Sistema óptico-pdf

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CAMPUS TAUÁ 
CURSO SUPERIOR TECNOLOGIA EM TELEMÁTICA 
 
 
 
ANTÔNIA FABÍOLA BRAGA AVELINO 
 
 
 
 
 
REDE ÓPTICA DWDM: ANÁLISE COMPARATIVA DO DESEMPENHO DOS 
FILTROS BUTTERWORTH, GAUSSIAN, CHEBYSHEV E RC NA 
RECUPERAÇÃO DOS DADOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TAUÁ-CE 
2017 
 
 
 
 
ANTÔNIA FABÍOLA BRAGA AVELINO 
 
 
 
 
 
REDE ÓPTICA DWDM: ANÁLISE COMPARATIVA DO DESEMPENHO DOS 
FILTROS BUTTERWORTH, GAUSSIAN, CHEBYSHEV E RC NA 
RECUPERAÇÃO DOS DADOS. 
 
 
 
 
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado á 
coordenação do Curso de Tecnologia em 
Telemática do Instituto Federal do Ceará – 
Campus Tauá, - como requisito parcial para 
obtenção do título de Tecnólogo em Telemática. 
Área de concentração: Comunicação Óptica. 
Orientador: Profª. MSc. Dayse Gonçalves Correia 
Bandeira. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TAUÁ-CE 
2017 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação 
Instituto Federal do Ceará - IFCE 
Sistema de Bibliotecas - SIBI 
Ficha catalográfica elaborada pelo SIBI/IFCE, com os dados fornecidos pelo(a) autor(a) 
 
 
A948r Avelino, Antônia Fabíola Braga. 
Rede Óptica DWDM : análise comparativa do desempenho dos filtros BUTTERWORTH, GAUSSIAN, 
CHEBYSHEV E RC na recuperação dos dados / Antônia Fabíola Braga Avelino. - 2017. 
45 f. : il. color. 
 
Trabalho de Conclusão de Curso (graduação) - Instituto Federal do Ceará, Tecnologia em Telemática, 
Campus Tauá, 2017. 
Orientação: Prof. Me. Dayse Gonçalves Correia Bandeira. 
 
1. DWDM. . 2. Fibra Óptica. 3. Filtros. I. Titulo. 
CDD 621.382 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
A Professora MSc. Dayse, pela sua 
paciência, e incentivo neste trabalho. 
A minha família em geral, pelo o carinho 
e amor constante. 
 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
Primeiramente a Deus por ter me dado o dom da vida, força para superar as 
dificuldades e por nunca ter me desamparado. 
A minha mãe Feliciana e o meu pai Antônio, por me trazerem ao mundo, e 
por sempre ter me dado educação, incentivo e força. 
Ao meu Amado Daniel, pela benção de ter conhecido nesse mundo, por 
sempre está ao meu lado dando apoio, muitas alegrias e encorajamento. 
Aos meus irmãos Fabricio, Fabiana e Fabio pela irmandade e carinho. 
Aos meus sobrinhos Ana Flávia e Pedro Yan. 
Aos meus avós, tios e tias. 
A minha Professora MSc. Dayse Gonçalves Correia Bandeira, pela orientação 
deste trabalho, pelas grandes ideias e dedicação. 
As minhas amigas: Mônica e Irailma, pelo o apoio nesta minha jornada de 
estudos no campus de Tauá, e pela grande amizade que criamos juntos. 
A todos que fizeram parte da minha formação, direta ou indiretamente, meu 
obrigado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
“A persistência é o caminho do êxito.” 
 (Charles Chaplin) 
 
 
 
