GPON uma breve abordagem da tecnologia

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GPON uma breve abordagem da tecnologia1 
 
 
Waldirley Lopes SILVA 
Centro de Ensino Superior de Juiz de Fora, Juiz de Fora, MG 
Almir Gonçalves PEREIRA 
 
RESUMO 
 
Desde que Basil Isaac Hirschowitz conseguiu transmitir informações complexas utilizando 
fibras ópticas o grande desafio tem sido aumentar cada vez mais a capacidade de 
transmissão de dados neste meio. Juntando-se à crescente necessidade de largura de 
banda para disponibilizar serviços como vídeo HD (High Definition), Cloud Computing e 
jogos online desenvolveu-se a filosofia FTTx (Fiber-To-The-x) e o conceito PON (Passive 
Optical Network), tendo como tecnologia mais recente o GPON (Gigabit-Capable Passive 
Optical Network). Estes conceitos veem para suprir o crescente aumento da demanda por 
serviços de alta capacidade, não só por parte das grandes corporações, mas também 
pelas pequenas e médias empresas e pelos clientes residenciais. Este trabalho tem como 
objetivo mostrar que as redes ópticas passivas são uma realidade na solução para as 
redes de acesso e que a sua implantação é viável mesmo em redes ópticas legadas. 
 
 
Palavras-chave: FTTx; PON; GPON; Redes ópticas. 
 
 
ABSTRACT 
 
Since Basil Isaac Hirschowitz managed to transmit complex information using optical 
fibers, the challenge has been increasing significantly the capacity of data transmission in 
this way. Joining the raise need for bandwidth to provide services such as HD video, cloud 
computing and online games, was developed FTTx (Fiber - To-The - x) philosophy, the 
concept PON (Passive Optical Network) with the latest technology GPON (Gigabit - 
Capable Passive Optical Network). These concepts come to meet with the growing 
demand for high-capacity services, not only by large corporations but also for small and 
medium businesses and residential customers. This work aims to show that passive 
optical networks are a real solution for access networks and its implementation is viable 
even in legacy optical networks. 
 
 
Keywords: FTTx; PON; GPON; Optical networks. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1 Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Centro de Ensino Superior de Juiz de Fora, como requisito parcial para a 
conclusão do Curso de Graduação em Engenharia de Telecomunicações. 
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1 INTRODUÇÃO 
 
 O grande desafio das operadoras de telefonia, provedores de internet e fabricantes 
de equipamentos de telecomunicações, tem sido prover ao usuário final, seja ele 
corporativo ou residencial, banda suficiente para utilização de aplicações triple play, que é 
o serviço que entrega voz, dados e imagens em um único acesso. As tecnologias atuais 
que utilizam par de fios de cobre trançado (xDSL – Digital Subscriber Line) ou cabo 
coaxial (cable modem, baseado no DOCSIS – Data Over Cable Service Interface 
Specification) estão limitadas tanto pela taxa de transmissão, quanto pela distância. Estas 
redes já não se mostram capazes de atender a esta demanda cada vez maior por largura 
de banda (GREEN, 2006). 
 Uma solução para esta demanda por banda de transmissão é a fibra óptica, que 
possui uma capacidade, teoricamente infinita, para transmissão de dados. Porém, a 
utilização da fibra óptica em uma topologia ponto a ponto nas redes de acesso, para 
atender ao conceito do FTTH (Fiber To The Home), ainda é uma alternativa 
financeiramente inviável. 
 Nos anos 90, começou-se a estudar as redes ópticas passivas, surgindo então a 
tecnologia PON (Passive Optical Network). Com esta nova tecnologia a utilização da fibra 
óptica até o cliente passa a ser vista com mais interesse pelas operadoras e provedores, 
pois a tecnologia é baseada em uma topologia ponto multiponto, com divisores ópticos 
passivos, dispensando os amplificadores ativos existentes no HFC (hybrid fiber–coax).
 Este artigo tem como objetivo fazer uma breve apresentação da última tecnologia 
baseada em redes ópticas passivas, o GPON (Gigabit capable Passive Optical Network). 
Este trabalho está organizado da seguinte forma: no capítulo 2 é apresentada a aplicação 
da fibra ótica em diferentes setores; no capítulo 3 é feita uma breve abordagem do 
conceito FTTx (Fiber To The x); no capítulo 4 é apresentada a definição e a evolução das 
redes ópticas passivas; o capítulo 5 traz os detalhes da tecnologia GPON e no capítulo 6 
é feita uma comparação entre algumas tecnologias que antecederam o GPON. 
 
