ser, em princípio, correto, a velocidade da luz é tão grande que o intervalo de tempo a ser medido é muito menor que as flutuações do tempo de resposta dos observadores. Por esse motivo, Galileu não pôde obter nenhum valor para a velocidade da luz.

A primeira indicação sobre a verdadeira ordem de grandeza da velocidade da luz proveio de observações astronômicas sobre o período de revolução de uma das luas de Júpiter, feitas pelo astrônomo Roemer em 1675.

A primeira medição não-astronômica da velocidade da luz foi feita pelo físico francês Fizeau, em 1849, sendo, mais tarde, aperfeiçoada por Foucault (1850) e pelo físico Michelson entre 1880 e 1930.

Um método que não envolve diretamente a luz é baseado na teoria eletromagnética de Maxwell, em que a luz é uma onda eletromagnética. Nessa teoria a velocidade de uma onda eletromagnética no vácuo está relacionada a uma constante elétrica, que; pode ser determinada por uma medida muito precisa da capacitância de um capacitor de placas planas e paralelas, e uma constante magnética, que está relacionada com a unidade SI de corrente elétrica. Então, a medição de uma capacitância e uma experiência de calibração envolvendo a medição de forças magnética levam a determinação de duas constantes eletromagnéticas que estão relacionadas com a velocidade da luz. Medições com precisão, segundo esse método, foram realizadas por Rosa e Dorsey, no Birô de padrões dos Estados Unidos; em 1906.

Como outras ondas eletromagnéticas, então a luz viaja à velocidade de 300 000 000 m/s. Precisamente falando, esta velocidade e de 299 792 500 m/s porém, para a maioria das aplicações praticas, esse número pode ser aproximado para 300 000 000 m/s

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1.4. Vantagens das fibras ópticas As fibras ópticas, por suas características, apresentam

inúmeras vantagens em relação aos meios físicos metálicos (coaxial, par trançado) e comunicação por microondas.

Total imunidade a interferências eletromagnéticas

Os materiais que compõem a fibra óptica possuem

características dielétricas, o que faz com que sejam totalmente imunes a qualquer interferência eletromagnética de qualquer intensidade. Logo, por mais ruidoso que seja o ambiente em que esteja instalado, o tráfego de sinais será garantido. Quando da utilização de cabos ópticos com materiais totalmente dielétricos (sem fita de aço corrugado por exemplo), proporcionam ótimo isolamento elétrico ao próprio cabo e evitam problemas com aterramento do cabo e dos equipamentos. Sob o aspecto de segurança, como não há condução de corrente em um cabo óptico, problemas como curto-circuito, faiscamento e choques elétricos inexistem, sendo então indicados ambientes onde existe risco de explosão pela presença de gases inflamáveis.

Dimensões reduzidas As fibras ópticas apresentam dimensões bastante reduzidas e,

mesmo com todo revestimento necessários para a sua proteção, os cabos também possuem dimensões bastante reduzidas, tanto em diâmetro como em peso. Para que possamos ter uma idéia, cabo óptico pode ser 20 vezes menor em tamanho e peso que um cabo metálico com mesma capacidade de transmissão.

Segurança no tráfego de informações

Os cabos ópticos utilizam a luz coma sinal de comunicação e isso traz grandes dificuldades para aqueles que desejam "grampear" os sinais, pois, para isso, são necessários equipamentos sofisticados que sejam capazes de captar e decifrar os sinais. Essa

característica das fibras ópticas é bastante utilizada para aplicações onde são necessários altos níveis de segurança das informações, como aplicações militares, bancárias e pesquisas.

Maiores distâncias nas transmissões As perdas na comunicação com as fibras ópticas são muito

pequenas, e isso proporcionando lances de cabos com grande comprimento sem a necessidade de repetidores. Dependendo do tipo e qualidade das fibras-opticas os lances podem alcançar distâncias de

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250 quilômetros, distância 5 vezes superior a um enlace de microondas (50 quilômetros). Contudo; a tecnologia envolvida no desenvolvimento das fibras ópticas esta se empenhando em conseguir novas fibras, que apresentem melhores características, além do desenvolvimento de novos equipamentos com potências maiores. Tudo com o objetivo de ampliar as distâncias entre os lances, sem a necessidade de repetidores, e aumentar a capacidade de transmissão dos sinais com a segurança necessária.

Maior capacidade de transmissão A capacidade de transmissão está relacionada com a

freqüência das portadoras que no caso das fibras ópticas, dependendo do tipo (Multimodo ou Monomodo) ou do comprimento de onda de luz utilizado, são encontrados valores mínimos nas faixas de 1600Mhz; 500Mhz centenas de Thz. Isso proporciona uma capacidade cerca de 10 ml vezes maior que sistemas convencionais de microondas, cuja banda passante é da ordem de 700 Mhz prática, isso demonstra a possibilidade de expansão do número de canais de voz, vídeo, dados no mesmo meio de transmissão. O surgimento das fibras ópticas proporcionou aumento espantoso da banda passante, e as aplicações que eram inconcebíveis antigamente tornaram-se possíveis.

Atual relação custo-benefício Dependendo da aplicação, o custo dos cabos ópticos têm sido

mais compensador que o de outros meios físicos. Como exemplos temos os sistemas de comunicação à longa distância onde os cabos ópticos oferecem maior capacidade de transmissão e distâncias maiores os repetidores, enquanto os sistemas convencionais de transmissão por microondas limitados à distância de 50 quilômetros entre os repetidores e a uma capacidade limitada comunicação. Para sistemas de comunicação em pequenas distâncias, os cabos ópticos mostram-se relativamente caros; contudo, se formos considerar os futuros planos de expansão que fatalmente deverão ocorrer em qualquer instalação, o custo do cabo óptico tornar-se-á bastante competitivo devido ao benefício (facilidade de expansão) que proporciona à instalação.

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Sistemas de telefonia

Foi uma das primeiras aplicações das fibras ópticas. As redes telefônicas se tornavam deficientes pela limitação imposta pelos cabos metálicos, que estavam aumentando cada vez mais de volume e, consequentemente, exigiam infra-estruturas mais amplas. Inicialmente, as fibras ópticas foram utilizadas apenas na interligação de linhas-tronco que exigem uma grande capacidade de tráfego. Contudo; com redução de custo dos sistemas ópticos, o uso

das fibras ópticas foi se estendendo em outras áreas da telefonia, como a interligação de centrais telefônicas interurbanas, internacionais e intercontinentais. O avanço das fibras ópticas nessa área é algo inevitável e, atualmente, estão sendo estudados meios de levar fibras ópticas até a residência dos assinantes de serviços de televisão a cabo, telefonia etc., melhorando sensivelmente em qualidade nas comunicações em geral.

Redes de comunicação de dados Após a introdução das fibras ópticas nas redes telefônicas, o

ambiente de redes de comunicação de dados foi outra área onde as fibras ópticas tiveram aceitação: Similarmente as redes telefônicas, estão sendo utilizadas em backbones, onde está concentrado a maior parte do tráfego de uma rede de dados. Igualmente nessa área temos conceitos como o FTTD (Fiber To The desk), que sugere o lançamento de fibras ópticas, ate a mesa do usuário, dentro de um sistema de computadores em rede (LAN).

Sistemas de comunicação Os sistemas de comunicação caminham no sentido de unificar

as mídias, ou seja, dentro em breve, voz, dados e imagens deverão ser transmitidos por um único meio físico e assim esse deverá ter grande capacidade, além de manter velocidade em tempo real para ser viável. Para isso, será necessária a presença de fibras ópticas que possuam características que atendam a essas necessidades e possam suportar renovações de tecnologias e expansões.

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1.5. Uma idéia genial ou várias

A idéia de utilizar a luz como meio de comunicação não surgiu neste século pois desde as épocas mais remotas o homem já a utilizava para comunicar-se. Como exemplo podemos citar o método de comunicação por códigos gerados por reflexos da luz do sol em espelhos ou então por luzes artificiais, como a sinalização

por meio de tochas de fogo. Com o decorrer do tempo, os pesquisadores procuraram um meio eficiente de comunicação a distância por meio da luz, até que um inglês chamado Tyndall experimentou um efeito de "canalização", com a injeção de luz no interior de um fino jato de água. A partir dessa idéia, iniciou-se uma corrida no sentido de canalizar a luz de forma eficiente, fazendo a luz trafegar em um meio físico direcionado. Vários pesquisadores de diversas partes do mundo, principalmente os EUA, Japão, Inglaterra e Alemanha, pesquisaram diversos tipos materiais que servissem de guias de luz, e, em 1930, um pesquisador alemão chamado Lamb iniciou as primeiras pesquisas para utilizar as fibras de vidro como guias de ondas de luz. Paralelamente, outros pesquisadores pesquisavam e desenvolviam fontes de luz que pudessem ser utilizadas para tornar possível a comunicação em distâncias cada vez maiores, até que, em 1958, os pesquisadores americanos Shalow e Townes inventaram o laser, o que tornou possível aumentar incrivelmente o alcance da luz no interior da fibra óptica enquanto outros pesquisadores se empenharam em inventar e aprimorar os fotossensores, ou seja, os dispositivos detectores de luz. O desenvolvimento da comunicação óptica estava dividida em três grupos: fibras ópticas, fontes de luz (lasers) e fotossensores (fotodiodos). Os três grupos agora juntos se empenharam em desenvolver novos tipos de fibras ópticas que proporcionassem atenuação cada vez menor, fontes de luz (lasers) com potências maiores e comprimentos de onda com menores níveis de atenuação nas fibras ópticas e fotossensores com grandes sensibilidades e respostas rápidas tudo com o objetivo de aumentar a distância de comunicação de forma eficaz. O resultado disso são os sistemas de comunicações que hoje utilizam as fibras ópticas em diversos tipos de aplicações.

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Capítulo 2 Princípio de funcionamento das fibras ópticas O princípio pelo qual a luz se propaga no interior de uma fibra

óptica é fundamentado na reflexão total da luz, ou seja, quando um raio de luz se propaga em um meio cujo índice de refração é 1 (núcleo) e atinge a superfície de um outro meio com índice de refração 2 (casca) onde 1> 2 e, desde que o ângulo de incidência (em relação à normal) seja maior ou igual ao ângulo crítico, ocorrerá o que é denominado de reflexão total, do que resulta o retorno do raio de luz ao meio com índice de refração 1:

Baseado nesse princípio, a luz é injetada em uma das extremidades da fibra óptica sob um cone de aceitação, em que este determina o ângulo por que o feixe de luz deverá ser injetado, para que ele possa se propagar ao longo da fibra óptica.

As fibras ópticas são constituídas, basicamente, de materiais dielétricos com uma estrutura cilíndrica, composta de uma região central, denominada núcleo, por onde trafega a luz, e uma região periférica, denominada casca, que envolve completamente o núcleo.

Figura 2. Princípio de funcionamento da fibra óptica. As dimensões variam conforme os tipos de fibras ópticas; o

núcleo pode variar de 8 m até 200 m e a casca de 125 m até 240 m contudo, dentre as fibras ópticas mais utilizadas no mercado atualmente, as dimensões mais utilizadas são de 9 e 62,5 m para o núcleo e 125 m para a casca. As fibras ópticas de outras dimensões foram bastante utilizadas no passado; todavia, por uma questão de padronização de mercado, essas dimensões caíram em desuso.

2.1. Sistemas de comunicação por fibras ópticas Um sistema de comunicação que utiliza fibras ópticas é

composto basicamente por três blocos distintos: o bloco transmissor,

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o bloco receptor e o bloco do meio físico, que são as fibras ópticas. Nesse sistema, o bloco transmissor possui a função de transformar o sinal elétrico em óptico, sendo constituído de dois componentes básicos: o circuito driver e o circuito emissor de luz. O circuito driver possui a função de controle de polarização elétrica e emissão da potência óptica.

Figura 3. Sistema de comunicação óptica - genérico. A conversão e a emissão do sinal óptico são realizadas pelo

circuito emissor de luz. O bloco receptor possui a função inversa do bloco transmissor, ou seja, detectar o sinal óptico e convertê-lo em sinal elétrico. É constituído de um fotodetector que realiza a conversão optoelétrica e de um circuito amplificador-filtro, onde o sinal recebe um tratamento adequado para sua leitura. O meio físico, composto pelas fibras ópticas, basicamente é um guia, em cujo interior a luz trafega, desde a extremidade emissora até a extremidade receptora.

2.2. Tipos de fibras ópticas Existe uma variedade de fibras ópticas, cada qual voltado a

uma aplicação específica. Os tipos podem variar, de acordo com os materiais, dimensões e os processos de fabricação. Fundamentalmente, as fibras ópticas estão subdividas em dois tipos: monomodo (single mode) e multimodo (multi mode).

2.2.1. Fibras multimodo As fibras multimodo são fibras que possuem vários modos de

propagação, ou seja, os raios de luz podem percorrer o interior da fibra óptica por diversos caminhos. Essas, dependendo da variação do

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índice de refração do núcleo em relação à casca, classificam-se em índice degrau ou índice gradual. As fibras multimodo com índice degrau são as fibras de fabricação mais simples, porém apresentam características muito inferiores aos outros tipos de fibras. Uma das deficiências é a banda passante, que é bastante estreita. Isso restringe a capacidade de transmissão da fibra óptica. A atenuação é relativamente alta, quando comparamos com as fibras monomodo; portanto, as aplicações com as fibras multimodo ficam um tanto restritas com relação à distância e à capacidade de transmissão. As dimensões são de 62,5 m e 125 m para o núcleo e para a casca respectivamente.

Figura 5 As fìbras multimodo com índice gradual são fibras bem mais

utilizadas que a anterior, porém de fabricação mais complexa, pois o índice de refração gradual do núcleo somente é conseguido pelas dopagens diferenciadas, e isso faz que o índice de refração diminua gradualmente do centro do núcleo até a casca.

Na prática, esse índice gradual faz que os raios de luz percorram caminhos diferentes, com velocidades diferentes, e os raios de luz cheguem à outra extremidade da fibra aproximadamente ao mesmo tempo; a banda passante aumenta, aumentando a capacidade de transmissão da fibra óptica. Quanto às dimensões, valem as mesmas que foram descritas na fibra multimodo de índice degrau.

2.2.2. Fibras monomodo As fibras monomodo possuem um único modo de propagação,

ou seja, contrariamente às fibras multimodo, os raios de luz percorrem o interior da fibra óptica por um só caminho. Como nas fibras multimodo, a fibras monomodo também se diferenciam pela variação do índice de refração do núcleo em relação à casca;

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classificam-se em índice degrau standard, dispersão deslocada (dispersion shifted) ou non-zero dispersion

Figura 6 As fìbras monomodo possuem índice degrau e têm a

fabricação mais complexa que as fibras multimodo, pois suas dimensões são muito reduzidas e a tecnologia envolvida é mais avançada. Contudo, as características das fibras monomodo são muito superiores às multimodo, principalmente no que diz respeito à banda passante, mais larga, o que aumenta a capacidade de transmissão. Além disso, apresentam atenuações mais baixas que as fibras multimodo, aumentando a distância das transmissões sem o uso de repetidores. Os enlaces de longas dìstâncias com fibras monomodo geralmente ultrapassam 50 quilômetros entre os repetidores, dependendo da qualidade da fibra. A desvantagem dessa fibra com relação às fìbras multimodo está relacionada ao manuseio, que é bem mais complexo, exigindo cuidados maiores. As dimensões variam. O núcleo pode variar de 8 m a 10 m e a casca, em torno de 125 m.

As fibras monomodo do tipo dispersão deslocada (dispersion shifted) têm concepção mais moderna que as anteriores e apresentam características com muitas vantagens, como baixíssima atenuação e largura de banda bastante larga. Contudo, apresentam desvantagens quanto à fabricação, que exige técnicas avançadas e difícil manuseio (instalação, emendas). Além disso, apresentam um custo um pouco superior às do tipo multimodo. Por essa razão, suas aplicações fìcam restritas aos sistemas de telecomunicações de longa distância, como, por exemplo, os cabos ópticos submarinos:

Figura 6. Principais dimensões das fibras ópticas

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A classificação das fibras pelo tamanho : a) Fibras de plástico b) Fibras MULTIMODO degrau/graduais c) Fibras MONOMODO degrau STD (standard) d) Fibras MONOMODO DS ( dispersion shift ) e NZD

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Capítulo 3 Métodos de fabricação de fibras e cabos ópticos O processo de fabricação de fibras ópticas de vidros de sílica

com dopantes consiste basicamente de duas etapas. Na primeira etapa, é fabricado a preforma, que consiste num bastão cilíndrico de sílica pura com deposição química de vapor dos gases dopantes já mencionados acima, em concentrações bem definidas. Essa preforma, que reflete a estrutura núcleo/casca, é transformada em fibra óptica numa segunda etapa, por meio de um processo de puxamento em alta temperatura (aproximadamente 2.000°C).

Figura 7. Preforma de sílica As tecnologias de fabricação de preformas baseiam-se num

processo de deposição de vapor químico (Chemical Vapor;Deposition-CVD) muito utilizado na fabricação de semicondutores, em que sílica e os óxidos dopantes são sintetizados por oxidação em estado de vapor a alta temperatura. O modo como é feita a disposição de vapor químico dá origem a duas categorias básicas de técnicas de fabricação:

- deposição externa de vapor químico; - deposição interna de vapor químico;

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Figura 8. Diagrama esquemático de processo de puxamento de

fibra óptica Por outro lado, a deposição de vapor químico externo pode ser

realizada lateral ou axialmente ao bastão de sílica inicial, resultante em duas técnicas de fabricação:

- OVD (Outside Vapor Depositiori); - VAD (Vapor - phase Axial Deposition);

Os processos de deposição interna por vapor químico são divididos em outras duas técnicas, classificadas de acordo com o método de deposição do vapor:

- MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition); - PCVD (Plasma-actívated Chemical Vapor Deposition); 3.1. Método OVD O processo de fabricação OVD foi desenvolvido pela Corning

Glass Works nos EUA e utilizado na fabricação da primeira fibra óptica monomodo, com perdas inferiores a 20 dB/km. Consiste na deposição de partículas de SiO2 + óxidos dopantes em torno de uma haste de cerâmica cristalina ou grafite, formando uma preforma cilíndrica de vidro porosa. A homogeneidade da deposição é garantida pelo movimento transrotacional contínuo a que a haste é submetida durante o processo. Completado o processo de deposição, a haste é retirada, e a preforma obtida é purificada com radicais OH- e, em seguida, sofre um processo de sinterização e colapsamento, que ocorre durante a fase de puxamento a uma temperatura de 1 .900°C.

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Figura 9. Fases de fabricação da preforma - Método OVD 3.2. Técnica VAD Na técnica de fabricação VAD, desenvolvida pela NTT do

Japão, as partículas de vidro formadas na oxidação dos vapores reagentes são depositadas gradativamente na base de um bastão de sílica em rotação permanente, para manter a simetria cilíndrica da piriforme. Essa preforma passa por um forno de sinterização, em forma de anel. Não existe a região oca no centro da preforma, eliminando o processo de colapsamento.

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Figura 10 – Fabricação da preforma – Método OVD 3.3. Método MCVD O método MCVD ilustrado na figura, desenvolvido pelo Bell

Laboratories nos EUA, consiste na deposição de partículas de vapor oxidado (vidro) internamente num tubo de sílica aquecido a uma temperatura de aproximadamente 1 .450°C e sinterizadas numa camada de vidro por uma chama de oxigênio que se move ao longo do tubo.

