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ENGENHARIA ELÉTRICA SISTEMAS DE COMUNICAÇÕES I FIBRAS ESPECIAIS, ACOPLADORES, CONECTORES E NORMAS Roger Nunes do Nascimento RA: 141421 Leandro Pegorelli Antunes RA: 141103 Felipe Feitosa Batelli RA: 140771 Rodolfo Assed Amar RA: 142086 Tan Kin Wah RA:141462 Professor: Henri Marcos Esgalha Castelli Sorocaba / SP 03/04/18 Faculdade de Engenharia de Sorocaba 2 LISTA DE FIGURAS Figura 1 – Fibras Multímodo ............................................................................... 5 Figura 2 – Fibras Monomodo .............................................................................. 6 Figura 3 – Janela de Transmissão ....................................................................... 8 Figura 4 – WDM Multiplicação por divisão de comprimento de onda ............... 9 Figura 5 – Gráfico de Dispersão de Fibras Ópticas Monomodo ........................ 10 Figura 6 – Níveis do Espectro de Luz ................................................................. 11 Figura 7 – Fibra Convencional x AFDEs ............................................................. 12 Figura 8 – Exemplos de fibras especiais............................................................. 13 Figura 9 – Tipos de Conectores ......................................................................... 14 Figura 10 – Componentes do Conector ............................................................ 15 Figura 11 – Interconexão de dois Conectores ................................................... 15 Figura 12 – Tipos de Polimento......................................................................... 16 Figura 13 – Conector tipo FC ............................................................................. 16 Figura 14 – Conector tipo ST ........................................................................... 17 Figura 15 – Conector tipo E2000 ................................................... ................. 17 Figura 16 – Tipo MPO ....................................................................................... 18 Figura 17 – Tipo MT-RJ .................................................................................... ..18 Figura 18 – Procedimento de Crimpagem de Conectores Ópticos ................... 19 Figura 19 – Acoplador Estrela ........................................................................... 19 Figura 20 – Modelo de Encapsulamento .......................................................... 20 Figura 21 – PORTs ............................................................................................. 20 Figura 22 – Acoplador Tipo T ............................................................................ 21 Figura 23 – Funcionamento Acoplador tipo T ................................................... 21 Figura 24 – Encapsulamento Acoplador tipo T ................................................. 22 Figura 25 – Atributos de Fibras ......................................................................... 26 Faculdade de Engenharia de Sorocaba 3 SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO .................................................................................................. 4 2. FIBRAS ESPECIAIS ............................................................................................ 4 2.1. Tipos de Fibras ............................................................................................. 4 2.2. Fibras Especiais: tipos de fibras monomodo ................................................ 7 3. CONECTORES ................................................................................................ 13 3.1. Tipos de Conectores .................................................................................. 14 3.2. Polimento - Acabamento Final do conector: ............................................. 15 3.3. Exemplos de Conectores ............................................................................ 16 3.4. Procedimento de “Crimpagem” do conector Óptico: ................................ 19 4. ACOPLADORES .............................................................................................. 19 4.1. Acoplador estrela: ...................................................................................... 19 4.2. Acoplador T: ............................................................................................... 21 5. NORMAS ....................................................................................................... 22 5.1. ITU ............................................................................................................. 22 5.2. ITU-T G.650 (1997) .................................................................................... 23 5.3. ITU-T G.651 (2000) .................................................................................... 23 5.4. ITU-T G.652 (1997) .................................................................................... 24 5.5. ITU-T G.653 (1997) .................................................................................... 27 5.6. ITU-T G.654 (1997) .................................................................................... 29 5.7. ITU-T G.655 ............................................................................................... 30 5.8. ITU-T G.656 ............................................................................................... 31 5.9. ITU-T G.657 ............................................................................................... 32 6. CONCLUSÃO ................................................................................................ 33 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................... 34 8. ANEXO I – Abreviações e Acrônimos .......................................................... 