AULA 4

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REDES I – REDES DE 
COMUNICAÇÃO E NORMAS 
AULA 4 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Prof. Luis José Rohling 
 
 
 
2 
CONVERSA INICIAL 
Com o desenvolvimento e aperfeiçoamento das fibras ópticas, outro 
desafio dos sistemas de comunicações ópticas foi o aumento da capacidade dos 
sistemas de conversão dos sinais elétricos em sinais ópticos, para a transmissão 
de dados através da fibra óptica. 
Inicialmente, o aumento da capacidade das redes estava diretamente 
associado ao processo de multiplexação, pois a comunicação do usuário com a 
rede das empresas prestadoras de serviços de telecomunicações já era atendida 
por diversas tecnologias, baseadas em cabos metálicos, como as redes 
telefônicas e, posteriormente, as redes de TV a cabo e redes wireless, sendo 
utilizada a fibra óptica nas conexões da backbone, com a tecnologia synchronous 
digital hierarchy (SDH), vista em nossas aulas anteriores. Assim, as 
comunicações dos usuários eram encaminhadas até as centrais das operadoras 
e, desse ponto, utilizando-se as técnicas de multiplexação, eram encaminhadas, 
através do backbone, até as outras centrais, onde eram terminadas, sendo 
encaminhadas até o destinatário. Essas etapas de encaminhamento do tráfego 
pelas redes de comunicação eram identificadas utilizando-se também uma 
classificação das etapas, sendo caracterizados dois tipos de redes, que eram as 
chamadas redes de acesso e backbone, conforme mostrado na Figura 1. Dessa 
forma, tínhamos diferentes tecnologias empregadas em cada uma dessas redes, 
pois as necessidades de largura de banda e de distância eram bastante 
diferentes. 
As redes de acesso tinham a finalidade de atender apenas um usuário e, 
dessa forma, as demandas de largura de banda e de distância eram menores. 
Inicialmente, tínhamos apenas o serviço de telefonia analógica, cujo processo 
de comunicações demandava uma largura de banda de apenas 4 kHz. E a 
tecnologia de conversão do sinal de voz em sinal elétrico foi desenvolvida de 
forma que o terminal do usuário poderia estar localizado em uma distância de 
até 5 km da central da operadora do serviço de telefonia. Assim, as redes de 
acesso, construídas com os cabos telefônicos metálicos, foram projetadas para 
atender essa demanda. Posteriormente, com o advento das redes de dados, 
foram desenvolvidas tecnologias que permitiram o uso dessas redes para a 
transmissão de dados, tal como o integrated services digital network (ISDN), 
visto em nossas aulas anteriores, e as tecnologias conhecidas como digital 
 
 
3 
subscriber line (xDSL), que veremos em nossas próximas aulas. Atualmente, 
essas redes de acesso de cabos telefônicos estão sendo substituídas por redes 
de cabos ópticos, empregando as tecnologias de comunicação óptica com as 
redes chamadas de redes ópticas passivas (PON), que veremos também em 
nossas próximas aulas. 
Figura 1 – As redes de telecomunicações 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
Com o aumento de tráfego nas redes de comunicações, já estando 
implementadas as redes de fibra óptica nas redes de backbone das operadoras, 
tínhamos a necessidade de utilizar cada vez mais a capacidade de transmissão 
da fibra óptica, que é quase infinita. Assim, o desafio passou a ser o 
desenvolvimento de novas tecnologias e componentes eletro-ópticos que 
possibilitassem o aumento da largura de banda dos sinais ópticos gerados, pois 
o meio físico, que é a fibra óptica, já possibilitava larguras de banda 
extremamente elevadas. Os padrões SDH, do synchronous transport module 
level 1 (STM-1) ao STM-64, vistos em nossas aulas anteriores, já permitiam a 
transmissão de taxas de até 10 GBps, porém, ainda com muitas limitações no 
processo de multiplexação. Assim, o processo de evolução da multiplexação dos 
sinais a serem transmitidos pelas redes de backbone óptico evoluiu com a 
utilização da tecnologia de multiplexação chamada de wavelength division 
Redes de acesso 
Backbone 
CENTRAL 1 
CENTRAL 2 
CENTRAL 3 
 
 
4 
multiplexing (WDM), que é a multiplexação óptica por comprimento de onda, que 
pode ser mais bem entendida se usarmos diferentes cores, que se diferenciam 
pelos seus comprimentos de onda, para transmitir as variadas informações 
através dos cabos ópticos. E o processo de conversão do sinal elétrico em óptico 
também pode ser tão simples quanto emitir a luz quando temos um bit igual ao 
nível lógico um e desligar o feixe óptico quando o bit tem nível lógico zero. E a 
multiplexação óptica consiste em termos esses diversos feixes ópticos sendo 
injetados na mesma fibra óptica, cada um deles transportando uma informação 
diferente e, o que é mais importante, sem nenhuma interferência entre eles. 
TEMA 1 – O PADRÃO WDM 
A técnica de multiplexação WDM foi utilizada inicialmente no final da 
década de 1980, porém, apenas com a utilização de dois comprimentos de onda 
bastante espaçados, utilizando duas janelas ópticas distintas, tais como a janela 
ótica de 1310 nm e a janela óptica de 1550nm, ou até mesmo nas janelas de 
850nm e de 1310 nm. Inclusive este é o processo de multiplexação utilizado 
pelas PON atuais, que são utilizadas nas redes de acesso ópticas e que também 
vêm sendo disseminadas nas redes de área local (LAN), formando redes 
chamadas de PON LAN. 
O processo de multiplexação WDM utilizando a segunda e a terceira 
janelas ópticas irá empregar uma fibra do tipo monomodo, cujos transmissores 
deverão operar em 1.320 nm e 1.550 nm. Assim, uma rede de fibras ópticas de 
longa distância, construída com fibras monomodos, terá a sua capacidade de 
transmissão dobrada com a troca dos transmissores nas extremidades das 
redes. A única limitação a ser observada será a atenuação da fibra óptica, pois 
temos atenuações diferentes para cada uma das janelas ópticas. Entretanto, se 
o sistema de transmissão apresentar uma atenuação adequada na segunda e 
na terceira janela óptica, teremos uma atenuação menor e o sistema certamente 
irá operar adequadamente, sem nenhum problema em relação à atenuação 
óptica. 
1.1 As janelas ópticas 
Como exemplo, vamos considerar um sistema de transmissão óptica que 
utiliza a fibra monomodo, opera na terceira janela, de 1.550 nm, com uma 
 