Figura 11. Fabricação de preforma – Método MCVD

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3.4. Técnica PCVD A técnica PCVD, desenvolvida na Holanda pela Philips, é

semelhante ao método MCVD, onde a deposição de partículas no interior do tubo é ativada por um plasma gerado por uma cavidade de microondas móvel ao longo do tubo. O tubo não tem movimento rotacional, porém a uniformidade na deposição das camadas é garantida pela simetria da cavidade de microondas.

Figura 12:Fabricação de preforma - Método PCVD 3.5. Tecnologias de construção para cabos ópticos A reunião de várias fibras ópticas revestidas de materiais que

proporcionam resistências mecânicas e proteção contra intempéries denomina-se cabo óptico. Em nenhuma aplicação as fibras ópticas podem ser utilizadas sem uma proteção adequada, ou seja, em todas as aplicações são utilizados os cabos ópticos.

3.5.1. Cabos tipo loose Os cabos ópticos que possuem essa configuração apresentam

as fibras ópticas soltas, acondicionadas no interior de um tubo plástico, que proporciona a primeira proteção às fibras ópticas. No interior desses tubos plásticos, geralmente se acrescenta uma espécie de geléia sintética de petróleo, que proporciona um melhor preenchimento do tubo e, principalmente, uma grande proteção das fibras ópticas contra a umidade e os choques mecânicos. Além desse tubo, normalmente é introduzido um elemento de tração que, juntamente com o tubo, recebe o revestimento final. Esse tipo de cabo é bastante utilizado em instalações externas aéreas e subterrâneas e, principalmente, em sistemas de comunicações de longa distância.

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Figura 13 3.5.2 Cabos tipo tight Nos cabos ópticos do tipo tight, as fibras ópticas recebem um

revestimento primário de plástico e, acima disso, outro revestimento de material plástico que irá proporcionar uma proteção maior para as fibras. Cada fibra óptica com revestimento primário é denominada de elemento óptico. Os elementos ópticos são reunidos em torno de um elemento de tração, e, juntos, recebem o revestimento final, resultando no cabo óptico do tipo tight. Esse cabo foi um dos primeiros a serem utilizados nas redes de telefonia; contudo, atualmente, está sendo utilizado só em aplicações em que suas características se mostram bastante favoráveis, como instalações internas de curta distância e em que se faz necessária a conectorização.

3.5.3. Cabos tipo groove Nesse tipo de configuração as fibras ópticas são depositadas

soltas, nas ranhuras que possuem um formato em "V" de um corpo com estrutura estrelar que proporciona uma acomodação para elas. Geralmente, esse corpo estrelar apresenta um elemento tensor no seu centro, que proporciona uma resistência mecânica maior ao cabo. Esse cabo é utilizado em aplicações em que é necessário um número grande de fibras.

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Figura 15. Cabo tipo groove. 3.5.4. Cabos tipo ribbon Essa configuração é utilizada em aplicações em que é

necessário um número muito grande de fibras ópticas (4.000 fibras). As fibras são envolvidas por uma camada plástica plana com formato de uma fita, e essas camadas são empilhadas, formando um bloco compacto. Esses blocos são alojados nas ranhuras'das estruturas estrelares dos cabos do tipo groove. Logo, essa configuração é uma derivação do cabo tipo estrelado, combinado com as fitas de fibras. Essa configuração proporciona uma concentração muito grande de fibras ópticas.

Figura 16. Cabo Tipo Ribbon 3.6. Processos de fabricação dos cabos ópticos Os detalhes dos processos de fabricação a seguir são

referentes a cabos com tecnologia loose ou tight. - pintura de fibras ópticas; - extrusão do tubo loose; - extrusão do revestimento secundário-(tight ou loose);

- reunião do cabo; - encapamento; - testes de avaliação.

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3.6. 1. Pintura da fibra óptica É o processo pelo qual as fibras são pintadas com objetìvo de

identifìcação, facilitando o manuseio e execução das emendas. Podem ser usados processos por secagem térmica ou curadas

por ultravioleta; na última, são possíveis velocidades de pintura bastante elevadas.

Na figura, é mostrado um diagrama com uma linha de pintura por secagem a calor.

Normalmente, o processo de pintura é realizado em cabos que utilizam várias fibras alojadas num mesmo tubo ou ranhura, facilitando a identificação.

Figura 17. Linha de pintura da fibra óptica 3.6.2. Extrusão do revestimento secundário Extrusão do tubo loose O material termoplástico é extrudado diretamente sobre o

conjunto de fibras ópticas, podendo ser formados tubos de 1 até 12 fibras.

Como a maioria dos cabos utilizados são geleados, nesse processo, a geléia para evitar a penetração de umidade é aplicada juntamente com o material termoplástico de proteção.

O processo de extrusão, como o próprio nome diz, é realizado por máquinas denominadas extrusoras que possuem diversos dispositivos de controle para evitar a transferência de esforços mecânicos às fibras ópticas.

Na figura, é mostrado um diagrama com os principais equipamentos que compõem uma linha de extrusão.

Figura 18. Linha de extrusão do tubo

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Extrusão tipo tight É o processo pelo qual o material termoplástico é extrudado

diretamente sobre a fibra óptica, sendo aplicados normalmente materiais de alta resistência mecânica, como, por exemplo, o náilon (nylon).

E um processo muito similar à extrusão do tubo loose, com pequenas adaptações na extrusora, para efetuar a aplicação do material sobre a fibra óptica.

Esse processo é muito utilizado na confecção de cordões ópticos em que os esforços mecânicos são feitos diretamente sobre esse cordão, não sendo permitido que eles se transfiram à fibra óptica.

3.6.3. Reunião do cabo E o processo em que os tubos e o elemento central dielétrico

ou metálico são reunidos, formando o núcleo do cabo. Nesse processo, é muito importante o passo com que os tubos

são reunidos ao redor desse elemento central, de maneira que os esforços mecânicos de instalação sejam diminuídos. É um processo de extrema importância, pois contribui sobremaneira na performance do cabo óptico ao longo de sua aplicação e vida útil.

Os núcleos podem ser reunidos em máquinas denominadas cordeiras, podendo ser planetárias quando o sentido da torção é sempre o mesmo; ou cordeiras SZ, quando o sentido de torção varia constantemente, ora à direita ora à esquerda.

Na figura, é mostrado diagrama cia cordeira SZ utilizada na reunião de cabos ópticos.

Figura 19. Processo de reunião em cordeira SZ 3.6.4. Encapamento Processo final na fabricação dos cabos ópticos, quando é

aplicado o revestimento externo de proteção. Nesse processo, podem ser aplicados tanto os elementos de tração no caso de cabos dielétricos (fibra aramidal), o composto de enchimento, para os cabos

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geleados, ou a própria capa APL, no caso de cabos com capa metálica.

No caso de cabos armados com fita de aço corrugada, a aplicação dessa fita bem como sua corrugação são feitas nesse processo.

Na figura, é mostrado um diagrama básico para uma linha de extrusão de revestimento externo, para cabos dielétricos.

Figura 20. Processo de encapamento de cabos dielétricos

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Capítulo 4 Fontes de luz modulação e multiflexão ótica Muitos dispositivos de conversão eletro óptico estão

disponíveis no mercado para sistemas de comunicações por fibra óptica. No entanto, até o presente apenas dois desses dispositivos são realmente aplicados para transmissão por fibra óptica: LED e o ILD (Injection Laser Diode). Ambos são diodos semicondutores modulados diretamente pela variação da corrente de entrada.

Os LEDs e ILDs são constituídos por arsenieto de gálio e alumínio (GaAIAs), fosfato de arsenieto de gálio e alumínio (GaAIAsP) ou fosfato de arsenieto de gálio e índio (GaInAsP).

4.1 Fontes ópticas Os LEDs empregados em fibras ópticas são similares aos

empregados em diversas aplicações eletrônicas, com a diferença de que esses componentes emitem luz visível (600 a 800 nm de comprimento de onda), e os usados para comunicações por fibra óptica emitem luz na faixa de infravermelho (800 a 1300 nm de comprimento de onda). Os diodos JLD são similares àqueles utilizados em CD players e leitoras de códigos de barras, com a exceção de que o espectro de transmissão é mais estreito e operam em infravermelho.

Os LEDs são normalmente utilizados em comunicação óptica em redes locais. Os ILDs, utilizados em sistemas mais complexos e (comprimento do enlace óptico).

Isso é devido ao fato de os LEDs apresentarem áreas de superfície ativa maiores e ângulos com feixes maiores que os tornam mais aptos ao acoplamento em fibras multimodo de núcleos maiores. São normalmente limitados a velocidades mais baixas. Também emitem luz por um largo espectro de comprimentos de onda (30 a 60nm), que criam problemas de largura de banda em longas distâncias, por causa do fenômeno denominado dispersão material. Os ILDs, ao contrário dos LEDs, têm regiões ativas estreitas e ângulos de feixes menores, que os acoplam bem às fibras monomodo de baixas perdas. Esses dispositivos operam em altas velocidades, e a emissão espectral estreita é ideal para sistemas que necessitam de largura de banda larga em comunicação óptica por meio de fibras monomodo.

Ambos os dispositivos representam vantagens únicas. A opção entre um tipo e outro para uma dada aplicação depende do custo, nível de potência óptica, taxas de modulação, comprimento de onda, temperatura, eficiência de acoplamento e vida útil.

De acordo com o princípio do ângulo de incidência crítica, a fibra óptica só pode aceitar a luz emitida dentro de um cone estreito de aceitação, entre 30 e 40° para a fibra multimodo e menor que 10° para a monomodo. Os LEDs tipicamente emitem raios de luz em um

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padrão de 120° a 180°, o que significa que a maior parte da luz não é aceita pela fibra, mesmo que o núcleo e a área de emissão dessa correspondam à área do LED. Os ILDs, por outro lado, emitem um padrão muito mais estreito (entre 10° e 35°) e, portanto, podem ser acoplados às fibras ópticas.

Para se obter um acoplamento óptico, as fontes geralmente vêm com os pigtail ópticos que interligam transmissor e receptor para um bom acoplamento mecânico. No caso dos LEDs, que emitem a partir do topo de sua superfície, ela é colocada muito perto da fibra, para melhorar o acoplamento. No caso do ILD, que emite a partir de suas bordas, a fibra é normalmente colocada em forno de modo a formar uma lente que aumente o acoplamento.

Os ILDs do mercado hoje, com potências entre 0,5 a 5 mW, se

destinam a acoplamento com núcleos de fibras de 50 m e entre 0,25 e 1 mW, e para acoplamento com fibra monomodo. Os LEDs, em contrapartida, acoplam apenas cerca de 0,01 a 0,1 mW de potência com fibras multimodo de 50 m (cerca de 50 vezes menos). Normalmente requerem fibras com núcleos maiores para acoplar mais de 1 mW.

Embora os ILDs apresentem uma vantagem sobre os LEDs quanto à potência acoplada e outras características, como alta velocidade e operação em longas distâncias, apresentam também várias desvantagens, o que torna os LEDs mais utilizados em distâncias curtas e aplicações de baixas velocidades, por questão de sensibilidade a altas temperaturas e vida útil.

0 custo dos ILDs é muito maior que o custo dos LEDs por vários motivos. 0 laser é mais difícil de fabricar e tem características de acoplamento óptico mais críticas entre outros.

Os ILDs são sensíveis a temperaturas muito altas e param rapidamente a emissão quando sua temperatura interna aumenta. Dissipadores de calor e resfriadores ou processos de controle e compensação de temperatura, por utilizarem circuitos de controle realimentados, são necessários para manter a operação estável, aumentando, assim, o custo do circuito transmissor e diminuindo sua confiabilidade.

A vida útil dos ILDs em temperatura ambiente é muito menor que a dos LEDs, prïncipalmente, elo fato de á densidade de corrente na região ativa ser muito maior para causar o efeito de emissão do laser: A vida útil dos LEDs está entre 10 e 100 milhões de horas, enquanto para os ILDs está em torno de 10 milhões de horas em temperatura ambiente. E claro que nenhum desses componentes tem operado por 10 milhões de horas, o que equivaleria a mais de um século. A vida útil de um componente é estimado com base em vários fatores, como, por exemplo, elevação da temperatura e a observação do tempo médio entre falhas. A taxa de falhas é diretamente proporcional ao aumento da temperatura; assim a probabilidade de falhas pode ser prevista pela observação de falhas a altas

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temperaturas. O método utilizado para se estimar a vida útil desses componentes é o mesmo empregado para todos os dispositivos semicondutores. Na prática, é raro que os LEDs ou ILDs falhem quando utilizados em um sistema de comunicação óptica. Pelo fato de os ILDs, em particular, utilizarem controle de temperatura que os mantêm estáveis, (geralmente abaixo da temperatura ambiente), eles são muito confiáveis. Ambos, LEDs e ILDs, podem ser utilizados para transmitir sinais em que variam continuamente a intensidade de corrente e a luz da saída (modulação analógica) ou sinais digitais (modulação digital).

Na modulação analógica, o sinal de entrada simplesmente faz que o LED produza potência de saída proporcional ao sinal de entrada. Já o ILD, para produzir um sinal de saída, deve ser excitado por um sinal de entrada superior ao limite de emissão de laser (threshold). Pelo fato de nenhum desses dois componentes ser perfeitamente linear, não são indicados para modulação analógica, pois podem produzir uma distorção indesejada. Os ILDs são mais rápidos que os LEDs para modulação digital de 4,8 Gbps, agora possível em alguns produtos de transmissão em longa distância. A figura 27 ilustra a diferença em resposta de pulsos e característica de freqüência desses dois componentes. Note que o diodo laser é de 10 a 100 vezes mais rápido que o LED.

Inicialmente os LEDs e os ILDs transmitiam luz com

comprimentos de onda entre 815 e 910nm, ou seja, de faixas próximas do visível até faixas próximas do invisível (infravermelho). estruturas de GaAs e GaAIAs eram simples, e um tecnologia relativamente madura detecção com silício poderia ser usada. Nessa ocasião, as fibras eram consideradas de baixa atenuação para os comprimentos de onda de 815 e 910nm, quando a atenuação era entre 3 e 8 dBlkrn.

Ainda em tempo foi determinado que uma fibra óptica deveria apresentar uma perda (atenuação) entre 0,3 e 1 dBlkrn em comprimentos de ondas grandes, de tal forma que segunda geração de dispositivos foi desenvolvida para operar em uma escala de 1.300 a 1.500nm. Esses dispositivos foram fabricados com a tecnologia InGaAsP (fosfato de arsenieto gálio e índio). Pelo fato de se comprimento de onda estar além da escala dos detectores silício, o germânio foi usado. Os detectores de GaInAs foram desenvolvidos por ser o germânio um material detector muito ruidoso.

E importante salientar que os diferentes comprimentos de

onda da luz se propagam em diferentes velocidades. Para sistema de alta velocidade, essas diferenças de velocidade podem causar um sério espalhamento dos pulsos digitais, reduzindo, então, a taxa modulação possível na qual os pulsos podem ser transmitidos sem

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interferência. Esse fenômeno é denominado dispersão material. O ILD, com seu espectro mais estreito, causa muito menos esse efeito, sendo, por isso, mais empregado em sistema de transmissão de alta velocidade e longas distâncias.

4.2. Os LEDs As fontes de luz mais comuns para os sistemas de

comunicação por fibra óptica são os LEDs, que emitem luz invisível próxima do infravermelho. A operação básica de um LED é como a operação básica de um diodo de junção comum, ou seja, uma pequena tensão é aplicada entre seus terminais, fazendo uma pequena corrente fluir através da junção. O diodo é formado por duas regiões de material semicondutor, dopado com impurezas do tipo P e do tipo N, para lhe conferirem as características elétricas desejadas. Assim, a região P é caracterizada por ter menos elétrons que átomos, o que implica lacunas onde há espaço para os elétrons na estrutura cristalina. A região N é caracterizada por apresentar mais elétrons livres do que lacunas. Dessa forma, a aplicação de uma tensão positiva na região P e uma negativa na região N faz que os elétrons e as lacunas fluam na direção da junção das duas regiões onde ocorre o processo de recombinação. Enquanto a tensão é aplicada, o processo de recombinação continua na junção.

Em muitos semicondutores de silício e germânio, a energia liberada é dissipada em forma de calor, por causa das vibrações na estrutura cristalina. Entretanto, em outros materiais utilizados na fabricação de LEDs, a energia de recombinação é liberada como um fóton emitido pelo próprio material semicondutor. O arsenieto de gálio, o mais importante desses semicondutores, e materiais relacionados são compostos dos seguintes elementos:

alumínio (Al); índio (In); gálio (Ga); . fósforo(P); antimônio (Sb); arsénico (As); nitrogênio (N); O comprimento de onda emitido pelo LED depende dos níveis

internos de energia do semicondutor. Em um semicondutor puro, em baixa temperatura, todos os elétrons ficam confinados na estrutura cristalina. Com o aumento da temperatura, alguns elétrons da banda de valência passam para um nível de condução de energia mais alto, onde ficam livres para se mover pela estrutura. As bandas de valência e de condução são separadas por uma região em que não há níveis de energia; essa banda confere aos semicondutores muitas de suas propriedades especiais. Os elétrons da banda de condução deixam lacunas na banda de valência que são consideradas como

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tendo cargas elétricas positivas. Essas lacunas podem se mover de acordo com o movimento dos elétrons de outros pontos da estrutura cristalina, de modo a preencher as lacunas por esses deixadas. A diferença da banda intermediária entre os níveis de energia e a quantidade de energia liberada bem como o comprimento de onda da luz emitida, depende da composição do semicondutor. Os LEDs comumente utilizados em sistemas de comunicação por fibras ópticas são constituídos por GaAs ou GaAIAs. Os LEDs de GaAs emitem luz com comprimento de onda próximo de 930 nm. A adição de alumínio aumenta o limiar de corrente, de modo a aumentar a vida útil do componente, além de aumentar, ainda, o intervalo de energia e deslocar a emissão de luz para comprimentos de onda menores, entre 750 e 900 nm.

Os comprimentos de onda mais utilizados em aplicações de fibras ópticas são 820 e 850 nm. Em temperatura ambiente, a largura de banda típica de 3dB de um LED de 820 nm é de aproximadamente 40 nm.

Outros compostos semicondutores são também empregados na fabricação de LEDs que emitem luz com comprimentos de onda diferentes, como, por exemplo, os LEDs de fosfato de arsenieto de gálio (GaAs), que emitem luz vermelha visível em 665 nm e são utilizados com fibras ópticas plásticas, que transmitem melhor o vermelho que os comprimentos de onda emitidos pelos LEDs de arsenieto de gálio alumínio. Os LEDs GaAs apresentam custos menores bem como desempenho inferior aos LEDs GaAIAs.

O composto mais importante utilizado em fibras ópticas de alto desempenho é o InGaAsP formado de índio, gálio, arsênico e fósforo combinados, de modo que o número de átomos de índio somados ao número de átomos de gálio seja igual ao número de átomos de arsênico, somado ao número de átomos de fósforo. Esses compostos, denominados quaternários (formados por quatro elementos), são de produção mais difícil, quando comparados aos compostos ternários (formados por três elementos), tais como o GaAIAs; no entanto, são necessários para se obter uma emissão de luz com comprimentos de onda de 1.300 e 1.550 nm. Nas aplicações práticas, os LEDs são empregados em sistemas que operam com comprimento de onda de 1.300 nm, em que as fibras convencionais apresentam baixa dispersão cromática. Contudo, são raramente utilizados em sistemas com comprimento de onda de 1.550 nm, em que a dispersão é muito maior.

