R E D E S Ó P T I C A S

Curso 1Fibra Óptica: Conceitos e Aplicações

Redes Ópticas

Reprodução proibida. Art. 184 do Código Penal e Lei 9.610 de 19 de fevereiro de 1998.Todos os direitos reservados

Fundação Instituto Nacional de Telecomunicações – Finatel

Redes Ópticas

Equipe Multidisciplinar

Prof. MSc. Carlos Augusto RochaPró-diretor de Desenvolvimento de

Tecnologias e Inovação

Prof. MSc. André Luís da Rocha Abbade Gerente de Educação Continuada e

Revisor Técnico

Profª. Rosimara SalgadoCoordenadora NEaD e Designer Instrucional

Eng. Daniel Bustamante da RosaAutor

Douglas RosaWebmaster e Suporte Técnico

Ellen PatríciaDesigner Gráfico e Diagramadora

Juliano InácioProdutor de Vídeos

Luan Osório dos SantosProdutor de Vídeos

Profª. Vera Sônia de Freitas RochaRevisora Gramatical

Boas-vindas!

Prezado(a) Aluno(a),

Todos nós estamos vivendo em um mundo conectado. A todo o momento, estamos usando o celular, o computador, a internet, a TV... Nossos utensílios estão progressivamente mais “tecnológicos” e tudo está gradativamente mais conectado! E você, já parou para pensar que existe um universo por trás de toda essa tecnologia que utilizamos no nosso dia a dia?

Este curso trata de um meio de transporte que tornou possível toda essa interconexão. Todos nós queremos mobilidade, redes sem fio, conexão o tempo todo e em todo lugar, mas toda essa informação disponível nos nossos equipamentos “smarts” precisa escoar. Precisa de um meio de transmissão robusto que suporte esse tráfego que cresce a cada instante: A Fibra óptica!

O Vídeo 1 apresenta o curso “Fibra Óptica – Conceitos e Aplicações”.

Bons estudos!

Vídeo 1 - Boas-vindas!

Lista de Ilustrações

Figura 1 - Partes de uma Fibra Óptica .......................................................................................................13Figura 2 - Reflexão da Luz ..........................................................................................................................16Figura 3 - Meios Transparentes ..................................................................................................................17Figura 4 - Rede PON ...................................................................................................................................22Figura 5 - WDM-PON ..................................................................................................................................26Figura 6 - TWDM .........................................................................................................................................27Figura 7 - Compartilhamento Inteligente do espectro ...............................................................................27

Lista de Tabelas

Tabela 1 - Tabela de Índice de Refração ....................................................................................................18

Lista de Siglas e Abreviações

AWG - Arrayed Waveguide GratingOLT – Optical Line Terminal, Terminal de Linha ÓpticaONU – Optical Network Unit, Unidade de Rede ÓpticaWDM – Wavelength-division Multiplex, Multiplexação por divisão de comprimento de ondaTDM – Time Division Multiplex, Multiplexação por divisão de tempoFTTH – Fiber To The Home – Fibra até a CasaPON – Passive Optical Network, Rede Óptica PassivaFTTA – Fiber To The Apartment – Fibra Até o ApartamentoFTTN – Fiber To The Node – Fibra até o NóFTTB – Fiber To The Building – Fibra até o PrédioFTTC – Fiber To The Curb – Fibra até a CalçadaDGO – Distribuidor Geral ÓpticoDGOI – Distribuidor Geral Óptico InternoCEO – Conjunto de Emenda ÓpticaCTO – Caixa de Terminação Óptica

Sumário

Vídeo 1 - Boas vindas! ..................................................................................................................................5Capítulo 1 - Introdução ...............................................................................................................................10Vídeo 2 - Fibra Óptica - A luz do futuro ......................................................................................................11Capítulo 2 - O Que é Fibra Óptica ..............................................................................................................12Vídeo 3 - A Fibra Óptica ..............................................................................................................................14Capítulo 3 - Funcionamento .......................................................................................................................15

3.1 Reflexão .......................................................................................................................................153.2 Refração.......................................................................................................................................16