2 APLICAÇÕES DAS FIBRAS ÓPTICAS 
 
 A fibra óptica está presente em diversos setores da sociedade como, por exemplo, 
na medicina onde se usa a fibra em aparelhos que captam imagens do interior do corpo 
humano, sensores de temperatura, pressão, pH e de vazão sanguínea, entre outros. No 
setor industrial as fibras ópticas são utilizadas em sistemas de telemetria e na supervisão 
3 
 
e controle de processos. Na indústria automobilística as fibras são utilizadas desde o 
controle do motor e do sistema de transmissão até nos acessórios secundários, como 
controle de portas e janelas, aquecimento e refrigeração de ar. Na área militar as fibras 
ópticas são muito utilizadas nos links de comunicação, no guiamento de mísseis e nos 
veículos aéreos, terrestres ou submarinos controlados remotamente. Nos sistemas de TV 
a cabo a utilização da fibra óptica iniciou na primeira milha, da provedora até perto do 
usuário, garantindo melhor qualidade ao sistema (PEREIRA, 2008). 
 Nas telecomunicações as fibras ópticas foram utilizadas inicialmente no sistema 
telefônico, com a função de interligar as centrais de tráfego urbano, interurbano e 
intercontinental. Com o aumento da demanda, foi necessária a multiplexação do sinal 
óptico. Então, nos anos 80, foi desenvolvido o sistema de multiplexação por divisão de 
comprimento de onda, o WDM (Wavelength-Division Multiplexing), com capacidade para 
transmitir 4 canais simultaneamente, possibilitando quadruplicar a capacidade de uma 
única fibra óptica. Em meados dos anos 90 foi desenvolvido o CWDM (Coarse 
Wavelength-Division Multiplexing) tornando possível a utilização de 4 a 8 canais por fibra, 
e, em seguida, o DWDM (Dense Wavelength-Division Multiplexing), aumentando ainda 
mais, podendo-se utilizar de 16 a 128 canais numa única fibra óptica (AGRAWAL, 2002). 
 O contínuo aumento da demanda por largura de banda gerou a necessidade de se 
utilizar a fibra óptica também na última milha em atendimento ao cliente final, corporativo 
ou residencial, motivando novas tecnologias de acesso, como por exemplo, o FTTx. 
 
3 FTTx: FIBER–TO–THE–X 
 
 Em razão do aprimoramento das redes ópticas ao longo dos anos obteve-se um 
aumento considerável da banda de transmissão, tendo como consequência o 
desenvolvimento do conceito FTTx e do PON. Estes conceitos vieram para suprir o 
crescente aumento da demanda por serviços de alta capacidade, não só por parte das 
grandes corporações, mas também pelas pequenas e médias empresas e pelos clientes 
residenciais. FTTx é um termo genérico para qualquer arquitetura de rede de banda larga 
através de fibra óptica, que permite substituir toda ou parte da rede de cabos metálicos 
que são utilizadas para a última milha (STOBER, 2005). 
 O FTTx pode utilizar como arquitetura de rede as redes ópticas passivas - PON, 
que é uma rede que não utiliza componentes ativos para realizar a distribuição do sinal. A 
letra x é substituída de acordo com o conceito técnico utilizado em função do ponto de 
aplicação, conforme as definições a seguir baseadas em (JANSSEN, 2012). 
4 
 
3.1 FTTN 
 
 Fiber To The Node ou fibra até o nó, também pode ser chamado de fibra até o 
bairro. Nesta topologia a rede óptica é utilizada desde a central ou estação de 
telecomunicações até um ponto chamado de nó, que ficaa uma distância maior que 300 
m do assinante. O sistema FTTN geralmente utiliza cabo coaxial ou par trançado na 
última milha. 
 
3.2 FTTC 
 
 Fiber To The Curb ou fibra até o armário é a utilização de rede óptica até um ponto 
mais próximo do assinante. Normalmente a distância entre o assinante e o gabinete ou 
armário é inferior a 300 m. O FTTC é muito utilizado como backhaul (interligação entre o 
núcleo da rede e a rede de acesso) para tecnologia Wi-Fi ou Wireless. Assim como no 
FTTN, a última milha utiliza cabo coaxial ou par trançado. As taxas de dados são 
diferentes de acordo com o protocolo utilizado e a distância entre o cliente e o gabinete ou 
armário. 
 