Os materiais usados na construção dos LEDs determinam se a radiação por eles emitida será visível ou invisível (infravermelho)e, se visível, qual a cor. Os LEDs GaAIAs, por exemplo, produzirão radiação invisível (infravermelho), enquanto os LEDs de GaAsP produzirão radiação visível (vermelho).

O tipo de LED que deve ser usado em um sistema depende do tipo de fibra óptica usada, bem como do receptor. As fibras ópticas apresentam atenuação menor para alguns comprimentos de onda do

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que para outros, assim como os receptores ou detectores de luz são mais sensíveis para alguns comprimentos de onda que para outros.

A potência de luz de um LED é aproximadamente proporcional à injeção de corrente, porém o LED não é 100% eficiente. Isso se deve a algumas recombinações entre elétrons e lacunas que não produzem fótons: Os LEDs podem ser modulados pela variação de corrente que os atravessa; alguns dos melhores podem ser modulados até 200 MHz. Em comparação com os ILDs, os LEDs apresentam bom transiente e boa proteção contra sobrecargas.

Dois tipos de LEDs são mais comumente utilizados em sistemas de comunicação por fibras ópticas: os emissores de superfície (desenvolvidos pelo Bell Laboratories) e os emissores de borda (desenvolvidos pela RCA). Os emissores de superfícies são muito mais que comumente utilizados, basicamente devido ao fato deles oferecerem melhor emissão de luz. Entretanto, as perdas por acoplamento são maiores nos emissores de superfície e eles apresentam larguras de banda de modulação menores que os emissores de borda.

4.3. Os ILDs (Injection Laser Diode) Dos três tipos básicos de laser, a gás, sólido ou semicondutor,

apenas o laser semicondutor encontra aplicação prática em sistemas de comunicação por fibras ópticas. Isso se deve a seu custo, tensão de alimentação e dimensões.

Embora mais caro que um LED, o ILD, por acoplar potência maior em fibras ópticas, é indicado para sistemas de alta velocidade.

A operação do ILD é bastante similar à do LED. De fato, eles são constituídos pelos mesmos materiais, embora arranjados de maneiras diferentes. Abaixo de um limite bem definido (threshold) de corrente, o ILD se comporta como um LED, ou seja, apresenta emissão espontânea e um irradiação de luz mais ampla (menos direcionada). Acima do threshold, porém, o laser começa a oscilar, ou seja, a emissão do laser começa.

Quando uma corrente acima de threshold passa pelo ILD, os elétrons e lacunas se movem para a região ativa. Algumas recombinações ocorrem girando fótons de luz no processo. No LED, os fótons podem escapar e ser emitidos com a luz ou, podem ser reabsorvidos pelos materiais N ou P.

Quando um fóton é reabsorvido, um elétron livre pode ser criado ou pode ser gerado calor. No ILD, algo diferente ocorre. A luz é parcialmente presa na região ativa pelos espelhos formados pelas paredes do material semicondutor que constitui o dispositivo. Os fótons refletem dentro do ILD e saem do dispositivo. O fóton na região ativa, como reflete e escapa, pode levar um elétron livre recombinar-se com uma lacuna, resultando novo fóton, exatamente igual ao primeiro. Assim, o primeiro fóton estimulou a emissão do segundo, havendo um ganho, pois foram gerados dois fótons onde havia apenas um.

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Para ocorrer o estímulo, uma forte corrente deve ser injetada no componente, de modo a produzir muitos elétrons livres e lacunas no material semìcondutor. A corrente fornece continuamente portadores de cargas para dentro da região ativa do ILD onde os fótons "presos" estimulam os portadores a recombinar-se e produzir mais fótons. A energia da luz (número de fótons) foi “bombeada" pela injeção de portadores. Esse "bombeamento" permite amplificação.

A luz não é completamente presa no interior do material semicondutor em sua região ativa, escapando pela superfície do material em um feixe de luz estreito e forte.

4.4. Modulação e multiplexação No projeto de sistemas de comunicação por fibras ópticas, o

primeiro passo é a determinação das técnicas de modulação e multiplexação para uma dada aplicação.

4.4.1. Modulação A modulação é o processo por que um sinal, em vez de ser

transmitido em sua forma original, é transmitido como mudança de amplitude, de freqüência ou de fase, por meio de uma portadora. 0 processo pelo qual o sinal original varia a portadora em amplitude, freqüência ou fase é denominado modulação de portadora. A modulação de uma portadora senoidal é utilizada em todos os sistemas de rádio, atualmente, basicamente para converter o sinal transmitido em uma banda de freqüências, onde os receptores possam detectá-los melhor e separar as diferentes informações em canais de freqüência, para a transmissão simultânea ocorrer. A freqüência da portadora é essencialmente quem define o canal de TV ou estação de rádio. Uma vez que a portadora é recebida, o sinal pode ser recuperado pela detecção e absorção das mudanças de amplitude, freqüência ou fase, conforme o tipo de modulação. O tipo de transmissão que utiliza essa técnica de modulação é denominado transmissão analógica.

A transmissão de sinais pela modulação de uma portadora é feita por várias razões, conforme discutido no capítulo 1 do MF 101. As técnicas de modulação de portadora são raramente utilizadas com fibras ópticas; geralmente ocorre quando a transmissão analógica oferece alguma vantagem em custo ou formato de sinal para uma aplicação específica. Isso requer que a fonte óptica seja operada linearmente por meio de uma saída óptica que tenha relação linear direta com a forma de onda da portadora modulada composta. Outra técnica de modulação empregada em sistemas de comunicação por fibras ópticas é o PCM (Pulse Code Modulation). Para maiores esclarecimentos quanto ao PCM, sugerimos uma revisão capítulo 1 do MF-103. Tanto na modulação de portadora analógica quanto a modulação do código de pulso, o transmissor óptico (LED ou ILD) transmite o sinal pela variação da potência de saída. A portadora e a

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forma de onda do sinal podem ser representadas por uma varia proporcional na potência de saída óptica. Nos sistemas futuros, utilizando laser coerente e fontes de laser em freqüência simples, a freqüência e fase da forma de onda senoidal do laser podem ser diretamente moduladas pelo sinal, como é feito em sistemas de rádio atualmente No entanto, atualmente, o laser tem muitos componentes espectrais, de modo que não são freqüência única e, portanto, só pode ser modulado em amplitude como um grupo.

Tanto para circuitos transmissores, LEDs ou ILDs, a modulação direta da fonte de luz pela variação da corrente é o método mais simples para transmissão a taxas de cerca de 56 Hz ou mais. O método de modulação indireta ou externa que modifica a luz, após sua emissão pela fonte, pode ser obtida com moduladores eletro ópticos e magneto ópticos. Tais modulações são úteis para desempenho acima de 10 GHz e podem ser construídos dentro de substratos de um transmissor integrado óptico. Para a maioria das aplicações atuais, apenas modulação direta da fonte é utilizada.

Em aplicações digitais (pulsos), um pulso é formado pelo chaveamento da fonte e apresenta dois estados bem definidos: on e off. Assim, em sistemas ópticos digitais, um pulso pode representado por um burst de luz na fibra (nível lógico 1 - on) e pela ausência de um burs luz nesta (nível lógico 0 – off).

4.4.2. Multiplexação A multiplexação é o meio em que é possível transmitir dois ou

mais canais de informa simultaneamente na mesma fibra. Em fibras ópticas são utilizados três tipos de multiplexação:

- Time Division Multiplexing (TDM); - Frequency Division Multiplexing (FDM); - Wavelength division Multiplexing (WDM) 4.4.3. FDM (Frequency Division Multiplexing) O FDM é o processo pelo qual vários canais de informação são

multiplexados em um único canal, pela associação de cada um deles a uma portadora diferente. Para que isso seja possível, cada canal de origem ou banda base modula uma portadora de uma freqüência diferente em amplitude, freqüência ou fase. Cada uma das novas portadoras moduladas será referida como canal intermediário. Cada um desses canais intermediários é, então, combinado em um canal de transmissão simples, geralmente aplicando-o a um circuito combinador composto por um arranjo resistivo (talvez com alguma amplificação), não muito diferente de um divisor de potências utilizado para acoplamento dos circuitos de RF de um televisor com antena, por exemplo.

O resultado é, então, um sinal composto onde cada canal é identificado como uma banda separada de freqüências, cada qual

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identificável por uma freqüência portadora discreta. No receptor, as bandas ou canais podem ser separados por meio de filtros e demoduladores associados cada um a uma freqüência portadora discreta.

O FDM é caracterizado por seu baixo custo e pela multiplexação de vários canais em um único canal com uma largura de banda junta, Por esse motivo, essa técnica é utilizada na propagação de sinais de rádio e TV. Sua maior desvantagem para emprego em fibras ópticas é que a linearidade das fontes ópticas, embora algumas estejam entre 0,001% e 0,1%, não é geralmente bastante para evitar a geração de distorção harmônica.

Sistemas FDM ó ticos para fibras ópticas não seguem nenhum padrão da indústria e são geralmente fabricados para aplicações específicas tais como TV a cabo.

4.4.4 TDM (Time Division Multiplexing) O TDM é o método de multiplexação de vários canais em um

único canal, pela associação de cada canal a um intervalo de tempo deferente para transmitir um grupo de bits de suas informações. O TDM é apenas utilizado com sinais binários provenientes de modulação por código de pulso (PCM); sem importar-se com a origem do sinal (analógica ou digital).

Para obter-se essa associação a intervalos de tempo, cada canal digital que origina a informação entra no multiplexador e é armazenado em um buffer de memória denominado bloco de sincronismo. As funções do multiplexador, como a amostragem de cada canal de entrada a taxas com velocidade compatível à requerida pelo sistema, devem ser feitas. Nessa taxa de amostragem, o circuito multiplexado pode amostrar o primeiro bit de informação dos canais 1 a N (último canal) e adicionar um overhead de informação de voltar ao primeiro canal, antes que o próximo bit de informação do canal 1 entre.

Dependendo do projeto, o multiplexador pode aceitar um ou mais bits binários ao mesmo tempo de cada canal e gerar, a partir daí, um trem de pulsos que compensa a transmissão do sinal digital. Os bits de overhead são utilizados para que o demultiplexador no lado do receptor possa identificar os canais, que são separados e reconstruídos. As vantagens da transmissão digital e TDM sobre o método de transmissão analógico e FDM são apresentados a seguir.

A transmissão digital necessita de menor potência óptica no receptor que a analógica, portanto, as distâncias de transmissão são maiores. Distâncias de transmissão da ordem de dezenas de quilômetros entre repetidores são comuns para transmissão digital de velocidade, enquanto distâncias entre 10 e 20 quilômetros são típicas para transmissão analógica. É difícil a utilização de vários repetidores com transmissão analógica, por causa aumento do ruído e da diminuição da largura de banda experimentados pelo repetidor. Os sinais digitais podem ser repetidos por centenas de vezes. A

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qualidade de um sinal analógico recebido com codificação PCM para transmissão digital é independente da qualidade do canal de transmissão, assim como a taxa de erros de bits na decodificação dos bits recebidos não é tão grande.

A eficiência da multiplexação TDM é muito maior que a FDM pela não-utilização de banda guarda no TDM para evitar interferências. A única ineficiência do TDM é que um pequeno número de bits é adicionado ao trem de pulsos (dados), transmitido para prover multiplexador e demultiplexador sincronismo e detecção de erro, bem como alguns poucos bits extras para gerenciamento em sistemas de comunicação em redes. Esses bits adicionais representam menos de 10 % do total de bits transmitidos.

Há vários padrões de interfaces digitais TDM em uso no mercado, tornando a interligação entre os sistemas e redes (assim como os equipamentos de diferentes fabricantes) seja muito mais fácil. A principal desvantagem do TDM é o custo da codificação digital PCM. Há uma tendência de diminuição desse custo pelo grande interesse nos métodos de codificação PCM em todo mundo.

4.4.5. WDM – (Wavelengfh Division Multiplexing) O TDM e o FDM são técnicas para Multiplexar canais. No

entanto, em sistemas ópticos, ele são empregados em etapas onde são ainda elétricos os sinais a serem transmitidos.

O WDM multiplexa "cores" (comprimentos de onda) de luz em uma única fibra óptica, utilizando várias fontes de vários comprimentos de onda.

Figura 29 É como no FDM dentro de uma porção de infravermelho do

espectro eletromagnético. Cada portadora óptica, em um comprimento de onda diferente, pode carregar vários canais elétricos

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que foram multiplexados com técnicas FDM ou TDM. 0 WDM, portanto, oferece um outro nível de multiplexação para sistemas de fibra óptica que os sistemas puramente elétricos não têm.

Figura 30 . detalhe de um dispositivo DWDM Essa tecnologia não é aplicável em redes locais, pois as taxas

de transmissão e as distâncias fazem que aplicações em LAN's sejam "simples" para a fibra óptica, não demandando sistemas ópticos complexos, como é o caso de telefonia, CATV e conexões intercontinentais.

41

Capítulo 5 Atenuação e dispersão em fibras ópticas 5.1. Atenuação da fibra óptica

A medida que a luz se propaga pela fibra óptica, perde parte

da potência pela a absorção de luz na casca, bem como imperfeições da sílica dentro da fibra (guia de onda). Sua medida é dada em dB/km e vários mecanismos compõem o perfil final de atenuação. Os mais importantes são absorção no ultravioleta (na direção de comprimentos de onda mais curtos), absorção no infravermelho ( na direção dos comprimentos de onda mais longos), imperfeições do guia de ondas (sílica), espalhamento de Rayleight (variações microscópicas do índice de refração na fabricação) e impurezas (metais pesados e radicais OH -, inseridos durante a fabricação).

Figura 31. Curva de atenuação A curva acima reflete a soma final de todos esses mecanismos

para uma fibra real. Os picos salientes da curva indicam grande influência dos radicais OH nos valores de atenuação.

Três regiões de baixa atenuação podem ser destacadas nessa

curva, chamadas de janelas ópticas. A primeira na região de 850nm, com valores de atenuação em torno de 3,75 dBlkm. A segunda na região de 1.300nm, com valores próximos a 0,4 dB/km. E a terceira,

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na região de 1550 dB/km, de menor atenuação, com valores em torno de 0,2 dBlkm.

Figura 32 A curva acima demonstra como atenuação se manifesta numa

fibra óptica, como resultado do comprimento de onda de luz nela incidente. Note que em determinadas “janelas”, a transmissores e receptores, conseguimos ótimas vantagens em caráter de largura de banda e distância máxima do enlace óptico.

5.2. Dispersão das fibras ópticas A dispersão é responsável pela limitação da largura de lbanda

do sinal transmitido. No caso dos sinais digitais mais comumente usados em comunicação óptica, a dispersão significa um alargamento temporal do pulso óptico, resultando na superposição de diversos pulsos do final. Trata-se de um efeito em que modos que geram uma frente de onda de luz são separados quando essas viajam ao longo da fibra, ocasionando a chegada delas a outra extremidade, espalhadas em relação ao tempo. Podemos afirmar que a diferença entre a largura do pulso de entrada para o pulso correspondente do sinal de saída é conhecido como interferência intersimbólica ou dispersão do pulso.

Como a dispersão está relacionada com a distância percorrida pela luz na fibra, o fenômeno de dispersão é especificado por unidade de comprimento em ns/km. Esse efeito numa transmissão digital, por exemplo, dificulta sua recepção pelo circuito receptor e sua posterior decodificação. A dispersão em fibras ópticas pode ser classificada como intermodal e intramodal.

- A dispersão multímodo ou intermodal ou modal é resultado da geometria do guia de onda e das diferenças dos índices de refração que permitem à fibra propagar vários modos ou raios de luz. A dispersão intermodal somente se apresenta em fibras multímodo e pode ser entendida observando-se como vários modos (raios de luz) percorrem caminhos diferente e chegam a um determinado ponto em tempos distintos.

- A dispersão material, intramodal ou cromática está presente em todas as fibras, pois é decorrente da dependência do índice de

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refração do material da fibra com relação ao comprimento de onda. Com uma fonte de luz (monocromática), ou seja, uma única cor, não existe dispersão cromática. Nesses casos, uma fonte de luz laser torna-se efetivamente melhor do que um LED convencional, pelo fato de o primeiro gerar uma luz mais “pura” e com menor largura espectral, se comparado ao segundo.

Figura 33. Dispersão modal (a) e Dispersão material (b) Abaixo podemos notar a dependência do coeficiente de

dispersão D (que é a soma dos coeficientes devidos à dispersão material e à dispersão de guia de onda) como função do comprimento de onda para três tipos de fibras monomodo, utilizadas em comunicações ópticas. É importante notar que, para uma fibra de sílica-padrão, o coeficiente de dispersão é nulo para o comprimento de onda próximo a 1.300nm. Nesse caso único, não há alargamento do pulso. Assim, foram desenvolvidos sistemas ópticos de comunicação foram desenvolvidos aproveitando-se tal característica. Contudo, a atenuação mínima da fibra está na janela 1.550nm, em que coeficiente de dispersão assume um valor relativamente alto (18 os/km.nm). As fibras de dispersão deslocada (dispersion shifted), reúnem características de atenuação e dispersão mínimas. Um outro tipo de fibra desenvolvido denomina-se fibra de dispersão achatada

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(dispersion-flattened fiber), que apresenta propriedades de baixa atenuação e dispersão na região de comprimento de onda entre 1.300 e 1.550nm.

Figura 34. Dispersão como função do comprimento de onda

As fibras monomodo DS, até então fabricadas pelas

características de aplicação e necessidades de transmissão, deram lugar no mercado às fibras monomodo NZD, cuja dispersão na banda de comprimento de onda em que os amplificadores ópticos trabalham apresentam valores mínimos e não zero, como no caso das fibras monomodo DS. Essas características permitem maiores taxas de transmissão e um menor espaçamento entre canais de um sistema que opere com a tecnologia WDM. O ponto de dispersão zero ( 0 ) é deslocado da banda crítica de aplicação tanto para a região de dispersão negativa (NZD-) como para a região de dispersão positiva (NZD+).

5.3. Recomendações da Norma EIA/TIA-568-A Apesar de haver diversos tipos de cabos e acessórios ópticos

a norma EIA/TIA-568-A recomenda a utilização de determinados cabos ópticos, além de especificar os valores dos principais parâmetros que envolvem os cabos e acessórios ópticos, descritos a seguir.

5.3.1. Cabos ópticos Podem ser do tipo multimodo (índice gradual) e monomodo,

obedecendo-se às especificações das tabelas que seguem abaixo:

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Valores dos Parâmetros do Cabo Multimodo 62,5/125 u m.

5.3.2. Emendas ópticas Além de especificar esses parâmetros, a norma indica ainda

que a atenuação máxima de emendas por fusão ou mecânica não pode exceder o valor de 0,3 dB.

5.3.3 Conectores Ópticos Quanto aos conectores ópticos, a norma recomenda o uso de

conectores do tipo ST e SMA, e atenuação por inserção deve ser inferior à 0,75 dB por conector, e a perda por retorno deve ser acima de 20 dB para fibras multímodo e 26 dB para fibras monomodo. Os conectores devem ter uma vida útil de 1.000 operações no mínimo, sem alterar suas características.