Capítulo 4 - Aplicações ...............................................................................................................................19Vídeo 4 - Aplicações ...................................................................................................................................20Capítulo 5 - FTTx .........................................................................................................................................21Vídeo 5 - Arquitetura FTTx ..........................................................................................................................23Capítulo 6 - Novas Tendências ..................................................................................................................24Vídeo 6 - Evolução da Internet ...................................................................................................................25Capítulo 7 - Considerações Finais..............................................................................................................29Vídeo 7 - Considerações finais do curso ....................................................................................................30Vídeo 8 - Trilha "Redes Ópticas" .................................................................................................................31Vídeo 9 - Faça o Quiz e entre no programa de fidelidade .........................................................................32

Anotações

Capítulo 1 - Introdução

É fato que o mundo conectado de hoje precisa de uma rede de transporte robusta para suportar todo o tráfego dos dias atu-ais. A fibra óptica é a resposta, pois ela não só é capaz de fazer todos esses dados escoarem, como também é responsável pelo avanço das transmissões de dados em todo mundo. Graças a ela que foi possível alcançar as taxas de transmissão aplicadas nos dias de hoje. [1]

O Vídeo 2 trata um pouco da importância da Fibra óptica nos bastidores das redes de dados:

Vídeo 2 - Fibra Óptica - A luz do futuro

Anotações

Capítulo 2 - O Que é Fibra Óptica

Fibras ópticas são fios longos e finos de vidro muito puro. Cada fibra apresenta diâmetros na faixa de micrômetros (mais fino do que um fio de cabelo) até vários milímetros. A maioria das fibras ópticas fabricadas são feitas de sílica, matéria prima do vidro, com alto grau de pureza. As fibras são capazes de transmitir informação ao longo de grandes distâncias desde que esses dados estejam no formato de luz.

Uma Fibra óptica é composta, basicamente por núcleo, casca e revestimento. O núcleo e a casca são responsáveis pela trans-missão enquanto que o revestimento tem a função de proteção das partes internas. Em uma fibra óptica comum, o feixe de luz respon-sável pela informação a ser transmitida trafega dentro do núcleo. A função da casca é de manter a luz confinada dentro do núcleo através das propriedades de refração da luz. E, por último, o reves-timento, além de proteger o núcleo e a casca contra rompimento e trações, também protege contra sujeiras e impurezas do meio. A Figura 1 ilustra uma fibra óptica e suas partes.

Sílica – Também conhecido como Dióxido de silício é o principal componente da areia e a principal matéria prima para o vidro. Possui várias formas cristalinas. Entre elas o quartzo, o topázio e a ametista.

Glossário

O Que é Fibra Óptica 13

Anotações

Revestimento

CascaNúcleo

Figura 1 - Partes de uma Fibra Óptica

O Vídeo 3 apresenta a fibra óptica.

Vídeo 3 - A Fibra Óptica

Anotações

Capítulo 3 - Funcionamento

O Funcionamento da fibra óptica se dá baseado nos princípios da luz como reflexão e refração.

3.1 Reflexão

Provavelmente, a reflexão é o fenômeno da Luz mais fácil de ser notado. Quando um Raio de Luz atinge uma superfície plana, ele sofrerá um desvio. Este fenômeno é chamado de Reflexão da Luz e é demonstrado na Figura 2 em que se denomina raio de luz incidente, aquele que vai contra a superfície; e raio de luz refletido, aquele que rebate na superfície sofrendo um desvio.

Funcionamento16

Anotações

Superfície Plana

Raio de LuzIncidente

Raio de LuzRe�etido

Figura 2 - Reflexão da Luz

Um exemplo prático de reflexão é o espelho plano, no qual podemos ver nosso reflexo através dele. Quanto mais plano, mais perfeito e simétrico se dá a imagem refletida.

A refração ocorre quando a luz atravessa meios diferentes. Para exemplificar, sejam dois meios distintos, homogêneos e transparentes. Um meio homogêneo é aquele em que todos os pon-tos apresentam as mesmas propriedades físicas de densidade, pressão e temperatura. Um meio trans-parente é aquele que é possível visualizar os ob-jetos nitidamente através dele. Ele permite a pas-sagem da luz de forma regular. A refração ocorre quando a luz atravessa de um meio homogêneo e transparente para outro também homogêneo e transparente, porém diferente do primeiro. A Figura 3 ilustra um meio transparente e a luz transpassando por ele. Pode-se citar o ar, água pura, o vidro como meios transparentes. [2]

3.2 Refração

Refração – É a capacidade de desviar a luz ao atravessar de um meio para outro.