35 Faculdade de Engenharia de Sorocaba 4 1. INTRODUÇÃO Fibra óptica é um filamento flexível e transparente fabricado a partir de vidro ou plástico extrudido e que é utilizado como condutor de elevado rendimento de luz, imagens ou impulsos codificados. Têm diâmetro de alguns micrómetros, ligeiramente superior ao de um cabelo humano. Por ser um material que não sofre interferências eletromagnéticas, a fibra óptica possui uma grande importância em sistemas de comunicação de dados. As fibras ópticas especiais são assim chamadas por possuírem características diferenciadas das fibras ópticas convencionais utilizadas em telecomunicações. As fibras especiais oferecem um leque de aplicações muito mais amplo, pois permite um melhor e mais extenso controle sobre o guiamento da luz, possibilitando aplicações em lasers, diversos tipos de sensoriamento e dispositivos ópticos. Inicialmente, as fibras ópticas, utilizadas como guias de transmissão de sinais óticos, operavam entre distâncias limitadas, pois apresentavam grande perda de luz na transmissão e alto calor que os lasers produziam. Contudo, em meados dos anos 70, ocorreu um aprimoramento significativo das técnicas ópticas utilizadas e, devido a isso, tornou-se possível a monitoração de grandezas e a troca de informações a longas distâncias. Já no Brasil, a fibra óptica foi introduzida apenas em 1977, após grandes pesquisas, realizadas na sua maioria pela UNICAMP. Há a instituição ITU, responsável pelas normas G650 à G659, as quais cada uma delas refere-se a uma aplicação específica da fibra. 2. FIBRAS ESPECIAIS 2.1. Tipos de Fibras Há dois tipos de denominação recorrentes às fibras ópticas, os quais possuem características e finalidades próprias. Um delesé a fibra óptica monomodo. Esta apresenta um caminho possível de propagação e é a mais utilizada em transmissão a longas distâncias (devido a baixas perdas de informação). Já a fibra multimodo, permite a propagação da luz em diversos Faculdade de Engenharia de Sorocaba 5 modos e é a mais utilizada em redes locais (LAN), devido ao seu custo moderado. Figura 1 – Fibras Multímodo Na fibra de índice degrau o índice de refração do núcleo é uniforme e completamente diferente do da casca. A refração, nesse caso, ocorre como ilustrado previamente, isto é, somente na interface entre o núcleo e a casca. Devido à disposição simples do perfil de índices e às suas dimensões relativamente grandes que facilitam sua conectividade e fabricação, esse sistema é o mais econômico e o mais fácil de ser construído. Outra vantagem desse tipo de fibra é sua grande capacidade de captar energia luminosa, que advém da relativamente alta abertura numérica desse tipo de fibra, o que permite a utilização de emissores mais baratos. No entanto, os altos valores de abertura numérica trazem inconvenientes ao permitir que um elevado número de modos exista dentro da fibra. O número de modos elevado causa o fenômeno da dispersão modal, o que reduz significantemente a banda das fibras multimodo de índice degrau e obriga esse tipo de fibra a ser utilizado somente em pequenas distâncias. Na fibra de índice gradual o núcleo não possui índice de refração constante, mas este aumenta progressivamente do eixo central até as bordas. Dessa forma, ocorre uma refração gradual à medida que os raios se aproximam Faculdade de Engenharia de Sorocaba 6 das bordas. Essa fibra foi projetada para adequar-se às aplicações em sistemas de telecomunicações. São menores do que as fibras multimodo de índice degrau e possuem aberturas numéricas menores, que diminuem a quantidade de modos possíveis e aumentam a banda passante e a distância que essa banda pode atingir. Possui complexidade média de fabricação, mas que ainda mantém certa facilidade de conexão e tem uma capacidade de transmissão adequada às aplicações que se propõe, mas ainda não pode ser usada em longas distâncias. O tipo monomodo é caracterizado por um núcleo muito fino, de apenas alguns micrômetros, da ordem de 3 a 8 μm, por onde há apenas um único caminho para a luz, ou seja, apenas um modo. Como as dimensões dos cabos são próximas aos comprimentos da luz incidente, a óptica geométrica não consegue explicar o que ocorre nas fibras monomodo, e, portanto, para os cálculos nesse tipo de fibra, deve-se tratar a luz como onda eletromagnética, e não mais como partícula. A casca mantém seu tamanho inalterado em relação à das fibras multimodo, pois ela precisa ser espessa o suficiente para suportar os campos eletromagnéticos do modo transmitido. Figura 2 - Fibras Monomodo A produção de fibras ópticas monomodo tem como fator limitante a dificuldade mecânica de fabricação de fios e acopladores para fibras tão finas, visto que não se deseja alterar os índices de refração das fibras nem o comprimento de onda da luz incidente. Com essa técnica, anula-se a dispersão modal e obtém-se uma menor atenuação. Por outro lado, suas pequenas dimensões dificultam sua conectividade, que requer alta qualidade, elevando muito o custo do sistema. Por superar as capacidades de transmissão de fibras multimodos, esse tipo de fibra é utilizado em comunicações de médias e longas Faculdade de Engenharia de Sorocaba 7 distâncias, inclusive em comunicações intercontinentais, onde há elevada transmissão de dados. A Fibra Óptica Monomodo Comum (Standard Single-mode Fiber), foi desenvolvida inicialmente para a transmissão de sinais ópticos em 1310 nm (nanometros). Obedece as normas G.652 da ITU–T. Note que apesar das dimensões do Revestimento (R) e da Casca (C) serem aproximadamente iguais para as Fibras Ópticas Mono e Multimodos o diâmetro do Núcleo (N) da Fibra Óptica Monomodo é muito menor, da ordem de 3 a 8 µm. 2.2. Fibras Especiais: tipos de fibras monomodo Single Mode (SM - G.652 ITU-T) É o tipo de fibra mais comum encontrada no mercado. Possui algumas limitações quando usada em sistemas WDM com maior concentração de comprimentos de ondas, pois possui elevado fator dispersão cromática. Para compensar essa limitação torna-se necessário o uso de segmentos de fibras especiais para correção da dispersão cromática (DCU). Entretanto, como essa fibra possui um núcleo com área maior do que os outros tipos de fibra óptica, seu uso se adapta bem a sistemas WDM com grande capacidade de comprimentos de onda. Dispersion Shifted (DS - G.653 ITU-T) É o tipo de fibra cuja dispersão é zero. Acreditava-se, em seu lançamento, que seria a fibra ideal para ser usada com sistemas WDM e SDH de alta capacidade. Porém, com a evolução desses sistemas e o consequente aumento da quantidade de comprimentos de onda (Lambdas), verificou-se que esta fibra possui limitações no tocante à dispersão cromática, o que diminuiu o seu uso. Faculdade de Engenharia de Sorocaba 8 Em suma, A fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber), representada pela norma G.653 do ITU-T, é fabricada de tal modo que o ponto de dispersão nulo se encontra deslocado, próximo ao comprimento de onda de 1500 nm. É uma fibra com baixa atenuação e atende especificamente a janela de transmissão 3, chamada também de banca C. Apresenta como desvantagem um aumento das distorções não lineares. Figura 3 - Janela de Transmissão O grande objetivo de qualquer forma de multiplexação é compartilhar o meio. O WDM, no caso das fibras ópticas, visa tornar o meio óptico mais eficiente, possibilitando não apenas o aumento da banda sem a alteração da infraestrutura, mas também dando maior flexibilidade aos sistemas de fibras ópticas. A tecnologia WDM utiliza o conceito de multiplexação por comprimento de onda (cores). É um sistema que possibilita a transmissão de vários feixes de luz em frequências diferentes numa mesma fibra óptica, possibilitando um incremento na banda de transmissão superior a 100 vezes. O sistema funciona com um multiplexador que junta os vários comprimentos de onda dos transmissores ópticos e disponibiliza uma saída para ser transmitida por uma única fibra óptica. Na outra extremidade da fibra óptica que pode estar a dezenas de quilômetros de distância, utiliza-se um Faculdade de Engenharia de Sorocaba 9 demultiplexador que separa os vários comprimentos de onda em saídas diferentes para serem conectadas nos receptores ópticos. Figura 4 - WDM Multiplicação por divisão de comprimento de onda A fibra DSF (Dispersion Shifted Fiber) não possui um bom desempenho para aplicações WDM por causa da alta não linearidade de fibra no comprimento de onda de dispersão zero. Apresenta como desvantagem um aumento das distorções não lineares. Como solução para sistemas WDM, a fibra (NZDF) dispersão deslocada não nula da fibra é muitas vezes utilizada. Non Zero Dispersion (NZD - G.655 ITU-T) É tipo de fibra que foi concebida para corrigir a limitação da fibra tipo DS, e cuja dispersão para a janela de 1550 nm é muito baixa em relação à fibra SM (18 ps.nm/km), porém não é zero (8 ps.nm/km). Para obter esta redução do fator de dispersão cromática, o núcleo da fibra foi alterado para ter menor diâmetro. Sempre se acreditou que estas fibras seriam ideais para sistemas WDM com grande número de comprimentos de onda, porém com o passar do tempo e utilização em sistemas reais, verificou-se queo fato de ter a área de seu núcleo reduzida, impede sua utilização em sistemas de grande quantidade de comprimentos de onda (Lambdas). Faculdade de Engenharia de Sorocaba 10 Figura 5 - Gráfico de Dispersão de Fibras Ópticas Monomodo A NZDSF está disponível em duas versões primárias. NZD + e NZD-, que diferem nos seus comprimentos de onda de dispersão de zero, sendo estes cerca de 1510 nm e 1580 nm, respectivamente. As fibras NZD + e NZD- ,são utilizadas para fornecer compensação auto-dispersão proporcionando uniformemente baixa dispersão em toda a janela. Visto que o ponto de dispersão zero da NZDSF está fora da janela de comunicação normal, aplicações com mistura de quatro ondas e outros efeitos não lineares são minimizados. A fibra NZ-DSF (Non Zero Dispersion Shifted Fiber), possui o ponto de dispersão nulo deslocado para próximo de 1400 nm. Verificou-se que neste ponto ela apresenta um melhor desempenho, com uma baixa distorção não linear, uma baixa dispersão cromática e é superior na maioria dos casos, à fibra DSF. Low Water Peak (LWP - G.652D ITU-T) É tipo de fibra onde os processos industriais de produção permitem a diminuição ou eliminação do efeito "pico d'água", permitindo que a faixa de 1400 nm seja utilizada para tráfego de sistemas ópticos. Isso otimiza o uso de Faculdade de Engenharia de Sorocaba 11 equipamentos CWDM (descritos adiante), que atuam em toda a faixa, desde 1310nm até 1625nm, compreendendo as bandas O, E, C e L do espectro de luz. Figura 6 - Níveis do Espectro de Luz O pico Zero-água fibra atende todas essas necessidades. Legado fibra monomodo elevou atenuação na janela operando E-band (1360 - 1460 nm) devido ao que é chamado de "pico de água". Este pico ocorre a 1385 nm e é causada por íons hidroxila - essencialmente umidade - no vidro que absorve e atenua sinais ópticos operando a, e próximo de 1385 nm. Aplicações de hoje, tais como Ethernet 40 e 100 gigabit, bem como aplicações residenciais estão exigindo maior limite da fibra. Sendo assim podem-se usar fibras especializadas para aplicações que necessitam de um bom desempenho, por exemplo, em aplicações empresariais. Situações onde os clientes estão à procura de uma fibra monomodo padrão produto que é versátil capaz de lidar com o tráfego de rede de hoje e de amanhã, e compatível com infraestrutura existente, com um preço econômico. Fibras dopadas com Érbio Fibras especiais dopadas com érbio, um elemento químico natural conhecido como terra-rara, sua dopagem consiste na introdução de um elemento químico para mudar as propriedades de um material. No caso, o Faculdade de Engenharia de Sorocaba 12 érbio serve para amplificar o sinal luminoso que se propaga nos cabos ópticos na forma de laser. Elas são fundamentais porque, na medida em que a luz trafega por uma rede óptica, ela vai sendo absorvida e seu sinal é atenuado. Para recuperar a amplitude do sinal original, a saída é instalar amplificadores ópticos ao longo da rede, cujo principal componente são as fibras de érbio. Figura 7 - Fibra Convencional x AFDEs As fibras ópticas amplificadoras são desenvolvidas pela Sun Quartz, que opera dentro do Laboratório Ciclo Integrado de Quartzo da Faculdade de Engenharia Mecânica da Unicamp e mantém vínculo com o Centro de Pesquisas em Óptica e Fotônica (CePOF), instalado na universidade, um dos Centros de Pesquisa, Inovação e Difusão (Cepid) financiados pela FAPESP. A empresa também domina o processo de fabricação de fibras ópticas sensorizadas e de lentes de alta homogeneidade óptica para uso na região de luz ultravioleta. As fibras sensores têm um largo leque de aplicações e são empregadas como sensores de pressão e temperatura, proporcionando medidas em tempo real em operações de monitoramento de dutos de petróleo, gás e água. Também podem ser utilizados em praças de pedágio para controle de passagem de veículos e como detectores