 
RESUMO 
 
A velocidade do crescimento tecnológico, na área das telecomunicações, motivou a 
indústria da computação, tendo como proposito a conectividade dos computadores e a 
comunicação de dados em alta velocidade. Assim, este trabalho de conclusão de curso 
tem o objetivo de analisar através de imagens estabelecidas pelo software Optisystem o 
desempenho de uma rede DWDM de quatro canais em termos de taxa de erro de bits 
comparando o uso dos filtros Butterwoth, Gaussian, Chebychev e RC na recepção. A 
pesquisa então trata de uma simulação para avaliação da rede em termos qualitativos e 
quantitativo, além de uma revisão bibliográfica, o que traz contribuições tanto práticas, 
quanto acadêmicas. Práticas, pois provam quais são os melhores resultados em termos 
taxa de erro de bits dos filtros em um projeto de uma rede óptica de acordo com os 
resultados da simulação. Acadêmicas, porque é um trabalho que pode incentivar o 
desenvolvimento de pesquisas mais aprofundadas. 
Palavras-chave: DWDM. Fibra Óptica. Filtros. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
The speed of technological growth, in the area of telecommunications, motivated the 
computer industry, with proposed connectivity of computers and data communication at 
high speed. Thus, this work of course completion has the objective of analyzing through 
the graphs established by Optisystem software the performance of a four-channel DWDM 
network in terms of bit error rate comparing the use of Butterwoth, Gaussian, Chebychev 
and RC filters in reception. The research then deals with a simulation to evaluate the 
network in qualitative and quantitative terms, besides a bibliographical revision, which 
brings both practical and academic contributions. Practices because they prove the best 
results in terms of the bit error rate of the filters in a design of an optical network 
according to the results of the simulation. Academic, because it is a job that can 
encourage the development of more in-depth research. 
Keywords: DWDM. Optical fiber. Filters. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE FIGURAS 
 
Figura 1 - Funcionamento do sistema WDM ................................................................. 16 
Figura 2 - Sistema básico DWDM ................................................................................. 19 
Figura 3 - Resposta em frequência filtro passa-baixa ideal ............................................ 21 
Figura 4- Aproximação de Butterworth ......................................................................... 22 
Figura 5 - Aproximação Gaussiana ................................................................................ 22 
Figura 6 - Aproximação de Chebyshev .......................................................................... 23 
Figura 7 - Circuito filtro passa-baixa .............................................................................. 23 
Figura 8 - Aproximação RC ........................................................................................... 24 
Figura 9 - Sistema DWDM – 50 km .............................................................................. 25 
Figura 10 - Forma de onda na saída do gerador de pulso ............................................... 26 
Figura 11 - Forma de onda na saída do fotodetector ...................................................... 26 
Figura 12 – Forma de onda na saída do filtro Gaussian ................................................. 27 
Figura 13 – Forma de onda na saída do regenerador 3R ................................................ 27 
Figura 14 - Sistema com outros visualizadores ............................................................. 28 
Figura 15 - Potência na saída do primeiro canal do modular Mach-Zehnder, na saída do 
primeiro canal do demultiplexador ................................................................................. 28 
Figura 16 - Analisador BER e Diagrama de olho no 1° e 2° Canal ............................... 29 
Figura 17 - Analisador BER e Diagrama de olho no 3° e 4° Canal ............................... 30 
Figura 18 - Sistema DWDM – 100 Km. ......................................................................... 23 
Figura 19 - Espectro de frequência na saída do multiplexador ...................................... 30 
Figura 20 - Potência na saída do primeiro canal do modular Mach-Zehnder, na saída do 
segundo canal do demultiplexador ................................................................................. 31 
Figura 21 - Saída no gerador de pulso ............................................................................ 31 
Figura 22 - Saída no Regenerador 3R ............................................................................32 
Figura 23 - Analisador BER e Diagrama de olho no 1° e 2° Canal .............................. 32 
Figura 24 - Analisador BER e Diagrama de olho no 3° e 4° Canal ............................... 33 
Figura 25 - Oscilação na saída dos filtros com 50 km ................................................... 34 
Figura 26 - Oscilação na saída dos filtros com 60 km ................................................... 34 
Figura 27 - Oscilação na saída dos filtros com 70 km ................................................... 35 
Figura 28 - Oscilação na saída dos filtros com 80 km.................................................... 35 
 
