Cabeamento de Fibras Óticas

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Cabeamento
Aula 4 - Fibras Óticas e Redes sem �o na
estrutura de Cabeamento para Redes
INTRODUÇÃO
Esta aula se destina ao estudo dos cabos de �bra ótica, abordando, inicialmente, conceitos de ondas de luz, de
propagação e conceitos físicos. Veremos, ainda, os tipos de �bra e os equipamentos empregados nos canais com
�bras óticas. Para �nalizar, identi�caremos algumas necessidades de adaptação da infraestrutura para dar suporte às
redes sem �o.
OBJETIVOS
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De�nir conceitos de ótica aplicada à transmissão de dados;
Reconhecer as características da Fibra Ótica, conectores acessórios óticos;
Identi�car técnicas para medição da Atenuação em cabeamento ótico;
Relacionar os tipos de Interferências em Cabeamento Ótico;
Veri�car as necessidades de infraestrutura para suporte às redes sem �o.
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FIBRAS ÓTICAS
Fonte da Imagem: Designua / Shutterstock
A �bra ótica é composta de material dielétrico: sílica e plástico. Consiste em uma região central – o núcleo, envolta por
material dielétrico chamado de casca. Esta, com material de índice de refração ligeiramente inferior ao do núcleo,
oferece a propagação de energia luminosa pelo mecanismo de re�exão total.
Observe, a seguir, as propriedades das ondas de luz:
Re�exão
Retorno da onda luminosa ao se chocar com material re�etido.
Vibração
As ondas luminosas possuem frequências diferentes.
Refração
Mudança na direção da onda luminosa ao atravessar superfícies com diferentes
densidades. A refração pode alterar o comprimento de onda, mas a frequência permanece a
mesma.
Interferência
Adição ou subtração das amplitudes das ondas sobrepostas.
Difração
Ocorre quando a onda atravessa uma fenda equivalente ao seu comprimento de onda.
Ângulo de Aceitação
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Os raios de luz incidentes na �bra com inclinação superior a ele não são transmitidos pelo
núcleo da �bra, mas penetram na casca onde são fortemente atenuados e desaparecem.
Atenuação
É um fator central no projeto. Os pontos onde podem ocorrer perdas são: os acopladores de
entrada do sinal, as emendas, os conectores, os dispositivos passivos e a própria �bra. Os
responsáveis pela atenuação em �bras óticas são os seguintes: absorção, espalhamento,
curvaturas, projeto do guia de onda.
Absorção Intrínseca
Mesmo o vidro com elevadíssimo grau de pureza absorve a energia luminosa de forma
signi�cativa. É muito forte na faixa de curtos comprimentos de onda (ultravioleta),
designada por absorção UV.
Dopante
É uma substância introduzida propositalmente no vidro, com objetivo de modi�car o índice
de refração.
Impureza
É uma substância indesejável introduzida no vidro durante o processo de fabricação. Os
tipos particularmente inconvenientes são: íons metálicos e íons OH.
Curvaturas Macroscópicas
Referem-se àquelas de grande raio, isso ocorre quando se enrola uma �bra em um carretel
ou quando a �bra deve contornar um canto.
TIPOS DE FIBRAS
As �bras podem ser enquadradas como Monomodo e Multimodo. As �bras multimodo podem ser classi�cadas em
índice degrau ou gradual. A diferença fundamental entre esses dois tipos é que, no monomodo, ocorre apenas uma
transmissão em cada �bra, oferecendo muito maior alcance; já no multímodo, são diversos sinais multiplexados na
�bra.
MULTIPLEXAÇÃO NA FIBRA ÓTICA
Já estudamos a multiplexação TDM por tempo e FDM em frequência. Nas �bras óticas, temos um novo tipo, o WDM
(glossário).
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Quando trabalhamos com sinais de luz, as frequências são extremamente elevadas. Nesses casos, utilizamos o
comprimento de onda como referência entre ondas distintas.