 
5 
distância de 120 km, tendo um transmissor de 0 dBm e um receptor com 
sensibilidade de -52 dBm, conforme mostrado na Figura 2. Assim, considerando-
se que a fibra óptica deverá apresentar uma atenuação máxima de 0,4 dB/km na 
janela de 1.550 nm, conforme vimos nas aulas anteriores, em um sistema de 
transmissão de 120 km, teremos uma atenuação total de 48 dB. E, como a 
sensibilidade do sistema de recepção é de -52 dBm, teremos a operação 
adequada do sistema, pois a potência recebida será de -48 dBm. 
Figura 2 – Sistema de transmissão e recepção 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
Assim, no exemplo anterior, se fosse realizada a substituição dos 
transmissores para a operação na janela óptica de 1.310 nm, seria necessário 
verificar se a atenuação da fibra óptica, nessa nova janela, ainda garantiria que 
a potência entregue no receptor estivesse de acordo com a sensibilidade do 
receptor. Para as fibras ópticas monomodos mais recentes, não teríamos esse 
problema, pois, conforme vimos nas aulas anteriores, a atenuação das fibras 
ópticas deverá ser no máximo de 0,4 dB/km tanto para a segunda janela quanto 
para a terceira janela, conforme a Tabela 1. 
Tabela 1 – Atenuação em fibras monomodos 
Tipo de fibra óptica Comprimento de onda Atenuação 
Monomodo apenas de 
uso interno 
1.310 nm 1 dB/km 
1.550 nm 1 dB/km 
Monomodo apenas de 
uso externo 
1.310 nm 0,4 dB/km 
1.550 nm 0,4 dB/km 
TX RX 
Operação em 1.550 nm 
Distância = 120 km 
Atenuação = 0,4 db/km 
Atenuação total = 48 dB 
PotTX = 0 dB PotRX = -48 dB 
RX TX 
PotTX = 0 dB PotRX = -48 dB 
 
 
6 
Monomodo de uso 
interno/externo 
850 nm 0,5 dB/km 
1.300 nm 0,5 dB/km 
Entretanto, como nos primeiros cabos ópticos, conforme o diagrama de 
atenuaçãoque caracteriza as janelas ópticas, tínhamos uma diferença na 
atenuação entre essas duas janelas, era necessária a verificação dos valores de 
atenuação para se garantir o funcionamento do sistema de transmissão. Assim, 
no exemplo anterior, com a substituição do transmissor para operação no 
comprimento de onda de 1.310 nm, considerando a mesma potência de 
transmissão de 0 dBm e que a sensibilidade do receptor fosse também de -52 
dBm, a atenuação máxima da fibra óptica na janela de 1.310 nm deverá ser de: 
𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴𝐴çã𝑜𝑜 = 52 𝑑𝑑𝑑𝑑
120𝑘𝑘𝑘𝑘
= 0,433 𝑑𝑑𝑑𝑑/𝑘𝑘𝑘𝑘. 
Portanto, se tivermos, por exemplo, uma fibra óptica que apresente uma 
atenuação de 0,4 dB/km para a janela de 1.550 nm e de 0,5 dB/km para a janela 
de 1.310 nm, não poderemos utilizar a segunda janela óptica. 
1.2 A transmissão full-duplex 
Os sistemas de comunicações ópticas operam em full-duplex, ou seja, 
fazem a transmissão e recepção dos dados simultaneamente, utilizando duas 
fibras ópticas. Além disso, os sistemas podem ainda operar em redundância, 
conforme visto nas aulas anteriores, quando teremos mais um par de fibras 
ópticas para a implementação do caminho alternativo que será usado em caso 
de falhas na rede. Mesmo no caminho alternativo, teremos também a utilização 
de duas fibras ópticas, para garantir a comunicação full-duplex. Assim, sempre 
teremos um transmissor e um receptor em cada equipamento da rede óptica, 
conectados por meio de duas fibras ópticas. E são utilizadas duas fibras ópticas 
pois os transmissores nas duas extremidades do link são iguais, ou seja, operam 
no mesmo comprimento de onda, sendo necessária uma fibra óptica para a 
transmissão bidirecional. 
Com o advento da tecnologia WDM foi possível então o uso de uma 
mesma fibra óptica, sendo utilizado um comprimento de onda para a transmissão 
em um sentido e um comprimento de onda para a transmissão no sentido 
contrário. Para isso, é necessário também que os transmissores sejam 
diferentes, pois deverão gerar o fluxo óptico em comprimentos de onda 
 
 
7 
diferentes. E é necessário também o elemento que fará o acoplamento do 
transmissor e do receptor em uma mesma fibra óptica. Esse sistema de 
acoplamento que atuará no feixe óptico é um sistema de espelho, sintonizado no 
comprimento de onda adequado, conforme mostrado na Figura 3. 
Figura 3 – Transmissão WDM com apenas uma fibra óptica 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
Outra forma de aplicação da tecnologia WDM é a utilização de uma fibra 
para a transmissão de dois sinais distintos, no mesmo sentido de transmissão. 
Assim, nos sistemas de transmissão óptica onde já existem duas fibras ópticas 
interligando as estações da rede, é feita a multiplexação óptica em ambos os 
sentidos, conforme mostrado na Figura 4. 
Figura 4 – Transmissão WDM com duas fibras ópticas 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
 
RX TX 
RX TX 
MUX 
WDM 
DEMUX 
WDM 
TX TX e RX operando em 1.310 nm RX 
TX RX TX e RX operando em 1.550 nm 
TX RX 
TX RX 
MUX 
WDM 
DEMUX 
WDM 
Cabo Óptico 
 
