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Sistemas Ópticos IIntrodução e Conceitos
(ILPT01)
Marketing – TreinamentoTreinamento Interno
Versão 2 – julho de 2011
Capítulo 1 - 1
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Histórico das telecomunicações
Cálculo de potências ópticas em escala Logaritimica e conceitos de óptica;
Fibras ópticas e componentes ópticos;
Multiplexação por comprimento de Onda – Sistemas WDM;
Descrição dos principais produtos que compõem a Plataforma LightPad i1600G;
Diagramas sistêmicos, simbologia utilizada e descrição dos códigos de produtos Padtec.
Conteúdo – Sistemas Ópticos I
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Histórico das telecomunicações
Sistemas Ópticos I
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Telecomunicações - definição
Comunicação:
Do Latim: Communicatio•Processo social de troca de informações•Refere-se a necessidade humana de contato direto e entendimento mútuo
Telecomunicações:
Tele = distância•Termo criado em 1904 por Edouard Estaunié, um engenheiro francês que também
era escritor de romances. Na visão de Edouard, telecomunicação seria a troca de informações por meio de sinais elétricos.
Definição atual segundo ITU (International Telecommunication Union)•Qualquer transmissão, emissão ou recepção de sinais, escritas, imagens e sons,
ou informações de qualquer natureza por meio visual ou através de cabos, radio freqüência, ou outros sistemas eletromagnéticos.
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História
Sinais de Fumaça
•Homem pré-histórico
•10.000 a.C. – 5.000 a.C.
•Talvez a primeira forma de comunicação à distância
•Utilizava o ar como meio de propagação
•Limitações:•Vento?•Chuva?
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História
Escudos Polidos
• Gregos• 405 a.C.• Trocas de informações
através de reflexão de luz solar
• Romanos• Tibérius 42 a.C. – 37 d.C.
• Comandava as tropas à distância
HeliographHeliograph
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História
Telégrafo Óptico
• Inventado pelo engenheiro francês Claude Chappe em 1792
• Durante a revolução francesa havia a necessidade de um sistema de telecomunicação “eficiente”
• Estações repetidoras a cada 10 ou 15 km
• Considerada a primeira rede de telecomunicações na Europa (centenas de quilômetros)
Torre de um Telégrafo óptico localizada em Nalbach,
Alemanha
Claude Chappe
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História
Códigos• Símbolos representando letras: lentidão na construção
de sentenças• Posteriormente passa-se a associar símbolos a
mensagens pré-definidas
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História
Vamos imaginar 3 torres com o mecanismo de Chappe:•A primeira torre faz um sinal•A segunda torre copia o sinal•A primeira torre ao ver que o sinal copiado faz o
próximo, enquanto a terceira torre copia a segunda•A estação anterior somente muda o sinal quando
percebe que o sinal anterior foi copiado•O que pode atrapalhar a essa comunicação?
•Neblina?•Chuva?•Fumaça?
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História
•O que pode comprometer o desempenho dessa comunicação?
•Habilidade do operador ao manusear a mecânica das pás do telégrafo óptico?
•Habilidade do operador ao interpretar um sinal passado pela estação anterior?
•Outros fatores humanos?•Alguns séculos depois e ainda hoje podemos fazer
analogias entre esse sistema e os sistemas ópticos modernos. Veremos mais adiante.
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História
•Outras tecnologias de telecomunicações foram surgindo ao longo do tempo depois do telégrafo ópticos:
•Meios de transmissão:•Cabos metálicos•Ar
Telefone
Telégrafo
Cabo Coaxial
Par trançado
Rádio transmissão
Satélites Artificiais
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Histórico das telecomunicações;
Cálculo de potências ópticas em escala Logaritimica e conceitos de óptica;
Fibras ópticas e componentes ópticos;
Multiplexação por comprimento de Onda – Sistemas WDM;
Descrição dos principais produtos que compõem a Plataforma LightPad i1600G;
Diagramas sistêmicos; simbologia utilizada e descrição dos códigos de produtos Padtec.
Conteúdo – Sistemas Ópticos I
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Ferramentas de matemática
• Relações Logarítimicas
• Quando trabalhamos com sistemas ópticos utilizamos a representação de potência óptica em escala logaritimica.
• Vamos rever algumas propriedades de logarítimos.• Regras:1. Se x = loga(b) b = ax ; onde a≠0
2. Logx (a.b) = logx(a) + logx(b); onde x≠0
3. Logb(ab) = b.logb(a); onde b≠0
4. Logb(b) = 1; onde b≠0
5. Logb(1) = 0; onde b≠0
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Ferramentas de matemática- Vamos praticar um pouco...