 
Figura 29 - Oscilação na saída dos filtros com 90 km.................................................... 36 
Figura 30 - Oscilação na saída dos filtros com 100 km.................................................. 36 
Figura 31 - Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 50 km ............................... 37 
Figura 32 - Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 60 km ............................... 38 
Figura 33 - Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 70 km ............................... 38 
Figura 34 - Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 80 km ............................... 39 
Figura 35 - Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 90 km ............................... 39 
Figura 36 - Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 100 km ............................ 40 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE GRÁFICOS 
 
Gráfico 1 - BER .............................................................................................................. 41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE QUADRO 
 
Quadro 1 - Componentes básicos sistema DWDM...........................................................18 
Quadro 2 - Vantagens e Desvantagens do sistema DWDM.................................................19 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS 
 
APD - Avalanche Photo Diode 
BER – Bit Error Rate 
CW - Continuous Wave 
CWDM - Coarse Wavelenght Division Multiplexing 
dBm - decibel-milliwatts 
DWDM - Dense Wavelenght Division Multiplexing 
KM - Quilometro 
NRZ – Nonreturn -to- Zero 
RC – Resistor-Capacitor 
ITU - International Telecommunication Union 
WDM - Wavelenght Division Multiplexing 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
https://en.wikipedia.org/wiki/International_Telecommunication_Union
 
 
SUMÁRIO 
 
1. INTRODUÇÃO ...................................................................................................... 14 
2. HISTÓRICO DA TECNOLOGIA DWDM ......................................................... 15 
2.1. Evolução histórica ........................................................................................... 15 
2.2. Características ................................................................................................. 16 
2.3. Componentes básicos de sistema DWDM ..................................................... 17 
2.4. Vantagens e Desvantagens ............................................................................. 18 
3. FILTROS ................................................................................................................ 19 
3.1. Filtro passa-baixa Butterworth, Gaussian, Chebyshev e RC ..................... 20 
 3.1.1 Filtro Butterworth ................................................................................... 20 
 3.1.2 Filtro Gaussiano ...................................................................................... 21 
 3.1.3 Filtro Chebyshev ...................................................................................... 22 
 3.1.4 Filtro RC .................................................................................................. 22 
4. PROJETO DE UM SISTEMA DWDM ............................................................... 24 
4.1. Simulando o enlace 1 ...................................................................................... 24 
4.2. Simulando o enlace 2 ...................................................................................... 29 
4.3. Simulando o enlace 3 ...................................................................................... 32 
5. CONSIDERAÇÕES FINAIS .................................................................................. 41 
5.1. Trabalhos Futuros .......................................................................................... 41 
REFERÊNCIAS ............................................................................................................ 42 
 
 
 
 
 
14 
 
1. INTRODUÇÃO 
 
Com a ampliação da demanda no que tange clientes conectados as redes, 
surgiram à necessidade de uma maior largura de banda, alta capacidade de transmissão, 
integridades das informações, etc. 
Hoje as fibras ópticas vêm mostrando ser a escolha mais acessível para 
transmitir grandes quantidades de dados de maneira que mantém confiabilidade e 
velocidade. Para expandir ainda mais a capacidade da largura de banda disponível nas 
fibras, foram desenvolvidas recentemente novas tecnologias. Um exemplo é a 
tecnologia DWDM, que chega operar em sistemas comerciais até 160 comprimentos de 
onda. 
Em uma rede óptica, além das fibras outros componentes são essenciais para que 
as informações enviadas cheguem ao destino final mais integro possível. Já que ao 
longo de seu percurso as informações sofrem algum tipo de dano, e consequentemente 
causando perdas, ruídos, interferências. Para minimizar os ruídos, são importantes à 
utilização dos filtros, pois os mesmos tem a função de fazer a filtração do sinal. 
Um circuito seletivo em frequência é denominado filtro. Com ele passa certas 
frequências, porém rejeita outras, e também é utilizado para seletar um sinal e fazer o 
bloqueio de outros, além do mais é importante para rejeitar interferências e ruídos. A 
característica principal do filtro está relacionada à sua seletividade, a eficiência de 
distinguir os sinais que estão pertos em frequência. (LOUIS E; FRENZEL JR, 2016, 
p.380) 
O presente trabalho tem como objetivo analisar através do diagrama de olho, 
estabelecida pelo software Optisystem, o desempenho em termos de taxa de erro de bits 
dos filtros Butterworth, Gaussian, Chebyshev e RC na recepção de uma rede óptica 
DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplexing) de quadro canais. Para se alcançar 
este objetivo, são destacados os objetivos específicos abaixo: 
- Montar sistema de quatro canais no software Optisystem para simulação. 
- Pesquisar influência dos filtros Butterworth, Gaussian, Chebyshev e RC no 
sistema. 
- Analisar as características do diagrama de olho para cada um dos filtros. 
Para averiguação, esta monografia está separada em cinco capítulos: 
• Primeiro capítulo um: introdução do trabalho. 
• Segundo capítulo: abordagem sobre a evolução histórica da tecnologia DWDM, 
suas características, vantagens e desvantagens e os componentes básicos para ter 
uma rede DWDM. 
15 
 