de presença em aplicações ligadas ao setor de segurança. Essas fibras têm estrutura distinta das Faculdade de Engenharia de Sorocaba 13 dopadas de érbio, sendo que o núcleo é mais espesso e pode atingir 0,8 milímetros de diâmetro. Até o momento não existem fabricantes nacionais do produto. Outras Fibras Especiais Verifica-se que a diversidade de fibras especiais é ampla, existindo também outros tipos de fibras além das fibras já mencionadas. Figura 8 – Exemplos de fibras especiais 3.CONECTORES São dispositivos passivos que servem de interface e providenciam a conexão da fibra óptica, seja de um cabo ou de um cordão, aos dispositivos ativos aos cabos backbones instalados em uma rede LAN. Os conectores ópticos servem de interface para vários tipos de equipamentos, por exemplo: - Interfaces em redes: LAN's, WAN's, ou MAN's; - Conexão entre cabos do tipo ponto-a-ponto; - Painéis de conexão para roteamento de cabos; - Conexão entre equipamentos ativos e rede. Os conectores ópticos, quando ligados a um equipamento ativo, são conectados em receptáculos que estão ligados diretamente aos dispositivos ópticos transmissores ou detectores instalados nos equipamentos ativos. As principais características dos conectores ópticos são: - Baixas perdas por inserção e reflexão; - Estabilidade elétrica da conexão; Faculdade de Engenharia de Sorocaba 14 - Montagem bastante simples; - Alta estabilidade mecânica; - Tipo de conectores padronizados pela indústria; - Permite várias conexões e desconexões; - Baixo custo de operação, aplicação e manutenção; 3.1. Tipos de Conectores Conectores com “ferrule” SMA, ST, FC ... Conectores moldados Bicónico, SC, E2000 ... Conectores multibras MT, MF, MPO ... Conectores “small form-factor” MT-RJ, LC ... Figura 9 – Tipos de Conectores Características básicas do tipo ST: Invariavelmente utilizados para unir a fibra ao equipamento terminal, tal como lasers ou fotodiodos. A bainha da fibra, no interior do conector, está localizada com exatidão no interior de um mecanismo de alinhamento de precisão (p. ex., “ferrule”), usando adesivo. A união é formada pelo alinhamento preciso de ambas as “ferrules” no interior de um adaptador. Faculdade de Engenharia de Sorocaba 15 Figura 10 – Componentes do conector Figura 11 – Interconexão de dois conectores 3.2. Polimento - Acabamento Final do conector Para se diminuir as perdas nos conectores é feito um polimento nas extremidades dos cabos diminuindo assim sua rugosidade e as perdas de retorno. Alguns tipos de polimentos: Flat Polishing (polimento Plano); PC – Phisical Contact polishing; Faculdade de Engenharia de Sorocaba 16 SPC – Super Phisical Contact polishing; UPC – Ultra Phisical Contact polishing; APC – Angled Phisical Contact polishing; Figura 12 - Tipos de Polimentos O polimento do Flat Polishing é em angulo de 90 graus, ou seja, reto. O Polimento PC tem sua extremidade mais arredondada. (O Polimento APC tem sua extremidade em angulo e é o mais indicado para uso na rede pois possui baixíssima perda devido ao encaixe entre os conectores, tipicamente 0,2 dB) o que os tornam capazes de transmitir dados em altíssima velocidade a dezenas de quilômetros. 3.3. Exemplos de Conectores Especificações: Conector tipo FC Figura 13 – Conector tipo FC Faculdade de Engenharia de Sorocaba 17 Especificações: Tipo ST Figura 14 – Conector tipo ST Especificações - Tipo E2000Figura 15 – Conector tipo E2000 Faculdade de Engenharia de Sorocaba 18 Especificações - Tipo MPO Figura 16 – Conector tipo MPO Especificações - Tipo MT-RJ Figura 17 – Conector tipo MPO Faculdade de Engenharia de Sorocaba 19 3.4. Procedimento de “Crimpagem” do conector Óptico Figura 18 -Procedimento de Crimpagem de Conectores Ópticos 4. ACOPLADORES Acopladores ópticos podem ser considerados como dispositivos multiportas (>=3) que permitem combinar ou separar sinais luminosos. Os acopladores ópticos passivos são dispositivos puramente ópticos operando como guias de onda luminosa e/ou elementos de transmissão, reflexão e refração da luz. São comumente utilizados como elementos básicos de interconexão numa variedade de sistemas e redes locais com fibras ópticas. Os tipos mais usuais de acopladores são: 4.1. Acoplador estrela: Figura 19 – Acoplador estrela Faculdade de Engenharia de Sorocaba 20 Este permite conectar N entradas em N saídas, sendo que a potência de entrada é dividida entre as saídas. Abaixo temos alguns exemplos de encapsulamentos dos acopladores tipo estrela: Figura 20 – Modelo de Encapsulamento Uma característica muito importante do acoplador tipo estrela, é que ele é capaz de dividir o sinal com intensidades diferentes como podemos verificar na imagem abaixo: Figura 21 – PORTs Faculdade de Engenharia de Sorocaba 21 Entra-se com um sinal A no PORT1 e um sinal B no PORT2 , no PORT3 temos uma amplitude maior do sinal B e uma amplitude menor do sinal A, no PORT4 temos o inverso. 4.2. Acoplador T: Na figura abaixo temos um acoplador tipo T sendo utilizado para transmissão e recepção por meio de uma única fibra utilizando a técnica WDM(Multiplexação por divisão do comprimento de onda). Figura 22 – Acoplador T O acoplador tipo T é muito utilizado quando se emprega a transmissão e a recepção utilizando-se uma única fibra óptica. Na figura abaixo podemos verificar o funcionamento do acoplador tipo T, onde as ondas incidem em um prisma e este juntamente com uma lente as direciona para uma única fibra, através do método WDM. Figura 23 – Funcionamento Acoplador tipo T Faculdade de Engenharia de Sorocaba 22 Abaixo temos um exemplo do encapsulamento de um acoplador tipo T: Figura 24 – Encapsulamento Acoplador tipo T 5. NORMAS 5.1. ITU Alocam o espectro de rádio e satélite nas órbitas mundiais, desenvolvem as normas técnicas que garantem que as redes e tecnologias perfeitamente se interliguem, e se esforçam para melhorar o acesso às TIC para comunidades carentes em todo o mundo. ITU está empenhado em conectar todas as pessoas do mundo – onde quer que elas vivam e qualquer que seja seu meio. Através de trabalho, protegem e apoiam o direito fundamental de todos para se comunicar. Hoje, as TIC sustentam tudo o que fazemos. Eles ajudam a gerenciar e controlar os serviços de emergência, abastecimento de água, redes de energia e redes de distribuição de alimentos. Eles