• Prática:
Calcule:1. Log2(8) = ? Utilize as regras (2) e (4) – acompanhe a solução com o instrutor:
Log2(8) = Log2(2x2x2) = Log2(2) + Log2(2) + Log2(2) = 1 + 1 + 1 = 3
2. Log10(2000) = ? Utilize as regras (2) e (4) e também o valor aproximado de Log10(2) = 0,30 – acompanhe a solução com o instrutor:
Log10(2x1000) = Log10(2) + Log10(1000) = 0,30 + Log10(10x10x10) = 0,30 + Log10(10) + Log10(10) + Log10(10) = 0,30 + 1 + 1 +1 = 3,30
Agora façam vocês! 3 minutos para resolverem as questões.3. Log2(32) = ? Utilize a regra (3) e (4); Resposta: 5.
4. Log2(128) + Log10(300) = ? Utilize as regras (2), (3) e (4) e também o seguinte valor aproximado Log10(3) = 0,48. Resposta: 9,48.
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Ferramentas de matemática- Vamos praticar um pouco...
• Prática: realize esta atividade individualmente sem o auxílio do seu colega!
Calcule:5. 30 = 10*Log10(a) = calcule o valor de “a”. Utilize a regra (1) – acompanhe a
solução com o instrutor: a = 10(30/10) = 10(3) = 1000
6. 20 = 10*Log10(a) = calcule o valor de “a”. Você tem 2 minutos para fazer esta questão. Resposta: 100.
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dBm
• Quando trabalhamos com sistemas ópticos, utilizamos valores de potência em escala Logaritimica, pois facilitam a leitura e os cálculos de potência.
• Quando você estiver realizando uma medida de potência óptica em campo, por exemplo, você estará realizando as leituras dos valores de potências ópticas, medidas em cada situação, em escala Logaritimica (dBm).
• Por isso, é muito importante que você compreenda e tenha o domínio das escalas e unidades de medidas que são utilizadas no dia a dia de trabalho com sistemas ópticos de telecomunicações! Vamos aprender!
• Veja esta definição:• Relação: Escala Logarítimica para potências em mW. Onde 1 mW = 1x10-3 W.
• PdBm = 10.log10(P1 /1 mW); onde P1 está em mW.
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dBm
P1 (mW) PdBm
1 0 dBm
1,259 1 dBm
2 3 dBm
10 10 dBm
100= 102 20 dBm
1000= 103 30 dBm
P1 (mW) PdBm
1 0 dBm
1/1,259= 0,794 - 1 dBm
1/2= 0,5 - 3 dBm
1/10= 0,1= 10-1 - 10 dBm
1/100= 10-2 - 20 dBm
1/1000= 10-3 - 30 dBm
• PdBm = 10.log10(P1 /1 mW); onde P1 está em mW.
Tabela 1. Tabela 2.
Veja!Obtemos valoresNegativos dePotência.
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dBm
Agora... observe com atenção !!!!
-10 -8 -5 -1 +1 +3 +5
0 dBm
Escala Logarítimica (dBm).
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dBm e dB
Responda quando o instrutor perguntar:1. 0 dBm é maior que -5 dBm sim ou não?2. -3 dBm é maior que -2 dBm sim ou não? 3. -25 dBm é menor que -23 dBm sim ou não?4. -40 dBm é maior que -44 dBm sim ou não? 5. -25 dBm é menor que -18 dBm sim ou não?
• Agora vamos realizar as seguintes conversões: P1mW / P2mW 10.log10(P1 / P2); onde P1 e P2 estão em mW.
• = 10.log10(P1 ) - 10.log10(P2 ) = valor sem nenhuma unidade de medida (adimensional) = dB
• Veja uma aplicação:• 150 mW / 250 mW = ? dB 10.log10(150 mW) - 10.log10(250 mW ) = -2,22 dB (valor
adimensional)
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Ganho - conceito
Estamos prontos para falar sobre um conceito novo... Ganho Veja a figura 1.
Dispositivoou
equipamento
Entrada do Sinal óptico
IN OUT Saída do Sinal óptico
Ganho =Potência do sinal na ENTRADA do
dispositivoPotência do sinal na SAÍDA
do dispositivo
Figura 1.
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Ganho - conceito
Como Ganho é a diferença de potências em escala Logaritimica (dBm) OU a divisão de potências em escala Linear (mW),
O resultado desta operação, o Ganho, é um valor ADIMENSIONAL = em
escala Logaritimica = dB.
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dB
• Ganho e Atenuação em dBG = P1/ P2 (Linear)GdB= 10 log10 (P1/P2)
(P1/P2)Linear GdB
1 0 dB
1,259 1 dB
2 3 dB
10 10 dB
100= 102 20 dB
1000= 103 30 dB
GdB/10ou (P1/P2)= 10
(P1/P2)Linear AdB
1 0 dB
1/1,259= 0,794 - 1 dB
1/2= 0,5 - 3 dB
1/10= 0,1= 10-1 - 10 dB
1/100= 10-2 - 20 dB
1/1000= 10-3 - 30 dB
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Histórico das telecomunicações;
Cálculo de potências ópticas em escala Logaritimica e conceitos de óptica;
Fibras ópticas e componentes ópticos;
Multiplexação por comprimento de Onda – Sistemas WDM;
Descrição dos principais produtos que compõem a Plataforma LightPad i1600G;
Diagramas sistêmicos; simbologia utilizada e descrição dos códigos de produtos Padtec.