3.3 FTTB 
 
 Fiber To The Building ou fibra até o edifício é a utilização de rede óptica até uma 
construção de grande porte como, por exemplo, um prédio. A partir deste ponto a 
conexão com o cliente final pode ser feita por cabo metálico ou fibra óptica com sistemas 
ativos ou passivos. 
 
3.4 FTTH 
 
 Fiber To The Home, ou fibra até o lar. Nesta topologia a interligação entre a 
operadora ou o provedor e o cliente é feita totalmente por fibra óptica. O principal 
benefício na utilização de fibra óptica até o cliente é o fornecimento de conexões de alta 
velocidade. Em contrapartida, a principal desvantagem é o elevado custo de implantação 
de redes ópticas, principalmente nas redes ponto a ponto. 
 Com o intuito de diminuir os custos com a implantação de redes ópticas foram 
desenvolvidas as redes ópticas passivas, a serem tratadas a seguir. 
 
5 
 
4 REDES ÓPTICAS PASSIVAS – PON 
 
 A rede óptica passiva é o mais novo e crescente sistema de fibra óptica para rede 
de acesso metropolitana. Este método tem sido adotado por operadoras de 
telecomunicações como solução de acesso para entrega de serviços, seja em banda 
larga ou de modo dedicado, em altíssima velocidade (FRENZEL, 2013). 
 A tecnologia PON é composta por uma rede óptica geralmente ponto-multiponto, 
utilizando uma topologia em árvore, e divisores ópticos para ramificar a rede. Os 
elementos ativos da rede são responsáveis por realizar a transmissão e o controle do 
sinal óptico. A PON é composta pelos seguintes equipamentos e rede externa de fibra 
óptica: 
ONU ou ONT (Optical Network Unit /Terminal): equipamento de acesso do usuário. 
OLT (Optical Line Terminal): equipamento que concentra e distribui o tráfego proveniente 
das ONUs ou ONTs. Este equipamento fica na estação da operadora. 
ODN (Optical Distribution Network): formada basicamente pela rede externa de fibras 
ópticas e divisores ópticos passivos (ITU-T Rec. G.984.1, 2003). 
Na Figura 1 é apresentada uma estrutura típica de uma PON. 
 
 
Figura 1 
Estrutura típica de uma rede óptica passiva 
 
 
Fonte: FORUM, 2012 
 
 
 Existem diferentes aplicações em que as redes PONs podem ser utilizadas. A 
seguir são apresentadas algumas delas. 
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4.1 ATM – PON (APON) 
 
 O APON foi o primeiro padrão de redes passivas, tendo como foco a tecnologia 
ATM (Asynchronous Transfer Mode) que, em 1996, era o único sistema de transporte que 
possibilitava a transmissão de voz, dados e vídeo simultaneamente. Neste padrão, a 
distância entre a OLT e a ONT é de no máximo 20 km e a quantidade de ONTs por ramo 
é limitada em 32. No downstream, a transmissão é feita em taxas de 155 Mbps e 622 
Mbps; no upstream, a 155 Mbps (GREEN, 2006). 
 
4.2 BROADBAND – PON (BPON) 
 
 Como o termo APON levava ao entendimento de que somente serviços ATM 
poderiam ser atendidos, então o grupo FSAN (Full Service Access Network) lançou o 
nome BPON (Broadband PON), tendo como objetivo oferecer serviços de banda larga 
incluindo acesso Ethernet e distribuição de vídeo. Este padrão é baseado no APON sendo 
acrescentado suporte para WDM, maior alocação de largura de banda upstream e 
interface de gerenciamento entre OLT e ONU, chamado OMCI (ONU Management and 
Control Interface). No downstream a transmissão pode chegar a 1250 Mbps e no 
upstream a 622 Mbps (GREEN, 2006). 
 
4.3 ETHERNET – PON (EPON) 
 
 Em 2000 foi formado pelo IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) o 
grupo de estudos EFM (Ethernet in the First Mile), com o objetivo de estudar a utilização 
de ethernet nos links de fibra óptica. Os estudos, concluídos em 2004, estabeleceram a 
padronização IEEE 802.3, onde o EFM introduz o conceito de EPON onde uma topologia 
de rede ponto-multiponto é implementada com divisores ópticos passivos. A transmissão 
no EPON é simétrica (mesma taxa de transmissão em ambas as direções), com taxa de 
1250 Mbps, adequada para serviços de dados (HERNÁNDEZ, 2013). 
 