 
8 
TEMA 2 – A MULTIPLEXAÇÃO WDM 
O padrão inicial da multiplexação WDM com a utilização dos dois 
comprimentos de onda amplamente espaçados, nas janelas ópticas de 1.310 nm 
e de 1.550 nm, era chamado de wideband, por ser uma forma básica de WDM, 
que empregava apenas dois canais e ocupava uma grande largura de banda, 
pois utilizava duas janelas ópticas no sistema de transmissão. Já no início da 
década de 1990 tivemos a segunda geração dos sistemas de multiplexação 
WDM, o que foi chamado de narrowband, pois ocupava uma banda estreita, 
fazendo a multiplexação de dois a oito canais dentro de apenas uma janela 
óptica, no comprimento de onda de 1.550 nm. Na Figura 5 temos a 
representação da multiplexação WDM. 
Figura 5 – A multiplexação WDM 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
No exemplo da Figura 5, temos um multiplexador WDM com quatro canais 
de entrada, com a injeção dos sinais ópticos em quatro comprimentos de onda, 
que serão injetados em uma mesma fibra óptica, que por sua vez será conectada 
à saída do multiplexador. E esse processo de multiplexação é feito por 
intermédio de um dispositivo óptico, não sendo realizada a conversão em sinais 
elétricos, como era feito nos processos de multiplexação das tecnologias 
anteriores, tal como o SDH. 
MUX 
WDM 
λ1 
λ2 
λ3 
λ4 
λ1 λ2 λ3 λ4 
 
 
9 
O comprimento de onda dos sinais de entrada deverá ter um espaçamento 
de forma que seja ocupada a janela óptica disponível para a transmissão. Assim, 
a capacidade do sistema WDM estará associada também ao desempenho da 
fibra óptica, pois, com a utilização de um espaço maior da janela de transmissão 
óptica, é necessário que a fibra óptica apresente as características esperadas 
em relação à atenuação em cada um dos comprimentos de onda usados pelos 
diferentes comprimentos de onda. Além disso, teremos também uma nova 
característica da fibra óptica que irá afetar o uso da fibra em sistemas WDM, que 
é a dispersão cromática, resultante das diferentes atenuações em cada um dos 
comprimentos de onda. 
2.1 Os canais WDM 
O desenvolvimento dos sistemas de transmissão e multiplexação óptica 
WDM estão baseados nos parâmetros definidos pelo ITU, na recomendação 
ITU-T G.694.2, que define o sistema chamado de coarse WDM (CWDM). No 
CWDM teremos 18 canais, espaçados em 20 nm, em uma janela que se estende 
do comprimento de onda de 1.271 nm até o comprimento de onda de 1.611 nm, 
conforme mostrado no Gráfico 1, ocupando a segunda e a terceira janelas. Essa 
divisão de canais também estabelece uma identificação de bandas, que são as 
bandas O, E, S, C e L. 
Gráfico 1 – Canalização CWDM 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
No entanto, apesar dessa grande quantidade de canais especificados na 
recomendação ITU-T G.694.2, na prática temos a utilização de quatro ou oito 
1.
27
1 
1.
29
1 
1.
31
1 
1.
33
1 
1.
35
1 
1.
37
1 
1.
39
1 
1.
41
1 
1.
43
1 
1.
45
1 
1.
47
1 
1.
49
1 
1.
51
1 
1.
53
1 
1.
54
1 
1.
57
1 
1.
59
1 
1.
61
1 
Banda O Banda E Banda S Banda L 
Banda 
C 
 
 
10 
canais, em função da disseminação do uso desse tipo de canalização, sendo 
ele, consequentemente, encontrado com maior facilidade no mercado. 
Assim, no exemplo apresentado anteriormente, com a multiplexação de 
quatro canais, teríamos a utilização dos comprimentos de onda centrados na 
terceira janela óptica, com comprimentos de onda de 1.531 nm a 1.591 nm, 
conforme mostrado na Figura 6. 
Figura 6 – Exemplo de multiplexação WDM 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
Em sistemas que necessitam de uma maior capacidade de transmissão 
e, consequentemente, uma maior quantidade de canais, são utilizados oito 
canais, com comprimentos de onda de 1.471 nm a 1.611 nm. 
2.2 As fibras ópticas para WDM 
A utilização das janelas ópticas de uma maneira expandida demanda a 
necessidade de fibras ópticas com um desempenho diferenciado das fibras 
convencionais, que apresentam uma maior atenuação entre a segunda e a 
terceira janelas ópticas, conforme vimos anteriormente e é mostrado no Gráfico 
2. 
 
 
MUX 
WDM 
TX 
1.531nm 
TX 
1.551 nm 
TX 
1.571 nm 
TX 
1.591 nm 
 
 
11 
Gráfico 2 – As janelas ópticas de uma fibra óptica convencional 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
No Gráfico 2, podemos observar que existe um pico de maior atenuação, 
entre a segunda e a terceira janelas ópticas, que é chamado de pico de água, 
pois é gerado pelo surgimento de uma molécula de OH- no processo de 
fabricação da fibra óptica. Assim, para a utilização dos cabos ópticos em sistema 
de transmissão WDM, foram especificadas as fibras ópticas que não possuam 
esse pico de atenuação e que estejam descritas nas recomendações do ITU. 
Essas recomendações são: 
• ITU-T G.652C: chamada de low water peak e que será utilizada nos 
comprimentos de onda de 1.285 nm a 1.625 nm; 
• ITU-T G.652D: chamada de zero water peak e que será utilizada nos 
comprimentosde onda de 1.260 nm a 1.625 nm, cobrindo toda a 
canalização CWDM; 
• ITU-T G.656: chamada de non-zero dispersion for wideband optical 
transport e que será utilizada nos comprimentos de onda de 1.460 nm a 
1.625 nm. 
TEMA 3 – OS SISTEMAS DE TRANSMISSÃO DWDM 
Após a primeira tecnologia de WDM (o padrão Wideband, que utilizava 
um grande espaçamento entre os canais, utilizando até mesmo uma das duas 
janelas ópticas para a transmissão e a outra para a recepção), surgiu o dense 
WDM (DWDM), em meados da década de 1990. Os primeiros sistemas de 
multiplexação DWDM possibilitavam a utilização de 16 a 40 canais, com um 
espaçamento entre os canais com frequências de 100 GHz a 200 GHz. E, no 
 