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Onda Eletromagnética
O que é a luz?Modelos:
Onda eletromagnética
B
E
B = Campo magnéticoE = Campo elétrico
Direção de propagação
da onda
Partícula
Fótons
Pequenos pacotes de energia
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Conceitos de Onda
Onda Transversal
T
A
Vale
Pico
T = Período (tempo)A = Amplitude
Freqüência?Unidade: Hz (Hertz)ciclos por segundo
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Onda Eletromagnética
A luz no vácuo tem velocidade de propagação muito próxima à c = 300.000 km/s ou 3x108 m/s
λ
A
Vale
Pico
λ = comprimento de onda (m)
Em óptica, o comprimento de onda é da ordem de nanometros (nm)
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Onda Eletromagnética
Utilizando a fórmula abaixo, vamos realizar alguns exercícios:
1 – Qual é o comprimento de uma onda (λ) que se propaga no vácuo com freqüência de 107,9 MHz? Resposta: λ = (3x108 m/s) / (107,9 x106 Hz) = 2,78 m2 – Qual é o comprimento de uma onda (λ) que se propaga no vácuo com freqüência de 190 THz? Resposta: λ = (3x108 m/s) / (190 x1012 Hz) = 1578,95 nm3 – Qual é a freqüência (f) o de uma onda que se propaga no vácuo e tem comprimento de onda de 850 nm? Resposta: f = (3x108 m/s) / (850 x10-9 m) = 352,94 THz
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Índice de Refração da Luz
A luz se propaga mais rapidamente no vácuo, nesse caso, sua velocidade de propagação é de aproximadamente 300.000 km/s. Em outros meios, a velocidade da luz será sempre menor. A partir de uma relação entre a velocidade da luz no vácuo e a velocidade da luz em outros meios podemos calcular o índice de refração desses outros meios.
Para exemplificar, vamos calcular o índice de refração da água. Sabe-se que a velocidade de propagação da luz na água é de 230.000 km/s. Qual o índice de refração da água?
náqua = 300.000 km/s
230.000 km/s
náqua = 1,3
Lembre-se que o índice de refração é adimensional!
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Índice de Refração da Luz
n1 . sen θ1 = n2 . sen θ2
Além de sofrer variação de velocidade de propagação ao passar de um meio para outro, a luz também pode sofrer desvios, desde que o raio luminoso incida no outro meio com uma certa angulação. Uma vez que se conhece os índices de refração dos dois meios, é possível calcular esse desvio a partir da Lei de Snell:
nar . sen θ1 = náqua . sen θ2
No caso da figura ao lado:
Vamos supor que o ângulo de incidência seja 45º , qual será o ângulo aproximado do raio refratado?
1 . sen 45º = 1,3 . sen θ2
0,7 = 1,3 . sen θ2
sen θ2 = 0,54
θ2 = 34º
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Conceitos – reflexão total da Luz
Princípio de Funcionamento
• Reflexão interna total• Princípio demonstrado por Daniel
Colladon e Jacques Babinet em Paris na década de 1840
• Confinamento da luz• Índices de refração (n) diferentes• Materiais diferentes:
náqua ≈ 1,3
nar ≈ 1,0Light pipe, experimento de Colladon
n1 . sen θ1 = n2 . sen θ2 90º
sen θ1 = n2 / n1
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Fibra Óptica - velocidade de propagação no meio
Como calcular a velocidade de propagação das ondas eletromagnéticas em outros meios?
Vp: velocidade de propagação da onda em algum meio
c: velocidade de propagação da onda no vácuon: índice de refração do meio
nfibra≈1,5nar≈1
Considerando os índices de refração dos meio abaixo, vamos calcular a velocidade de propagação da luz primeiro no ar, depois na fibra óptica.
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Vp: velocidade de propagação da onda em algum meio
c: velocidade de propagação da onda no vácuon: índice de refração do meio
200.000 Km/s
nfibra≈1,5 nar≈1
300.000 Km/s
A transmissão na fibra óptica é mais “rápida”?
Fibra Óptica - velocidade de propagação no meio
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A atenuação na fibra é muito mais baixa que outros meios de transmissão, conseqüentemente é um meio de maior capacidade sistêmica. É possível transmitir a altas taxas por grandes distâncias.