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Capítulo 6 Terminações ópticas As terminações ópticas são constituídas basicamente de

conectores. Esses realizam a conexão entre as fibras ópticas e os equipamentos, que podem ser uma fonte de luz, detectores de luz ou mesmo equipamentos de medição.

Figura 35. conector óptico 6.1. características Os conectores ópticos são acessórios compostos de um

ferrolho, onde se encontra a terminação da fibra óptica, e de uma parte responsável pela fixação dessas fibras: Na extremidade do ferrolho, é realizado um polimento para atenuar problemas relacionados com a reflexão da Luz. Além disso, assim como nas emendas, os conectores também contribuem para o aumento da atenuação que, basicamente, é de dois tipos: perda de inserção e perda de retorno.

A perda de inserção, ou mais comumente chamado de

atenuação, consiste na perda de potência luminosa que ocorre na passagem da luz nas conexões. Existem vários fatores que contribuem para essa perda, e as principais causas se relacionam com irregularidades no alinhamento dos conectores e irregularidades intrínsecas ás fibras ópticas. Na prática, essa perda que contribui para a soma total da atenuação ou perda de potência óptica de todo 0 lance de cabos.

A perda de retorno, conhecida também por reflectância, consiste na quantidade de potência óptica refletida na conexão, e a luz refletida retorna até a fonte luminosa. A causa principal está na face dos ferrolhos dos conectores, que refletem parte da luz que não entra no interior da fibra óptica do conector do lado oposto. Essa perda não influi diretamente na atenuação total, contudo o retorno da luz à fonte pode degradar o funcionamento da fonte luminosa e, assim, prejudicar a comunicação.

A conectorização requer cuidados para sua realização, como:

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. Ambiente limpo; · Temperatura controlada; . . Baixo nível de umidade; . . Polimento mecanizado. Essas condições proporcionam conectorizações de boa

qualidade e baixos níveis de atenuação, além garantir uma uniformidade de conectorização. A conectorização também pode ser feita em campo. Contudo não é aconselhável, pois em campo as condições precárias, além de o processo ser totalmente manual, dependendo exclusivamente da habilidade de quem estiver trabalhando. Portanto, a conectorização em campo pode acarretar conectores com atenuações altas e pouco uniformes. Dependendo da característica do enlace (distância X largura de banda), as tolerâncias nessas terminações podem ser valores críticos, e qualquer diferença (atenuação) fora de considerações de projeto, podem acarretar o não funcionamento do sistema.

6.2. Aplicação das terminações Basicamente, os conectores ópticos são utilizados na conexão

das fibras ópticas das seguintes formas: · Extensões ópticas ou pig-tal: o conector é aplicado em uma

das extremidades da fibra óptica, e a outra extremidade será utilizada para emenda por fusão ou emenda mecânica.

· Cordão óptico: o conector é aplicado nas duas extremidades

da fibra óptica. · Cabo multicordão: o conector é aplicado em um cabo com

várias fibras do tipo tight. 6.3. Tipos de conectores Há vários tipos de conectores ópticos no mercado, cada um

voltado a uma aplicação. Basicamente, os conectores são constituídos de um ferrolho com uma face polida, onde é feito o alinhamento da fibra, e de uma carcaça provida de um capa plástica. Os diversos tipos de conectores variam nos formatos e na forma de fixação (encaixe, rosca). Os conectores são todos machos, ou seja, os ferrolhos são estruturas cilíndricas ou cônicas, dependendo do tipo de conector, que são inseridos em adaptadores ópticos.

As figuras abaixo ilustram os tipos de conectores mais comuns encontrados no mercado.

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Figura 37. Tipos de conectores. Principais tipos de conectores

6.4. Características dos conectores Existem conectores ópticos de variados tipos , proporcionando

assim baixos níveis de atenuação conexões ópticas de redes estruturadas:

PC -Physical Contact): face convexa do ferrolho para permitir

contato entre as fibras SPC (Super Physical Contact): face convexa, porém com

menor raio de curvatura. APC (Angled Physical Contact): face convexa com ângulos em

relação ao ferrolho PLANO: polimento plano do ferrolho

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Os conectores ópticos que utilizam a técnica PC possuem melhor resposta de perda por retorno, assim como perda de inserção, se comparados ao de polimento plano. Conector podem ser fornecidos na versão PC, onde a faixa de retorno varia entre :

30 dB até 40 dB, para polimento PC; - 4O dB até 50 dB para polimento ultra-PC (SPC); Outros tipos de polimento surgiram para melhorar a perda de

retorno, como por exemplo APC (Angled Physical Contact), Estes conectores são ideais taxas de transmissão da ordem GHz. A perda de retorno para esse tipo de polimento encontra-se em 50 dB e 70 c perda de inserção menor que 0,3 dS.

- Conectores com polimento plano podem ser conectados entre si ou entre PCs;

- Os conectores de geometria PC podem ser conectados entre si, PC, SPC ou UPC;

- Os conectores com geometria APC são compatíveis apenas entre si.

Aplicações interconexões de sistemas ópticos para

telecomunicações, interconexões sistemas ópticos para redes locais e equipamentos ópticos de medição para CATV.

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Capítulo 7 Instalação de cabos ópticos Na instalação de cabos ópticos se deve tomar cuidado maiores

que na instalação de cabos UTP, pois existe um risco muito grande de provocar danos às fibras ópticas pela fragilidade delas. Abaixo, os principais cuidados para executar uma boa instalação e aumentar a vida útil dos cabos ópticos.

Antes de qualquer instalação, faz-se necessário analisar a infra-estrutura existente, pois não há possibilidade de realizar uma boa instalação sem que a infra-estrutura seja adequada. Portanto, considerando-se que ela esteja em boas condições, os cuidados na instalação dos cabos ópticos a serem tomados em cada tipo de instalação, seja subterrâneo seja aéreo (espinado, auto-sustentado) são:

7.1. Cuidados com cabos ópticos - Antes de iniciar o lançamento dos cabos ópticos, devemos

atentar para os seguintes cuidados: - Antes de desenrolar as bobinas com os cabos ópticos,

verificar visualmente e com equipamentos (OTDR ou Power Meter) se estão em ordem, ou seja, se não foram danificadas durante o embarque, transporte e desembarque.

- As bobinas com os cabos ópticos devem ser descarregadas e desenroladas, obedecendo-se ás recomendações do fabricante.

- Os cabos ópticos deverão ser tracionados em cabos-guia, camisas de puxamento e destorcedores com monitoração de dinamômetros, evitando-se o tracionamento excessivo. As extremidades dos cabos ópticos devem ser protegidas para não haver penetração de ar e/ou umidade e perda de pressão, no caso de cabos pressurizados.

- Em nenhuma hipótese o cabo poderá ser submetido a torções e estrangulamentos, considerando-se sempre que o raio de curvatura mínimo durante a instalação é de 40 vezes o diâmetro do cabo e 20 vezes, na ocasião da acomodação.

- Os cabos ópticos não devem ser estrangulados, torcidos, prensados ou pisados, com o risco de provocar alterações em suas características originais .

- Na ocasião do puxamento do cabo óptico, tomar o cuidado de monitorar a carga de tracionamento ao cabo com o dinamômetro e respeitando-se a carga máxima de tracionamento permitida para cada tipo de cabo.

A tabela abaixo ilustra as cargas máximas permitidas durante a instalação para cabos ópticos da linha FCS:

Carga máxima de tracionamento dos cabos FCS.

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- As sobras dos cabos ópticos deverão ser acomodadas,

considerando-se sempre a fixação seu raio de curvatura. As sobras que ocorrem durante a instalação deverão ser acomodadas em forma de "8", considerando-se o raio de curvatura mínimo do cabo óptico.

- Evite reutilizar cabos ópticos de outras instalações, pois eles são projetados para suportar somente uma instalação.

- Cada lance de cabo óptico multimodo não deverá ultrapassar o comprimento máximo de 2.000 metros permitido por norma.

- Todos os cabos ópticos deverão ser identificados com materiais identificadores resistentes lançamento, para poderem ser reconhecidos e instalados em seus respectivos pontos.

- Não utilizar produtos químicos como vaselina, sabão, detergentes, etc., para facilitar lançamento dos cabos ópticos no interior de dutos, pois esses produtos podem atacar a capa de proteção dos cabos, reduzindo-lhes a vida útil. O ideal é que a infra-estrutura esteja dimensionada adequadamente para não haver necessidade de utilizar produtos químicos ou, então, provocar tracionamento excessivo aos cabos ópticos.

Número de Cabos por Tubulação.

- Evite lançar cabos ópticos em infra-estrutura externas que

não tenham proteção intempéries, por exemplo o Fiber-Lan - Os cabos ópticos não devem ser lançados em infra-

estruturas que apresentem arestas vivas ou rebarbas tais que possam provocar-lhes danos.

- Evitar que os cabos ópticos sejam lançados perto de fontes de calor, pois a tempera máxima de operação permitida ao cabo é de 60°C.

- Evite instalar os cabos ópticos na mesma infra-estrutura com cabos de energia e/ou aterramento. Não há risco de interferência

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eletromagnética. Contudo, uma eventual manutenção dos cabos elétricos, pode trazer danos.

- Os cabos ópticos devem ser decapados somente o necessário, isto é, somente nos pontos de terminação e de emenda.

- Nas caixas de passagem, uma volta de cabo óptico contornando as laterais da caixa de passagem, para ser utilizado com uma folga estratégica para uma eventual manutenção do cabo óptico.

- Nos pontos de emendas, deverão ser deixados, no mínimo, 3 metros de cabo em cada extremidade, para haver folga suficiente para as emendas ópticas.

- As folgas dos cabos devem ser acomodadas convenientemente e mantidas fixas com as abraçadeiras plásticas ou com cordões encerados.

Figura 39. Cabo com destorcedor e camisa de puxamento. 7.2 lnstalação subterrânea As instalações subterrâneas podem ser executadas

manualmente ou com auxílio de guinchos de puxamento. Em todo caso, os cabos ópticos devem ser puxados sempre com o auxílio de camisa depuxamento , destorcedores e cabos-guia. Antes de iniciar-ser o lançamento dos cabos ópticos convém vistoriar os dutos e caixas de passagem que fazem parte da rota de lançamento e, se for o caso, tomar providências para desobstruir os dutos e/ou caixas de passagens.

No lançamento com o auxílio de guinchos mecânicos, faz-se necessária a utilização de equipamentos de monitoração de tensão de tracionamento do cabo. Isso e necessário para que o cabo não ser submetido à tracionamento excessivo que possam prejudicá-lo. Contudo, em vez de utilizar máquinas, o lançamento também pode ser executado manualmente e o uso de equipamentos de monitoramento pode ser dispensado, desde que se utilize mão-de-obra especializada.

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Figura 40 , lançamento com guincho Normalmente o lançamento subterrâneo pode ser executado

segundo os procedimentos abaixo: - Na bobina devem permanecer duas pessoas, uma para

controlar o desenrolamento do cabo e a outra guiando a entrada dele no duto, sem, contudo, empurrar o cabo, isto é, deixar o cabo ser puxado.

- Em cada caixa de passagem, deve permanecer sempre uma pessoa para puxar e guiar cabo para a entrada do outro duto.

- Em lances longos, tal que o lançamento único possa causar tensões excessivas, é necessário que o lançamento seja feito em partes, isto é, o cabo deve ser puxado até determinada caixa de passagem (sem trações excessivas) e, em seguida, puxar uma sobra do cabo formando a figura de um "8" suficiente para o cabo completar o lance. Esse procedimento deve ser feito em várias caixas de passagem, dependendo do comprimento do lance.

Figura 41. Início do lançamento e figura em oito.

Figura 42. Lançamento em caixa intermediaria e figura “8”

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- Em lances onde serão utilizados subdutos, é necessário instalá-los antes e, em seguida, lançar os cabos no interior, obedecendo aos procedimentos anteriores.

Figura 43. Subduto

Figura 44. Subduto com camisa de puxamento - Os cabos não devem permanecer, em nenhuma hipótese,

tensionados no interior dos dutos e nas caixas de passagem. Nos casos onde não houver emendas, devem ser acomoda nas laterais das caixas de passagem e fixados com abraçadeiras plásticas.

Figura 45. Sobra de fibras em caixa de emenda. - Nas caixas de passagem onde forem executadas emendas,

deve-se deixar uma folga de 1 ½ volta de cabo de cada extremidade, além das sobras necessárias para a execução emendas. Os cabos e as caixas de emendas devem ser sempre fixados nos suportes existentes nas caixas de passagens.

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7.3 Instalação aérea As instalações aéreas de cabos ópticos podem ser executadas

de duas formas: espinado ou auto-sustentado. Cada tipo de instalação exige técnica e cuidados especiais. Descreveremos a seguir as técnicas existentes em cada tipo de instalação.

7.3. 1. Cabos espinados O processo de espinamento é utilizado em cabos desprovidos

de elementos de sustentação; no caso, são comumente denominados de cabo mensageiro constituído de uma cordoalha de aço que lhe proporciona sustentação. Para executar-se um espinamento, fazem-se necessários alguns equipamentos básicos, listados a seguir:

- Máquina de espinar; - Camisa de puxamento com olhal; - Guia de cabo aéreo; - Corda de náilon ou sisal; - Escadas; - Alicate universal; - Guincho e carreta para bobina; - Dispositivos de segurança. Considerando-se o cabo mensageiro instalado devidamente

nos postes, pode-se iniciar o processo de espinamento. Basicamente, o espinamento do conjunto formado pelo cabo óptico e o cabo mensageiro é feito com a máquina de espinar. Há ainda duas formas de espinar cabos: com o cabo preso provisoriamente ao cabo mensageiro e com espinamento simultâneo. O processo de espinamento com o cabo já preso provisoriamente consiste em utilizar suportes provisórios, que são deslocados simultaneamente com a máquina de espinar, obviamente, deve estar provida de arames de espinar. Antes de iniciar-se o espinamento, é necessário que o cabo óptico já esteja preso ao cabo mensageiro, firmemente e sob certa tensão; em seguida o arame de espinar deve ser preso ao cabo mensageiro por uma prensa-fios. Em seguida, a máquina de espinar deve ser puxada, através da corda presa em seu corpo, a uma tensão e velocidade constante, evitando-se partidas e paradas bruscas, que podem causar uma desigualdade nos passos de espinamento. Após o término do espinamento entre um poste e outro, o arame de espinar deve ser cortado e imediatamente fixado ao cabo mensageiro com o prensa-fios. Terminado esse trecho, a máquina de espir deve ser deslocada ao próximo trecho, onde, após a colocação da máquina e como o processo anterior, o arame de espinar deve ser fixado antes de iniciar-se o novo processo de espinamento.

Entre um espinamento e outro, deve-se atentar para o detalhe da folga do cabo, chamado pingadeira, que deve ser deixada, para

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que o cabo não fique tensionado nem encoste poste, evitando-se o tracionamento ao cabo pelas contrações do cabo e atritos entre ele e o poste respectivamente. Nos postes onde ocorrerem mudanças de rotas, os cuidados deve ser maiores para o cabo ter uma curvatura mínima. Nos postes de encabeçamento e terminação, o cabo, em sua subida ou descida, deverá fixar-se ao poste com arame apropriado, sem, contudo, apertar excessivamente. Esse processo deve ser feito sucessivamente, até que todo o cabo óptico esteja espinado.

Figura 46. Máquina de espinar

Figura 47. Espinamento com cabo já preso ao cabo

mensageiro No processo de espinamento simultâneo, o cabo é espinado ao

mesmo tempo em que é desbobinado. Esse processo pode ser utilizado somente se as condições físicas ao longo trecho a espinar permitirem a movimentação do suporte para a bobina e para ela mesma. Portanto, situações em que houver obstáculos como árvores, rios, cercas, etc., poderão inviabilizar. Nesse processo, a bobina deve ser colocada sobre um suporte, para o cabo se deslocar e se desbobinar ao mesmo tempo. O cabo desenrolado deverá ser aproximado do cabo mensageiro, por um guia de cabo aéreo, colocado sobre o cabo mensageiro e puxado manualmente por meio de uma corda.

A corda de puxamento do guia de cabo deverá ser puxada à medida que a bobina for movimentada, e a máquina de espinar deverá ser puxada simultaneamente atrás do suporte da bobina. Nesse processo, o cabo deve ser mantido tensionado, pois com o peso da máquina de espinar, o cabo mensageiro encontra-se

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alongado e, após a retirada da máquina de espinar, o mensageiro tende a se contrair, provocando uma contração prejudicial ao cabo óptico. Isso pode provocar o envelhecimento precoce do cabo. As amarrações devem ser feitas como no processo anterior, mantendo-se os mesmos padrões para o início e o término dos trechos entre os postes e nos encabeçamentos e terminações.

Figura 48. Espinamento simultâneo. Em ambos os processos, deve-se tomar cuidado para verificar

se o caso óptico não se encontra enrolado em torno do cabo mensageiro. 0 normal é ele se encontrar abaixo do cabo mensageiro. Um outro detalhe são os passos do espinamento, que deve estar espaçados uniformemente, proporcionando uma boa fixação do cabo óptico ao cabo mensageiro. Além disso, no processo de acabamento, lembramos que o cabo nunca deve encostar-se nos postes e, finalmente, ele deve receber identificação óptica em todos os postes.

7.3.2. Cabos auto-sustentados Esse processo é utilizado em cabos que possuem elementos de

sustentação próprios e podem ser instalados diretamente nos postes, sem a necessidade de outros elementos de sustentação, sendo necessárias somente as ferragens de fixação. Para executar-se o lançamento desses cabos, fazem-se necessárias as seguintes ferragens e equipamentos:

Ferragens - Abraçadeira circular para poste tipo BPC, abraçadeira de

seção duplo "T"; - Abraçadeira ajustável BAP, olhal reto com rosca; - Arruela quadrada, parafuso longo com olhal; - Fio de espinar isolado 22 AWG, conjunto de ancoragem; - Suporte dielétrico, conjunto de suspensão armada.

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Equipamentos - chave inglesa (20 mm), talha manual; - cordas de náilon ou sisal, dinamômetro; - destorcedor;

camisa de puxamento; - escada, dispositivos de segurança. Nesse tipo de instalação, existem dois tipos de fixação do cabo

ao poste: ancoragem e suspensão. A fixação por de ancoragem é utilizada nos casos de encabeçamento, terminação, nos postes onde serão realizadas emendas e nas ocasiões em que ocorre um desvio de rota superior a 20°, horizontal ou verticalmente. Esse tipo de fixação proporciona uma rígida fixação do cabo, porém apresenta uma complexidade maior em sua montagem. A fixação por suspensão é utilizada nos casos em que o trecho é praticamente reto, com desvios de rota inferiores a 20°, horizontal ou verticalmente. 0 cabo não é fixo, sendo mantido somente suspenso. Sua montagem se apresenta simples e fácil. Antes de iniciar-se o lançamento do cabo, faz-se necessário vistoriar a rota e os postes por onde ele será lançado, verificando-se os seguintes detalhes:

- Os postes devem estar em ordem, isto é, devem estar em condições de receber o cabeamento e deve ser verificados o número, e tipo de postes, se eles possuem resistência suficiente para suportar o tracionamento que a instalação vai exigir.

As condições do terreno onde o cabo será lançado devem ser verificadas, considerando-se os obstáculos que dificultem o lançamento (árvores, rios, vias públicas etc.), providenciando-se os recursos necessários para transpor esses obstáculos:

- Análise dos pontos críticos, isto é; os locais onde possivelmente serão encontradas dificuldades no momento do lançamento. Por exemplo, dificuldades para a instalação das ferragens de fixação.