apoiam os cuidados de saúde, educação, serviços governamentais, os mercados financeiros, sistemas de transporte, plataformas de comércio electrónico e gestão ambiental. E eles permitem que as pessoas se comuniquem com colegas, amigos e familiares a qualquer hora e em qualquer lugar. Com a ajuda de nossa sociedade global, ITU traz os benefícios de modernas tecnologias de comunicação para as pessoas em todos os lugares de uma forma eficiente, segura, fácil e acessível. Faculdade de Engenharia de Sorocaba 23 A filiação do ITU lê como um quem é quem do setor das TIC. Somos únicos entre as agências das Nações Unidas em ter ambos membros do setor público e privado. Assim, além de nosso 193 Estados-Membros, a adesão ITU inclui reguladores das TIC, muitas instituições acadêmicas e cerca de 700 empresas de tecnologia. Em um mundo cada vez mais interligado, a ITU é a organização global única abraçando todos os intervenientes neste sector dinâmico e de rápido crescimento. 5.2. ITU-T G.650 (1997) Definição e métodos de testes dos parâmetros pertinentes as fibras Monomodo. Ambos os métodos de teste de referência e alternativa são usualmente especificados de acordo com a recomendação ITU-T G.650.1, e a recomendação ITU-T G.650.2 para alguns parâmetros, e a intenção é que ambas as RTM e a ATMs devem ser adequados por razões de aceitação de produtos normais. Entretanto, quando usado um ATM, nenhuma discrepância deve surgir. A ITU-T G.650.1 e ITU-T G.650.2 contém definições e métodos de teste adequados principalmente para medidas de fábrica, enquanto a norma de recomendação ITU-T G.650.3 descreve os testes normalmente feitos em instalações de seções de cabos ópticos. 5.3. ITU-T G.651 (2000) Características de um cabo de fibra óptica Multímodo de índice gradual de 50/125 nm. A primeira fase dos sistemas lightwave operando perto de 850 nm e usados lasers semicondutores GaAs (Alta Velocidade) com fibras multímodo. Depois de vários testes de campo durante o período de 1977 a 1979, esses sistemas se tornaram disponíveis comercialmente em 1980. Operando a uma velocidade de 34-45 Mbits/s e permite espaçamentos repetidos de até 10 km. O espaçamento repetidor maior em comparação com 1 km espaçamento dos sistemas coaxiais foi uma importante motivação para projetistas de sistemas porque diminuiu os custos de instalação e manutenção associadas a cada repetidor. Esta fase de sistemas de ondas luminosas foi especificada em duas recomendações. O primeiro é ITU- T G.651, onde são especificadas as Faculdade de Engenharia de Sorocaba 24 características de uma fibra óptica multimodo operando a 850nm. A segunda é ITU-T G.956 (agora ITU-T G.955) onde são especificadas as características dos sistemas ópticos que operam a 850 nm e adequado para as taxas de hierarquia digital de bit de plesiochronous (PDH ). 5.4. ITU-T G.652 (1997) Características de um cabo de fibra óptica Monomodo. É semelhante ao quadro sobre G.652.A, porém permite transmissões em parte de uma faixa de comprimentos de onda ampliada de 1360nm a 1530nm. A segunda fase, ficou claro durante a década de 1970, em que o espaçamento repetidor pode ser aumentado consideravelmente através do funcionamento do sistema de ondas luminosas na região de comprimento de onda próximo de 1.300 nm, tornou-se disponível no início de 1980, em que a perda de energia de fibras é inferior a 1 dB/km, e limitada a menos de 100 Mbit /s por causa da dispersão em fibras multimodo. Além disso, fibras ópticas apresentam dispersão mínima nesta região de comprimento de onda. Esta constatação levou a uma licença mundial de esforço para o desenvolvimento de lasers semicondutores InGaAsP e detectores que operam próximo de 1 a 300 nm. Esta limitação foi superada pelo uso de fibras monomodo. Um experimento de laboratório em 1981 demonstrou a transmissão de 2 Gbit/s sobre 44 km de fibra monomodo. A introdução de sistemas comerciais seguidas. Em 1988, de segunda geração de sistemas de ondas luminosas, operando a taxas de até 1,7 Gbit/s bit, com um espaçamento de repetidor de cerca de 50 km, foram comercialmente disponíveis. Esta segunda fase de sistemas de ondas luminosas também foi especificada em algumas recomendações. Em particular, ITU-T G.652, em que especifica as características de uma fibra óptica de modo simples de funcionar a 1300 nm. Também, a recomendação ITU-T G.957 especifica as características dos sistemas ópticos que operam em 1300 nm, e é apropriado para transmitir as taxas de hierarquia síncrona digital (DSS) até o bit STM-16.Além disso, o texto da Recomendação ITU-T G.956 (agora Recomendação ITU-T G.955) foi alargado para incluir também sistemas PDH operando a 1300 nm. A recomendação ITU-T G.652 descreve uma fibra óptica monomodo e cabo que tem zero de dispersão, comprimento de onda em torno de 1310 nm, e que é otimizada para uso na região de comprimento de onda a 1310 nm, e que também pode ser utilizado na região nm a 1550 (em que esta fibra não está otimizada). Transmissões analógicas e transmissões digitais também Faculdade de Engenharia de Sorocaba 25 podem ser usadas com esta fibra. A geometria óptica, transmissão e parâmetros mecânicos são descritos abaixo em três categorias: 1. Atributos de fibras que são mantidos durante todo o cabeamento e instalação; 2. Atributos de cabos que são recomendados para entrega; 3. Atributos de link que são característicos de cabos concatenados, descrevendo os métodos de estimativas do sistema de parâmetros de interface baseados em medições, modelação ou outras considerações. A primeira fibra óptica monomodo foi especificada na Recomendação ITU-T G.652. Características de um único modo de fibra óptica e cabo, e por esta razão, as fibras ITU-T G.652 são frequentemente chamadas de “Fibras monomodo Standard". Estas fibras foram as primeiras a serem amplamente utilizados na rede pública e representam a grande maioria das fibras que hoje são instaladas. Os acordos que levaram à primeira publicação da Recomendação ITU-T G.652 formaram uma fundação chave para as modernas redes ópticas que são à base de todas as telecomunicações modernas. Recomendação ITU-T G.652 descreve os atributos de transmissão geométrica e mecânica de um de modo único fibra óptica e cabo, que tem dispersão de zero, e comprimento de onda de cerca de 1310 nm. Esta