4.4 GIGABIT PON (GPON) 
 
 O GPON foi projetado para volumosos tráfegos IP, descrito como combinação dos 
melhores atributos Gigabit, permite o transporte IP puro sem exigir pontos ativos na rede 
de acesso, a ser melhor visto a seguir. 
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5 GPON – REDE ÓPTICA PASSIVA COM CAPACIDADE DE GIGABIT 
 
 As definições do GPON começaram em 2001, com o consórcio FSAN, que tinha 
como objetivo padronizar as redes ópticas passivas operando em 1 Gbps, sendo que a 
conclusão do trabalho ocorreu em 2004. A padronização elaborada pela FSAN foi 
aprovada e publicada pela ITU-T em 2003, como recomendação G.984, sendo que a série 
de recomendações está dividida em 6 partes, de G.984.1 a G984.6. 
 A capacidade de transmissão do GPON é superior às versões anteriores, sendo 
totalmente compatível com elas. Transporta não somente Ethernet, mas também ATM e 
TDM, incluindo PSTN, ISDN, E1 e E3. Suporta várias taxas de transmissão tanto em 
upstream quanto em downstream (ITU-T Rec. G.984.1, 2003). 
 
5.1 CARACTERÍSTICAS GERAIS DO GPON 
 
 Assim como nas outras tecnologias baseadas em redes ópticas passivas, os 
sistemas GPON são caracterizados, em geral, por um OLT e uma ONU ou ONT com uma 
ODN interligando-os. Há, em geral, uma relação ponto-multiponto entre o OLT e as 
ONU/ONTs. Além dos elementos principais, fazem parte do sistema GPON, a SNI 
(Service Node Interfaces) que são as interfaces disponibilizadas pelas operadoras para 
conexão com sua rede de agregação, que consiste na rede de serviços da operadora 
como transporte, internet, telefonia, etc. O R/S e S/R, que é a Interface entre OLT e a 
ODN, e entre ONU e ODN, ou seja, os conectores ópticos. O AF (Adaptation Function) 
equipamento adicional para alterar a interface da ONU/ONT de acordo com a 
necessidade do assinante, este equipamento é utilizado somente se as interfaces 
presentes na ONU/ONT não atenderem a necessidade do assinante. A UNI (User 
Network Interface) que é a interface solicitada pelo cliente. A IFPON que é uma interface 
específica do PON que suporta todos os elementos e protocolo necessários para permitir 
a transmissão entre OLT e ONU. O NE (Network Element), que são equipamentos que 
utilizam comprimento de onda diferente do OLT e ONU/ONT (ITU-T Rec. G.984.1, 2003), 
conforme se pode verificar na estrutura apresentada na Figura 2. 
 
 
 
 
 
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Figura 2 
Estrutura de uma GPON. 
 
 
Fonte: Adaptado de ITU-T Rec. G.984.1, 2003, p.05 
 
 
 
5.2 COMPONENTES DO GPON 
 
 OLT é o equipamento responsável por multiplexar o tráfego oriundo das 
ONU/ONTs para entregar à rede de agregação, e distribuir o conteúdo agregado recebido 
da rede de agregação aos respectivos terminais ligados à interface pela rede óptica. Este 
equipamento é composto por: 
- Portas com interface óptica para conexão com a ODN e ONU/ONT: portas PON; 
- Portas de serviço, para conexão à rede de agregação da operadora: portas de uplink; 
- Função cross-connect. 
 Na Figura 3 é apresentadoum OLT do fabricante ZTE como exemplo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
9 
 
Figura 3 
OLT fabricante ZTE modelo C220. 
 
 
Fonte: Foto do autor 
 
 
 De acordo com a recomendação da ITU-T G.984.2 o OLT deve ser projetada com 
capacidade para receber 128 ONU/ONTs por porta PON, que são as portas ópticas que 
têm conexão com a ODN. Cada porta PON tem as seguintes características, de acordo 
com ITU-T Rec. G.984.2: 
- Taxa de transmissão (downstream / upstream), conforme Tabela 1 abaixo: 
 
 
Tabela 1 
Relação de taxa de transmissão do GPON de acordo com ITU-T G.984.2 
 
Downstream (Mbps) Upstream (Mbps) 
1244,16 155,52 
1244,16 622,08 
1244,16 1244,16 
2488,32 155,52 
2488,32 622,08 
2488,32 1244,16 
2488,32 2488,32 
 