- Os postes de ancoragem e suspensão devem estar já predefinidos.

7.4. Suspensão Inicialmente, a abraçadeira deve ser fixada ao poste com o

suporte com o parafuso para prender o grampo de suspensão. Uma vez que o grampo de suspensão esteja fixado, deve-se retirar a parte superior do grampo e inserir o cabo em seu interior; depois disso, fechar ó grampo pela parte superior.

Enquanto o cabo não for devidamente lançado, deve-se deixar a parte superior do grampo afrouxada, para permitir certa folga ao cabo. Somente na instalação final os cabos serão fixados devidamente nos grampos de suspensão.

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Figura 49 – Conjunto de suspensão 7.5. Ancoragem Inicialmente o enlace de ancoragem deve ser fixado aos

postes, iniciando-se pela abraçadeira, que pode ser do tipo BAP ou BPC. Juntamente deve ser fixado o suporte com olhal, que irá prender a alça preformada. Nesse tipo de instalação, a complexidade maior encontra-se no momento do puxamento do cabo, que deve ser executado com muito cuidado: Basicamente, há três métodos para o puxamento:

Figura 50 . Conjunto de ancoragem 7.6. Puxamento com talha manual 1. Fixar um dos ganchos da talha manual, com uma corda, no

poste e em um ponto acima de onde se encontra a abraçadeira com o parafuso longo com olhal.

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2. Instalar a alça preformada no cabo a aproximadamente 2 metros do poste.

3. Fixar o outro gancho da talha no dinamômetro. 4. Unir o dinamômetro à alça preformada e iniciar o

tracionamento, acionando a alavanca da talha e monitorando a tensão de puxamento no dinamômetro, que não deve ultrapassar a tensão especificada no projeto.

5. Ao atingir a tensão especificada, marcar o cabo com fita adesiva para instalação final da alça preformada.

6. Soltar o cabo e proceder à montagem final da armadura e a alça preformada no solo.

7. Tencionar o cabo e fixá-lo, com a alga preformada, na ferragem da ancoragem.

Figura 51. Puxamento com catraca. 7.7. Puxamento com moitões cardenais com cordas 1. Com uma corda, fixar um dos ganchos do moitão cadernal

no poste em um ponto acima de onde se encontra a abraçadeira com o parafuso longo com olhal.

2. Fixar uma corda no olhal do moitão cadernal e passá-la nos moitões cadernais.

3. Fixar o gancho do outro moitão no dinamômetro. 4. Instalar a alça preformada no cabo a aproximadamente 2

metros do poste. 5. Iniciar o tracionamento, contraindo-se os moitões,

monitorando-se a tensão de puxamento no dinamômetro, que não deve ultrapassar a tensão especificada no projeto.

6. Ao atingir a tensão especificada, marcar o cabo com fita adesiva para a instalação final da alça preformada.

7. Soltar o cabo e proceder à montagem final da armadura e a alça preformada no solo.

8. Tensionar novamente o cabo e fixá-lo com a alça preformada na ferragem da ancoragem.

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Figura. 52. Puxamento com moitões. 7.8. Puxamento com auxílio de roldanas 1. Fixar a base de fixação da roldana no poste, abaixo de onde

se encontra instalado a abraçadeira com o parafuso longo com olhal.

2. Colocar a roldana na base de fixação, por meio de pinos. 3. Fixar o dinamômetro na base do poste com uma corda. 4. Prender um dos ganchos da talha ao dinamômetro. 5. Instalar uma alça preformada para amarração final no cabo

que se encontra logo abaixo da roldana. 6. Unir o outro gancho da talha à alça preformada. 7. Iniciar o tracionamento, acionando a alavanca da talha e

monitorando a tensão de puxamento no dinamômetro, que não deve ultrapassar a tensão especificada no projeto.

8. Ao atingir a tensão especificada, marcar o cabo com fita adesiva para a instalação final da alça preformada.

9. Soltar o cabo e proceder à montagem final da armadura e a alça preformada no solo.

10. Tensionar novamente o cabo e fixá-lo com a alça preformada na ferragem da ancoragem.

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Figura 54. Ancoragem do cabo em poste de encabeçamento ou

terminação.

Figura 55. Ancoragem do cabo em poste de passagem. 7.9. Ferragens para redes ópticas Para adequar uma instalação de uma rede óptica, é primordial

que os cabos estejam instalados convenientemente. Para isso, é necessário que, alem da infra-estrutura, os cabos estejam acomodados e fixados com acessórios adequados. No caso de instalações subterrâneas, está na infra-estrutura a importância maior que ira comportar os cabos, pois tanto a acomodação como a fixação serão providas pelas tubulações, caixas de passagens, etc. Contudo,

63

nas instalações de cabos ópticos aéreos, ou seja, quando os cabos são instalados em postes, os acessórios de fixação têm importância fundamental. Esses acessórios são comumente denominados de ferragens de fixação, cujos tipos se diferenciam para cada tipo de cabo óptico empregado. Basicamente, essas ferragens subdividem-se em dois grupos: ferragens para cabos espinados e ferragens para cabos auto-sustentados.

Cabos espinados São cabos desprovidos de um elemento de sustentação. Para

se instalar um cabo espinado é necessário um cabo que o sustente, sendo este denominado cabo mensageiro. Esse cabo proporciona sustentação ao cabo óptico que fica preso ao cabo mensageiro através de arames apropriados. E o cabo mensageiro é fixado aos postes por ferragens que compreendem:

- isoladores: São suportes constituídos de material cerâmicos (isolante), que isola o cabo mensageiro e, ao mesmo tempo, proporciona sua fixação.

Figura 56. Isoladores. - Cintas: São braçadeiras metálicas que prendem os isoladores

aos postes: - Alças preformadas: são peças compostas de material

metálico que prendem os cabos mensageiros aos isoladores. Cabos auto-sustentados São cabos que, ao contrário dos cabos espinados, são providos

de um elemento de sustentação e podem ser instalados diretamente nos postes, ou seja, as ferragens são instaladas diretamente sobre esses cabos, sendo divididas em dois tipos:

- Suspensão: são ferragens que proporcionam apenas uma sustentação ao cabo óptico sem prendê-lo totalmente. Essas ferragens são utilizadas em situações em que o trecho é constituído de postes alinhados, onde o ângulo de desvio da rota não ultrapassa 20°.

-Ancoragem: são ferragens que, além de proporcionarem sustentação, proporcionam uma fixação por completo, ou seja, a

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ancoragem do cabo óptico. São utilizadas em situações de encabeçamento, terminação e desvias de rota com ângulos superiores a 20°.

A lista de ferragens para a fixação dos cabos auto-

sustentados são: - Grampo de Suspensão: é um acessório que, fixado nos

postes por abraçadeiras, possui a função de proporcionar sustentação ao cabo óptico sem, contudo fixa-lo totalmente. É utilizado quando e onde a rota do cabo não sofra desvios com ângulos superiores a 20°.

Figura 58. Grampo de suspensão. - Grampo de ancoragem: é um acessório que, assim como o

grampo de suspensão, é fixado nos postes por abraçadeiras; sustenta, e prende o cabo totalmente, ou seja, ancora de forma a deixá-lo imóvel. É utilizado em situações de encabeçamento ou terminação de rotas aéreas de cabos e nas situações em que os desvios de rota superem o ângulo de 20°.

65

Capítulo 8 Instalação de acessórios ópticos 8.1. Cordões e Extensões Ópticas São cabos monofibra do tipo tight, dotados de conectores

ópticos com comprimentos definidos. Os cordões se diferenciam das extensões por disporem de conectores em ambas as extremidades, enquanto as extensões possuem conectores somente em uma delas. Os cordões se aplicam à interligação entre os equipamentos e entre equipamentos e acessórios ópticos, como por exemplo, o distribuidor óptico. As extensões são utilizadas para a interface, entre os cabos e os equipamentos ou acessórios ópticos. Em uma extremidade da extensão, é realizada a emenda, e a outra extremidade com conector interligada ao equipamento ou distribuidor óptico. As extensões ópticas são utilizadas sempre com os bloqueios ópticos. A linha FCS dispõe de cordões e extensões ópticas pré-conectorizadas de fábrica, com conectores e fibras ópticas de excelente qualidade, que garantem uma boa terminação e conexão óptica. Os tipos de conectores disponíveis são ST,DDI, SC e FC.

Cordões ópticos Aplicação Conexão entre equipamentos e distribuidores ópticos. Materiais Cabo do ti o ti ht e dois conectores do tipo ST , Comprimento - 1,5 e 2,5 metros. Extensões ópticas Aplicação Terminações de cabos ópticos. Materiais : Cabo do tipo tight e um conector do tipo ST. Comprimento 1;5 e 2,5 metros; Figura 61. Cordões e extensões ópticas 8.2. Distribuidor interno óptico (DIO) O DIO é composto de um módulo responsável em acomodar e

proteger as emendas de transição entre o cabo óptico e as extensões ópticas (pig-tails). Além disso, possui adaptadores que permitem manobras para sistemas com alta densidade de fibras (6, 12, 18 e 24 fibras). Como principais aplicações temos :

- Distribuição e administração da seção óptica do cabeamento estruturado, para instalação em salas ou armários de distribuição principal (Main Cross-Connect) e em salas ou armários de distribuição horizontal (telecommunications Closets)

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- Redes com backbone de altas velocidades distribuídas em campus, perto do chassi principal ou ao switch para aplicações FTTD (fiber to the desk)

Montagem do DIO Necessidades - álcool e gaze; - cortador de tubo loose; - cortador de cabo e trena; - alicate universal, chave de fenda philips, chave de boca

8mm; - estilete e tesoura. Instalação do DID O DIO mostrado acima pode ser montado em estruturas de

rack de 19" ou 23", bastando para tal colocar o suporte para rack em posições diferentes. Para fixá-lo diretamente à parede, colocar o mesmo suporte na parte traseira da estrutura e fixá-lo na parede com buchas. O DIO deve ser colocado numa altura que permita o acesso adequado à realização das emendas e conectorizações. Fixe o DIO como mostrado a seguir na figura 5 do item 8.2.6.

8.2.1. Instalação do cabo óptico - Monte o suporte de fixação de cabos lateralmente (lado

esquerdo ou direito); - Prepare a extremidade do cabo, e limpe adequadamente as

unidades básicas e corte o elemento central do cabo 200mm a partir da capa;

- Identifique os tubos loose, fixando as anilhas fornecidas nas suas extremidades;

- Proteja as unidades básicas com corrugado flexível, a partir da capa do cabo;

- Retire a tampa traseira do DIO e introduza as unidades básicas pela abertura lateral, passando o elemento central pela presilha de ancoragem ;

- Posicione o tubo corrugado sobre a capa do cabo e fixe-o no suporte com abraçadeiras ;

- Fixe o elemento central do cabo na presilha lateral e corte o excesso ;

- Fixe o cabo no rack, respeitando raio de curvatura do cabo ;

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8.2.2. Acomodação das unidades básicas - Abra a bandeja deslizante e passe as unidades básicas para a

parte frontal. Acomode as unidades básicas (tubos loose) e os tubos na entrada da bandeja . Acomode as unidades básicas na parte inferior dos acomodadores, até a respectiva entrada na bandeja de emenda. Deixar o cabo no interior DIO esticado. Caso bandeja permita até 12 fibras e cada uma das 4 entradas da bandeja suporta 6 tubos .

8.2.3. Instalação das fibras nas bandejas - Abra a bandeja plástica e coloque as anilhas de identificação

pelo da entrada na bandeja e fixe os tubos na entrada. Com caneta, marque sobre os tubos um ponto a 2,5 cm da entrada das bandejas ;

- Com o cortador de tubo loose; retire o tubo loose de proteção até a marca definida. Limpe as fibras, retirando o excesso de geléia, e acomode-as na bandeja para posterior fusão com as extensões ópticas;

. Retire com cuidado o excesso de geléia, inicialmente com papel seco e depois embebido em álcool;

- Guarde as fibras no interior da bandeja, acomodando-as o mais encostada possível na parede lateral da bandeja.

8.2.4. Emendas das fibras ópticas - Inicie as fusões das fibras pela bandeja inferior. Emende as

fibras com cuidado. Acomode o excesso de fibras na bandeja e recoloque os filmes de proteção.

8.2.5. Montagem dos cordões ópticos - Conectorize os cordões nos adaptadores, encaminhando cada

feixe de cordões para as saídas laterais, passando-os nos clipes de fixação;

- Retire o cartão de identificação frontal e identifique as fibras nos campos correspondentes;

- Encaminhe os cordões para os equipamentos, deixando folga estratégica.

68

8.2.6. Exemplificando a instalação e montagem do DIO

8.2.7 Exemplo de solução óptica utilizando DIO em redes locais (LAN's)

Figura 63 No desenho acima, notamos que a cabo de fibra óptica

geleado (fis-optic DG,fis-optic AS, 0ptic LAN) entra no prédio, devendo ser bloqueado por meio de um bloqueio óptico, ou DIO, com o intuito de converter o cabo loose em tight já devidamente conectorizado. O backbone óptico pode ser implementado por um cabo fiber LAN conectado em portas de um concentrador e chegando um cabo (min. 2 fibras) para cada andar, onde posteriormente deverá haver um outro bloqueio de transição preferivelmente sendo um ponto de manobra). A distribuição na andar pode ser feita com o auxílio de hubs conectados por fibras ópticas às portas do concentrador principal (um switch por exemplo). Com o auxílio de um transceiver podemos conectar pela fibra uma estação que não possua placas de rede própria para fibras (há a necessidade da presença do port AUI).

O bloqueio óptico encontra-se fora de norma para o

cabeamento estruturado. Contudo é uma solução para acomodação e transição de cabos externos para internos.

69

8.3. Infra-estrutura para cabeamento óptico Considerações Para uma instalação de uma rede óptica ser considerada de

boa qualidade, primeiramente, é necessário que a infra-estrutura que a comporta seja adequada e esteja em boas condições, obviamente, há vários tipos de infra-estrutura para os mais variados tipos de rede óptica; logo, suas características poderão variar bastante, fazendo que o seu levantamento seja baseado em normas e parâmetros próprios.

Encaminhamento dos cabos: As tubulações, canaletas,

eletrocalhas, caixas de passagem, derivações, curvas, etc. deverão ter dimensões adequadas e proporcionar proteção suficiente para o cabeamento ótico que irão comportar. Além disso, não poderão estar ocupadas por cabeamento que não seja da rede. Apesar de os cabos óticos serem totalmente imunes às interferências eletromagnéticas, é preferível que a infra-estrutura para a rede seja separada da rede elétrica, para evitar possíveis acidentes. Além disso, deve-se tomar cuidado com relação às dimensões da infra-estrutura, pois os cabos ópticos possuem certas restrições relacionadas com as condições da instalação, que são:

Raio de curvatura dos cabos: Nos cabos ópticos não se

permitem em nenhuma hipótese torções ou nós; portanto, existem recomendações rigorosas com relação ao raio de curvatura mínimo dos cabos óticos, cujo valor varia de acordo com o diâmetro de cada cabo óptico. Contudo, recomenda-se que o raio de curvatura mínimo não seja inferior a 200mm, a partir disso, a possibilidade de aumentar a atenuação na fibra óptica se torna grande, independentemente do cabo a ser instalado.

Número de curvas: Além do raio de curvatura, deve-se

atentar para o número de curvas em um encaminhamento de um cabo ótico, pois, como as curvas contribuem para o aumento da atenuação; é recomendável que o número de curvas seja diminuído. Esse detalhe também se relaciona ao tracionamento do cabo. Isto é, quanto maior o número de curvas, maior será o tracionamento e, considerando-se que existe um limite quanto à capacidade máxima de tração para cada cabo, também poderá trazer danos, como o aumento irreversível da atenuação.

Terminações dos cabos óticos: Nas terminações deve

existir uma infra-estrutura tal que proporcione proteção aos cabos até bem perto dos equipamentos ou acessórios. Essa infraestrutura varia de uma situação para outra, mas em geral se baseia em tubulações, caixas de passagem, eletrocalhas, etc. Deve-se tomar bastante cuidado nas terminações, pois são os pontos de maior

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fragilidade da rede, como, por exemplo, os conectores e as extensões ópticas.

Infra-estrutura para os equipamentos: Deverá ser o mais

adequado e protegido possível, pois no local estarão concentrados todos os equipamentos que vão realizar o controle operacional da rede. Essa infra-estrutura compreende o ambiente que irá comportar os próprios equipamentos.

71

Capítulo 9 Emendas ópticas As emendas surgem da necessidade de dar continuidade a um

lance de cabo óptico que esteja sendo instalado, de unir esse cabo a uma extensão óptica dotada de um conector, de converter um tipo de cabo (loose) para outro (tight) ou para conexão de um equipamento de teste etc. Quanto às terminações ópticas, elas são constituídas de conectores ópticos que realizam a conexão do cabo óptico ao terminal do equipamento, Descreveremos a seguir, os processos envolvidos para a obtenção das emendas e terminações ópticas. Há processos que exigem preparo e cuidados especiais para realizar as emendas.

- Limpeza - Nessa etapa inicial, após o revestimento do cabo

ser convenientemente retirado, restando somente as fibras ópticas, os resíduos provenientes do interior do cabo óptico, como a geléia de petróleo, deverão ser removidos com gaze ou lenços de papel embebidos em álcool isopropílico ou anidro (baixa concentração de água).

- Decapagem - As extremidades das fibras ópticas deverão

ser submetidas ao processo de decapagem do seu revestimento externo (acrilato) e, novamente, as fibras decapadas deverão ser submetidas à mesma limpeza executada inicialmente. Esse processo de limpeza deve ser refeito várias vezes, até que a fibra esteja perfeitamente limpa.

- Clivagem - A etapa seguinte consiste na clivagem da fibra

óptica, ou seja, o corte da fibra sob um ângulo próximo de 90°, isto é, a fibra deve ser cortada de tal forma que o ângulo da aresta resultante do corte seja próximo de 90°. A necessidade de o ângulo ser de 90 decorre do fato de que com isso as extremidades das fibras ópticas estarão paralelas no momento da emenda, propiciando emenda de boa qualidade, ou seja, com baixos níveis de atenuação. Esse processo de clivagem é realizado com ferramentas especialmente projetadas, denominados de clivadores.

Há dois processos de emendas de fibra ópticas. O processo de

emenda mecânica (incluindo processo por conector) e o processo de emenda para fusão.

9.1. Processo mecânico Esse processo pode ser realizado de duas formas distintas; a

primeira consiste no uso de alinhadores de precisão, onde as fibras ópticas são introduzidas. Esses alinhadores possuem uma ranhura na quais as fibras são alinhadas frente a frente e aproximadas uma a outra até o quase contato entre as duas. Após isso, é introduzido um

72

gel casador de índice de refração entre as duas fibras, de forma que o casamento entre as duas fibras seja melhorado. Finalmente, pelo monitoramento de equipamentos de medição (power meter, OTDR), as fibras são aproximadas, ajustadas e, quando é obtido o ponto de menor atenuação, as fibras são "travadas", de modo que fiquem estáticas, impedindo que se movimentem. Esse processo de emenda é bastante utilizado em situações de emergência de caráter provisório, pois a atenuação é bastante grande quando comparada às emendas realizadas com máquinas de fusão e tem a tendência a aumentar com o passar do tempo.