Dados
Dados
Fibra Óptica - capacidade
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Fibra Óptica
Fibra óptica: meio confinado que utiliza a energia em forma de luz para realizar a transmissão de informações;
Permite a transmissão de altas taxas de bit/s; De forma geral, a fibra é contruída basicamente de uma
“capa” de Silica (“SiO2”) ou plástico, envolvendo o núcleo feito a partir da Silica dopada com óxidos metálicos (exemplos: dióxido de germânio, tetra cloreto de germânio, pentoxido de fósforo e etc), para obter um índice de refração do núcleo da fibra, fibra ligeiramente superior ao índice de refração da capa;
Como conseguimos confinar a luz em uma fibra óptica?
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Fibra Óptica
Estrutura
• Três partes básicas:• Núcleo: nN≈1,5
• Casca: nc< nN
• Capa: proteção mecânica
Núcleo
Casca
Capa (plástico)Visão espacial
Seção transversal
125µm (casca)
8-10µm (núcleo)
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Fibra Óptica
Raio guiado
Raio de fuga
IR do núcleo n1
IR da casca n2
f
Raio não-guiadoNúcleo
Casca
Capa
n2 < n1
• Modos guiados– Raios “aprisionados” que satisfazem a condição de interferência construtiva
• Fibra Multimodo: vários modos são suportados– Dispersão intermodal limita sua aplicação em comunicações
• Fibra Monomodo (Single-Mode Fiber – SMF): somente um modo guiado é suportado
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Fibra Óptica
Monomodo – núcleo de 10 μm
Núcleo
Casca
Capa
Seção Transversal (sem escala)
Multimodo - núcleo de 50 μm
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Nomenclatura de conectores
Os conectores ópticos recebem sempre uma nomenclatura composta, por exemplo:
SC - APC
A primeira parte do nome do conector diz respeito à sua classificação em relação ao formato do conector
A segunda parte do nome do conector diz respeito à sua classificação em relação ao contato entre as fibras e polimento do conector
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Formato de conectores
Em relação ao formato, existem diversos tipos de conectores.
Conector ST• Mais utilizado para fibras
multimodo• Conector mais antigo
Conector FC• Conector de rosquear• Mais utilizado em instrumentais
OSA, Osciloscópio, etc...
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Formato de conectores
Mais exemplos de conectores:
Conector LC• De fácil encaixe• Tamanho reduzido• Vem substituindo os SCs
Conector SC• Largamente utilizado• De fácil encaixe• Um pouco grande
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Formato de conectores
Mais exemplos de conectores:
Conector MTRJ• Fibras multimodo• Um par de fibra no mesmo conector
Conector MU
Conector DIN
Conector E2000MTPMPO
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Formato de conectores
Mais exemplos de conectores:
Conector LX.5• Cerâmica especial• Proteção integrada ao ferrolho• Na Padtec utilizado em amplificadores de muito alta potência (30 dBm)
Passante ou Sleeve para LX.5
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Partes de conectores
TampaMaterial plástico ou emborrachado
Apenas proteção mecânica
FerrolhoMaterial cerâmico
CorpoMateriais plásticos e/ou metálicos
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Contato - Polimento
Como duas pontas de fibra são unidas em um conector?
Núcleo
Contato em ângulo reto
Contato angulado
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Cor dos conectores
Em geral os fabricantes adotam cores específicas para cada tipo de polimento
Máquina para polimento do
conector óptico
Verde: APC monomodoAzul: PC
monomodo
Bege: multimodo
Obs.: Pode haver variação na cor dos
conectores em relação ao tipo
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Perda de conectores
Ao realizar a junção de cabos de fibras ópticas através de seus conectores, é inevitável a perda de uma pequena parte da potência óptica:
Conector 1 Conector 2
Raio de luz
Raio de luz Refletido (4%)
Raio de luz
Raio de luz Refletido (4%)
APC
PC
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Perda de conectores
Se forem conectorizados um conector APC com outro PC, a perda é bem maior. Cerca de 50% da potência óptica é perdida devido ao espaço entre os núcleos das fibras.
Conector 1 Conector 2
3 dB de perda aproximadamente!
PC APC
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Limpeza de conectores
A limpeza do conector deve sempre anteceder a inserção do mesmo no equipamento! A tampa protege o conector óptico apenas em relação à choques mecânicos. Podem existir impurezas depositadas na ponta da fibra que, além de atenuar a luz, pode sujar o conector interno do equipamento.
A fita de limpeza possui uma química especial que atrai qualquer impureza, limpando e desobstruindo o núcleo da fibra. A fita deve ser passada seguindo a orientação do plano de cada tipo de conector.
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Limpeza de conectores
Se os conectores ópticos não forem adequadamente limpos, a sujeita que fica entre os núcleos das fibras unidas irá atenuar a luz, prejudicando a transmissão.