 
12 
final da década de 1990, o DWDM evoluiu de forma a proporcionar a utilização 
de 64 a 160 canais paralelos, densamente distribuídos, em intervalos de 25 GHz 
a 50 GHz. Assim, atualmente, temos dois tipos de WDM, que são o CWDM e o 
DWDM. 
O CWDM é um sistema WDM que opera com menos de oito 
comprimentos de onda ativos por fibra. Os sistemas CWDM normalmente são 
especificados em relação aos comprimentos de onda, e os sistemas DWDM são 
especificados em relação às frequências. O menor espaçamento de 
comprimento de onda entre os canais do sistema DWDM permite uma maior 
quantidade de canais em uma única fibra, mas tem um custo maior de 
implementação e de operação. O CWDM é usado em sistemas de comunicação 
de curto alcance, utilizando maiores frequências de transmissão com um maior 
espalhamento dos comprimentos de onda. O espaçamento padronizado dos 
canais permite um espaço para a variação do comprimento de onda que ocorre 
durante a operação do sistema, à medida que os lasers se aquecem e esfriam, 
durante a operação. Assim, o CWDM é uma opção compacta e econômica 
quando a eficiência espectral não é o requisito mais importante do sistema de 
transmissão. 
O DWDM, que é o WDM mais denso, é o sistema empregado quando o 
sistema de transmissão óptica deve operar com uma capacidade maior, com 
mais de oito comprimentos de onda ativos por fibra. Assim, os dados de um 
sistema DWDM ocuparão um espectro muito menor, possibilitando se inserir 
mais de 40 canais na mesma faixa de frequência que seria utilizada por apenas 
dois canais, no sistema CWDM. 
O DWDM foi projetado para transmissão de longo alcance, em longas 
distâncias, e com comprimentos de onda multiplexados bastante próximos. Os 
diversos fabricantes de equipamentos DWDM desenvolveram várias técnicas 
para multiplexar 40, 88, 96 ou até 120 comprimentos de onda, com um 
espaçamento fixo, em uma única fibra óptica. 
3.1 O amplificador EDFA 
Além da otimização das fibras ópticas monomodos para a transmissão de 
uma grande largura de banda espectral, para a implementação dos sistemas de 
comunicações ópticas temos também a utilização de amplificadores do tipo 
amplificador de fibra dopado com érbio (EDFA), que melhoram o desempenho 
 
 
13 
dos sistemas de comunicações de alta velocidade, permitindo que eles possam 
operar com um alcance de até milhares de quilômetros. 
O EDFA é um amplificador óptico usado nas bandas C e L, em que a 
atenuação do sinal nas fibras ópticas torna-se mais baixa entre os diversos 
comprimentos de onda utilizados nos sistemas de telecomunicações. Inventado 
em 1987, o EDFA é agora amplamente utilizado para compensar a perda de 
sinal, em uma fibra óptica, nas comunicações ópticas de longa distância. Outra 
característica importante é que o EDFA pode amplificar vários sinais ópticos 
simultaneamente e, portanto, pode ser facilmente combinado com a tecnologia 
WDM. 
Os EDFAs são usados como amplificadores nas funções de booster, in-
line e pré-amplificador em um sistema de transmissão óptica, conforme mostrado 
na Figura 7. O amplificador do tipo booster é colocado logo após o transmissor, 
com a finalidade de aumentar a potência óptica do sinal injetado na fibra óptica. 
Os amplificadores in-line são colocados no meio da linha de transmissão, 
compensando a atenuação causada pela fibra óptica ao longo do caminho 
óptico. Uma distância típica para a inserção dos estágios de amplificação ao 
longo da rede é da ordem de dezenas de quilômetros. O pré-amplificador é 
colocado logo antes do receptor, de tal forma que a potência óptica seja 
suficiente para o correto funcionamento do receptor, garantindo-se que o 
fotodetector receba o sinal com a potência adequada à sua sensibilidade. 
Figura 7 – Os amplificadores ópticos 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
Transmissor Receptor 
Amplificador booster 
Amplificador on-line 
Pré-amplificador 
FO FO 
 
 
14 
Antes do desenvolvimento do EDFA, as redes de transmissão óptica de 
longas distâncias exigiam um sistema complicado de regeneração, formado por 
um conversor óptico-elétrico e outro conversor elétrico-óptico, para possibilitar a 
retransmissão do sinal nos pontos em que o sinal óptico já estivesse no limite de 
atenuação. O uso do EDFA eliminou a necessidade de tal conversão, do sinal 
óptico no sinal elétrico e novamente deste no sinal óptico, simplificando 
significativamente o sistema de transmissão em longas distâncias. Esses 
amplificadores são utilizados especialmente nas redes de transmissão óptica 
submarina, em que mais de 100 repetidores EDFA podem ser necessários para 
implementação de um link. Como exemplo, temos a rede trans-pacific cable 5 
cable network (TPC-5CN), iniciada em 1996 e que foi a primeira rede de fibra 
óptica submarina que empregou os amplificadores EDFA. 
3.2 Transmissão e recepção da rede 
Para a geração dos sinais ópticos, que serão multiplexados por meio da 
técnica de WDM, teremos os diodos laser, vistos anteriormente. No entanto, 
como agora teremos diversos comprimentos de onda sendo propagados na 
mesma fibra óptica, é necessário que os emissores sejam bastante precisos, 
pois o multiplexado WDM fará apenas a junção dos feixes para eles serem 
injetados em uma única fibra óptica. Assim, um dos parâmetros a ser observado 
no desempenho do transmissor é a sua largura espectral, pois a potência do 
sinal emitido é espalhada em torno de um comprimento de onda central, 
conforme mostrado no Gráfico 3. 
Gráfico 3 – A largura espectral 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
λ(nm) 
P(W) 
Pmáx 
50% Pmáx 
λC λ1 λ2 
 
 
15 
A largura espectral de um pulso com comprimento de onda λC é definida 
como o espectro compreendido entre os comprimentos de onda inferior λ1 e 
superior λ2, obtidos de λC pelas laterais esquerda e direita, nas quais a potência 
do pulso atinge 50% do valor máximo em λC. Assim, no Gráfico 3, a largura 
espectral será a diferença entre os valores λ1 e λ2. Em diodos laser essa largura 
espectral é da ordem de 1 nm a 6 nm, o que irá determinar o espaçamento entre 
os canais no processo de multiplexação WDM. Já os emissores do tipo diodo 
emissor de luz (LED) têm uma largura espectral de 30 nm a 150 nm, o que 
praticamente inviabiliza a sua aplicação em sistemas de multiplexação óptica. E 
os lasers do tipo Vcsel possuem uma largura espectral no padrão dos lasers ILD, 
na ordem de 1 nm a 6 nm, o que permite a sua aplicação em sistemas de 
multiplexação WDM. 
Nos sistemas de comunicação WDM, para obtermos uma operação 
eficiente, teremos muitos canais densamente multiplexados, sendo então 
necessários também os filtros de alta precisão no sistema de recepção, para se 
separar os comprimentos de onda específicos sem se interferir nos 
comprimentos de onda adjacentes. 
Figura 8 – A recepção dos sinais WDM 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
DEMUX 
WDM 
λ1 
λ2 
λ3 
λ4 
λ1 λ2 λ3 λ4 
 