Homogêneo – Que apresenta as mesmas propriedades físicas de densidade, pressão e temperatura.

Glossário

Funcionamento 17

Anotações

Figura 3 - Meios Transparentes

Na refração, quando a luz cruza de um meio para outro, ocorrerão mudanças na velocidade e na direção de propagação. Essa dependência que a velocidade de propagação da luz possui em re-lação ao meio em que se encontra, possibilitou re-lacioná-lo com um fator de proporção em relação

à velocidade da luz no vácuo, denominado índice de refração absoluto e é dado pela razão da velo-cidade da Luz no vácuo e pela velocidade no meio em que se encontra. Foi designada a letra n para representá-la. A Equação 1 ilustra essa relação.

Equação 1

Na qual:

c – velocidade da luz no vácuo (3x10⁸ m/s);v – velocidade da luz no meio em questão;n – índice de refração absoluto do meio.

No vácuo, a luz não enfrenta nenhuma resis-tência para se propagar. Portanto, o índice de refra-ção absoluto do vácuo é sempre 1. No ar, a dificul-dade da luz para se propagar é extremamente baixa e por esse motivo e para efeito de cálculos, consi-dera-se o índice de refração do ar também igual a 1. A Tabela 1 ilustra valores típicos do índice de refração de algumas substâncias comuns. [2]

Velocidade da luz no vácuo – utilizada como uma referência de cálculo. A velocidade da luz, dada pela letra ‘c’ no vácuo é 299.792.458 m/s, mas, para efeito de cálculo, usa-se c= 300.000.000 m/s ou, simplesmente, c=3x10⁸ m/s.

Glossário

Funcionamento18

Anotações

Tabela 1 - Tabela de Índice de Refração

Substância Índice de Refração (n)

Ar 1

Gelo 1,31

Água 1,35

Álcool 1,36

Acetona 1,36

Azeite 1,46

Glicerina 1,47

Vidro 1,4 – 1,9

Acrílico 1,49

Diamante 2,42

Fibra Óptica SM (Núcleo) 1,480 (valor médio)

Fibra Óptica SM (Casca) 1,465 (valor médio)

Anotações

Capítulo 4 - Aplicações

O objetivo do curso é abordar as aplicações das fibras ópticas em telecomunicações, mas nada impede que se apresentem áreas que também fazem uso da fibra com outras aplicações. Dentre elas, informática, medicina, militares, entre outras.

No Vídeo 4 serão apresentadas algumas das aplicações de fibra óptica:

Vídeo 4 - Aplicações

Anotações

Capítulo 5 - FTTx

O maior obstáculo mundial das redes de telecomunicações, principalmente, quando o assunto é internet, é a rede de acesso. Aqui no Brasil, boa parte dessa rede ainda é composta pelo tradicio-nal par metálico, o que limita a capacidade de banda e, principalmen-te, no alcance da rede, independente de serem usuários residenciais ou comerciais.

A fibra óptica ganhou força nas últimas décadas, devido aos avanços alcançados em sua tecnologia e a procura por melhor cus-to benefício, pois as fibras respondem muito melhor a necessidade atual em banda e alcance do que os rudimentares pares metálicos.

Com a alta demanda de banda necessária para atender os no-vos serviços de convergência, foram feitos grandes investimentos no desenvolvimento e implantação de tecnologias óticas nos últi-mos anos, para aumentar a capacidade de transmissão das redes de acesso via fibra óptica.

Enquanto as redes metálicas são capazes de atingir velocida-des máximas em torno de 100Mbit/s, com alcance muito baixo, as redes de fibra óptica conseguem ultrapassar essa taxa com folga e atingir um raio com dezenas de quilômetros no atendimento domés-tico, além de uma longa vida útil estrutural.

FTTx22

Anotações

Dentre as tecnologias ópticas em implanta-ção, destacam-se as redes PON (Passive Optical Network – Rede Óptica) que são redes ópticas ponto-multiponto passivas que viabilizam o compar-tilhamento de uma única fibra óptica entre diversos pontos finais. Não há nenhum elemento ativo en-tre a central e o equipamento do usuário capaz de amplificar, alterar ou até mesmo tratar o sinal que trafega por ela, tornando essa solução econômica

no que diz respeito à operação, manutenção e implementação.