Além disso, se a potência que incide na sujeira for relativamente alta, as moléculas da sujeira irão absorver energia e esquentar, causando o derretimento das moléculas de sílica ao redor. Essa modificação na estrutura molecular irá causar uma mancha permanente no conector, impossibilitando seu uso.
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Atividade prática
O instrutor irá passar entre os alunos, alguns cordões de fibra óptica, monomodo e multimodo, com tipos de conectores diferentes.
Façam:
1 – Identifiquem os cordões monomodo dos cordões multimodo;
2 – Identifiquem os tipos de conectores ópticos;
3 – Pratique a limpeza dos conectores ópticos.
4 - Responda:
O que aconteceria se realizássemos o acoplamento de um sinal óptico transmitido de uma fibra multimodo para uma fibra monomodo?
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Sistemas Ópticos - conceito
O que é necessário para se realizar uma transmissão por meio da fibra óptica?
Tx Rx
Equipamento Transmissor
Equipamento Receptor
LASER
LASER bit 0
bit 1Foto-
detector
bit 0
bit 1
Foto-detector
Assim como acontecia com o telégrafo óptico, existem fatores que “atrapalham“ a propagação dos pulsos de luz na fibra:
• Atenuação• Dispersão• Efeitos não lineares
A quantidade de bits que saem do transmissor em um determinado período de tempo é chamada de taxa de transmissão. Essa taxa depende do Laser e da eletrônica do transmissor
O receptor equivale ao olho do operador do
telégrafo óptico. É o receptor que
terá que avaliar se a informação
recebida é um bit é 0 ou um bit 1
Tx Rx
Transponder
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• Histórico das telecomunicações
• Algumas definições e conceitos de óptica
• Introdução à Sistemas WDM
• Descrição dos produtos da Plataforma LightPad i1600G
• Conectores ópticos e cuidados
• Diagramas sistêmicos e simbologia
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Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
Queremos realizar a ligação entre os dois Switches, utilizando como meio físico um par de fibras ópticas (Tx e Rx) entre as estações A e B.
A BTx
TxRx
Rx
Imagine agora que queremos realizar a ligação entre um outro par de switches, entre as estações A e B...
A BTx
TxRx
Rx
1 par de fibras
ópticas
+ 1 par de fibras
ópticas
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Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
Agora imagine a situação em que temos vários tipos de equipamentos que precisam ser interligados, entre as estações A e B.
AB
Tx
TxRx
Rx1 par de fibras
ópticas
?
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Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
Solução: multiplexar os diversos serviços em um único sistema de transmissão, utilizando o meio físico existente (1 par de fibras ópticas).
A B
Tx
TxRx
Rx1 par de fibras
ópticas
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Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
Como realizar a multiplexação? Para multiplexar precisamos primeiro definir uma frequência de transmissão para cada um dos serviços utilizados e na sequência, utilizar um equipamento que irá “juntar” estas frequências para serem transmitidas pelo meio óptico.
Na recepção faremos todo o processo, mas de forma inversa.
A B
Tx
TxRx
Rx1 par de fibras
ópticas
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Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
Primeira etapa: sentido de transmissão do sinal óptico.O sinal óptico que sai do equipamento do cliente (switch) é recebido pelo “Transponder” (Rx). O sinal óptico do equipamento do cliente pode estar em “comprimentos de onda” 850 nm, 1300 nm ou 1550 nm. Na sáida do Transponder, lado “rede”, o sinal óptico sai com uma frequência ou comprimento de onda padronizado pelo ITU-T (International Telecommunications Union).
Comprimentode onda do equipamento Transponder
Comprimentode onda padronizadoInternacionalmente, através de normas técnicas do ITU-T (International Telecommunications Union) .
Switch Ethernet
Tx
RxTx
Rx Tx
Rx
Lado cliente Lado rede
Segunda etapa: sentido de recepção do sinal óptico.O sinal óptico que chega com uma frequência ou comprimento de onda padronizado pelo ITU-T é convertido pelo Transponder para o comprimento de onda 850 nm, 1300 nm ou 1550 nm e entregue ao switch Ethernet.
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Como funcionam os processos de multiplexação e demultiplexação ópticos?
Em um prisma, as cores são separadas pois cada uma sofre um desvio diferente. Um prisma consegue separar as cores contidas em um feixe branco de luz (demultiplexação).
Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
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Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
Módulo Multiplexador óptico (Mux).O sinal óptico que sai de cada “Transponder” está com um comprimento de onda padronizado pelo ITU-T (International Telecommunications Union). Para cada comprimento de onda teremos a respectiva entrada no módulo Multiplexador óptico. O Multiplexador óptico ou simplesmente “Mux” recebe cada canal (comprimento de onda) em suas respectivas entradas e na saída do módulo teremos todos os canais “juntos” ou melhor, multiplexados.