 
16 
Assim, o multiplexador WDM consiste basicamente em um filtro óptico que 
irá separar os diferentes comprimentos de onda que foram propagados através 
da rede óptica e entregá-los para os fotodetectores, que irão realizar a conversão 
dos sinais ópticos em sinais elétricos, recuperando a informação digital de cada 
um dos canais. E,assim, na multiplexação, quanto maior o número de canais 
transmitidos, maior deverá ser a precisão e a seletividade dos sistemas ópticos 
para a correta separação dos sinais. 
3.3 As fibras otimizadas 
Além das fibras ópticas para utilização em sistemas CWDM, vistas 
anteriormente, temos ainda a especificação do ITU das fibras ópticas otimizadas 
em relação ao efeito da dispersão cromática. Essas fibras ópticas apresentarão 
as características necessárias para serem utilizadas nos sistemas de 
transmissão que necessitam dessa compensação, que são: 
• ITU-T G.653: chamado de dispersion shifted fiber, é utilizado no 
comprimento de onda de 1.550 nm; 
• ITU-T G.654: chamado de cutt-of shifted fiber, é utilizado no comprimento 
de onda de 1.500 nm a 1.600 nm; 
• ITU-T G.655: chamado de non zero dispersion shifted fiber, é utilizado no 
comprimento de onda de 1.550 nm. 
TEMA 4 – REDES DE DADOS COM WDM 
Os principais desafios tecnológicos das redes de dados de alta 
velocidade, tais como as redes de ambientes de data center, são o consumo de 
energia e a eficiência do espaço. As redes de telecomunicações de alta 
velocidade foram impulsionadas pela tecnologia de detecção chamada digital 
coerente (digital-coherent), com a utilização do processador digital de sinais 
(DSP). No entanto, o consumo de energia desse sistema é muito elevado, na 
ordem de 10 W, o que não permitiria a aplicação desse tipo de tecnologia em um 
data center, em grande escala. Assim, a tradicional detecção direta sem 
compensação de dispersão mais eficiente em relação ao consumo de energia, 
é a tecnologia WDM utilizada em redes de dados para permitir a utilização de 
transceptores de alta velocidade, de pequeno porte e com baixo consumo de 
energia. 
 
 
17 
Por exemplo, muitos transceptores ethernet de 100 G, amplamente 
utilizados em data centers, utilizam a multiplexação WDM de quatro 
comprimentos de onda, operando na banda O. Como a dispersão cromática da 
fibra convencional de modo único, que é a fibra óptica especificada na 
recomendação ITU-T G.652, torna-se zero na banda O, a dispersão será 
minimizada. Além disso, a multiplexação WDM de quatro comprimentos de onda 
reduz a taxa de bits por canal, sendo a transmissão dos 100 Gbps feita em quatro 
canais de 25 Gbps, o que torna a tolerância à dispersão modal quatro vezes 
maior do que em um sistema de 100 Gbps de canal único. 
Temos duas opções para a utilização de um conjunto de quatro 
comprimentos de onda na banda O, que são os modelos chamados de CWDM4 
e de LAN-WDM, cujas faixas de comprimento de onda são mostradas nos 
Gráficos 4 e 5, bem como a dispersão cromática máxima e mínima da fibra 
convencional monomodo. Os comprimentos de onda CWDM4 são os mesmos 
utilizados nos sistemas de transmissão CWDM de telecomunicações, permitindo 
o uso de sistema de transmissão óptica de menor custo, o que já está 
amplamente disseminado nas aplicações de telecomunicações. Os 
comprimentos de onda LAN-WDM são mais espaçados do que os comprimentos 
de onda CWDM4 e estão localizados quase no comprimento de onda de 
dispersão zero da fibra. Essa alocação de comprimento de onda permite 
transmissão de 100 Gbps em mais de 10 km, por exemplo, nos padrões 
100GBASE-LR4 e ER4, sem restrição em função da dispersão cromática de 
fibra. 
Gráfico 4 – O padrão CWDM4 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
λ(nm) 
Dispersão 
1.260 1.280 1.300 1.320 1.340 
0 
-2 
-4 
-6 
Máx. 
Mín. 2 
4 
 
 
18 
Gráfico 5 – O padrão LAN-WDM 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
4.1 Interfaces de switches 
Para a implementação do cabeamento estruturado com a utilização das 
redes ópticas diversas interfaces podem ser empregadas, seguindo os padrões 
do IEEE, desde as tecnológicas iniciais de 10 Mbps até as tecnologias de 40 
Gbps, mais atuais. E essa evolução também foi possível em virtude da aplicação 
das técnicas de multiplexação óptica nas redes de dados. 
Atualmente, temos interfaces ópticas padrão ethernet disponíveis no 
mercado, sendo que as mais utilizadas, que justificam o investimento nos 
sistemas de comunicações ópticas, são as interfaces de 1.000 Mbps, 10 Gbps e 
40 Gbps. 
Temos ainda dois tipos de interfaces ópticas quanto ao seu tamanho físico 
e conectorização: as interfaces chamadas de conversores de interfaces de 
gigabit (Gbic) e as interfaces chamadas de small form pluggable (SFP), ambas 
mostradas na Figura 9. As interfaces Gbic são mais antigas, com uso de 
conectores do tipo standard connector (SC), tendo sido substituídas pelas 
interfaces do tipo SFP, que são mais compactas, com uso de conectores do tipo 
local connector (LC). 
 