• Terceiro capítulo: abordagem sobre os tipos de filtros, os filtros analisados no 
trabalho. 
• Quarto capítulo: exposta as analises do projeto da rede, mostrando as simulações 
realizadas. 
• Quinto e último capítulo: apresenta os resultados e considerações finais da 
pesquisa. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
16 
 
2. HISTÓRICO DA TECNOLOGIA DWDM 
 
Nesse capítulo, será apresentada a evolução da tecnologia DWDM, além de suas 
características, vantagens e desvantagens e bem como os componentes básicos para um 
sistema DWDM. 
 
 2.1. Evolução histórica 
Nos sistemas de telecomunicações houve um grande crescimento nas taxas de 
transmissão de dados, com isso surgiuvárias tecnologias, nas quais usam distintos 
meios físicos, arquiteturas, protocolos e etc. (MACEDO, 2009, p.15) 
 Na década de 80 surgiu a primeira geração de sistema Multiplexação por 
Divisão de Comprimento de Onda (WDM - Wavelenght Division Multiplexing), na qual 
possibilitou a utilização de dois comprimentos de onda, um usando a janela óptica de 
propagação 1310nm e a janela 1550nm. (SILVA; ROCHOL 2009, p.151). 
Desde seu surgimento, a tecnologia WDM foi considerada um grande e 
relevante avanço na área de telecomunicações, porque possibilitar o transporte de mais 
de um comprimento de onda usando uma fibra já instalada, com isso, diminuiu-se 
consideravelmente os gastos, pois não necessitaria instalar novas fibras. 
O conceito de WDM é reunir vários canais ópticos em uma única fibra, na qual, 
por meio de um multiplexador, são introduzidos na fibra sinais com comprimentos de 
ondas distintos. Na saída da fibra é usado um demultiplexador para dividir estes 
distintos comprimentos de ondas. (MACEDO, 2009, p.16) 
Na figura 1, podemos visualizamos o funcionamento de um sistema WDM. 
 
Figura 1: Funcionamento do sistema WDM. (POLICARPO, 2010, p. 02) 
 
17 
 
No início da década de 90 surgiu a segunda geração da tecnologia WDM, 
chamada CWDM (Coarse Wavelenght Division Multiplexing), na qual prevê 20nm de 
espaçamento entre os canais, utiliza tecnologia WDM de baixa densidade, usa até oito 
comprimentos de onda em uma única fibra, componentes ópticos de baixo custo, 
oferece alta qualidade de serviço. (POLICARPO, 2010, p. 06) 
Meado da década de 90 surge mais uma evolução da tecnologia WDM, chamada 
Multiplexação Densa por Divisão em Comprimento de Onda DWDM (Dense 
Wavelenght Division Multiplexing), na qual é normalizada pela ITU-T 641.1 e apresenta 
espaçamento de 100 a 200 GHz. Com ela, é possível transmitir distintos comprimentos 
de onda através de uma única fibra, podendo utilizar até cento e vinte e oito 
comprimentos de onda. (SILVA; ROCHOL 2009, p.151). 
A tecnologia DWDM tornou-se muito importante para as telecomunicações, 
para PEREIRA (2008, p.17) 
O DWDM provou ser altamente eficiente em prover grandes quantias de 
largura de banda em longas distâncias de maneira confiável e de baixo custo. 
O DWDM apresenta capacidade óptica inigualável, que possibilita suportar 
os desafios que crescem constantemente nas redes ópticas metropolitanas e 
regionais. 
 