A frequência é inversamente proporcional ao comprimento de onda. Quanto maior frequência, menor comprimento de
onda e vice-versa.
Atenção
, A fórmula C = F X W, onde C é igual a 3 X 10 m/s, f é a frequência (Hz) e W é o comprimento de onda., , O espectro de luz visível
varia de 4,6 X 10 Hz até 6,7 X 10 Hz., , Simpli�cando ao extremo, podemos dizer que, nessas transmissões, temos diferentes
sinais, cada um numa faixa de comprimento de onda, que coincide com cores diferentes (a onda é de luz!)., , Para a luz visível, a
menor frequência é do vermelho e a maior é do violeta.
COMPONENTES DO SISTEMA DE TRANSMISSÃO ÓTICA
Além dos cabos de �bra ótica, um Sistema de Transmissão por �bras óticas é constituído por:
Moduladores
Os moduladores são elementos que convertem um sinal ótico CW de entrada em um sinal
de saída com características digitais ou analógicas. Os moduladores podem ser de 2 tipos:
Moduladores absortivos: o guiamento da luz se dá por um material absorsor com tensão
elétrica aplicada. Não havendo essa tensão, ocorre a absorção da luz;
Moduladores eletro-óticos: um cristal de material eletro-ótico (LiNbO3, niobato de lítio)
provoca a mudança de fase do sinal ótico caso seja aplicada uma tensão elétrica.
Transmissor - Tx - Fontes de Luz
A fonte de luz é, evidentemente, o principal componente do transmissor. Os transmissores
podem utilizar LEDs ou LASERs:
O LED é a fonte ótica mais comum em aplicações a curtas distâncias e com baixos
requisitos de velocidade.
Os LASERs são fontes óticas mais comuns para aplicações a longas distâncias e que exijam
grandes velocidades de transmissão.
O circuito driver tem como função fornecer a corrente necessária para o emissor ótico
operar. A modulação da fonte luminosa pode ser feita com sinais elétricos analógicos ou
digitais.
Receptor – Rx - Fotodiodo
O receptor ótico é o dispositivo que detecta o sinal luminoso ao �nal da �bra, convertendo-o
em sinal elétrico para posterior processamento em dispositivo eletrônico especí�co. Assim
como os transmissores, no receptor ótico, uma �bra conectorizada é montada durante a sua
construção.
O dispositivo interno do receptor, responsável pela detecção, é denominado fotodiodo e gera
uma corrente proporcional à incidência de fótons sobre o mesmo. Essa corrente produzida
é, em geral, tão pequena que é preciso uma ampli�cação dentro do próprio circuito interno
8
14 14
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do transmissor.
Há dois tipos de receptores, classi�cados de acordo com o fotodiodo empregado:
• Fotodiodo PIN;
• Fotodiodo de Avalanche (APD).
Regeneradores
Nos enlaces mais longos, deve-se utilizar o equipamento repetidor ótico nas estações de
passagem.  A função principal é de regenerar o sinal ótico recebido na entrada e adequá-lo
na saída.
Os regeneradores possuem componentes ativos e, geralmente, são do tipo 3R:
• Reampli�cação;
• Reformatação;
• Retemporização do sinal ótico.
Os sistemas de transmissão por �bras óticas podem ser classi�cados (glossário) segundo sua tecnologia, suas
características básicas e suas aplicações.
EQUIPAMENTOS DO SISTEMA ÓTICO
Observe, abaixo, os equipamentos utilizados pelos sistemas óticos:
Acopladores óticos
Fonte da Imagem:
Podem ser considerados como dispositivos multiportas para combinar ou separar sinais luminosos. São dispositivos
puramente óticos, operando como guias de onda luminosa ou elementos de transmissão, re�exão e refração da luz,
não requerendo nenhuma alimentação externa além do feixe luminoso. Eles não possuem nenhum dispositivo ótico
ativo como fotoemissores e moduladores.