 
λ(nm) 
Dispersão 
1.260 1.280 1.300 1.320 1.340 
0 
-2 
-4 
-6 
Máx. 
Mín. 2 
4 
 
 
19 
Figura 9 – Interfaces Gbic e SFP 
 
Créditos: Kitsananan/Shutterstock; Sommai/Shutterstock. 
Quanto às interfaces de 1.000 Mbps, chamadas de gigabit ethernet, temos 
várias opções quanto ao alcance e tipo de fibra óptica a ser utilizada, incluindo 
as interfaces que operam em WDM, conforme descritas a seguir. 
A interface do tipo 1000BASE-SX é compatível com o padrão IEEE 
802.3z, com a transmissão sendo realizada no comprimento de onda de 850 nm, 
que, operando com as fibras multimodos legadas de 50 μm, permite um alcance 
de até 550 m. Esse tipo de interface pode ser empregado também em redes fiber 
distributed data interface (FDDI), com fibras ópticas de 62,5 μm, permitindo um 
alcance de até 220 m. Nos cabos com fibras multimodos de 50 μm, otimizadas 
para a transmissão com laser, pode-se obter um alcance de até 1 km com a 
utilização de uma interface 1000BASE-SX. 
A interface do tipo 1000BASE-LX/LH permite a utilização de fibras 
monomodos e fibras multimodos, realizando a transmissão de dados no 
comprimento de onda de 1.310 nm, atendendo as especificações do padrão 
IEEE 802.3z. Em redes ópticas com fibras multimodos é possível obter um 
alcance de até 550 m, e com fibras ópticas monomodos temos um alcance de 
até 10 km. 
A interface do tipo 1000BASE-EX opera no comprimento de onda de 1.310 
nm, com a utilização de fibras monomodos standards, com um alcance de até 
40 km. No entanto, como a sua potência de transmissão é elevada, torna-se 
necessária a inserção de um atenuador de 5 dB quando essa conexão for direta 
entre duas interfaces, através de um cordão óptico, em um mesmo ambiente de 
rede. Como a atenuação do cordão óptico é muito baixa, a potência do sinal 
 
 
20 
óptico injetado no receptor será muito elevada, podendo danificar a interface de 
entrada. 
A interface 1000BASE-ZX SFP opera também com fibras monomodos 
standards, porém, com a transmissão no comprimento de onda de 1.550 nm e 
com um alcance de até 70 km. No entanto, nesse tipo de rede de longa distância 
é necessário realizar o projeto da rede óptica, considerando-se todos os 
elementos da rede, incluindo as conectorizações e fusões. Dessa forma, o 
parâmetro utilizado para o projeto é o chamado budget óptico, ou seja, a 
diferença entre a potência do sinal emitido e a sensibilidade do receptor óptico, 
que nesse caso é de 21 dB. Também é necessária a inserção de atenuadores 
caso o comprimento do link seja menor, cuja atenuação deverá ser de 10 dB 
caso a atenuação de rede seja menor do que 8 dB. 
A multiplexação WDM é utilizada pelas interfaces do tipo 1000BASE-
BX10-D e 1000BASE-BX10-U, que permitem a transmissão dos dados 
bidirecionais com a utilização de apenas uma fibra óptica, sendo compatíveis 
com a especificação IEEE 802.3ah e utilizando a fibra monomodo standard, com 
um alcance de até 10 km. Assim, a interface 1000BASE-BX10-D faz a 
transmissão no comprimento de onda de 1.490 nm e a recepção no comprimento 
de onda de 1.310 nm. E, complementarmente, a interface 1000BASE-BX10-U 
faz a transmissão no comprimento de onda de 1.310 nm e a recepção no 
comprimento de onda de 1.490 nm. Assim, essas interfaces incluem, além do 
transmissor óptico e o fotodetector,um multiplexador WDM que faz a separação 
dos sinais transmitidos e recebidos na fibra óptica única. 
Para a transmissão de dados em 1.000 Mbps a distâncias maiores, com 
a utilização de apenas uma fibra óptica, temos a interface 1000BASE-BX40-D e 
a interface 1000BASE-BX40-U, que permitem um alcance de até 40 km, usando 
a multiplexação WDM nos comprimentos de onda de 1.310 nm e de 1.490 nm, 
bem como as interfaces 1000BASE-BX80-D e 1000BASE-BX80-U, que têm um 
alcance de 80 km. 
4.2 Interfaces 10 G 
Como exemplo das interfaces ópticas nas redes de dados, permitindo o 
tráfego de dados de 10 Gbps, veremos a seguir as interfaces fornecidas pela 
Cisco, para a conexão com os switches de rede. Os módulos fornecidos pela 
Cisco são identificados com módulos SFP+ que proveem uma grande variedade 
 
 
21 
de opções de conectividade para o ambiente de data center, no backbone do 
cabeamento estruturado das empresas e para o transporte dos serviços dos 
provedores de conexões de redes. 
O módulo 10GBASE-SR suporta um comprimento de link de 26 m na rede 
FDDI com fibra multimodo (MMF). Em redes ethernet com fibra multimodo do 
tipo modo óptico 3 (OM3), ele poderá ter um alcance de até 300 m e, com a 
utilização de fibras multimodos OM4, um alcance de até 400 m de comprimento. 
Esse padrão de comunicação utiliza o comprimento de onda de 850 nm. O 
padrão 10GBase-SR é amplamente usado, pois apresenta o menor custo entre 
as interfaces de 10 Gbps, porém é muito sensível ao tipo de fibra e tem alcance 
limitado a 400 m. 
O padrão 10GBase-LR utiliza conversores ópticos de maior custo do que 
o padrão SR, operando no comprimento de onda de 1.310 nm e exigindo um 
alinhamento mais complexo do sistema óptico, atingindo um alcance de 10 km 
com a utilização de fibra monomodo. Também não há distância mínima para o 
padrão LR, por isso ele pode ser utilizado em conexões de curta distância 
também com emprego de fibra monomodo. 
O módulo Cisco 10GBASE-LRM suporta comprimentos de link de até 220 
m com fibra multimodo em redes FDDI. No entanto, para garantir que as 
especificações sejam atendidas em redes com fibras monomodos do tipo OM1 
e OM2, o transmissor deve ser acoplado através de um cabo de manobra, para 
adequação dos tipos de fibra, o que não será necessário caso a rede seja 
implementada com fibras monomodos do tipo OM3 ou OM4. 
Os módulos 10GBASE-LR permitem um alcance de até 10 km com a 
utilização de fibra monomodo, do tipo G.652, tendo-se os módulos da Cisco 
identificados por SFP-10G-LR-S, que utiliza um transmissor do tipo classe S, 
SFP-10G-LR ou SFP-10G-LR-X. 
Já os módulos 10GBASE-ER permitem um alcance de 40 km com a 
utilização de fibra monomodo standard, do tipo G.652, operando no comprimento 
de onda de 1.550 nm. E os módulos 10GBASE-ZR permitem um alcance de 80 
km, também com as fibras G.652 e também operando em 1.550 nm. 
Para o processo de transmissão bidirecional com uma única fibra óptica 
temos os módulos SFP-10G-BXD-I e SFP-10G-BXU-I, com um alcance de até 
10 km, com fibra monomodo standard. A comunicação sobre uma única fibra 
óptica é realizada com a separação do comprimento de onda utilizado pelos 
 