Fonte: Criado pelo autor com dados extraídos de ITU-T Rec. G.984.2, 2003, p. 4 
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- Alcance: é dividido em dois tipos, sendo o primeiro o lógico, que é aquele que não 
depende dos recursos da camada física, ou seja, da fibra óptica, fusões e splitters, e é 
limitado em 60 km. E o segundo, o alcance físico, que é aquele que depende dos 
recursos da camada física, e está limitado em 20 km. 
- Split ratio: que é a relação de divisões feitas no sinal original que sai de uma porta 
PON. Para as operadoras quanto maior for esta divisão melhor, pois poderá inserir 
uma quantidade maior de clientes em uma única porta PON, porém, o aumento do 
split ratio implica na necessidade de aumento da potência de transmissão para que o 
alcance físico não seja prejudicado. Dada a tecnologia atual o split ratio está limitada 
em 1:64, no entanto, antecipando a evolução contínua dos módulos ópticos, a camada 
GTC (Gpon Transmission Convergence) deve considerar split ratio de até 1:128. 
- Meio de transmissão: deve ser fibra standard ITU-T Rec. G.652. 
- Direção de transmissão: deve ser full duplex, sendo utilizados os termos downstream 
para designar o tráfego de dados no sentido OLT para ONU/ONT, e upstream para 
designar o tráfego de dados no sentido ONU/ONT para OLT. 
- Método de transmissão: pode ser unidirecional, ou seja, utilizando 2 fibras ópticas ou 
bidirecional utilizando apenas 1 fibra óptica. No método unidirecional é utilizado o 
comprimento de onda de 1260 – 1360 nm para downstream e para upstream. No 
método bidirecional, que é o mais usual, é utilizado o comprimento de onda de 1480 – 
1500 nm para downstream e de 1260 – 1360 nm para upstream. 
 Na Tabela 2 são apresentados os níveis de potência óptica de um OLT do 
fabricante ZTE, que está em conformidade com a série de recomendações ITU-T G.984. 
 
 
Tabela 2 
Níveis de potência óptica de um OLT 
 
Itens Und 
Fibra bidirecional 
e unidirecional 
OLT 
Potência mínima de transmissão dBm +1,5 
Potência máxima de transmissão dBm +5 
Sensibilidade mínima dBm -28 
Potência de saturação dBm -8 
Atenuação da interface no downstream dB 0,5 
 
Sistemas com taxas de 2,4Gbps em downstream e 1,2 Gbps em upstream. 
Fonte: Criado pelo autor com dados extraídos de ZTE, 2011, p.68 
 
 
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 ONU/ONT é uma nomenclatura genérica do terminal instalado no cliente. Este 
equipamento recebe e transmite sinais ópticos de acordo com o método de transmissão 
adotado pela rede (unidirecional ou bidirecional), convertendo os sinais ópticos de acordo 
com as portas disponíveis no equipamento, que podem ser 10/100baseT, 
10/100/1000baseT, E1, RF coaxial para TV, etc. Na Figura 4 são exibidas duas ONUs 
utilizadas para comunicar com o OLT, como mostrado na Figura 3. 
 
 
Figura 4 
ONU/ONT do fabricante ZTE 
 
 
Fonte: Fotos do autor 
 
 
Em concordância com a recomendação da ITU-T G.984.2, segue abaixo na Tabela 3 os 
níveis de potência óptica obtidos por uma ONU/ONT do fabricante ZTE, trabalhando em 
sistemas com taxas de 2,4 Gbps em downstream e 1,2 Gbps em upstream. 
 
 
Tabela 3 
Níveis de potência óptica em uma ONU/ONT 
 
Itens Und Fibra bidirecional 
e unidirecional 
ONU/ONT 
Potência mínima de transmissão dBm +0,5 
Potência máxima de transmissão dBm +5 
Sensibilidade mínima dBm -27 
Potência de saturação dBm -8 
Atenuação da interface no downstream dB 0,5 
 
Sistemas com taxas de 2,4Gbps em downstream e 1,2 Gbps em upstream. 
Fonte: Criado pelo autor com dados extraídos da ZTE, 2011, p.68 
 