O DWDM compatibiliza vários sinais ópticos de maneira que pode ser 
amplificado como um conjunto, e possa ser conduzido por uma única fibra, somando 
sua capacidade. Cada sinal óptico emitido pode estar em forma distinta e em taxa 
distinta. Um sistema DWDM consegue atingir capacidades superiores a 40 Gbps, 
permanecendo com mesmo nível de confiabilidade, robustez, desempenho. (ALMEIDA, 
2011, p.8) 
 
2.2. Características 
Existem algumas características da tecnologia DWDM, para sistemas excelentes 
e aprováveis. Para (PINHEIRO, 2002, p. 16) são: 
• Alcance: os equipamentos comercialmente disponíveis possibilitam um 
alcance sem a regeneração elétrica até 600 km para fibras G652 (fibra 
standard). No entanto não devem ser usados em enlaces com grandes 
atenuações entre repetições com amplificadores ópticos, pois isto provocaria 
a degradação dos sinais causados pelos efeitos não lineares; 
 
• Gerenciamento: o processo de monitoração utiliza um sinal óptico piloto 
em 1510nm com uma modulação de 2Mbps, que pode ser utilizado também, 
como canal de serviço; 
 
 
18 
 
• Capacidade: sistemas de DWDM em 2,5 Gbps devem possibilitar a 
utilização de toda capacidade do equipamento e de fibra instalados; 
 
• Confiabilidade: sistemas de DWDM bem projetados oferecem componentes 
de confiabilidade, disponibilidade e margem de segurança ao sistema; 
 
• Projeto: nos sistemas DWDM, o planejamento do número de comprimento 
de onda e taxa de bit do sistema deve ser cuidadosamente analisado, pois é 
critério; 
 
• Padronização: uma linguagem padrão de interfaces de interação técnica é 
extensamente disponível para sistemas DWDM. 
 
2.3. Componentes básicos de sistema DWDM 
Para (PUHLMANN, 2015) um sistema DWDM é composta basicamente por 
transmissor, multiplexador e demultiplexador, fibra óptica, amplificador óptico, 
receptor. Como pode ser visto no quadro 1. Na figura 2, temos a representação desse 
sistema. 
COMPONENTES BÁSICOS DE UM SISTEMA DWDM 
 
 
 
TRANSMISSÃO 
- Utiliza frequência específica; 
- Utiliza laser para gerar pulsos ópticos; 
- Converte sinais elétricos em óptico 
(pulsos luminosos). 
MULTIPLEXADOR - Combina sinais de distintos 
comprimentos de onda. 
DEMULTIPLEXADOR - Separa os sinais recebidos nos distintos 
comprimentos de onda. 
 
 
FIBRA ÓPTICA 
- Podem ser usados vários tipos de fibra; 
- Transmissão de mídia nas quais transporta 
os pulsos ópticos. 
 
 
 
 
 
 
AMPLIFICADOR ÓPTICO 
- Pré-amplificador: os sinais ópticos são 
amplificados ao lado do receptor; 
- Pós-amplificador: os sinais são 
amplificados ao lado do transmissor; 
- Amplificador em linha: a instalação é na 
linha distante dos transmissores com 
objetivo de recuperar o sinal. 
 