 
22 
transmissores, sendo que o SFP-10G-BXD-I transmite no comprimento de onda 
de 1.330 nm e recebe o sinal óptico no comprimento de onda de 1.270 nm, 
enquanto o SFP-10G-BXU-I transmite no comprimento de onda de 1.270 nm e 
recebe o sinal em 1.330 nm. Para esse processo é utilizado o multiplexador 
óptico do tipo WDM, que é integrado ao módulo SFP para realizar a divisão dos 
feixes ópticos de 1.270 nm e de 1.330 nm. 
Sendo necessário um alcance maior da rede, no processo de transmissão 
bidirecional com uma única fibra óptica teremos os módulos SFP-10G-BX40D-I 
e SFP-10G-BX40U-I SFPs, que também utilizam a fibra monomodo standard, 
com um alcance de até 40 km. O módulo SFP-10G-BX40D-I transmite no 
comprimento de onda de 1.330 nm e recebe em 1.270 nm, e o módulo SFP-10G-
BX40U-I transmite no comprimento de onda de 1.270 nm e recebe o sinal óptico 
em 1.330 nm. 
Outro padrão que utiliza a multiplexação WDM é o padrão 10GBase-LX4, 
com um alcance de 300 m com fibras multimodos, em redes FDDI, e com um 
alcance de até 10 km com fibras monomodos, operando na janela de 1.310 nm 
em ambos os casos. Esse padrão ethernet utiliza a multiplexação óptica no 
padrão CWDM, o que reduz a taxa de transmissão de cada comprimento de onda 
para 3.125 Gb. O padrão LX4 também suporta fibra monomodo, permitindo um 
alcance de até 10 km, porém o LX4 tem um custo maior do que o dos padrões 
SR e LR, pois requer quatro circuitos ópticos e elétricos, além do multiplexador 
óptico. Com a maior disponibilidade das fibras ópticas monomodos do tipo OM3 
e OM4 e padrões mais novos, que proporcionam longo alcance sobre multimodo 
com um único laser, o que proporciona um custo menor, o padrão LX4 está se 
tornando obsoleto. 
TEMA 5 – REDES PARA DWDM 
Para a transmissão de sinais ópticos utilizando a multiplexação WDM, 
além dos transmissores que farão a multiplexação dos feixes ópticos, temos 
também as características das fibras ópticas, que irão determinar o correto 
desempenho dessas redes. Assim, conforme vimos anteriormente, temos duas 
características básicas das fibras ópticas que determinam o desempenho dos 
enlaces ópticos, que são a atenuação e a dispersão. No entanto, em relação à 
dispersão, temos dois tipos de dispersão, que são a dispersão modal e a 
dispersão cromática. Assim, em redes que utilizam transmissor do tipo Vcsel, em 
 
 
23 
fibras multimodos, deverá ser verificada a dispersão modal, pois esse dispositivo 
óptico faz a emissão dos sinais ópticos com uma diversidade de caminhos, 
apesar de ser muito mais preciso e com maior potência do que o LED. Assim, 
em redes locais, com largura de banda tipicamente na ordem de 10 Gbps, com 
a utilização de fibras multimodos, é necessário verificar a característica da fibra 
óptica utilizada, preferencialmente usando as fibras do tipo OM3 e OM4. 
5.1 Dispersão cromática 
Nas transmissões de longa distância em que temos diversas tecnologias 
e padrões de multiplexação óptica, com a utilização de fibras monomodos, é 
necessário se verificar o seu desempenho quanto à dispersão cromática. E esse 
fenômeno ocorre quando temos a transmissão de diversos comprimentos de 
onda em uma única fibra óptica, devido à variação das características intrínsecas 
da fibra óptica em função do comprimento de onda. Ou seja, no processo de 
transmissão de vários sinais ópticos, de comprimentos de onda diferentes, 
teremos uma variação da velocidade de propagação de cada um dos feixes 
ópticos, de modo que os diversos pulsos ópticos transmitidos simultaneamente, 
em uma extremidade do link óptico, serão propagados com diferentes 
velocidades, e de modo que, na outra extremidade do link óptico, teremos a 
chegada dos pulsos em tempos diferentes, conforme mostrado na Figura 10. 
Figura 10 – A dispersão cromática 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
E a dispersão cromática dependerá de três fatores distintos, que são a 
distância, a taxa de transmissão e a velocidade de propagação de cada um dos 
comprimentos de onda. Assim, quanto maior o comprimento do link óptico, maior 
será a dispersão dos pulsos, pois os feixes ópticos que trafegam em velocidades 
TX RX 
Link óptico 
 