Transponder
Switch Ethernet
λ
Tx
Rx Tx
Rx
Transponder
Tx
Tx
Rx Tx
Rx
Transponder
Tx
Tx
Rx Tx
Rx
Transponder
Tx
Tx
Rx Tx
Rx
MULTIPLEXADOR
λ1
λ2
λ4
λ3
Tx
λ1 + λ2 + λ3 + λ4
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal 4
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Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
Módulo Demultiplexador óptico (Demux).O Demultiplexador óptico ou simplesmente “Demux” recebe todos os canais (comprimentos de onda) em sua entrada e nas saídas do módulo teremos todos os canais “separados” ou melhor, demultiplexados. Os sinais ópticos (de cada canal) que chegam ao módulo “Demux” estão com os comprimentos de onda padronizados pelo ITU-T (International Telecommunications Union).
Transponder
Switch Ethernet
λ
Tx
Rx Tx
Rx
Transponder
Rx
Tx
Rx Tx
Rx
Transponder
Rx
Tx
Rx Tx
Rx
Transponder
Rx
Tx
Rx Tx
Rx
DEMULTIPLEXADOR
λ1
λ2
λ4
λ3
Rx
λ1 + λ2 + λ3 + λ4
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal 4
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Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
Switch Ethernet
λ
Transponderλ1
Rx
DEMULTIPLEXADOR
Canal 1
Canal 2
Canal 3
Canal 4
MULTIPLEXADOR
Transponderλ2
Transponderλ3
Transponderλ4
Transponderλn
DEMULTIPLEXADOR
MULTIPLEXADOR
Transponderλ1
Transponderλ2
Transponderλ3
Transponderλ4
Transponderλn
Switch Ethernet
Fibra óptica
Fibra óptica
Rx
Rx
Rx
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Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
Eletrônica de Alta Velocidade
Alto Custo
Instalação de mais Fibras
“Time to Market” lentoAlto CustoNecessidade de Direito de PassagemSaturação de Dutos
WavelengthDivisionMultiplexing
Utiliza Fibra InstaladaAumento da Capacidade na FibraRápido “Time to Market”Menor Custo ImplantaçãoCompatibilidade com Produtos TDM.
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Conceito de Multiplexação de comprimentos de onda
Principais Características xWDM:
• Suporta de forma integrada as tecnologias CWDM e DWDM;
• Através do sistema xWDM são transmitidos múltiplos sinais ópticos sobre o mesmo par de fibras;
• Permite diversas aplicações em redes de longa distância, metropolitanas e de acesso;
• DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing): até 160 canais (80 na banda C e 80 na banda L) com capacidade de até 10 Gbit/s ou 40 Gbit/s por canal;
• CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing): até 16 canais comerciais até 2,5 Gbit/s por canal, de 1270 a 1650 nm, seguindo a grade ITU-T.
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Conceitos - Saturação e Sensibilidade
O fotodetector é responsável por converter o sinal óptico recebido para um sinal elétrico novamente. Isso é possível uma vez que o fotodetector é sensível à intensidade de luz. Os fotodetectores podem ser construídos através de várias tecnologias, porém todos eles terão dois parâmetros muito importantes: Saturação e Sensibilidade.
Foto-detector
bit 0
bit 1
Foto-detector
luzcorrente elétrica
A saturação é o limiar de potência óptica máxima que o fotodetector pode receber. Se a potência recebida estiver acima desse limiar, o foto irá ter sua estrutura física danificada permanentemente e não poderá mais interpretar os bits recebidos.
Sensibilidade é o limiar de potência mínima que o fotodetector necessita receber para interpretar corretamente bits zeros e bits uns. Se a potência de recepção estiver abaixo desse limiar, ocorrerá taxa de erro na transmissão
-24 dBm
-5 dBm
faixa de valores de potência óptica
aceitáveis para o fotodetector
Os valores de Saturação e Sensibilidade dependem
diretamente da tecnologia de construção do
fotodetector e também da taxa de transmissão, além
de outros fatores
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Conceitos - Perda de inserção
(I)
Sinal óptico na entrada do dispositivo
Valor em potência (dBm)
Dispositivoóptico
(II)
Sinal óptico na saída do dispositivo
Valor em potência (dBm)
A perda de inserção do dispositivo será:
Potência óptica medida em (II) – Potência óptica medida em (I)
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Sistemas Ópticos WDM
Vamos fazer algumas contas:
Em um mesmo sistema DWDM podemos colocar 160 pares de transponders. Atualmente temos transponder de até 40 Gb/s, mas vamos fazer essa conta com transponder de 10Gb/s:
Tx
MU
X
Tx
Tx
10 Gb/s
= 160 x 10 Gb/s1600 Gb/s ou 1,6 Tb/s
Uma ligação telefônica: 64 kb/s1600 x 109 ÷ 64 x 103
25.000.000 de ligações simultâneas
Metade da população
Metade da população
DWDM
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Fibra Óptica - Importância
Vamos pensar:
• Por que meio de transmissão passa nossa voz ao estabelecermos uma ligação telefônica entre Brasil e Japão?