Principais funções:
• Separar ou dividir um sinal luminoso;
• Combinar ou misturar 2 ou mais sinais luminosos.
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Filtros óticos
Fonte da Imagem:
São responsáveis pela remoção de comprimentos de onda não desejados em um sinal ótico. Suas principais
aplicações são em sistemas WDM, ampli�cadores óticos e sistemas de supervisão de �bra ótica.
Ampli�cadores óticos
Fonte da Imagem:
São aqueles que ampli�cam exclusivamente as Radiações Luminosas, na forma de Fótons. Sua �nalidade básica é a
de promover a ampli�cação ótica dos sinais entrantes, de forma transparente, independente do tipo de modulação ou
protocolo utilizado. Com um ampli�cador ótico, um sinal ótico poderá ser transmitido a distâncias muito maiores, sem
necessidade de Regeneradores.
TECNOLOGIAS DE CODIFICAÇÃO DOS SINAIS ÓTICOS
Observe, abaixo, as tecnologias de codi�cação dos sinais óticos:
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Saiba Mais
, Ao utilizarmos os dispositivos CWDM, devemos levar em consideração dois aspectos fundamentais:, ,
Esses equipamentos somente permitem ampliação de um número muito reduzido de canais;, ,
Por serem passivos, os dispositivos introduzem atenuações adicionais, indesejáveis, que podem inviabilizar uma interconexão
caso a atenuação desse enlace já esteja no limite ou próxima dele.
MEDIDAS ÓTICAS EM FIBRAS ÓTICAS
Quando as �bras óticas são fabricadas, é necessário veri�car em laboratório se as características estão dentro das
especi�cações requeridas, destacando-se os seguintes parâmetros:
• Diâmetro do núcleo;
• Diâmetro da casca;
• Abertura numérica;
• Atenuação por inserção e retroespalhamento;
• Per�l do índice de refração;
• Dispersão cromática;
• Largura de banda;
• Comprimento de onda de corte;
• Diâmetro do campo modal;
• Características geométricas;
• Atenuação espectral;
• Tensão de ruptura.
Testes Mecânicos
Fonte: Mmaxer / Shutterstock
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Os principais testes mecânicos realizados em cabos de �bra ótica são testes de:
Tração;
Curvatura;
Compressão;
Impacto.
Testes óticos
Os testes óticos são:
Testes de atenuação absoluta. (glossário)
Testes analíticos. (glossário)
Re�exão de Fresnel. (glossário)
Retroespalhamento. (glossário)
EMENDAS E CONECTORIZAÇÃO EM FIBRAS ÓTICAS
Emendas
Para a aceitação de emendas, o valor analisado é a média aritmética entre as medidas de
atenuação realizadas nos dois sentidos.
Emenda com ganho
A explicação para esse ganho é que a �bra encontrada após a emenda está retroespalhando
mais luz do que a �bra que está antes dela. Isso 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 ampli�car a luz que está sendo
transmitida. Entretanto, a imprecisão do OTDR e a falta de cuidado do operador na inserção
dos dados no OTDR podem resultar em uma conclusão de que a emenda está ampli�cando
o sinal.
Geradores óticos
São equipamentos que fornecem um sinal ótico de nível ajustável em sua saída, podendo
ser modulados internamente de maneira analógica ou digital. São úteis para o levantamento
de suas características de linearidade nos componentes e dispositivos dos receptores e
para determinação do valor mínimo de um receptor digital que garanta a taxa de bit
especi�cada.
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Clivador
Dispositivo utilizado para cortar a extremidade da �bra, de forma a deixá-la lisa. O processo
da clivagem é muito importante para obtermos um bom acoplamento entre as �bras óticas,
tanto em emendas mecânicas quanto em emendas por fusão.