 
24 
menores sofrerão um atraso cada vez maior, em função do aumento da distância 
percorrida. Nas LAN, com distâncias curtas, esse efeito torna-se praticamente 
desprezível, sendo significativo apenas nas redes de área alargada (WAN), em 
que temos distâncias muito maiores, da ordem de dezenas de quilômetros. 
Para realizar a compensação da dispersão cromática, é utilizado um 
equipamento compensador, no final do link, que fará o atraso dos comprimentos 
de onda que apresentam uma maior velocidade de propagação na fibra, 
sincronizando novamente os pulsos ópticos para serem entreguesao 
demultiplexador WDM. Essa compensação será ajustada de acordo com o 
comprimento do link e os comprimentos de onda utilizados na transmissão dos 
sinais ópticos. 
Figura 11 – Compensador de dispersão cromática 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
5.2 Modulação e codificação 
Outro aspecto inerente ao processo de transmissão óptica, que ocorre 
antes da multiplexação óptica, é a conversão do sinal digital em pulsos ópticos, 
o que é realizado mediante um processo chamado de modulação. Assim, o sinal 
contendo a informação a ser transmitida, que é chamado de sinal modulante, irá 
alterar um segundo sinal, que é chamado de portadora, de forma que esse 
segundo sinal é que irá transportar efetivamente a informação. Nos sistemas 
ópticos digitais a modulação mais usual é a modulação chamada de on off keying 
(OOK), em que o bit 1 é representado pelo sinal ou pulso luminoso e o bit 0 é 
representado pela ausência de sinal óptico na fibra. Ou seja, o sinal digital que 
contém a informação irá ligar e desligar o feixe óptico. 
TX RX 
Compensador 
de dispersão 
cromática Link óptico 
 
 
25 
Além do processo de modulação, no qual temos a interação do sinal 
modulante com a portadora, que nos sistemas de transmissão óptica utiliza o 
modo OOK, temos ainda o processo de codificação de linha, que irá adequar o 
sinal modulado ao meio de transmissão. Assim, nos sistemas ópticos temos 
diversas codificações de linha, empregadas para melhorar o desempenho do 
processo de transmissão, sendo que as codificações mais usuais são chamadas 
de não retorno ao zero (NRZ) e retorno ao zero (RZ). Na codificação de linha do 
tipo NRZ, o transmissor não é totalmente desligado quando o sinal digital é 
equivalente ao nível lógico zero, fazendo apenas a redução da potência do sinal 
óptico emitido, mas não desligando-o totalmente. Como o processo de emissão 
do sinal óptico apresenta um certo atraso, quando o transmissor é ligado, não 
realizando a sua total desativação, ele apresentará uma resposta muito mais 
rápida quando gerar o sinal de potência máxima, que é a codificação que 
equivale ao nível lógico um. 
5.3 O cross-connect óptico 
Assim como nas redes SDH, nas redes WDM temos as estações 
terminais, que fazem a multiplexação dos sinais digitais, com operação em anel, 
garantindo alta disponibilidade, conforme vimos nas redes SDH. E, para a 
derivação dos sinais, temos também os equipamentos que fazem a inserção e a 
retirada dos sinais sem a necessidade de decodificação de todas as informações 
trafegadas no link, que são chamados de optical add-drop multiplex (OADM). 
E essa derivação dos sinais é realizada também por um dispositivo 
puramente óptico, que faz o direcionamento dos comprimentos de onda 
desejados para uma determinada saída local, deixando que os demais 
comprimentos de onda trafeguem normalmente em direção ao seu destino. Na 
Figura 12, temos o exemplo de um equipamento do tipo OADM inserido no link 
óptico, que fará a derivação do comprimento de onda λ1, deixando passar os 
demais comprimentos de onda. 
 
 
 
 
 
 
 
 
26 
Figura 12 – O OADM 
 
Fonte: Rohling, 2021. 
O princípio de funcionamento do OADM é semelhante ao do multiplexador 
WDM – a única diferença é que ele estará separando apenas um dos 
comprimentos de onda do feixe óptico. Inclusive, o demultiplexador óptico 
também pode ser considerado uma série de OADM, pois cada comprimento de 
onda será separado do feixe principal por um divisor óptico com o mesmo 
princípio de funcionamento do OADM. 
FINALIZANDO 
Os padrões WDM foram desenvolvidos para a ampliação da capacidade 
das redes ópticas que formavam o backbone das operadoras de 
telecomunicações, otimizando os investimentos já realizados na construção das 
redes ópticas. Assim, com as fibras ópticas já instaladas, seria possível o 
aumento da largura de banda, atendendo mais usuários ou aumentando a 
largura de banda dos assinantes. No entanto, alguns aspectos associados ao 
funcionamento das fibras óticas representam uma limitação dessa ampliação de 
banda. E o principal fenômeno associado a esse comportamento não linear das 
fibras ópticas é a chamada dispersão cromática. Com a utilização dos 
compensadores de dispersão essa limitação pode ser contornada, permitindo o 
aumento da capacidade de banda das redes já instaladas. 
Por outro lado, também foram desenvolvidas fibras ópticas que tratavam 
essa dispersão cromática, permitindo a utilização de um espaço maior de 
transmissão das janelas ópticas, tornando a segunda e a terceira janelas ópticas 
uma única janela, comportando muitos comprimentos de onda. Assim, com a 
instalação de novas redes, já com a instalação das fibras ópticas monomodos 
TX RX 
Link óptico Link óptico 
OADM 
λ4 
λ3 
λ2 
λ1 
 
 
27 
do tipo OS2 e OS3, as operadoras de telecomunicações construíram as redes 
de backbone que suportam todas as novas tecnologias WDM, permitindo-se 
utilizar até 1.000 comprimentos de onda para a transmissão nessas redes. 
As tecnologias WDM também passaram por uma evolução na sua 
aplicação em LAN, com a utilização de fibras multimodos dos tipos OM3 e OM4. 
Assim, tornou-se possível a transmissão com taxas na ordem de 40 Gbps e de 
100 Gbps. No entanto, na transmissão em LAN temos a utilização dos 
transmissores Vcsel, que, em conjunto com as fibras multimodos, apresentam o 
efeito da dispersão modal. Dessa forma, mesmo com o uso das fibras OM3 e 
OM4, teremos uma limitação em relação à distância, pois, para maiores taxas de 
transmissão, necessitaremos de menores distâncias de transmissão para que o 
espalhamento dos pulsos não afete a decodificação da informação digital. 
O aumento de banda nas tecnologias de LAN permitiu a implementação 
das redes metroethernet, com a utilização de interfaces ópticas com taxas de 10 
Gbps e distâncias de até 40 km, tal como o padrão 10GBASE-ZR. Dessa forma, 
o desenvolvimento dos sistemas de comunicações ópticas para as redes das 
operadoras de telecomunicações levaram ao desenvolvimento de padrões de 
comunicação para as redes LAN com altas taxas e maiores distâncias. 
	Conversa inicial
	FINALIZANDO