• Satélite?• Cabos elétricos?• Fibra Óptica ?
• O mesmo vale para dadostrocados via internet
Cabos Ópticos Submarinos
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Fibra Óptica - Importância
• E se for uma ligação de celular?
RedeMetropo-
litanaERBSão Paulo
Fibra
ERBRio de Janeiro Fibra
RedeMetropo-
litana
Backbone óptico
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Padtec
• E a Padtec no contexto das comunicações ópticas?
• Equipamentos para colocar os sinais ópticos na fibra a fim de que estes de propagem por longas distâncias
• Soluções que atendam as necessidades do mercado
• Planejamento de redes ópticas
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Histórico das telecomunicações;
Cálculo de potências ópticas em escala Logaritimica e conceitos de óptica;
Fibras ópticas e componentes ópticos;
Multiplexação por comprimento de Onda – Sistemas WDM;
Descrição dos principais produtos que compõem a Plataforma LightPad i1600G => Ver o capítulo separado.
Diagramas sistêmicos; simbologia utilizada e descrição dos códigos de produtos Padtec.
Conteúdo – Sistemas Ópticos I
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Histórico das telecomunicações;
Cálculo de potências ópticas em escala Logaritimica e conceitos de óptica;
Fibras ópticas e componentes ópticos;
Multiplexação por comprimento de Onda – Sistemas WDM;
Descrição dos principais produtos que compõem a Plataforma LightPad i1600G => Ver o capítulo separado.
Diagramas sistêmicos; simbologia utilizada e descrição dos códigos de produtos Padtec.
Conteúdo – Sistemas Ópticos I
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• O que é um diagrama sistêmico?
• Simbologia
• Nomenclatura de produtos Padtec
• Exercícios
Conteúdo
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Diagrama Sistêmico
O diagrama sistêmico tem por finalidade representar em forma de diagrama de blocos a rede real de transmissão. O diagrama sistêmico deve conter informações suficientes para indicar como devem ser interligados os módulos e as estações do sistemas. Para isso, cada tipo de componente sistêmico será representado por um bloco de cor e/ou formato únicos que permitam identificar tal componente na rede em todos os pontos onde ele está presente.
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SDH 1 T1
MUX
DEMUX
B
P
SCMLT
MUX
DEMUX
OPS
OPS
DEMUX
MUX
B
P
MUX
DEMUX
T1 SDH1
SCMLT
SDH 1 SDH 1Tx
IN2
OUT2Rx
Tx OUT1 C.T1
IN1
C.T1
OUTLINE
IN OUT
INLINE
OUT INOUTDATA
Tx
Rx
INSuperv.
OUTSuperv.
INDATA
IN
OUT
IN1
IN1
IN2
IN2
OUT2
OUT2
OUT1
OUT1
OUT
IN
OUTDATA
OUTSuperv.
Tx
Rx
INDATA
IN
OUT
INLINE
OUTLINE
INSuperv.
OUT
OUT
INLINE
OUTLINE
C.T1
C.T1
IN1
OUT1
Rx
Tx
OUT2
IN2
OUT1 (Via Principal)OUT2 (Via Reserva)
Via Principal
Via Reserva
IN1 (Via Principal)
IN2 (Via Reserva)
Rx
CPCOMUXCPCODEMUX
SCMDCPCO
FAN G8
FAN GR
CPCO
CPCOOPS
MPM 48/48 - 3
SHK
SCMD SCMD
ESTAÇÃO A ESTAÇÃO B
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SDH 1
T1
MUX
DEMUX
B
P
SCMLT
MUX
DEMUX
DEMUX
MUX
B
P
MUX
DEMUX
T1
SDH1
SCMLT
SDH 1
SDH 1Tx
IN2
OUT2
OUT1 C.T1
IN1
C.T1
IN OUT
OUT IN
Tx
RxTx
Rx
INOUT
OUT
C.T1
C.T1
IN1
OUT1
OUT2
IN2
SCMD SCMD
DEMUX
MUX
SCMD
MUX
DEMUX
SCMD
L
L
SCMLC
DCM
A
A
ESTAÇÃO B ESTAÇÃO CESTAÇÃO A
DCM
Tx1
Tx2Rx1
Rx2
C
C A
A C
A
A C
B B
Rx
Tx
BB
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Diagrama - Exemplo
Legenda Diagrama
Estações
Estações
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Diagrama - Exemplo
Módulos sistemicos
Indicação de sub-bastidor
Passagem de cabos ópticos
Fibras entre duas estações
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Módulos
Para cada transponder, o diagrama irá informar o canal DWDM utilizado e o slot de inserção no sub-bastidor
Outros modelos de transponders serão identificados com cores diferentes
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Módulos
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Módulos
Diagrama Sistêmico Equipamentos no bastidor
Seguindo o diagrama sistêmico, é possível realizar a montagem óptica da estação, mesmo que não se conheça aprofundadamente um determinado modelo de placa.