Máquina de polir
Quando é necessário o processo de conectorização dos cordões e cabos de �bras óticas, é
também necessário remover o excesso de �bra na extremidade do conector. Após sua
remoção, deve-se fazer o polimento da extremidade, manualmente ou através de uma
máquina de polir, à qual o conector é adaptado. A extremidade do conector é polida através
de uma lixa.
Emendas por fusão
As emendas por fusão são feitas elevando-se a temperatura das extremidades da �bra ótica
até o ponto de fusão do vidro. Esse aumento de temperatura é obtido através de uma
descarga elétrica entre as extremidades das �bras. Para a realização dessa emenda, utiliza-
se um equipamento denominado máquina de emenda ótica, em que as �bras a serem
emendadas são acomodadas em V-grooves existentes na máquina, após terem sido
devidamente preparadas.
Para se obter uma emenda com baixa atenuação, as �bras têm de estar alinhadas. Nas
máquinas de emenda de 1ª geração, isso era feito com um microscópio, já nas máquinas de
2ª geração, o processo é automático.
Saiba Mais
, Para observar uma fusão de �bra, assista ao vídeo “Entenda como se faz uma fusão em �bra óptica”.
(https://www.youtube.com/watch?v=kOFjiuyOSaQ)
INTERFERÊNCIAS NO CABEAMENTO ÓTICO
Algumas formas de interferências em cabeamento ótico:
Atenuação;
Absorção;
Espalhamento;
Deformações Mecânicas;
Dispersão.
INFRAESTRUTURA PARA SUPORTE ÀS REDES SEM FIO
Vamos começar sinalizando que a abordagem desse tema na aula de �bra ótica não é um engano. Já estudamos as
mídias de transmissão, os cabos metálicos e as �bras óticas, resta tratar das redes sem �o, cada vez mais presentes
nas redes.
https://www.youtube.com/watch?v=kOFjiuyOSaQ
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Neste tópico, observaremos alguns aspectos da infraestrutura que devem ser lembrados para permitir que sejam
instalados os dispositivos das redes sem �o sem “trauma” na infraestrutura de rede local.
PONTOS DE REDE PARA OS AP
Fonte da Imagem: phipatbig / Shutterstock
Ao realizar um levantamento para a localização de um ponto de rede, devemos testar, em diversas partes do prédio,
quais as posições que permitem maior abrangência do sinal.
No entanto, durante a fase de instalação da rede cabeada, nem sempre lembramos que os AP (Access Points – Pontos
de Acesso) precisam estar próximos do teto e, também, de energia elétrica.
Cabe destacar que, na fase de ensaio da rede sem �o, é realizado um procedimento chamado de “Site Survey”, em que
posicionamos temporariamente os AP e medimos transmissão e recepção nas Áreas de Trabalho.
Muitas vezes, um pequeno deslocamento do AP proporciona um grande ganho em alcance e qualidade. O limitador
acaba sendo a posição das tomadas do cabeamento e da rede elétrica.
Atenção
, Cabos de rede e tomadas elétricas expostas ao longo das paredes expressam improvisação e podem prejudicar toda a aparência
de um projeto de rede local., , Assim, recomendamos:
• Posicionar pontos de rede e tomadas de energia em diversos locais das Áreas de Trabalho;
• Considerar como prováveis locais os cantos de corredores, próximos de vãos entre andares e distantes de fontes de
interferências, como motores ou equipamentos que operem em frequência próxima do Wi-Fi (telefones sem �o ou fornos de
micro-ondas.)
Fonte: gst / Shutterstock
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OUTRAS TECNOLOGIAS PARA A REDE SEM FIO
Veja, a seguir, outras tecnologias para redes sem �o:
POE (Power Over Ethernet)
É uma tecnologia que permite transmitir energia elétrica através de um cabo de rede (onde já trafegam dados), foi
especi�cada pela norma IEEE 802-3at. Essa tecnologia permite a transmissão de energia entre 25,5 e 51 W em 4 �os (2
pares).