9.1.1. Processo por conectores A segunda forma consiste no uso de conectores ópticos, que

são aproximados e alinhados sem, contudo, encostar um no outro. Isso se realiza por adaptadores ópticos que aproximam, alinham e fixam os conectores proporcionando assim uma emenda mecânica.

Considerando-se que os conectores já estejam preparados, a

operação é bastante fácil, se comparada a outros processos e, além disso, proporciona facilidade em termos de conexão de fibras ópticas. É bastante utilizada nos acessórios denominados DIO (Distribuidores Internos Ópticos).

9.2. Processo por fusão de fibras ópticas Esse processo caracteriza-se por "fundir" as extremidades das

fibras ópticas, de modo à torná-las contínuas. É o processo mais utilizado, pois apresenta os menores níveis de atenuação; contudo exige equipamento especial a máquina de emenda.

Basicamente, assim como no processo anterior, as fibras

ópticas são inseridas em um dispositivo da máquina de emenda denominado V-Groove, que tem o papel de alinhar as fibras de forma que as faces cortadas delas fiquem paralelas entre si. Após isso, as fibras são aproximadas pelo próprio V-Groove, que é móvel, até que as fibras fiquem a uma distância de aproximadamente 1 m, evitando que se encostem. A partir daí, as fibras são fundidas entre si por arcos voltaicos gerados por dois eletrodos existentes na máquina, que tornam as fibras contínuas. Após isso, a emenda é envolta por um acessório denominado protetor de emenda, que proverá proteção mecânica.

Como nos processos anteriores, esse também exige cuidado,

pois qualquer irregularidade pode prejudicar a qualidade da emenda, elevando o nível de atenuação.

73

Capítulo 10 Certificação e testes em fibras ópticas Considerando-se que uma rede óptica esteja instalada dos

cabos a todos os acessórios, o passo seguinte consiste no teste de cabeamento óptico da rede. O teste da rede vai demonstrar se a rede está disponível para o uso e, se não estiver, vai apontar as falhas a corrigir. Vale ressaltar que os testes de certificação devem ser feitos sempre depois que toda a instalação foi completada e sempre antes de a rede estar disponível para uso. É imprescindível que esse procedimento seja respeitado pois, no caso da rede ser ativada antes dos testes e eventualmente surgir um defeito na rede, não será tarefa fácil localizar a causa do defeito. Além de causar transtornos, como desativação e paralisação, o diagnóstico das causas do defeito costumam ser difíceis de obter; pois defeitos com software ou hardware costumam ser confundidos com defeitos de cabeamento. Portanto; é de fundamental importância que a rede seja certificada convenientemente antes de ativada.

10.1. Medições realizadas em laboratório: Os cabos óticos e os acessórios são submetidos a testes que

envolvem uma série de parâmetros relacionados com os dados construtivos deles e, principalmente, com os parâmetros de desempenho. Basicamente, os parâmetros medidos compreendem:

- Dispersão cromática; - Largura de banda; - Comprimento de onda de corte; - Diâmetro do campo modal; - Características geométricas; - Atenuação espectral. 10.2. Medições realizadas em campo: Contudo, a apesar dos cabos e acessórios já saírem pré-

testados da fábrica, faz-se necessário realizar testes em campo depois da instalação ter sido executada. Essas medidas são necessárias, pois possuem a finalidade de verificar se, na ocasião da instalação dos cabos e acessórios ópticos, as características não foram afetadas a ponto de prejudicar ser desempenho.

Os testes em campo envolvem o uso de equipamentos portáteis suficientemente precisos para certificar a instalação de uma rede. Basicamente, esses testes são de dois tipos:

74

10.3. Testes de atenuação absoluta Compreendem as medidas de atenuação nos links ópticos em

determinados comprimentos de onda, 850nm para fibras multimodo e 1.330nm e 1.550nm para fibras monomodo, cujo objetivo é determinar quanto de potência óptica é perdida em um determinado enlace. Esses testes são executados por meio dos equipamentos denominados medidores de potência (Power Meter) que funcionam pela injeção de luz de uma fonte luminosa em uma extremidade de um enlace óptico e, na outra extremidade, a luz proveniente do enlace óptico é medida com o medidor de potência. No caso, o medidor de potência deve ser calibrado previamente através do uso de um cordão óptico de referência e de uma fonte de luz, que deverá ser a mesma a ser utilizada na medição do enlace. Com isso, pode-se determinar a atenuação pela diferença de potências medidas na calibração e no enlace óptico:

Com relação às redes, as normas EIA/TIA especificam, além das características desempenho da transmissão dos cabos e os acessórios ópticos. Descrevemos a principais especificações.

Especificações de cabos ópticos Os cabos ópticos podem ser do tipo multimodo de índice

gradual, em que o diâmetro do núcleo e da casca da fibra óptica deve ser de 62,5mm e 125mm respectivamente, e do tipo monomodo, com as dimensões de 9mm e 125mm para o núcleo e a casca respectivamente. O desempenho de transmissão está representado nos parâmetros indicados pelas tabelas a seguir:

Especificações de emendas ópticas As emendas de fibras ópticas, sejam mecânicas, seja por

fusão, não podem exceder o valor máximo de atenuação de 0,3 dB, quando medido de acordo com as normas EIA/TIA-455-59 (em campo) ou EIA/TIA-455-34, Método A (em fábrica). Recomenda-se que sejam utilizadas emendas por fusão, que proporcionam menor atenuação.

Especificações de conectores ópticos Os conectores ópticos não poderão apresentar atenuações

superiores a 1,0 dB para cada par de conectores, pela norma EIA/TIA-455-34. Esse valor de atenuação é apresentado para pares de conectores porque esses estão sempre aos pares:

75

10.4. Testes analíticos Os testes analíticos são executados por equipamentos

denominados reflectômetros ópticos no domínio do tempo (OTDR), cujo funcionamento se baseia na emissão de pulsos de luz de curta duração com comprimentos de onda determinados (850, 1.300, 1.310, 1.330 e 1.550 nm). Esses pulsos de luz são gerados por um laser controlado por um gerador de pulsos, e o sinal refletido é captado por um fotodetector, que o transmite a um estágio que se encarregará de realizar a sua análise. O sinal refletido fornece várias informações a respeito do estado do enlace óptico e, além disso, indica seu comprimento pela medida do tempo de propagação do pulso. 0 OTDR proporciona uma curva atenuação X comprimento do enlace óptico, tornando possível uma análise mais apurada pelo instalador. 0 OTDR proporciona condições para diagnosticar eventuais defeitos devido à atenuação localizada, atenuação do cabo óptico, conectores com defeito ou com elevada atenuação e ruptura de cabos.

76

Capítulo 11 11.1. Princípios de Transmissão em Fibras Ópticas A tecnologia em fibra óptica tem evoluído rapidamente nos

últimos anos, conseguindo-se avanços significativos no desenvolvimento de fibras com baixa atenuação, baixa dispersão e baixa eficácia na geração de efeitos não-lineares. Sua aplicação nos diversos setores de telecomunicações e informática é hoje muito intensa. A redução do custo das fibras ópticas tem viabilizado a utilização de sistemas ópticos nos troncos das redes de telefonia. Também nas linhas de assinante local a utilização de sistemas ópticos já é uma constante em projetos.

Para a verificação da qualidade dessas redes, vários instrumentos de leste têm sido desenvolvidos com diferentes aplicações. O reflectômetro óptico no domínio do tempo (OTDR-Optical Time Domain Reflectometer) é o instrumento mais usado atualmente para testes de atenuação em fibras ópticas. 0 OTDR pode medir: atenuação na emenda, atenuação total em distâncias específicas (trechos de fibra), reflectância, distância à falha ou à emenda e o comprimento da fibra em teste.

Este trabalho tem como objetivo mostrar como o OTDR pode facilitar a solução de problemas com cabos ópticos. Na primeira parte serão apresentados alguns conceitos básicos relativos ao funcionamento do OTDR e na segunda parte serão apresentados alguns casos analisados em campo.

11.2. Confinamento da luz na fibra óptica. A luz é acoplada no núcleo da fibra e viaja por todo 0 seu

comprimento por um processo conhecido como reflexão interna total. Quando o feixe de luz alcança o (imite do núcleo com a casca podem acontecer duas situações. Para alguns ângulos, o feixe óptico sofre reflexão parcial, sendo parte de sua energia transferida para a casca em cada reflexão. Na outra situação, prevê-se a existência de um ângulo a partir do qual a luz será totalmente refletida para o núcleo. Este ângulo é conhecido como ângulo crítico. Logo, os raios que possuem ângulo de incidência maior que o ângulo crítico, viajam ao longo do núcleo.

11.3. Reflexão de Fresnel Ocorrem reflexões internas no núcleo advindas de diversos

fenômenos e se estendem ao longo de toda a fibra. Ocorrem também reflexões no fim da fibra (interface vidro/ar) e em outras interfaces como, por exemplo, conectores, emendas mecânicas e também cm locais onde a densidade do material da fibra varia. Se a interface no conector for ideal, isto é, clivada perpendicularmente ao eixo do

77

núcleo, então o coeficiente da luz refletida não excederá 4%, para os valores comuns de índice de refração da fibra óptica, tem-se nf≈1,5 e n() ≈1,00.

0 pulso de luz é refletido e essa reflexão é conhecida como

uma reflexão de Fresnel. Detectando-se essa reflexão na tela do OTDR, pode-se calcular a sua distância em relação ao inicio da fibra. Se a face clivada possuir um ângulo de inclinação maior que 45°, como mostrado na figura l, a reflexão de Fresnel não será percebida pelo OTDR, pois irá sofrer refração parcial na interface núcleo/casca, todas as vezes que este feixe de luz incidir nesta interface com ângulo de incidência menor que o ângulo crítico. O somatório destas refrações parciais será suficiente para atenuar a reflexão de Fresnel, de tal forma que a parcela desta que retornará, não será suficiente para ser detectada pelo OTDR. Esta situação pode ser observada com a utilização de conector do tipo APC (Angled Polish Connectors - conectores angulares polidos).

Figura 64 - Reflexão de Fresnel em conectores clivados a 90°

e em conectores APC. 11.4. Retroespalhamento Os feixes de luz que viajam pelo núcleo da fibra são

espalhados pelo material. Como conseqüência destes espalhamentos, ocorrerão perdas que incluem reduções na amplitude do campo guiado por mudanças na direção de propagação, causadas pelo próprio material e por imperfeições no núcleo da fibra. Citam-se a dispersão linear de Rayleigh, a dispersão linear de Mie, a dispersa,7 estimulada de Raman e o espalhamento estimulado de Brillouin .

Em termos quantitativos, o espalhamento de Rayleigh é o mais importante e resulta em conseqüência de irregularidades submicroscópicas na composição e na densidade do material. Estas alterações podem surgir durante o processo de fabricação da fibra ou

004,02

≅+−

=Γnonfnonf

ρ

78

em função de defeitos próprios na estrutura molecular do vidro. As dimensões físicas e a separação dessas irregularidades são bem pequenas comparadas ao comprimento de onda da luz no meio (I I10 ou menor). 0 resultado dessas irregularidades é uma flutuação no valor do índice de refração do material ao longo da fibra óptica. As irregularidades decorrentes da composição do vidro têm sido controladas através de um aperfeiçoamento dos processos de fabricação, mas as originadas por diferenças de densidade do material são intrínsecas ao vidro e não podem ser evitadas. Portanto, se pudesse ser construída uma fibra óptica absolutamente perfeita em termos de pureza, a perda de potência por este espalhamento persistiria. Ou seja, esta atenuação representa o limite mínimo teoricamente possível para a perda na fibra óptica. E inversamente proporcional à quarta potência do comprimento de onda e é independente da amplitude do campo óptico guiado.

Como existe o espalhamento do pulso enquanto a luz viaja pelo núcleo, uma quantidade dessa luz espalhada será refletida de volta à fonte óptica (luz retroespalhada). Em fibras ópticas de alta qualidade o espalhamento de luz é uniformemente distribuído por toda a fibra. A potência da luz retroespalhada irá se atenuar de acordo com uma relação exponencial com a distância e consequentemente com o tempo de propagação.

Figura 65: Ilustração para se estabelecer o conceito de

Retroespalhamento da luz na fibra óptica. O OTDR é projetado para detectar exatamente esta luz

retroespalhada pela fibra. Sendo o nível desta luz retroespalhada muito baixo, da ordem de um milhão de vezes inferior à luz incidente em fibras monomodo, ou seja 60dB, sua detecção é difícil. Por este motivo os OTDRs ópticos são instrumentos de alta sofisticação tecnológica e de difícil construção.

11.5. Reflectômetros ópticos no domínio do tempo

(OTDR) Um OTDR pode testar diversos aspectos de uma fibra óptica,

como serão descritos neste trabalho. Inicialmente descreveremos o principio de funcionamento destes instrumentos.

79

11.6. Princípio de funcionamento do OTDR O diodo laser do OTDR é um conversor elétricoóptico (EIO)

acionado por um gerador de pulsos. 0 pulso de luz é acoplado numa fibra em teste via um acoplador direcional óptico. As reflexões geradas pelo retroespalhamento e pela reflexão de Fresnel retornam ao acoplador direcional e são encaminhadas para o fotodiodo, do tipo avalanche (APD), que converterá o sinal óptico em um sinal elétrico (OIE). 0 sinal elétrico é amplificado e enviado para um microprocessador que calcula o atraso de propagação c a atenuação percebida pelo APD. A tela do OTDR apresenta os resultados num formato gráfico que permite a caracterização do estado da fibra.

Os parâmetros reconhecidos pelo OTDR são: o tempo em que o pulso é enviado na fibra, sua largura de pulso e a velocidade com que ele viaja pela fibra óptica. 0 tempo que o pulso de luz gasta para viajar pela fibra, se refletir c voltar para o detector do OTDR pode ser medido precisamente. Conhecendo-se este tempo, o OTDR pode calcular a distância (km). Na figura 3, podemos ver corno 0 OTDR mostra os eventos que comumente ocorrem em um enlace. O eixo das ordenadas é o nível de potência refletida e o eixo das absorvidas, à distância ao ponto de interesse. A distância de onde ocorre o evento pode ser calculada por:

onde c = velocidade da luz no vácuo, v = velocidade de grupo do sinal óptico na fibra, nx = índice de refração de grupo da fibra, t = intervalo de tempo entre o sinal transmitido e o recebido

pelo OTDR.

Figura 66: Curva típica de um OTDR

ngtctvgd

.2.

2.==

80

A curva obtida na figura 3 mostra o nível de luz

retroespalhada e picos de reflexão devido às reflexões de Fresnel em um conector, em uma emenda mecânica e em uma fissura. Aparecem também descontinuidades devido, a emenda por fusão ou curvatura acentuada da fibra. E também mensurável a atenuação na fibra através da, inclinação da curva. E importante observar que, caso não haja um conector (ou o conector seja do tipo APC) na outra extremidade da fibra em teste, pode não existir o pulso no final da fibra, como descrito em 11.3. Nesta situação haveria urna brusca descontinuidade do sinal, evidenciando-se o aparecimento do ruído. Com base neste ruído, pode-se determinar o alcance dinâmico do OTDR.

11.7. Alcance Dinâmico (DR - Dynamic Range) Uma das formas de se definir alcance dinâmico é a diferença

de nível de retroespalhamento no início da fibra c o nível de ruído onde a relação sinal/ruído é igual a l, medido em dB. O alcance dinâmico determina o comprimento máximo de fibra possível de ser medido pelo OTDR, considerando-se a atenuação na fibra, nas emendas e nas conexões.

Deve-se também considerar que quanto maior o comprimento da fibra, mais o sinal retroespalhado se aproxima do ruído, aumentado a margem de erro das medidas e fazendo com que pequenos eventos sejam dificilmente detectados. Para se medir uma perda de emenda com valor de precisão de 0,1 dB, necessita-se de uma relação sinal ruído de aproximadamente 6,5 dB acima do nível de pico do ruído. Para um valor de precisão de 0,05 dB, necessita-se de uma relação sinal ruído de aproximadamente 8dB acima do nível de pico de ruído que por sua vez está a aproximadamente 2,3 dB acima do nível médio de ruído (SNR=1)

Figura 67: Método de aferição de alcance dinâmico (DR) para

SNR=1 Os OTDRs enviam pulsos repetidamente para a fibra. São

tiradas médias dos resultados para que o ruído aleatório do receptor

81

seja suavizado no tempo. Na tela do OTDR, o nível de ruído será reduzido com o tempo. Quanto maior o tempo, maior será o alcance dinâmico. As maiores melhorias do sinal ocorrem no primeiro minuto.

A maioria dos OTDRs têm suas faixas dinâmicas especificadas após três minutos de medição, de acordo com a Bellcore TR-TSY-000196.

11.8. Zona Morta A zona morta é definida como a distância entre o início de um

evento e o ponto onde um evento consecutivo pode ser detectado. A zona morta é também conhecida como resolução espacial entre dois pontos, pois determina o espaçamento mínimo que pode ser medido entre dois eventos. Na curva do OTDR existem trechos "cegos" que ocorrem devido a eventos reflexivos, que saturam o receptor do OTDR. Estes trechos "cegos" têm a duração igual à soma da largura do pulso óptico mais o tempo que o receptor demora para recuperar-se da reflexão.

Existem dois tipos de zona morta: zona morta de evento e a zona morta de atenuação, como descritos a seguir:

11.9. Zona Morta de Evento (ZME OU EDZ - EVENT DEAD

ZONE) Define a distância mínima a partir de um ponto onde ocorre

um evento, até outro ponto onde um outro evento de mesma natureza pode ser detectado. Entretanto esse evento só pode ser detectado e não se pode medir a perda associada a ele. Quanto a sua natureza, os eventos podem ser reflexivos (quando há reflexões de Fresnel) ou não-reflexivos (quando há degraus por variação do nível do sinal retroespalhado). Para eventos reflexivos, a zona morta de evento é definida como a distância medida no ponto onde a curva cai 1,5 dB do nível de saturação devido à reflexão de Fresnel, como mostrado na figura 5. Para eventos não reflexivos, a zona morta de evento é definida como a distância entre os pontos de início e fim de um degrau com atenuação inferior a 1,0 dB e variando 0,1 dB dos valores inicial e final, como mostrado na figura 6[9]. Usualmente, esta zona morta é um valor fixo e depende somente da largura de pulso aplicada. Esta definição não é freqüentemente utilizada, mas será útil para a compreensão de alguns casos que serão comentados na seção 3.

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Figura 68. Método de aferição de zona morta de eventos para eventos não reflexivos

11.10. Zona Morta de Atenuação (ZMA OU ADZ -

Attenuation Dead Zone) Define a distância mínima do ponto a partir do início de uma

reflexão c o ponto onde o traço do retroespalhamento pode voltar a ser detectado, podendo ser realizadas medidas para a verificação da localização de eventos discretos (não reflexivos). Esta distância é medida no ponto onde a curva tenha retornado a 0,5dB acima do nível da curva retroespalhada, extrapolada para a esquerda, considerando uma reflectância de 30dB. Geralmente, quanto maior a potência refletida, maior será a zona morta.