 
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 A ODN é composta por todos os elementos passivos que estão entre a OLT e a 
ONU/ONT. São estes componentes os responsáveis pela maior parte da atenuação do 
sinal óptico. Dentre estes componentes estão os cabos ópticos, cordões ópticos, 
conectores ópticos, atenuadores ópticos fixos, passantes ópticos em DGOs (Distribuidor 
Geral Óptico), emendas por fusão ou mecânicas e divisores ópticos, também conhecidos 
como Splitter. 
 Splitters ópticos são componentes passivos que realizam a divisão do sinal óptico 
em uma rede PON. Quanto à divisão de potência os splitters são classificados em 
balanceados e desbalanceados. Os splitters balanceados dividem o sinal da entrada de 
forma simétrica nas saídas. A relação entre entrada e saída pode ser de 1:2, 1:4, 1:8, 
1:16, 1:32, 1:64 e 1:128 conforme padronização da ITU-T G.984.2. Por outro lado, os 
desbalanceados, dividem a potência de entrada de forma assimétrica nas saídas, sendo 
que a relação entre entrada e saída é de 1:2 e a divisão de potência entre as portas de 
saída ocorre em passos de 10% (60/40, 70/30, 80/20, 90/10) ou de 5% (65/35, 75/25, 
85/15, 95/5), visando a atender ramos com atenuação diferenciada. 
 Quanto ao método de fabricação, os splitters são classificados em FBT (Fused 
Biconical Taper) e PLC (Planar Lightwave Circuit). No método FBT o splitter é produzido 
por meio de fusão de duas fibras. Este processo é indicado apenas para divisores 1:2 
assimétricos, pois possuem uma perda de inserção alta, porém o custo de fabricação é 
baixo se comparado ao PLC. No método PLC são utilizados circuitos de guia de onda de 
sílica alinhados com os pigtails (cabinho para emenda) das fibras. Este processo é mais 
complexo, a perda por inserção é baixa, porém, o custo de fabricação é maior que o FBT 
(FURUKAWA, 2014). A Figura 5 mostra um splitter óptico balanceado do tipo PLC com 
relação 1:8, é possível observar o tamanho reduzido deste componente quando 
comparado com uma tampa de caneta. 
 
Figura 5 
Splitter óptico balanceado tipo PLC com relação 1:8 
 
 
Comparando o tamanho do splitter com uma tampa de caneta. 
Fonte: Foto do autor 
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 Com a utilização de splitters a potência do sinal óptico pode ser divida em 
proporções diferentes de acordo com a necessidade de cada projeto. O splitter é o 
componente da ODN que insere a maior atenuação na rede. A Tabela 4 mostra alguns 
modelos deste componente com suas atenuações típicas. 
 
 
Tabela 4 
Relação de splitters com sua atenuação típica e tecnologia de fabricação 
 
Modelos de 
Spliter 
1:2 Assimétricos mais utilizados Simétricos 
10/90 20/80 30/70 35/65 40/60 1:2 1:4 1:8 1:16 1:32 1:64 
Perda de inserção 
máxima (dB) 
11/0,7 7,9/1,4 6/1,9 5,35/2,3 4,7 / 2,7 3,7 7,1 10,5 13,7 17,1 20,5 
Tecnologia de 
fabricação 
FBT FBT FBT FBT FBT PLC PLC PLC PLC PLC PLC 
 
Fonte: Criado pelo autor com dados extraídos de FURUKAWA, 2014 
 
 
5.3 ESTRUTURA DE COMUNICAÇÃO DO GPON 
 
 Como informado anteriormente, o método de transmissão mais usual é o 
bidirecional (em uma única fibra), utilizando os comprimentos de onda de 1480 – 1500 nm 
para downstream e de 1260 – 1360 nm para upstream. 
 No sentido de downstream os dados são enviados em broadcast (envio não 
direcionado). As informações de cada ONU são divididas no tempo (TDM – TimeDivision 
Multiplexing). Desta forma, toda informação provida pelo OLT é repassada a todas ONUs 
da rede, mas cada ONU filtra as informações que lhe são destinadas(ZTE, 2011), a Figura 
6 ilustra esta forma de comunicação. Uma forma para se garantir a segurança dos dados 
transmitidos na rede é a utilização de criptografia, sendo utilizado o algoritmo Advanced 
Encryption Standard (AES). 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 6 
Representação do tráfego GPON no sentido downstream 
 
 
 
Fonte: HUAWEI, 2011, p.09 
 
 
 No sentido upstream a transmissão é feita a partir de um arranjo TDMA (Time 
Division Multiple Access ou Acesso Múltiplo por Divisão no Tempo). Cada ONU tem seu 
tempo predefinido para realizar a transmissão de seus dados para o OLT. Para evitar 
colisões, o OLT fica responsável por administrar o momento em que cada ONU deve 
realizar a transmissão, sendo que cada frame (quadro) em upstream possui um tempo de 
 (ZTE, 2011). A Figura 7 ilustra esta forma de comunicação. 
 