RECEPTOR - Transforma pulsos luminosos (óptico) em 
sinais elétricos; 
- Usam fotodetectores. 
Quadro 1: Componentes básico sistema DWDM. 
19 
 
Figura 2: Sistema básico DWDM. (PUHLMANN, 2015) 
 
 
2.4. Vantagens e Desvantagens 
A tecnologia DWDM assim como qualquer outra possuem vantagens e 
desvantagens. No quadro 2, é demonstrado as vantagens e desvantagens desse sistema. 
 
VANTAGENS DESVANTAGENS 
 
- Viabilidade de modular o crescimento da 
capacidade de transmissão de acordo com 
a precisão do mercado; 
 
- Otimização do uso da fibra; 
 
- Não há necessidade de equipamentos 
finais para serem implementados. 
 
- Rapidez na instalação. 
- Equipamentos com altos custos; 
 
- Requer mais espaço. 
 
 
Quadro 2: Vantagens e Desvantagens do sistema DWDM. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
20 
 
3. FILTROS 
 
A ideia de filtros vem sendo uma parte importante no avanço da engenharia 
elétrica. Muito feitos tecnológicos não seria realizável sem a utilização dos filtros 
elétricos. Por causa desse papel significativo dos filtros, muito trabalho vem sendo 
aplicado na sua construção, teoria e projetos. 
Segundo (SADIKU; MUSA; ALEXANDER, 2013, p. 433), “um filtro é um 
circuito elétrico projetado para passar sinais com uma desejada frequência e rejeitar 
(atenuar) outros ou rejeitar (atenuar) sinais com frequências indesejadas e permitir que 
outras passem”. 
Os filtros são classificados segundo sua banda de passagem. A banda destes 
filtros é a faixa de frequências do espectro de frequência do sinal, cujas componentes 
não sofrem atenuação. Segundo VERNETTI (2003, p. 20), há quatros tipos de filtros: 
• Filtros Passa-Baixa: deixam passar componentes do sinal na faixa de 
frequência de 0Hz até uma frequência limite, rejeitando todas as frequências 
maiores. 
 
• Filtros Passa-Alta: deixam passar todas as componentes do sinal com 
frequências maiores do que uma determinada frequência limite, rejeitando 
todas as frequências menores. 
 
• Filtros Passa-faixa: rejeitam todas as componentes do sinal com frequências 
situadas entre duas frequências limites (que formam a banda de passagem), 
rejeitando todas as frequências fora dessa faixa. 
 
• Filtros Rejeita-faixa: rejeitam todas as componentes do sinal com 
frequências situadas entre duas frequências limites (que formam a banda de 
rejeição), deixando passar todas as frequências fora dessa faixa. 
Nesse trabalho, destacaremos o filtro Passa-baixa, pois é utilizado no projeto da 
rede. Segundo FOWLER (2013, p. 363) 
Os filtros passa-baixa oferecem pequena oposição à passagem de 
sinais de baixa frequência. Assim, para baixas frequências, a maior 
parte do sinal de entrada aparece nos terminais de saída. À medida que 
a frequência do sinal aumenta, o filtro oferecemais oposição. O filtro 
promove uma maior queda do sinal de tensão e reduz o sinal 
disponível na saída. 
 
Na figura 3, podemos visualizar a resposta em frequência do filtro passa-baixa 
ideal. 
21 
 
 
Figura 3: Resposta em frequência filtro passa-baixa ideal (SADIKU; MUSA; ALEXANDER 
2013, p. 434). 
 
Estes tipos de filtros são usados para conceder valores relevantes de tensão na 
componente quando o circuito é nutrido por uma tensão de baixa frequência, ao mesmo 
tempo em que são atenuadas tensões de alta frequência. A frequência angular ωc é a 
frequência de corte, que é utilizada na diferenciação ωc < ω (banda passante) da ωc > ω 
(banda rejeitada). (BIOCRISTALOGRAFIA, p. 02) 
 
3.1 Filtros passa-baixa: Butterworth, Gaussian, Chebyshev e RC. 
No projeto da rede óptica desse trabalho foram utilizados quatro tipos diferentes 
de filtro passa-baixa, são eles: Butterworth, Gaussian, Chebyshev e RC. Abaixo 
descreveremos algumas características sobre esses filtros. 
Os principais filtros usados são nomeados em honra aos projetistas, 
desenvolvedores e inventores. 
 