11.11. Medidas de Atenuação em Emendas Para a aceitação de emendas o valor analisado é a média

aritmética entre as medidas de atenuação realizadas nos dois sentidos. A medição nos dois sentidos faz-se obrigatória. 0 valor da medida de atenuação que é apresentado pelo OTDR é resultante das diferenças observadas na curva do OTDR antes e após a emenda. Esta curva é gerada pelo sinal retroespalhado e este não varia apenas de acordo com o nível do sinal incidente, mas também com o coeficiente de retroespalhamento dos trechos de fibras em análise. Se houver diferenças entre estes coeficientes o valor medido pelo OTDR não será a perda real da emenda. Entretanto, quando realizamos a medida nos dois sentidos e calculamos a média aritmética, estas diferenças se cancelam e o valor obtido é o valor médio, real, da atenuação na emenda.

11.12. Emenda com Ganho Freqüentemente é verificado um ganho como resultado da

análise de uma emenda, como mostrado na figura 8. A explicação para este ganho é que a fibra que está após a emenda está retroespalhando mais luz do que a fibra que está antes da emenda. Isto pode ocorrer mesmo que haja perda na emenda. Quando se faz a medida em sentido contrário, inverte-se a situação do sinal retroespalhado e a média aritmética das duas medidas deverá sempre ser uma atenuação, pois uma emenda é um elemento passivo e nunca irá amplificar a luz que está sendo transmitida. Entretanto a imprecisão do OTDR e a falta de cuidado do operador, na inserção dos dados no OTDR, pode resultar em uma conclusão de que a emenda está amplificando o sinal.

Vale ainda ressaltar que sempre que houver um ganho no OTDR é porque existe uma emenda neste local, pois, com certeza, temos duas fibras diferentes nos trechos antes e depois do evento.

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Figura 69. Gráfico o OTDR com um ganho em uma emenda. 11.13. Análise dos Resultados Medidos Em Campo:

Estudo De Casos Nos enlaces analisados em campo, todas as emendas são por

fusão e nas estações os cabos são emendados em BEO (bastidor de emenda óptica) e distribuídos em DIO (distribuidor intermediário óptico); ou emendados e distribuídos em DGO (distribuidor geral óptico).

Figura 70: Pontos de conexões e emendas em um enlace

óptico tradicional. Casos de Eventos Próximos ao Ponto de Teste Para detectar o local exato da interrupção, é necessário

configurar o OTDR na menor largura de pulso (LP) disponível no instrumento e analisar o gráfico obtido.

CASO 1 - Rompimento com reflexão de Fresnel a mais

de: 3m do Bastidor Freqüentemente, no ponto de ruptura haverá uma reflexão de

Fresnel na tela do OTDR e neste caso, a definição do ponto do rompimento é feita expandindo-se a imagem (zoom) e focando a última reflexão de Fresnel que estiver na tela. As figuras 10 e 11 mostram um exemplo da tela do OTDR para um enlace de 5km, sendo testado com uma LP de 1000ns (ZME= 120m e ZMA=150m).

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Neste exemplo a fibra estava interrompida próxima à estação B. O teste a partir da estação A faz parecer que o enlace óptico está inteiro e expandindo a curva no fim da fibra, não foi verificada nenhuma variação brusca do sinal retroespalhado antes do inicio da reflexão de Fresnel. Testando com o OTDR na estação B, a fibra não foi detectada, pois só é visto o pulso de entrada do OTDR .

Figura 71:OTDR na estação A

Figura 72: OTDR na estação B Considerando ainda o OTDR na estação B e configurando-o

com uma LP de 10ns (ZME=3m e ZMA=1 Sm), será observado o gráfico da figura 12.

Figura 73: Tela do OTDR com LP=10ns

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Figura 74: Reflexões de Fresnel ampliadas e a identificação do fim da fibra.

O gráfico da figura 12 é muito semelhante ao da figura 11,

porém com um pulso um pouco mais estreito, visto que para LP de 10ns as zonas mortas do evento e atenuação são bem menores. Isto possibilita uma análise mais precisa deste pulso. Expandindo a imagem da última reflexão (que na figura 11 e 12 aparentam ser apenas uma reflexão), será observado o gráfico da figura 13, onde podem concluir que a fibra está interrompida a 6m da conexão do (DGO ou DIO). Esta afirmação baseia-se no seguinte: na figura 13 existem 3 pulsos, o primeiro é a reflexão na conexão do OTDR, o segundo é a reflexão na conexão do bastidor e o terceiro é a reflexão no fim da fibra. Como os cordões de união (que unem o BEO ao DIO ou a emenda ao conector no DGO) possuem normalmente de 2 a 5m, é possível concluir que a interrupção estará de 1 a 4 metros após a emenda. Neste, caso estava interrompida no ponto de abertura das unidades básicas do cabo óptico e foi danificada por rato que roeu a fibra neste ponto.

A localização exata deste problema não foi detectada antes do teste com o OTDR, pois a unidade básica fica fixada na parte traseira do bastidor (BEO), sendo de difícil visualização, mas com os resultados mostrados pelo OTDR, a abra foi puxada a partir da emenda e realmente estava solta. Foi então possível iniciar os serviços de manutenção corretiva.

Para minimizar os riscos de novas ocorrências deste caso, algumas medidas podem ser adotadas:

- Desratizar todas as estações (procedimento normal em todas as operadoras, mas às vezes com cronogramas não adequados).

- Colocar uma manta termo-contrátil na saída da unidade básica, não deixando a geléia do cabo exposta, pois esta foi a causa provável do acidente. Este procedimento oferece ainda a vantagem de evitar a ocorrência de curvaturas acentuadas na saída da fibra da unidade básica.

- Instalação de DGO no lugar de BEO/DIO, pois os DGOs oferecem acesso fácil a todas as partes nele distribuídas, facilitando a visualização de qualquer evento semelhante ao caso citado. Esta medida também reduz o espaço físico necessário para a terminação dos cabos ópticos nas estações.

Caso 2 – Rompimento sem Reflexão de Fresnel a mais

de 15 Metros do Bastidor Caso no ponto do rompimento não seja verificada uma

reflexão de Fresnel na tela do OTDR (como observado na figura 13), será verificado, então, o gráfico da figura 14, desde que a interrupção esteja a mais de 15m do bastidor, para um OTDR com ZMA=15m na LP=10ns (menor LP).

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Figura 75: Tela expandida para observar o ponto com

descontinuidade do sinal retroespalhado no fim da fibra. Assim como na figura 13, neste caso, o primeiro pulso é a

conexão do OTDR, o segundo a conexão do bastidor, mas não foi observado o terceiro pulso. Porém pode-se observar o início do retroespalhamento do sinal na fibra e, a queda do sinal sem a reflexão de Fresnel. É possível afirmar, então, que o problema está a 19m da conexão no bastidor. Avaliando o comprimento do cordão de união e as sobras de cabo na estação, foi verificado que a interrupção estava na galeria da estação. Esta interrupção foi provocada por esforço no cabo, pois o mesmo foi dobrado durante o serviço de instalação de novos cabos na estação. A reacomodação do cabo na galeria foi suficiente para o restabelecimento do sistema óptico.

Para minimizar os riscos de novas ocorrências deste tipo, as seguintes medidas podem ser adotadas:

- cabos ópticos devem ser acomodados em dutos , degraus e

esteiras independentes dos cabos metálicos (que são mais pesados e mais rígidos).

- acompanhar/orientar todas as pessoas que forem prestar serviços em caixas subterrâneas, galerias ou outras áreas onde existem cabos ópticos e informá-las sobre a sensibilidade da fibra a curvatura acentuada do cabo.

Caso 3 - Rompimento sem Reflexão de Fresnel a menos

de 15m do bastidor Caso na medida com o menor pulso não seja possível

visualizar o início do retroespalhamento na fibra, existem três alternativas para, a partir daí, podermos avaliar a distância até o problema:

(a) Fazer verificação visual, visto que 15m é uma distância pequena o suficiente para uma rápida avaliação;

(b) Trocar o cordão de união, pois se o problema estiver nele, a segunda reflexão de Fresnel já é o fim da fibra;

(c) Colocar uma bobina de teste conectada em uma extremidade ao OTDR e emendá-la à fibra em teste na outra extremidade. A bobina ficará no lugar do cordão de união.

Como o tamanho da bobina é conhecido (200 metros para o exemplo), será verificada uma emenda nesta distância com ZME=3m,

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ou seja, o degrau da emenda irá ocupar 3m na tela do OTDR. Será observado um trecho de fibra antes da queda do sinal, como mostra a figura 15. Neste caso a fibra estava interrompida a 10m da emenda.

Figura 76: Gráfico expandido em uma fibra testada com

bobina de teste. Este caso foi observado em um cabo aéreo com emendas

enterradas no leito de uma rodovia. No teste com o OTDR, foi verificado o rompimento a 22km da estação A, sendo que o enlace era de 70km. Havia uma emenda no ponto verificado, mas nada de anormal foi detectado nesta emenda, a mesma foi refeita e o problema persistia. Levando o OTDR até a emenda, foram feitos testes nas direções das duas estações. O teste indicou que em direção a estação A, não havia problema, mas também indicou que não havia sinal óptico na tela do OTDR, na direção da estação B, isso mesmo com LP=10ns. Após o teste com a bobina, verificamos que o problema estava a 10m da emenda, que correspondia à distância até a curva da subida lateral junto ao poste. Foi então aberta a vala da caixa subterrânea até o poste (2 metros) e foi verificado que não havia curva na base do tubo de ferro. O que ocorreu foi que o mesmo havia descido e estava provocando um esforço no cabo. O tubo foi alteado e fixado ao poste, o cabo foi reacomodado e desamassado e o sistema normalizou.

Para minimizar os riscos de novas ocorrências deste tipo, as seguintes medidas podem ser adotadas:

(a) Exigir a instalação de curvas na base de toda subida lateral, antes da implantação do cabo;

(b) Orientar todas as pessoas que forem prestar serviços de lançamento de cabos ópticos sobre a sensibilidade a curvaturas acentuadas no cabo.

Casos de Eventos distantes do ponto de teste

Caso 4 - Vento Fantasma (Ghost) Fantasmas são pulsos que aparecem na tela do OTDR em

pontos onde não existe interface fibra/ar. São reflexões de Fresnel sendo retransmitidas pela fibra repetidas vezes, ou seja, a reflexão

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de Fresnel "viaja" de volta pela fibra e quando chega à outra interface tibra/ar, haverá uma reflexão de Fresnel da primeira reflexão. Esta reflexão da reflexão de Fresnel irá "viajar" pela fibra no mesmo sentido do sinal transmitido e na interface fibra/ar haverá outra reflexão de Fresnel. Se o nível do sinal desta terceira reflexão for superior ao do retroespalhamento do sinal original, aparecerá um pulso na tela do OTDR neste ponto. A curva do sinal retroespalhado antes e após o fantasma não sofrerá nenhuma modificação, mas o trecho onde aparece o fantasma não poderá ser analisado com precisão. Desta forma, se houver algum evento neste trecho, não será possível precisar a distância até este evento.

Os fantasmas aparecem com mais freqüência em OTDRs com fibra interna. Para um OTDR com 200m de fibra interna, é comum a presença de fantasmas nas distâncias múltiplas de 200 metros, como mostrado na figura 16. Alguns enlaces curtos, normalmente com menos de 10km, costumam representar uma curva fantasma atenuado de pelo menos 14dB em relação a curva real. Isto pode ocorrer quando o conector na outra extremidade não for APC e estivermos utilizando um OTDR com grande alcance dinâmico. A Figura 17 mostra um exemplo de curva fantasma.

Figura 77: Tela de um OTDR com 200m de fibra interna,

mostrando dois fantasmas, a 200 e 400m.

Figura 78: Tela de um OTDR com curva fantasma. Neste caso

b=2.a Caso 5 - Eventos não - Reflexivos muito, Próximos entre si Quando existem dois eventos não-reflexivos muito próximos,

dependendo da largura de pulso aplicada os dois podem se misturar gerando uma distorção na curva do OTDR como mostrado na figura 18.

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Figura 79: gráfico ampliado no ponto com dois eventos

próximos, com LP=400ns. Para uma boa interpretação deste evento, deve-se fazer nova

medição com uma LP menor. Para este exemplo foi utilizado uma LP de 1000ns (a primeira medição havia sido feita com 4000ns). Pode-se observar nitidamente na figura 19 o início e fim dos dois eventos.

Figura 80: gráfico ampliado no ponto com dois eventos

próximos, LP=1000ns. É importante aqui ressaltarmos que na figura 18 os dois

eventos consecutivos geram a falsa impressão de um pulso negativo. Porém isto não seria possível, visto que para haver um pulso negativo do sinal retroespalhado seria necessário uma redução brusca do sinal retroespalhado e depois de um tempo o retorno do sinal. Neste caso, o que acontece é que temos uma emenda com atenuação e depois uma emenda com ganho, como pode ser observado na figura 19. Esta atenuação seguida de um ganho muito próximo, pode gerar esse erro de interpretação se o OTDR estiver configurado com uma largura de pulso grande. De qualquer forma, vale ressaltar que não existe nenhuma possibilidade de haver um pulso negativo, o que ocorreu foi apenas o efeito da mistura de dois eventos não-reflexivos.

11.14. Conclusões Como foi verificado ao longo desse trabalho, a atenuação é um

parâmetro muito significativo também nas redes ópticas atuais. O OTDR continua sendo o melhor instrumento para gerenciar e garantir a confiabilidade dos parâmetros de atenuação destas redes. De maneira geral, o operador do OTDR deve sempre se lembrar que o

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parâmetro mais significativo na configuração de um OTDR é a largura do pulso que será utilizada no teste. Sendo assim, na grande maioria dos casos, a escolha correta da largura de pulso será suficiente para solucionar o problema. Como regra básica, para enlaces longos são utilizados pulsos maiores e para enlaces curtos são utilizados pulsos menores, entretanto, quando existe um problema em um ponto específico do enlace, o operador do OTDR precisa se lembrar de desprezar o resto do enlace e escolher a largura de pulso adequada para o evento em questão.

Para os técnicos de campo, muitas vezes, as literaturas existentes são muito complexas, dificultando a correta interpretação do texto. Acreditamos que este trabalho possa auxiliar no aprendizado destes técnicos, viabilizando a realização de testes de atenuação confiáveis na instalação e manutenção das redes ópticas. Sabemos que outros problemas e dúvidas não abordados neste trabalho possam surgir, mas é praticamente impossível esgotar todas as possibilidades. Mas sabemos também que os exemplos citados se não forem idênticos aos que estiverem sendo analisados em campo, podem pelo menos servir de referencia para um novo estudo de caso. Nesse sentido, acreditamos que seja útil a elaboração de trabalhos semelhantes a esse, enfocando-se os diversos instrumentos de medida existentes no mercado.

Para a verificação dos sistemas ópticos atuais, vários parâmetros novos precisam ser avaliados. Em função disso, diversos equipamentos têm sido oferecidos pelos fabricantes no intuito de garantir a qualidade desejada, principalmente para sistemas DWDM. Entre os principais equipamentos disponíveis no mercado, podemos citar:

(a) OSA - Analisador de espectro óptico, (b) MWM - Medidor de multi comprimento de onda; (c) Medidor de dispersão cromática; (d) Medidor de PMD. A correta interpretação dos resultados apresentados pelos

instrumentos é essencial para assegurar a qualidade das redes e também para possibilitar a correta e rápida solução de problemas detectados nos sistemas em operação.

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ANEXO A. DWDM

Multiplexagem Densa por Divisão de Comprimento de Onda, DWDM, tem sido o foco das atenções na busca por alternativas para aumentar a banda-passante das redes de telecomunicações.

A demanda por velocidades de transmissão cada vez maiores forçou os sistemas TDM até seu limite prático de 10 Gbit/s. Agora restam duas alternativas. A instalação de novas fibras é uma delas, porém o alto custo e o tempo de construção envolvidos tornam-na impraticável na maioria dos casos.

A tecnologia DWDM, por outro lado, oferece o potencial de terabit/s, e melhor, com uma relação custo-benefício excelente. Ela pode ser implementada simultaneamente com uma nova rede ou ser usada para re-equipar sistemas sobrecarregados já existentes. Sistemas multi-comprimento de onda vêm, conseqüentemente, tendo uma penetração cada vez maior junto às operadoras de longa distância, regionais, empresariais e de TV a cabo. Seu mercado está crescendo dramaticamente em todo o mundo. Em 1998, ele movimentou cifras de US$ 2.5 bilhões/ano e o crescimento em 99 foi superior a 35%. DWDM tem sido usado principalmente em redes de longa distância (terrestre e submarina) para expandir a capacidade de enlaces troncais, permitindo que um maior numero de sinais (transportados por diferentes comprimentos de onda) sejam transmitidos simultaneamente numa única fibra e, assim, multiplicando a capacidade das fibras. No entanto, com a demanda crescente por banda-passante também nas operadoras locais e de TV a Cabo, o emprego de DWDM em redes metropolitanas começa a despontar. DWDM permite que as operadoras adicionem novos comprimentos de onda às suas redes incrementalmente, um de cada vez, um conceito conhecido como escalabilidade. É o caso, p.ex., de quando um fabricante oferece um sistema de 16 canais enquanto que a operadora talvez necessite de apenas 4 ou 6 canais inicialmente e queira adicionar outros quando a demanda aumentar. Esta é uma vantagem fantástica pois oferece às operadoras uma ferramenta para lidar com a incerteza numa época de competição aterrorizante.

A tecnologia DWDM é transparente à taxa e ao formato modulação. Isto é, sinais com protocolos (SDH, IP, ATM, Frame Relay etc) ou taxas de transmissão (622Mbit/s, 2.5Gbit/s, 10gbit/s) diferentes podem ser multiplexados numa mesma fibra. Não há, a princípio, a necessidade de convertê-los intermediariamente para o domínio SDH. Isto torna possível segregar grupos de usuários ou de serviços dentro de uma banda-passante maior sem a necessidade de multiplexadores

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temporais, o que facilita o gerenciamento e a provisão de serviços e reduz os custos da rede de alta capacidade.

Add/Drops ópticos também podem ser usados, permitindo que canais (comprimentos de onda) sejam derivados ou inseridos ao longo da fibra, o que introduz uma grande flexibilidade nas redes de longa distância e, também, permite aumentar a confiabilidade da rede. O tráfego de dados (chaveamento de pacotes - IP, ATM etc), fomentado pelo crescimento explosivo da internet, dos serviços multimídia etc., deve superar cada vez mais o tráfego de voz (chaveamento de circuitos - SDH, PDH). Em outras palavras, as redes de telecomunicações estão migrando de redes centradas em voz para redes centradas em dados. Conseqüentemente, para maximizar a eficiência e reduzir o custo da rede, convém eliminar a camada SDH intermediária entre as camadas IP (ou ATM) e DWDM. Porém, isto deve ser realizado sem sacrificar os ótimos níveis de confiabilidade e disponibilidade proporcionados pelas redes SDH atuais.

Vem ocorrendo, entretanto, um rápido desenvolvimento de sistemas de monitoramento, proteção e restauração atuantes diretamente na camada óptica e, assim, logo deverão emergir as arquiteturas IP / ATM sobre DWDM. A tecnologia DWDM é apenas o primeiro passo a caminho das redes totalmente ópticas. Combinando DWDM com add/drops e chaves comutadoras ópticas, será possível criar redes de alta capacidade, eficientes, flexíveis e com completo gerenciamento de banda-passante a nível óptico - a infra-estrutura capaz de satisfazer as demandas do setor de telecomunicações deste novo milênio.