Num cabo de par trançado, em alguns arranjos Ethernet, nem todos os cabos são utilizados na transmissão e na
recepção. Estes podem servir para transmitir energia.
Os equipamentos são de simples instalação e realizam tarefa que pode ser comparada à multiplexação tradicional:
• Um dispositivo recebe entrada de energia e uma conexão de rede;• Um cabo de rede interliga os dois dispositivos;
• Outro dispositivo, junto ao AP, separa os sinais de dados e de energia para ligar no AP.
WDS (Wireless Distribution System – Distribuição de rede
sem �o)
Com WDS, é possível integrar diversos AP sem conexão a cabo, pois parte da banda é reservada para um canal de
interconexão entre os AP. Nem todos os dispositivos possuem essa funcionalidade e, ainda, é possível que
encontremos incompatibilidades entre diferentes fabricantes.
Para esse tipo de ligação, é possível utilizar antenas com ampli�cador para aumentar o alcance e a qualidade do
enlace.
Convém lembrar que ampli�car o sinal é possível quando alteramos as antenas nos dois lados da conexão. Antenas
ampli�cadas são ine�cazes na ligação do AP com os clientes, pois, na maior parte dos casos, não é possível ampli�car
a saída do cliente, como num tablet ou smartphone.
Seria como tentar estabelecer uma conversa a 100 m de distância e oferecer um megafone a apenas um dos
interlocutores.
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ATIVIDADE
Numa determinada rede, em ambiente industrial, há necessidade de posicionar um terminal de controle conectado à
rede, bem ao lado de um grande transformador de energia. Qual solução de conexão você apresentaria?
Resposta Correta
Glossário
WDM
Wavelength Division Multiplexing – Multiplexação por Divisão do Comprimento de Onda.
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PODEM SER CLASSIFICADOS
Os sistemas podem ser classi�cados como ponto a ponto ou ponto-multiponto.
• Os sistemas ponto-multiponto são aplicáveis em redes locais e utilizam acopladores óticos passivos;
• Os sistemas ponto a ponto se aplicam a canais de maior alcance.
Os sistemas ainda são classi�cados:
• Segundo a sua tecnologia em analógicos e digitais;
• Quanto à aplicação em sistemas de longa distância e sistemas locais ou de curta distância.
TESTES DE ATENUAÇÃO ABSOLUTA
O objetivo desses testes é determinar quanto de potência ótica é perdido em um determinado enlace. Eles são executados por
meio dos equipamentos denominados medidores de potência (Optical Power Meter). Funcionam pela injeção de luz de uma fonte
luminosa em uma extremidade de um enlace ótico e, na outra extremidade, a luz proveniente do enlace é calculada com o
medidor de potência. Com esses equipamentos, mede-se a atenuação espectral da �bra, também denominada atenuação de
inserção.
TESTES ANALÍTICOS
Os testes analíticos são executados por equipamentos denominados re�ectômetros óticos no domínio do tempo (OTDR - Optical
Time Domain Re�ectometer), 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), e tem como princípio o efeito causado pelo espalhamento e a re�exão.
REFLEXÃO DE FRESNEL
Ocorrem re�exões internas no núcleo causadas por fenômenos e se estendem ao longo de toda a �bra. Ocorrem, também,
re�exões no �m da �bra (interface vidro/ar) e em outras interfaces como, por exemplo, conectores, emendas mecânicas e em
locais onde a densidade do material da �bra varia.
Se a interface no conector for ideal, isto é, clivada perpendicularmente ao eixo do núcleo, então, o coe�ciente da luz re�etida não
excederá 4%. O pulso de luz é re�etido e essa re�exão é chamada “re�exão de Fresnel”. Detectando-se a re�exão na tela do OTDR,
pode-se calcular a sua distância em relação ao início da �bra.
RETROESPALHAMENTO
Os feixes de luz que viajam pelo núcleo da �bra são espalhados pelo material. Como consequência desses 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 �bra.