Cabos ópticos
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Módulos
Amplificadores
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Módulos
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Módulos
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Nomenclatura de Produtos
• Para dar nome aos produtos, a Padtec adota o uso de códigos que podem conter letras e números. Exemplo: BOA4C211BDAH
• Cada letra e número tem um significado específico relacionado às características e funcionalidades dos produtos
• Os Manuais Técnicos dos produtos relacionam cada parte
desses códigos ao seus significados
• As placas de mesmo código, ou seja, mesmo modelo, serão diferencias a partir de seus números de série.
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EAN
Além da serigrafia com o código do modelo, os módulos possuem uma etiqueta com o EAN (código de barras) e o número de série do produto. Existe um EAN para cada modelo de produto.
EAN Número de série
Modelo: T100DCTZ – 4HT2LEAN: 7898457196581Número de série: 32
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Exemplo de Nomenclatura
BOA
Quais seriam as características do seguinte modelo de
amplificador do tipo Booster: BOA4C211BDAH
4C211BDAH
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Exercícios
1 – Desenhe um diagrama sistêmico simples de um sistema de transmissão ponto-a-ponto de duas estações que apresente as ligações ópticas entre os seguintes equipamentos:
2 pares de transponders T100DCTZ-4HT2L2 pares de transponders TC100DCT-42PT81 par de MUX MXDC21082E211 par de DEMUX DXDC21082E211 par de amplificadores BOA4C212BDAH1 par de amplificadores POA4C142AHAH1 par de SCME-4CP1 par de SCMD3S1
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Exercícios
2 – Quantos canais possui o multiplexador óptico MUX MXDC21082E21?
3 – Qual o canal inicial do DEMUX DXDC21082E21?
4 – Que tipo de transponder é o transponder TC100DCT-42PT8?
5 – O amplificador BOA4C212BDAH possui laser reserva?
6 – Qual a potência máxima de saída de um amplificador POA4C142AHAH?
Obs.: Para responder a essas perguntas consulte o Manual Técnico da Plataforma LightPad. Você pode utilizar a ferramenta “Localizar” do Adobe Reader ou procurar no índice do manual.
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Exercícios práticos
7. O instrutor irá solicitar aos alunos que identifiquem rapidamente placas ou módulos da Plataforma LightPad nos bastidores. A seguir os participantes serão solicitados a realizarem algumas medidas ópticas utilizando o Power meter.
8. Identifique rapidamente o Mux determinado pelo instrutor. Meça a potência óptica na entrada do Mux, proveniente de um canal determinado pelo instrutor e na sequência realize a medida na saída do Mux (referente a este mesmo canal). Informe ao instrutor qual é a “perda de inserção” encontrada para o Mux.
9. Realize a mesma atividade do item 8 para um módulo Demux.
10. Meça a quantidade de potência óptica na entrada de um módulo Transponder, interface OTU-2, determinado pelo instrutor. Informe ao instrutor se a potência óptica medida está dentro da faixa de operação do Transponder em questão.
11. Meça a quantidade de potência óptica na entrada IN1 e IN2 do módulo OPS. Informe ao instrutor o valor medido.
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Glossário
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Glossário - Prefixos
Ordem de Grandeza (decimal)
Ordem de Grandeza (exponencial)
Nome do prefixo
Prefixo
1.000.000.000.000 1012 tera T
1.000.000.000 109 giga G
1.000.000 106 mega M
1.000 103 kilo k (minúsculo)
0,001 10-3 mili m
0,000 001 10-6 micro µ
0,000 000 001 10-9 nano n
0,000 000 000 001 10-12 pico p
Os prefixos podem ser adicionados antes de uma unidade de medida, permitindo que seus valores sejam representados sem a necessidade de notação exponencial.
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Glossário – Óptica
Tipo Unidade símbolo exemplo
tempo segundo s 7 ms
comprimento metro m 100 km
comprimento de onda nanometro (em óptica) nm 1532,32 nm
freqüência hertz Hz 193,2 THz
potência óptica (linear) watt W 10 mW
potência óptica (logarítmica) decibel miliwatt dBm 5 dBm
relação (logarítmica) Decibel (adimensional) dB 10 dB
taxa de transmissão de dados bits por segundo b/s 10 Gb/s
Coeficiente Unidade mais comum exemplo
atenuação dB/km 0,23 dB/km
dispersão cromática (ps/nm).km 17 (ps/nm).km
PMD médio ps/raiz(km) 0,5 ps/raiz(km)
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Capítulo 1 - 95