A rede PON é uma rede óptica passiva com uma arquitetura formada por uma central que englo-ba vários clientes. É formado por um OLT – Optical Line Terminal, Terminal de Linha Óptica e uma ONU – Optical Network Unit, Unidade de Rede Óptica. A Figura 4 ilustra os elementos de uma rede PON.

ONU

ONU

ONU

OLT

Internet

IPTV

Telefonia Fixa

Passive Optical Network

Figura 4 - Rede PON

Já o conceito GPON é o mesmo empregado das redes PON, com a peculiaridade de se alcançar taxas da ordem de Gigabits por segundo (Gbps).

Dentre as arquiteturas das redes PON, desta-cam-se as implantações FTTx, que surgiram com a promessa de solucionar o problema de velocidade de transmissão nas redes de acesso e estão dan-do conta do recado. Tanto no ambiente comercial quanto no residencial, as FTTx permitiram um salto na qualidade e na velocidade das redes implanta-das até então sem afetar muito o custo final.

Com o desenvolvimento da tecnologia e,

consequentemente, a queda do custo de implan-tação, as fibras ópticas começaram a chegar bem perto e até mesmo entrar na casa dos clientes com preços competitivos. A Sigla FTTx vem de suas derivações FTTN, FTTC, FTTB, FTTH e FTTA e serão definidas e descritas no Vídeo 5 a seguir:

FTTx – É um termo genérico para designar arquiteturas de redes de transmissão de alto desempenho, baseadas em tecnologia óptica. Fazem parte da Família o FTTA, FTTB, FTTC e o FTTH dentre outras

Glossário

Vídeo 5 - Arquitetura FTTx

Anotações

Embora a fibra óptica seja algo bastante recente na vida do-méstica, principalmente dos brasileiros, toda essa evolução se deve à enorme capacidade de transporte de dados de suas redes que, durante muito tempo atuaram somente no chamado back Bone, ou seja, as fibras ópticas trabalhavam escoando todo o tráfego de dados das outras redes.

A demanda atual permitiu que o custo das redes ópticas caís-se vertiginosamente possibilitando chegar até a rede acesso, isto é, no consumidor final, e entregar mais de 100Mbps na sala de casa, o que tornou possível oferecer novos serviços antes inviáveis para essa fatia do mercado, como Streaming de vídeo, por exemplo, e também criando novos produtos que hoje, podem ser vendidos para esse público.

Toda essa convergência está apenas começando, pois ainda há um vasto horizonte de possibilidades para se explorar. Mas uma coisa é certa: quem tornou todo esse avanço com a velocidade de dados atual possível foi a Fibra Óptica!

O Vídeo 6 mostra a evolução da internet, comparando as épo-cas e as principais mudanças:

Capítulo 6 - Novas Tendências

Streaming – é uma tecnologia que envia informações digitais multimídia, através de uma rede de computadores como a Internet.

Glossário

Vídeo 6 - Evolução da Internet

Novas Tendências 26

Anotações

O grande trunfo das novas tecnologias utili-zando a fibra óptica é que é possível manter a infra existente. A rede PON continua sendo passiva, mas uma das mudanças é a utilização do WDM dentro do FTTH e não mais o TDM, ou seja, ao invés de

ter um splitter na rede, tem-se um componente que faz o papel de multiplexador/demultiplexador, tendo o sinal óptico separado por comprimento de onda, conforme Figura 5:

OLT

ONU

ONU

ONU

ONU

AWG

Usuário1

Usuário2

Usuário3

Usuário4

Figura 5 - WDM-PON

Desta forma, o AWG funciona como um filtro, separando cada comprimento de onda e encami-nhando para seu usuário específico.

Assim, a informação que a OLT transmite para o usuário 1, por exemplo, só vai chegar para o usuário 1.