 
Figura 7 
Representação do tráfego GPON no sentido upstream 
 
 
 
Fonte: HUAWEI, 2011, p.10 
 
 
 
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5.4 CAMADAS DO GPON 
 
 Como mostrado na Figura 8, a estrutura de camada de um GPON, tanto no OLT 
como na ONU, consiste, basicamente, em duas camadas: PMD (physical-medium-
dependent), camada física dependente do meio padronizada pela recomendação ITU-T 
G.984.2, e a GTC, camada de convergência de transmissão padronizada pela 
recomendação ITU-T G.984.3. Elas correspondem à camada física e à camada de enlace 
do modelo de referência OSI, respectivamente (ITU-T Rec. G.984.3, 2004). 
 
 
 
Figura 8 
Representação em camadas do GPON 
 
Fonte: Adaptado de ITU-T Rec. G.984.3, 2008, p.16 
 
 
 
 
16 
 
5.4.1 Camada GPON physical-medium-dependent (PMD) 
 
 A PMD é composta por hardware, sendo este definido pela recomendação ITU-T 
G.984.2, conforme parâmetros descritos no item 5.2 referentes à taxa de transmissão, 
método de transmissão, comprimento de onda, tipo de tráfego, split ratio, alcance lógico e 
físico, etc. 
 
5.4.2 Camada GPON Transmission Convergence (GTC) 
 
 A camada GTC é dividida em duas subcamadas, como segue: 
a) Subcamada Framing GTC 
 De acordo com as especificações do ITU-T Rec. G.984.3(2004), a subcamada 
framing GTC é responsável por realizar a multiplexação e a demultiplexação do PLOAM 
(Physical Layer OAM ou Operação, Administração e Manutenção da Camada Física), 
ATM e GEM (G-PON Encapsulation Method ou Método de Encapsulamento G-PON), 
criação do cabeçalho do GTC no downstream e decodificação no upstream, e roteamento 
com base no Alloc-ID dos dados em ATM e GEM. 
b) Subcamada de Adaptação 
 A subcamada de adaptação fornece três adaptadores de convergência de 
transmissão (TC): 
- Adaptador de convergência de transmissão ATM, que em conjunto com a 
subcamada framing (subcamada de quadros) do GTC fornece a interface ATM 
conforme padrão especificado na recomendação ITU-T I.432.1; 
- Adaptador TC GEM que pode ser configurado para diversas interfaces de 
transporte como TDM, Ethernet, SDH e IP; 
- Adaptador OMCI (ONU Management and Control Interface) que, na ONU é 
responsável por filtrar e desencapsular os frames no downstream e encapsular os 
PDUs (Protocol Data Unit) no upstream; no OLT é realizado o mesmo processo no 
sentido contrário, ou seja, filtrar e desencapsular os frames no upstream e 
encapsular os PDUs no downstream. 
 
5.5 ESTRUTURA DO FRAME GTC 
 
 A Figura 9 mostra a estrutura do frame GTC para downstream e upstream. O 
quadro downstream do GTC consiste do PCBd (Physical Control Block downstream), que 
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é o bloco responsável pelo controle físico, provendo a localização do frame, sincronização 
e funções de alocação de largura de banda, e a seção de Payload do GTC, usado para 
carregar os dados de downstream. O quadro de GTC upstream contém vários bursts ou 
rajadas de transmissão. Cada burst resulta em uma sessão PLOu (Physical Layer 
Overhead upstream) e em um ou mais intervalos de alocação de banda associados com 
ALLOC_IDs (ITU-T Rec. G.984.3, 2004). 
 
 
Figura 9 
Estrutura do frame GTC para downstream e upstream 
 
 
 
Fonte: ITU-T Rec. G.984.3, 2008, p.30 
 
 
6 COMPARATIVO ENTRE TECNOLOGIAS 
 
 Paul E. Green, em seu livro Fiber to the Home: The New Empowerment, comparou 
a taxa de transmissão e alcance de algumas tecnologias baseadas em cabo metálico com 
tecnologias que utilização redes ópticas passivas. Na Tabela 5 é possível observar a 
superioridade do GPON com relação à taxa de transmissão sobre algumas tecnologias de 
acesso que o antecedeu. 
 