fibra foi originalmente otimizada para utilização na região nm de comprimento de onda a 310 um, mas também pode ser utilizado na região nm a 550 um. Recomendação ITU-T G.652 foi criado pela primeira vez em 1984; várias revisões foram destinadas a manter o contínuo sucesso comercial desta fibra no mundo em desenvolvimento de sistemas de transmissão alto desempenho ópticas. Ao longo dos anos, os parâmetros foram adicionados à recomendação ITU-T G.652 e os requisitos tornaram-se mais rigorosos para atender às mudanças nas demandas do mercado tecnológico, e na fabricação de capacidade. Um exemplo é a adição de um requisito para a atenuação em 1550 nm, em 1988. Nesse ano, os parâmetros de dispersão cromática e requisitos também foram definidos. Alguns outros exemplos incluem a adição de fibras de pico de água baixas (LWP) com sensibilidade negligenciável para exposição de hidrogênio e a adição de requisitos para PMD. No entanto com o advento destas novas capacidades e necessidades percebidas, houve um consenso de que alguns aplicativos precisariam desses atributos para atender as tecnologias avançadas, taxas de bits e distancias de Faculdade de Engenharia de Sorocaba 26 transmissão; no entanto, existem também aplicações que não precisam desses recursos. Portanto, algumas opções devem ser mantidas. Por esta razão, foi decidido há necessidade de criação de diferentes categorias de fibras G.652 do ITU-T. No presente momento são quatro categorias, A, B, C e D, que são diferenciados na especificação PMDQ, referente à ligação, valor de projeto e se a fibra é LWP ou não, isto é, pico de água é especificado (LWP), ou não está especificado (GSN). Figura 25 – Atributos de Fibras Faculdade de Engenharia de Sorocaba 27 5.5. ITU-T G.653 (1997) O efeito não linear mais importante na fibra G.653 é de quatro ondas misturadas (FWM), que introduz algumas limitações tanto em termos de número máximo de canais transmitidos e do orçamento intervalo: o orçamento da extensão deve ser geralmente reduzido devido ao fato de que é necessário reduzir a unidade e força por canal lançado na fibra. Para dimensionar adequadamente uma ligação G.653, é importante saber exatamente o comprimento de onda onde ocorre a dispersão zero: em uma ligação feita com mais vãos, a lambda de zero de cada extensão deve ser conhecida (em ambas as direções). Testes recentes puseram em evidência que é geralmente obrigatório evitar a transmissão dos lambdas perto de lambda zero; por exemplo. sobre uma extensão que é possível transmitir 8 canais regularmente espaçados de 400GHz com até 8dBm / CH (1dB sensibilidade penalidade), desde que não há canais estão localizados na λ0 área de +/- 3.3 nm. A transmissão na área de lambda zero que deve ser evitada gera aumentos de até + / 8nm quando se consideram 16 CHS com espaçamento regular de 200 ou a 100 GHz, enquanto, ao mesmo tempo, a máxima potência lançada diminui até + 3 / + 4 dBm. Teoricamente é possível que, se diferentes vãos têm lambda diferente de zero não temos largura de banda disponível para a transmissão. Existe um (e apenas um) plano de comprimento de onda para a transmissão de até 8 lambdas sem levar em conta a área lambda de zero: de fato, este plano é produzir produtos FWM não interferindo com os lambdas de trabalho e que se baseia no espaçamento desigual usando grades de 100GHz sobre a totalidade da banda de 32 canais. Neste caso até + 5dBm / CH pode ser usado. Um plano semelhante existe também para sistemas com maior capacidade (80 canais em grade de 50 GHz) para até 10 lambdas com possível expansão para 11/12 (ainda a ser estudada). É importante notar que também reduzindo o número de canais não é possível aumentá-lo devido à presença de outros fenômenos (por exemplo, exaustão). O uso de FEC em 2,5 Gb / s é a introdução de algumas melhorias que permitem aceitar sanções mais elevadas na sensibilidade (mais do que 3 dB). Faculdade de Engenharia de Sorocaba 28 Uma possibilidade de aumentar a capacidade da transmissão é a utilização de banda L. Em princípio, a capacidade completa da banda L (80 canais com grid de 50 GHz) podem ser usadas; a fibra ainda mostra alguma restrição para o efeito não linear limitando o energia por canal lançado. A regra fundamental é desempenhada pelo lambda zero: se for baixo o suficiente, podemos aproximadamente comparar o G.653 na banda L a uma onda VERDADEIRA na banda C com alguns bloqueios na energia transportada, mas assumindo que lambda zero é elevado, pode também acontecer que parte da banda L não possa ser utilizada. PMD (Dispersão do Modo de Polarização): Outra característica que limita fortemente a capacidade de transmissão de fibra G.653 é o PMD. Apesar do que afirmou na ITU-T, onde um coeficiente de PMD menos de 0,5 ps por raiz quadrada de Km é afirmado, e muitas fibras exibem muito alta DMP. Isto resulta muitas vezes na impossibilidade de transmissão de altas taxas de bits (10 Gb / s), e em graves prejuízos também para a transmissão em 2,5 Gb /s. Em um dado instante, o sistema vai experimentar um DGD específico (Grupo Diferencial Delay) que são algumas distribuições aleatórias dos valores DGD, com a média dada por PMD de ligação. Geralmente, assume-se que, para uma DGD de 30% do período de bits, uma penalidade de dB é resultante. A DGD é relacionada de forma estatística para o PMD: é geralmente aceite (UIT-T), que a probabilidade de que DGD> = 3 * DMP é cerca de 4 e E- 05 este corresponde ao valor normalmente de aceite. Com base nas relações acima, o PMD máximo aceitável é de 10 ps para sistemas de 10 Gb / s, 40 PS durante 2,5 Gb/s, ou seja, 10% do tempo correspondente à taxa de bits. É possível aceitar um PMD superior, desde que haja margem suficiente para o OSNR de um link: como um valor máximo que é possível considerar que, com uma margem extrade 3 dB do OSNR é possível aceitar um PMD de 15% do período de bit. A fibra G.653 não é adequada de sistemas WDM, no entanto, algo pode ser feito de modo a permitir alguma transmissão. Pelo menos 8 lambdas de 32 em grade de 100 GHz ou 10 lambdas em cada 80 podem ser transmitidos sabendo-se que o lambda exato zero com um orçamento de extensão correspondente a + 4 / + 5 dBm por canal. O mesmo permite utilização de até Faculdade de Engenharia de Sorocaba 29 16 canais e pode ser transmitido desde