No modelo FTTH, com Splitter e TDM, a transmissão era Broadcast e a ONU descartava as informações dos outros usuários. Com o sistema WDM-PON, o sistema óptico, além de uma maior

capacidade, também se tornou mais seguro.Outra tendência que já está virando realida-

de é o TWDM. A Figura 6 mostra um esquema com essa configuração, tendo a distribuição de compri-mentos de onda (WDM) na primeira divisão e, em um segundo estágio da rede PON, a distribuição de pacotes multiplexados no tempo (TDM). Cabe res-saltar que para a divisão de comprimentos de onda, não se pode fazer com splitters e sim com AWG.

Splitter – É um componente passivo da rede óptica capaz de dividir a potência do sinal óptico de maneira uniforme entre as diversas fibras de saída.

Glossário

Novas Tendências 27

Anotações

TDM stage

Splitter

Splitter

WDM stage

TDM stage

ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

ONU

AWG

OLT

Figura 6 - TWDM

Além do grande ganho em taxa de transmis-são e distância alcançada com as redes ópticas, outra grande vantagem é a possibilidade de todas

essas evoluções serem instaladas na infraestrutura óptica já existente, seguindo uma lógica de compar-tilhamento de Banda como mostra a Figura 7:

TWDM OLT1

RF Overlay

Hybrid ODN

XGPONUS

OT DR

GPON OLT

PtP-WDM

PtP-WDM

XGPON OLT

TWDM OLT2

WM

CE

WM

TWDM OLT4-3

FSO

a)

b)

1260 1280 1300 1320 1480 1500

GPONDS QTDM

1530 1540

TWDM PONUS

1600

TWDM PONUS

Freq.

1550 1560 1580 1590 1620

RFVídeo

XGPONDS

XGPONUS PtP-WDM PtP-WDM

Figura 7 - Compartilhamento Inteligente do espectro

Novas Tendências 28

Anotações

O compartilhamento inteligente do espectro consiste em distribuir entre as janelas de transmis-são existentes os diferentes serviços, ou seja, cada uma das tecnologias implementadas irá ocupar comprimentos de ondas distintos, evitando a sobre-posição de banda.

Anotações

Capítulo 7 - Considerações Finais

Neste curso, você pôde conhecer um pouco sobre a Fibra óptica, o que é a Fibra Óptica, como ela funciona, os princípios básicos da luz como Reflexão e Refração e algumas aplicações ópticas.

Foi apresentado também as redes passivas e a arquitetura FTTx que vem ganhando muita força, popularizando-se e se firman-do no mercado nos últimos anos como a melhor oferta de internet residencial em relação a preço, taxa de transmissão e estabilidade.

E, por fim, as novas tendências das redes ópticas mostram que a tecnologia ainda tem muito que crescer e a firmar ainda mais no mercado com a melhor opção de rede de dados.

O Vídeo 7 apresenta um breve resumo do que você viu ao longo do curso.

Vídeo 7 - Considerações finais do curso

Agora que você concluiu o curso, o Vídeo 8 apresenta os demais cursos da trilha de capacitação sobre Redes Ópticas oferecidas pelo Inatel

Vídeo 8 - Trilha "Redes Ópticas"

50%DESCONTO

P L AT I N U M

60%DESCONTO

D I A M O N D

40%DESCONTO

G O L DV I P

20%DESCONTO

B R O N Z E

30%DESCONTO

S I L V E R

Vídeo 9 - Faça o Quiz e entre no programa de fidelidade

Agora, assista ao Vídeo 9 é saiba como continuar estudando com descontos em suas compras!

Referências

[1] – Ribeiro, José Antônio Justino Comunicações Ópticas, 12. ed, São Paulo, SP, Editora Érica, 2003

[2] – Marques, Domiciano. Refração (on-line) Disponível na internet. URL: http://www.brasilescola.com/fisica/a-refracao-luz.htm, 2013

[3] – FERNANDES, Luiz Felipe de Camargo. Conceitos Básicos de Fibra Óptica (Módulo I) (on-line) Dis-ponível na internet. URL: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialfoI, 2012.

[4] – FERNANDES, Luiz Felipe de Camargo. Conceitos Básicos de Fibra Óptica (Módulo II) (on-line) Dis-ponível na internet. URL: http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialfoII , 2012.

[5] – FTTx – (on-line) Disponível na internet. URL: http://www.telecompaper.com/, 2013.