Apesar do equipamento DWDM ser normalmente considerado como parte de um Sistema de Transmissão, primariamente utilizado por Empresas de Telecomunicações , o primeiro equipamento comercialmente disponível, que utilizava esta tecnologia , não foi lançado por fabricantes de equipamentos da área de Telecomunicações como seria o usual, mas sim por um fabricante tradicional de equipamentos Computacionais, no caso a IBM. Especula-se que vários fatores contribuíram para este lançamento, a saber:

• Necessidade de um Equipamento de Transmissão que possibilitasse a interconexão ponto a ponto, entre os chamados Mainframes (Computadores de Grande Porte) de CPD`s (Centros de Processamentos de Dados), localizados em uma mesma metrópole, com fins de se fazer Backup's e, outros serviços que demandavam Altas Taxas de

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Transmissão e, que permitisse quando necessário, um fácil e rápido aumento de sua capacidade.

• Demora, das Empresas de Telecomunicações em providenciar Fibras adicionais, necessárias para atender expansões, que sempre ocorrem, devido ao aumento do tráfego de dados, nas interligações ponto a ponto, de CPD`s .

• Altos preços praticados pelas Empresas de Telecomunicações, para interconexões ponto a ponto, utilizando Fibras Ópticas.

• Falta de Fibras Ópticas, nos Cabos das Redes Ópticas das Empresas de Telecomunicações.

Assim sendo, em 1994, foi introduzido no mercado o equipamento IBM 9729 Optical Wavelength Division Multiplexer , em dois modelos: 041 e 001. Estes equipamentos eram modulares e permitiam mediante a simples inserção de unidades modulares tipo cartão, em ambas as pontas do enlace, ampliações ou acréscimo de canais na medida da necessidade, que possibilitando respectivamente, de 1 até 4 Canais Bidirecionais (8 Canais ou Comprimentos de Onda, no total) no modelo 041 e, de 1 até 10 Canais Bidirecionais (20 Canais ou Comprimentos de Onda, no total) no modelo 001. Ambos os modelos operavam dentro da 3.ª Janela ou, Banda C , entre 1.540 nm á 1.559 nm, com Canais ou Comprimentos de Onda em incrementos de 1nm. Este equipamento, quando usado em Fibras Ópticas do tipo Monomodo com atenuação média de 0,2 dB por Kilómetro, padrão para a época, permitia trafegar canais com taxas de 200 Mbps, geralmente usando uma interface proprietária, ESCON (E nterprise S ystem CON nection) á distâncias de 43 á 50 Km, de forma Bidirecional, utilizando apenas uma fibra do par de fibras que era fornecido pelas Empresas de Telecomunicações. Opcionalmente, poderiam ser fornecidos outros tipos de interfaces como: FDDI (100 Mbps), OC - 3 ou STM - 1 (155 Mbps), Fast Ethernet (100 Mbps), Sysplex Timer (16 Mbps) e ainda interfaces para links proprietários de acoplamento (1GBPS). Uma peculiaridade deste equipamento é a Alimentação de Energia Elétrica, pois ao contrário dos equipamentos de Telecomunicações, cujo padrão é Alimentação em Corrente Contínua com Tensão de - 48 Vcc, este equipamento apresentava como única opção, Corrente Alternada com Tensões de 110/220 Vca, Freqüência de 50/60 Hz, que é o padrão normalmente utilizado em CPD`s.

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Outro fato interessante é, que passado todo este tempo, ainda hoje, este equipamento vem sendo usado no Brasil, principalmente por Bancos e Instituições Financeiras. Logo após, por volta de 1.996, vários fabricantes tradicionais da área de Telecomunicações apresentaram equipamentos DWDM e, salvo engano, o primeiro deles foi a Ciena Corporation dos Estados Unidos. Depois de um curto espaço de tempo, fatores como os abaixo citados:

• Domínio pleno e massificação desta tecnologia. • Utilização das Redes de Cabos de Fibras Ópticas, já existentes

nas empresas de Telecomunicações. • Talvez a melhor relação custo / benefício, que se apresentava

para equipamentos de telecomunicações; levando-se em conta, o número de canais, associados á altas taxas de transmissão. • Grande número de fabricantes de componentes Opto-Eletrônicos, oferecendo praticamente todos os componentes e módulos necessários, para a montagem de equipamentos DWDM.

• Redução do tamanho, complexidade, consumo de energia elétrica, preço e, aumento da confiabilidade, dos componentes Opto-Eletrônicos acima referidos.

• Grandes perspectivas de venda, para aplicação em Redes Fotônicas de Acesso, Metropolitanas, Estaduais, Nacionais e Internacionais (Submarinas).

• Perspectivas de um grande aumento, do tráfego telefônico de voz e dados, este último principalmente motivado pelo fenômeno Internet.

• Novos tipos de Cabos Fibras Ópticas e, melhoria nos parâmetros das Fibras.

Fizeram que, quase cinqüenta empresas, de paises como: Alemanha, Canadá, China, EUA, França, Itália, Inglaterra, Japão, Suécia e, até mesmo uma no Brasil, apresentassem equipamentos DWDM. Entretanto com a chegada da maior crise registrada na história das Telecomunicações, que se instaurou á nível mundial, por volta do fim do ano de 2.001, forçou um grande número destas empresas, a saírem desta área, sendo vendidas para terceiros ou simplesmente encerrando suas atividades. As empresas que permaneceram no mercado, pela falta de venda de seus produtos, devido á esta crise, reduziram a produção deste tipo de equipamento e cessaram ou reduziram fortemente seus

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investimentos em P&D (Pesquisa e Desenvolvimento, em Inglês: R&D = Research And Development). De uma maneira geral, podemos dizer que, hoje em dia, apesar da crise acima referida, os equipamentos DWDM são apresentados de diversas formas, para melhor atender á aplicações específicas, além de propiciar melhores preços. Assim sendo, estão comercialmente disponíveis equipamentos DWDM para:

• Redes de Acesso, • Redes Metropolitanas (normalmente, chamados

abreviadamente de Metro), • Redes de Longa Distância (geralmente denominados LH, do

Inglês: Long Haul, que, em uma tradução livre, significa: Transporte de Longa Distância),

• Redes Submarinas, também chamadas de ULH (do Inglês: Ultra Long Haul).

Existe uma forte tendência por parte dos fabricantes, para produzir Novos Equipamentos DWDM que utilizem maior número de Bandas, que tenham Espaçamentos Menores e, ou Taxas de Transmissão cada vez Maiores, sendo as mais usuais, as de 10 Gbps e 40 Gbps, embora alguns fabricantes já anunciem equipamentos com Taxas de 80 Gbps. A razão para isto é muito simples: Maiores Capacidades de Transmissão, com Custos cada vez Menores. Portanto a seguir, abordaremos os Novos Equipamentos DWDM que se apresentam com Altas Taxas de Transmissão e, ou Espaçamento Reduzido entre Canais. Equipamentos DWDM com Altas Taxas De Transmissão Apesar da crise que as Telecomunicações vem sofrendo, os Componentes Eletro-Ópticos tem apresentado grandes evoluções, que estão propiciando a fabricação de Novos Equipamentos DWDM, que apresentam Altas Taxas de Transmissão, sendo anunciados equipamentos operando á Taxas de 40 Gbps e, para um futuro próximo Taxas de 80 Gbps, que proporcionam as seguintes vantagens:

• Alta Capacidade de Transmissão devido as Taxas mais altas. • Melhora dos Sistemas de Modulação pela introdução do

esquema NRZ (Non Return to Zero) em substituição ao tradicional esquema RZ (Return to Zero).

• Introdução de FEC e, ou outros Sistemas de Correção de Erros.

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• Menores espaçamentos entre canais. • Aumento da confiabilidade destes componentes, geralmente

expressa em MTBF (do Inglês: M ean T ime B etween F ailures , ou seja, Tempo Médio Entre Falhas).

• Redução no tamanho físico, destes componentes. • Redução nos seus preços.

Além disso, podemos dizer que os Novos Equipamentos DWDM, que possuem Taxas de Transmissão mais altas permitem: A) Menor número de Componentes Eletro-Ópticos, implicando diretamente em:

• Equipamentos com menores Pesos e Dimensões • Menor ocupação de Espaço Físico, no local onde estes

equipamentos são instalados • Menor consumo de Energia Elétrica • Menor carga térmica (calor emitido pelo equipamento, que tem

que ser absorvido e dissipado pelo equipamento de ar condicionado)

• E ainda prova-se, por meio de formulações matemáticas que, quanto menor o número de componentes em um equipamento, maior será a confiabilidade apresentada por este equipamento que pode também ser traduzido, como um aumento na disponibilidade sistêmica.

B) Estes Novos Equipamentos permitem ainda adotar algumas alternativas que tornam a sua utilização mais flexível e econômica, das quais podemos citar as seguintes:

• Uso de um menor número de canais, decorrente das Altas Taxas de Transmissão utilizadas.

• Uso de Amplificadores Ópticos de baixa complexidade e, portanto de menor custo, pois a largura espectral (decorrente do uso de um pequeno de número canais próximos, que serão amplificados), será menor e, conseqüentemente os problemas que normalmente ocorrem com a linearidade destes dispositivos que geralmente são administrados pelo uso de Equalização Dinâmica, podem ser mais facilmente equacionados.

• Espaçamentos maiores entre canais que, em certos casos, possibilitam usar LASER´s com menor estabilidade, o que implica em custos menores.

• No caso do emprego de LASER´s sintonizáveis, se utilizarmos um numero reduzido de canais, a faixa de excursão também ficara reduzida, não necessitando, por exemplo, ser sintonizável em toda Banda C ou L, o que torna possível o uso de dispositivos de menor complexidade e por decorrência, custo.

• Devido ao menor número de canais, os custos envolvidos para sistemas de proteção e contingência, se apresentam menores.

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• Para a implantação das novas Redes Comutadas Totalmente Ópticas, comumente denominadas de ASON ou ASTN (respectivamente, do Inglês: A utomatically S wiched O ptical N etworks e A utomatically S wiched T ransportl N etworks , como o custo é diretamente proporcional ao número de canais comutados, quanto menor o número de canais, menor será o custo.

• Uso de Cabos de Fibras Monomodo do tipo DS (do Inglês: D ispersion S hifted ; ou seja: Dispersão Deslocada), as quais em passado recente foram amplamente utilizados pelas Empresas de Telecomunicações no Brasil e, que se já se encontram instalados, principalmente em interligações de Longa Distância*.

* Obs: No caso da instalação destes novos equipamentos, que possuem Taxas de Transmissão extremamente elevadas, sobre Fibras DS já existentes, para assegurar um bom desempenho, deverão obrigatoriamente ser levantadas em campo, através de medidas precisas, os parâmetros característicos destas Fibras, atentando principalmente para a PMD (do Inglês: P olarization M ode D ispersion), pois caso esta seja muito elevada, criará sérias dificuldades. C) No tocante ao emprego destes Novos Equipamentos, temos:

• Como já foi abordado anteriormente, quando discorremos sobre sistemas Ópticos TDM, a tendência que tem se verificado é, que equipamentos com Taxas de Transmissão mais elevadas apresentam custos inferiores do que aqueles com maior número de canais necessários para atingir a mesma capacidade.

Em outras palavras um equipamento com um canal de 2,5 Gbps tem menor custo que um equipamento com 4 canais de 622 Mbps, um de 10 Gbps custará menos que 4 de 2,5Gbps e, proximamente, um equipamento com um canal de 40Gbps custará menos do que um equipamento com 4 canais de 10 Gbps.

• Menores custos de Operação e Manutenção, devido em grande parte ao MTBF dos novos componentes eletro-ópticos, consumo de energia, carga térmica, etc.

• Simplificação dos Sistemas de Gerência e Supervisão intrínsecos ao próprio equipamento.

• Tempo de Instalação mais reduzidos, com Custos Menores. • Menores custos de Transporte do equipamento, decorrentes dos

reduzidos valores de tamanho e peso. D) Novas implantações,

• Passa a existir a possibilidade de instalação destes Equipamentos em edificações comuns, que não precisam mais possuir as características encontradas nos prédios normalmente usados, até os dias de hoje, para abrigar Equipamentos de Telecomunicações.

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A título de informação, aclaramos que, estes prédios tinham obrigatoriamente que ter ´´pé direito`` (altura do andar, medido entre o piso e o teto) extremamente alto, pisos dimensionados para suportar grandes cargas por metro quadrado, salas com amplos espaços, grandes sistemas de Refrigeração e Ar Condicionado, equipamentos de fornecimento de Energia complexos e de alta capacidade, etc

• Possibilidade de instalação deste tipo de equipamento em prédios de clientes ou de terceiros.

Some-se ao acima exposto, o fato de que até recentemente, vários autores apontavam como a única aplicação possível de Equipamentos com Altas Taxas de Transmissão, como por exemplo, 40 Gbps, seria em Redes Metropolitanas.

Entretanto em Março de 2.003 foi apresentado em Atlanta, no estado da Geórgia, USA, na OFC (O ptical F ibre C ommunication conference & exposition) pela empresa Mintera um equipamento DWDM, que possibilitava a transmissão de 40 canais de 40 Gbps, totalizando 1,6 TBps a uma distância recorde de 10.000 Km, sem o uso de regeneração elétrica, usando a cada 100 km Amplificadores Ópticos de Linha do tipo Raman, os quais serão posteriormente abordados neste texto. Equipamentos DWDM com Espaçamento Reduzido entre Canais. Nos dias de hoje, os equipamentos normalmente apresentam espaçamentos entre canais de 100 GHz ou 50GHz, sendo que, em Outubro de 2.000, foi anunciado por um fabricante que, caso houvesse demanda, que estariam aptos a fornecer equipamentos, com espaçamentos de 25 GHz, 12,5 GHz ou ainda menores. O número de Canais que os Equipamentos DWDM hoje apresentam, equipamentos é variável, mas com espaçamentos de 50 GHz, ou menores, pode ultrapassar os 160 Canais A título de informação, na última ECOC (European Community Optical Communications Conference), realizada em Munique, Alemanha, a NEC do Japão, anunciou um recorde, para equipamentos comerciais DWDM, de 6,4 Tbps (Terabits por segundo), transmitido 160 Canais, com Taxas de 40 Gbps, com espaçamento de 50 GHz á uma distância de 186 km. Em Maio de 2.002, uma empresa norte-americana, anunciou um equipamento com espaçamento entre canais de apenas 6,25 GHz, o qual chamou de WDM Hiperfino.

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Este equipamento funciona como um equipamento DWDM convencional, porém cada canal é subdividido em 16 canais, cada um com Taxa de Transmissão de 2,5 Gbps, totalizando, portanto, uma Taxa de Transmissão 40 Gbps. Desta forma é possível alocar 640 canais de 2,5 Gbps, somente na Banda C, o que resulta uma Taxa de Transmissão total de 1,6 Tbps. O leitor perguntaria: Qual seria a vantagem de se transmitir um elevado número de canais, com Taxas de Transmissão relativamente baixas (2,5 Gbps)? A resposta é simples; aproximadamente 38% de todos os Cabos de Fibra Ópticos, existentes já há algum tempo, instalados para suportar antigos Sistemas Ópticos TDM ou Sistemas WDM de primeira geração, não conseguem propagar adequadamente Taxas de Transmissão iguais ou superiores á 10 Gbps. Portanto Sistemas DWDM que, apresentam Taxas de Transmissão relativamente baixas como, por exemplo, de 2,5 Gbps, não enfrentam, no caso de Fibras antigas, os problemas normalmente encontrados em Sistemas DWDM com Taxas de Transmissão mais altas, principalmente os relacionados com o da Dispersão de Pulsos. Mux. e Demux A Figura 14 nos mostra a representação de um Sistema WDM, onde vários sinais ópticos de mesma intensidade, com espaçamento adequado e com comprimentos de onda altamente estáveis, são combinados em um dispositivo óptico passivo, denominado Multiplexador Óptico, ou Mux.Óptico, ou ainda simplesmente Mux. Na outra extremidade da Fibra, um equipamento chamado Demultiplexador Óptico, ou Demux.Óptico, ou ainda simplesmente Demux.

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Transponder Na realidade é muito difícil obter comprimentos de onda entrantes em um Multiplexador Óptico, com sinais de mesma intensidade e, com espaçamento adequado entre eles. Para resolver esta situação foi desenvolvido dentro do Sistema WDM um subsistema chamado de Transponder que se encontra de modo simplificado ilustrado na Figura 15, que tem por finalidade uniformizar a intensidade e comprimentos de onda dos sinais ópticos recebidos e, impor um espaçamento adequado.

Internacionalmente, os Transponders, dependendo dos tipos das funções que internamente executam, como resumidamente encontra-se explicado na Tabela 3 abaixo, são designados como 1R, 2R e, 3R.

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OADM No início, os sistemas DWDM em um enlace ponto a ponto, não podiam ser retirados ou adicionados ao longo deste enlace. Entretanto, em um curto espaço de tempo foram desenvolvidas novas técnicas denominadas OADM (do Inglês: O ptical A dd and D rop) permitindo que comprimentos de onda fossem retirados e, ou adicionados, em pontos ao longo da de um enlace. Estes primeiros sistemas eram do denominado tipo estático, isto é, os comprimentos de onda retirados e inseridos eram fixos. A Figura 16 nos ilustra um sistema DWDM, com um OADM deste tipo.

Claro está, que este sistema, apesar de simples e, de custo relativamente baixo tem suas limitações ou sejam:

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• No caso de se inserir ou derivar mais canais é necessária a presença de pessoal técnico no local onde será feita esta operação, para a colocação de módulos no equipamento, sendo que geralmente um modulo para cada Comprimento de Onda.

• Existe a necessidade de se ter em estoque todos estes módulos com os diferentes Comprimentos de Onda, utilizados no sistema, como partes de reposição.

Com o advento dos Diodos LASER´s sintonizáveis, uma parte do problema acima descrito foi resolvido, pois não seria mais necessário ter em estoque, para fins de troca e reposição, unidades de Add and Drop, mas sim algumas unidades, que no caso de serem utilizadas, seriam sintonizadas em campo para o Comprimento de Onda desejado, como nos mostra a Figura 17.

Com o passar do tempo, alguns Fabricantes incorporaram em seus produtos a possibilidade de executar a inserção e retirada de Comprimentos de Onda, de forma remota, permitindo desta forma o chamado ROADM (do Inglês: R econfigurable O ptical A dd and D rop) , ou seja, um OADM Reconfigurável. Alguns equipamentos apresentam hoje, inclusive, a possibilidade da conversão de Comprimentos de Onda, característica esta extremamente desejável em Sistemas de Alta Complexidade, onde pode ocorrer o fenômeno indesejável, de dois Comprimentos de Onda iguais. A Figura 18 nos mostra a aplicação prática de um OADM, inserido em um Enlace.

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OXC Outro elemento fundamental, a ser usado na arquitetura de uma Rede Totalmente Óptica (em inglês, A ll O ptical N etwork : AON ) é o chamado Optical Cross Connect, abreviado como OXC, ou seja, em uma tradução livre; Chave Óptica. A Figura 19 ilustra o esquema de uma Chave Totalmente Óptica, que pode conectar qualquer Sinal Óptico, entre n portas de entrada e n portas de saída, não necessitando para isto, fazer conversão qualquer tipo de conversão Óptico - Elétrico - Óptico.

A Figuras 20 e 21, nos mostram a interligação de duas Redes Ópticas, por meio de um OXC.

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Tutorial sobre equipamentos DWDM - Autor: Luiz Felipe de Camargo Fernandes www.teleco.com.br