3.1.1 Filtro Butterworth 
O filtro Butterworth tem a resposta mais plana na banda de passagem e uma 
atenuação uniforme com a frequência. A taxa de atenuação fora da banda de passagem 
não é tão grande quanto se poderia conseguir com outros tipos de filtros. (LOUIS E; 
FRENZEL JR, 2008, p.57). 
Na figura 4, temos a aproximação de Butterworth. 
22 
 
 
Figura 4: Aproximação de Butterworth. (LIMA, 2015, p.55) 
Em um filtro Butterworth a resposta em frequência não possui ondulações na 
banda passante e na banda rejeitada aproxima-se de zero. 
 
 
3.1.2 Filtro Gaussiano 
“Os filtros conhecidos como “Gaussianos” ou simplesmente “Gauss” são filtros 
cujo objetivo é aproximar uma resposta impulsiva tipo gaussiana”. (BRESSAN, 2010, 
p.112). Como pode ser vista na figura 5. 
 
 
 
Figura 5: Aproximação Gaussiana. (GOMES, 2008, p.09) 
 
 
 
23 
 
2.1.3 Filtro Chebyshev 
Os filtros Chebyshev têm uma seletividade boa, ou seja, a taxa de atenuação 
deles, ou o decaimento, é alto bem maior do que a do filtro Butterworth. A atenuação 
fora da banda de passagem também é muito alta. (LOUIS E. FRENZEL JR, 2008, p.57). 
Abaixo temos a figura 6, com a aproximação de Chebyshev. 
 
Figura 6: Aproximação de Chebyshev. (LIMA, 2015, p.55) 
 
Filtros Chebyshev possuem ondulação na banda passante, como mesmo valor de 
pico e um aumento na atenuação. 
 
3.1.4 Filtro RC 
Abaixo, na figura 7, temos um circuito do filtro RC passa-baixa. 
 
 
Figura 7: Circuito filtro passa-baixa (CARVALHO; SILVA, 2015, p.153) 
No circuito temos uma tensão de alimentação v(entrada) e uma tensão de saída 
v(saída), o capacitor (C) age como um circuito aberto, pois sinais com frequências 
baixíssimas a reatância do capacitor será alta. 
24 
 
A frequência de corte é dada por: 
𝑓𝑐 =
1
2. π. R. C
 
 
Onde: 
R = resistência (Ω) 
C = capacitância (F) 
 
 
Figura 8: Aproximação RC (PITERCIOS, 2008) 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
http://pitercios.blogspot.com/
25 
 
4. PROJETO DE UM SISTEMA DWDM 
 
 
O Software utilizado neste trabalho é o Optisystem 7.0 da empresa canadense 
Optiwave Corp, na qual dispõem de uma ampla biblioteca com vários componentes 
passivos e ativos no domínio óptico e elétrico usados em sistemas reais, possibilitando 
realizar simulações em projetos de telecomunicações. Além disso, o Software concede 
aos clientes planejar, simular e testar o desempenho do sistema através de visualização 
gráfica. (TELECO apud OPTIWAVE, 2010). 
O projeto da rede consiste em um sistema de DWDM de 4 (quatro) canais. Na 
transmissão, foi inserida uma sequência de bits 10110100. A fonte óptica utilizada foi o 
laser CW, com frequências de 193.1 THz a 193.4 THz respectivamente, e potência 
inicial de 0 dBm nos quatros canais. Também foram usados os geradores de pulsos 
NRZ, moduladores Mach-Zehnders. No meio de transmissão, uma fibra de 50 km a 100 
km. E na recepção foram utilizados fotodetectores APD, quatro tipos diferentes de 
filtros: filtro passa-baixo, Butterworth, Gaussian, Chebysheve RC para cada canal 
receptor, e regeneradores 3R. 
 