 
 
 
 
 
 
 
18 
 
Tabela 5 
Comparação entre DSL, cable modem (HFC) e redes ópticas passivas. 
 
Serviço 
Meio de 
Transmissão 
Down 
(Mbps) 
Up 
(Mbps) 
Alcance 
Físico 
Recomendação 
ADSL Par trançado 8 0,64 2,4 Série ITU G.992 
VDSL Par trançado 40 6,4 0,4 ANSI T1E1 
ADSL2+ Par trançado 16 1,0 1,5 ITU G.992.5 
HFC Coaxial 57 9,2 25 DOCSIS 2.0 
BPON Fibra óptica 155 ou 622 155 20 Série ITU G.983 
EPON Fibra óptica 1250 1250 20 IEEE 802.3ah 
GPON Fibra óptica 1244/2488 155/2488 20 Série ITU G. 984 
 
As Taxas de transmissão no DSL e HFC são por assinante e na PON são compartilhadas entre assinantes. 
Fonte: GREEN, 2006, p.19 
 
 Com os novos materiais desenvolvidos especialmente para rede de acesso 
utilizando tecnologia GPON, como o cabo Low Friction, com apenas 1 fibra, conectores 
para montagem em campo, emendas mecânicas e caixas de emendas especiais, o custo 
de implantação de redes ópticas de acesso reduziu bastante. Levando-se em conta a taxa 
de transmissão expressivamente maior do GPON, deduz-se que este apresenta, de forma 
indubitável, uma maior atratividade para o cliente e para as operadoras. 
 A utilização da tecnologia GPON está crescente em todo o mundo. No Brasil, 
algumas operadoras como a Embratel, Telefônica, OI, e GVT já implementaram esta 
solução na rede de acesso. Segundo a revista Tele Time, a operadora Telefônica foi a 
primeira no Brasil a apostar na tecnologia, realizando atendimento FTTH desde 2009 
(MACHADO, 2012). De acordo com o Anuário Telecom de 2013, o fabricante de 
equipamentos para telecomunicações Alcatel está aumentando o investimento na 
fabricação de equipamentos ópticos GPON e a CEMIGtelecom, que tem como foco 
principal a venda de acesso em fibra óptica, descontinuou tecnologias de redes mais 
antigas para concentrar em tecnologias mais atuais, entre elas o GPON aproveitando 
redes legadas (ANUÁRIO, 2013). 
 
7 CONCLUSÃO 
 
 Neste artigo foi possível verificar que a fibra óptica é aplicável em diferentes áreas, 
sendo que nas telecomunicações tem se mostrado extremamente eficiente nas redes de 
19 
 
transporte, principalmente pelas características de baixa atenuação e alta capacidade de 
transmissão. Com a implementação das redes PON, torna-se viável a utilização de fibra 
óptica na dita última milha, ou seja, na rede de acesso, principalmente pelo fato de se 
poder utilizar a rede óptica legada, e a não utilização de elementos ativos na rede externa 
(ODN). 
 A tecnologia GPON permite altas taxas de transmissão para entrega ao usuário 
final, podendo atingir taxas de 2,4 Gbps. Um grande diferencial do GPON é o transporte 
de outras tecnologias, como Ethernet, ATM e TDM, incluindo PSTN, ISDN, E1 e E3, por 
meio do protocolo GEM. A facilidade na instalação, manutenção e gerenciamento das 
ONUs, também é um atrativo da tecnologia, pois dispensa mão de obra especializada 
visto que estes equipamentos se auto-anunciam narede. E uma vez autenticadas na rede 
as configurações, inclusive de upgrade de velocidade, são realizadas remotamente pela 
gerência. 
 Como pesquisa para futuros trabalhos, sugere-se o estudo do método de 
encapsulamento GPON (GEM), que é o responsável pelo encapsulamento de outras 
tecnologias para transporte dentro do sistema GPON. Outro tema sugerido é a alocação 
dinâmica de banda (DBA), que é o processo pelo qual o OLT distribui de maneira rápida, 
a capacidade de upstream da rede com base em seus contratos de tráfego configurados. 
Com a utilização do DBA há uma maior eficiência na utilização de banda, possibilitando 
um maior número de usuários na rede. 
 
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