que lambda zero é conhecida. Atualização de sistemas já instalados está sujeita a algumas restrições: - O plano de comprimento de onda deve levar em conta os comprimentos de onda já existentes com base muitas vezes com MUX / DEMUX 8 em 200 grade GHz, com a consequência óbvia de que a interferência é zero. - A definição do comprimento de onda a ser adicionada é sujeito ao conhecimento do lambda. - Deve ser sempre verificada cuidadosamente, se possível, se a redução da potência lançada é compatível com a OSNR. Devido às considerações acima, é muito difícil tomar decisões precisas sobre o número máximo de lambdas que pode ser adicionado a um sistema instalado. Em todo o caso, claramente, para melhorar ainda mais a capacidade de canal de um sistema G.653, é possível explorar a banda L de instalar o hardware adequado. Obviamente, neste caso, o inconveniente é a instalação do dispositivo de acoplamento C / G-banda para o C-banda já trabalhar e estar em operação é o tráfego que afeta a partir do início da instalação de banda C. 5.6. ITU-T G.654 (1997) Características de um cabo de fibra óptica Monomodo com dispersão deslocada. As características de uma fibra óptica monomodo com dispersão deslocada são especificadas na Recomendação ITU-T G.654, que descreve os atributos geométricos, mecânicos e de transmissão de um único modo de fibra óptica em um cabo que tem o seu comprimento de onda de dispersão de zero a cerca de 1300 nm e que possui redução de perdas. E comprimento de onda de corte deslocado para a região de comprimento de onda 1550 nm. A princípio, a presente recomendação foi criada como “Características de um comprimento de onda de 1550nm com perda minimizada”. De modo único, cabos de fibra óptica, em 1988, tem a finalidade da utilização do sistema de cabo submarino. Em 1997, o nome da presente recomendação foi mudado para "Características de onda de corte deslocado de modo único de cabo de fibra Faculdade de Engenharia de Sorocaba 30 óptica", a fim de tornar mais clara as características desta fibra. As principais características da fibra descritos na Recomendação ITU-T G.654 são o seu comprimento de onda de corte maior, e menor coeficiente de atenuação em 1550 nm em comparação com outras fibras ópticas de modo único. O corte mais o comprimento de onda pode permitir uma concepção inferior da fibra de perda conhecida como macrobending. Assim, é vantajoso para cabos submarinos que necessitam de menor atenuação. Os menores valores de coeficiente de atenuação dependem do processo de fabricação, composição das fibras e design do cabo. Esses recursos são adequados para a transmissão de longa distância entre a região de 1530 a 1625 nm A versão atual da presente recomendação contém três categorias: A, B e C. Categoria A: é a categoria de base que, considerando a sua muito baixa atenuação, pode ser utilizada para longa distância e aplicações de transmissão digital, tais como sistemas de linhas terrestres de longa distância e sistemas de cabos submarinos que utilizam amplificadores óticos. Esta categoria é adequada para os sistemas especificados em Recomendações da UIT-T G.691, ITU-T G.692, ITU-T G.957 e ITU-T G.977 na região de comprimento de onda de 1550 nm. Categoria B: tem um limite superior maior de MFD (diâmetro do campo modal) de Categoria A e reduziu exigência PMD. Esta categoria é adequada para os sistemas de longo curso G.959.1 da UIT-T em aplicações na região de comprimento de onda a 1550 nm. Esta categoria B, também pode ser aplicada a uma distância mais longa, e em sistemas submarinos sem repetidores de maiores capacidades WDM com amplificador óptico remotamente bombeado. Categoria C: é semelhante à categoria A, porém a exigência PMD é reduzida, e também suporta alta taxa de bits e aplicações de longo curso entre os descritos na ITU-T G.959.1. 5.7. ITU-T G.655 Características de uma fibra óptica monomodo de dispersão não-nula deslocada e cabo A ITU-T G.655 descreve uma fibra monomodo com um coeficiente de dispersão cromática maior do que zero e comprimentos de onda Faculdade de Engenharia de Sorocaba 31 maiores do que 1530 nm. Esta dispersão reduz o crescimento de efeitos não lineares que podem ser prejudiciais a sistemas de densa multiplexação por divisão de comprimento de onda (DWDM). Em comprimentos de onda mais baixos, o coeficiente de dispersão pode atravessar o zero, mas os valores do coeficiente de dispersão cromática nesses comprimentos de onda podem ser especificados para ajudar em sistemas com grossa multiplexação por divisão de comprimento de onda (CWDM) que não têm limitações significativas, devido a efeitos não lineares. Esta fibra foi originalmente destinada para uso em comprimentos de onda entre 1530 nm e 1565 nm. Alterações foram feitas para suportar a transmissão em comprimentos de onda mais elevados de até 1625 nm e inferiores até 1460 nm. A fibra ITU-T G.655 é um tipo de fibra que foi concebida para corrigir a limitação da fibra tipo DS, e cuja dispersão para a janela de 1550 nm é muito baixa em relação à fibra SM (18 ps.nm/km), porém não é zero (8 ps.nm/km). Para obter esta redução do fator de dispersão cromática, o núcleo da fibra foi alterado para ter menor diâmetro. Sempre se acreditou que estas fibras seriamideais para sistemas WDM com grande número de comprimentos de onda, porém com o passar do tempo e utilização em sistemas reais, verificou-se que o fato de ter a área de seu núcleo reduzida, impede sua utilização em sistemas de grande quantidade de comprimentos de onda (Lambdas). 5.8. ITU-T G.656 Características de uma fibra e cabo com dispersão não-nula para transporte óptico em banda larga A ITU-T G.656 descreve uma fibra monomodo com dispersão cromática maior que zero em toda a faixa de comprimentos de onda de 1460-1625 nm. Esta dispersão reduz o crescimento de efeitos não lineares que podem ser prejudiciais nos sistemas de Densa Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (DWDM). Esta fibra usa dispersão não-nula para reduzir o efeito da “mistura de quatro ondas” (FWM) e modulação de fase cruzada ao longo de um intervalo de comprimento de onda maior do que a fibra descrita em ITU-T G.655. Faculdade de Engenharia de Sorocaba 32 Esta fibra pode ser utilizada para sistemas DWDM CWDM e em todo o comprimento de onda alargado região de transmissão entre 1460 e 1625 nm. 5.9. ITU-T G.657 Características de uma fibra óptica monomodo não sensível à perda por curvatura e cabo para acesso à rede A ITU-T G.657 descreve duas categorias de cabo de fibra óptica monomodo que são adequados para uso em redes de acesso, incluindo no interior de edifícios no final destas redes. Ambas categorias (A e B) contêm duas subcategorias que diferem na perda de macrocurvatura. Fibras da categoria A são otimizados para a perda de macrocurvatura reduzida e dimensional mais compacto em comparação com fibras ITU-T G.652.D e pode ser implantado em todo a rede de acesso. Estas fibras são adequadas para serem usadas em comprimentosde onda de 1260 nm a 1625 nm. Fibras e requisitos desta categoria são um subconjunto de ITU-T G.652.D e, portanto, compatível com fibras G.652.D ITU-T, têm a mesma transmissão e propriedades de interconexão. Subcategoria de fibras ITU-T G.657.A1 são apropriados para a concepção de um raio mínimo de 10 mm. Subcategoria fibras ITU-T G.657.A2 são apropriados para um raio de projeto mínima de 7,5 mm. Fibras de categoria B são otimizados para a perda de macrocurvatura ainda mais reduzida e, portanto, é possível utilizar valores muito baixos de raio de curvatura. Estas fibras são para distâncias de alcance curto (menos de 1000 m) na extremidade de redes de acesso, em particular, no interior de edifícios ou edifícios próximos (por exemplo, tubo de subida de cabeamento do lado externo da construção). O comprimento da fibra do ITU-T G.657.B depende da estratégia de implantação de cada operador de rede. Estas fibras são adequadas para utilização em comprimentos de onda entre 1260-1625 nm. Fibras da categoria B não são necessariamente compatíveis com ITU-T G.652.D em termos de coeficiente de dispersão cromática e especificações PMD. Estas fibras, no entanto, são compatíveis com fibras ITU-T G.657.A (e ITU-T G.652.D) em redes de acesso. Subcategoria fibras ITU-T G.657.B2 são apropriados para um raio de Faculdade de Engenharia de Sorocaba 33 projeto mínima de 7,5 mm. Subcategoria fibras ITU-T G.657.B3 são apropriados para um raio deprojeto mínima de 5 mm. 6. CONCLUSÃO Verifica-se que existe uma ampla variedade de tipo de fibra, cada uma atendendo a uma respectiva norma da ITU-T. As fibras mais úteis para aplicações típicas são aquelas em conformidade com as seguintes normas: G.652 - define quatro versões (A, B, C, D), com as variantes G.652.C G652.D e apresentam um pico de água reduzido (ZWP - Zero pico da água), o que permite que elas sejam usadas na região de comprimento de onda entre 1310 nm e 1550 nm de apoio Coarse Wavelength Division Multiplexed (CWDM) de transmissão sendo G.652.D a Fibra Modo Standard (SSMF) dedicado para 10 Gbps e 40 Gbps (sistemas graças à dispersão reduzida polarização modo - PMD), atualmente, é a fibra óptica mais popular; G.655 - define uma fibra óptica com o desempenho especificado a 1550 nm e 1625 nm, com uma cromática diferente de zero declive de dispersão dessas regiões de comprimento de onda, na qual tipo de fibra óptica pode suportar longa distância sistemas usando Dense Wavelength Division diversificadas (DWDM) de transmissão em 1530 nm a 1625 nm janela; G.656 - fibra óptica dedicado para utilização em sistemas de banda larga, utilizando tanto DWDM e CWDM, destina-se a funcionar em 1460 e 1625 nm de comprimento de onda janela e G.657 - define as fibras ópticas que produzem níveis mais baixos de atenuação causada por dobras, sendo o raio mínimo de curvatura foi reduzida a 15-5 mm (dependendo da versão), na qual a Fibra G.657A é compatível com G.652 fibras, versões G.657.B não fornecem compatibilidade de 100% com as outras fibras, no entanto, ter únicas características mecânicas adequadas para as instalações mais exigentes. Para todas as aplicações há os conectores, que são dispositivos passivos que servem de interface e providenciam a conexão da fibra óptica, aos dispositivos ativos e servem de interface para vários tipos de equipamentos, e também os acopladores ópticos que podem ser considerados como dispositivos multiportas que permitem combinar ou separar sinais luminosos. Faculdade de Engenharia de Sorocaba 34 7. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS TELECO. Tutoriais Redes Opticas. Disponível em:<http://www.teleco.com.br/tutoriais/tutorialrwdm/pagina_2.asp>. Acesso em:03 mar. 2016. VASCONCELOS, Yuri. Fibra dopada. 2005. Disponível em:<http://revistapesquisa.fapesp.br/2005/12/01/fibra-dopada/>. Acesso em: 07mar. 2016. FIBRAS ópticas e WDM: Tipos de Fibras. Tipos de Fibras. Disponível em: <http://www.gta.ufrj.br/grad/08_1/wdm1/Tiposdefibras.html>. Acesso em: 10 mar. 2016. ITU-T Recommendations. Disponível em: <http://www.itu.int/itut/recommendations>. Acesso em: 15 mar. 2016. STANDARDS Fibra Óptica. Disponível em:<http://www.dipol.pt/standards_fibra_optica_bib327.htm>. Acesso em: 22 mar. 2016. KEISER, Gerd. Comunicações por fibras ópticas. 4. ed. São Paulo: AMGH, 2014. Faculdade de Engenharia de Sorocaba 35 8. ANEXO I – Abreviações e Acrônimos Aeff - Effective Area DGD - Differential Group Delay DWDM - Dense Wavelength Division Multiplexing GPa - GigaPascal PMD - Polarization Mode Dispersion PMDQ - Statistical parameter for link PMD SDH - Synchronous Digital Hierarchy PDH - Plesiochronous Digital Hierarchy TBD - To Be Determined WDM - Wavelength Division Multiplexing FWM – Four-Wave Mixing GaAs – Alta Velocidade RTM – Resin Transfer Molding ITU-T Recomendations: • ITU-T G.650 - Definition and test methods for the relevant parameters of singlemode fibers • ITU-T G.651 - Characteristics of a 50/125 μm multimode graded index optical fiber cable • ITU-T G.652 - Characteristics of a single-mode optical fiber and cable • ITU-T G.653 - Characteristics of a dispersion-shifted single-mode optical fiber and cable • ITU-T G.654 - Characteristics of a cut-off shifted single-mode optical fiber cable • ITU-T G.655 - Characteristics of a non-zero dispersion-shifted single-mode optical fiber and cable • ITU-T G.656 - Characteristics of a fiber and cable with non-zero dispersion for wideband optical transport • ITU-T G.657 - Characteristics of a bending-loss insensitive single-mode optical fiber and cable for the access network
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