4.1. Simulando o enlace 1 
 
Devido ao elevado custo desse tipo de rede, para um estudo mais detalhado desta 
é adequado que sejam realizadas simulações através de software, para uma melhor 
análise. 
Abaixo, na figura 9, temos o layout de um sistema com fibra óptica de 50 km. 
Figura 9: Sistema DWDM – 50 km. (Fonte: a autora.) 
 
26 
 
Nessa simulação utilizou-se nos transmissores, multiplexador 4x1 e nos 
receptores, demultiplexador 1x4, além de quatro tipos diferentes de filtros passa-baixa e 
visualizadores para analisarmos as devidas medições do sinal propagado. 
Abaixo nas figuras 10, 11, 12 e 13 respectivamente, têm-se as formas de onda 
dos pulsos na saída do gerador de pulso, na saída dos fotodetectores, filtro passa-baixa 
Gaussian e regenerador 3R. 
 
Figura 10: Forma de onda na saída do gerador de pulso. Fonte: a autora. 
 
 
 
27 
 
Figura 11: Forma de onda na saída do fotodetector. Fonte: a autora. 
 
 
Figura 12: Oscilação na saída do filtro Gaussian. Fonte: a autora. 
 
 
 
Figura 13: Oscilação na saída do regenerador 3R. Fonte: a autora. 
 
28 
 
Na figura 11, pode-se observar que houve perda de magnitude e uma 
considerável quantidade de ruído na recepção. Na próxima figura, com a utilização do 
filtro passa-baixa Gaussian há uma melhoria no sinal, uma vez que, utiliza-se um filtro 
para filtrar os ruídos. E por último, na figura 13, o sinal é regenerado, assim 
recuperando as informações do sinal elétrico (entrada). 
Na figura 14, tem-se a representação do mesmo sistema agora com os 
visualizadores: medidor óptico de potência, analisador WDM, analisador BER e o 
diagrama de olho, para analisarmos as potências do sinal e os resultados finais. 
. 
 
Figura 14: Sistema com outros visualizadores. Fonte: a autora. 
 
Abaixo se tem os resultados da potência na saída do primeiro canal do modular 
Mach-Zehnder, na saída do primeiro canal do demultiplexador, na saída do 
multiplexador e saída do primeiro canal do demultiplexador. 
 
Figura 15: Potência na saída do primeiro canal do modular Mach-Zehnder, na saída do primeiro 
canal do demultiplexador. Fonte: a autora. 
 
Na figura 15, pode-se observar que houve perda de potência na saída do 
primeiro canal do demultiplexador, essa perda é de 13,7 x 10-3 W, equivalente a 11.385 
dBm. 
Abaixo, tem-se os resultados desta primeira análise analisado no diagrama de 
olho e analisador BER. 
29 
 
Figura 16: Analisador BER e Diagrama de olho no 1° e 2° Canal. Fonte: a autora. 
 
Figura 17: Analisador BER e Diagrama de olho no 3° e 4° Canal. Fonte: a autora. 
 
Nas figuras 16 e 17, os resultados observados mostram um relativo desempenho 
da rede. Assim, os valores dos resultados do diagrama de olho e BER obtidos na 
simulação, mostram que é possível efetivar a transmissão nos quatro canais DWDM, ao 
longo dos 50 Km na configuração adotada. 
 
 
 
30 
 
4.2. Simulando o enlace 2 
Para essa segunda análise do sistema foi adotada as seguintes configurações: 
potência 15 dBm na fonte óptica e fibra óptica de 100 Km. 
Na figura 18, temos o layout de um sistema com fibra óptica de 100 Km. 
 
Figura 18: Sistema DWDM – 100 km. 
 
Nessa simulação utilizaram-se transmissores, multiplexador 4x1 e 
demultiplexador 1x4, receptores, quatro tipos diferentes de filtros passa-baixa, 
analisadores de espectro, analisador WDM, analisador BER, visualizadores de 
oscilação, etc. 
Abaixo na figura 19, temos o espectro óptico na saída do multiplexador. 
 
 
Figura 19: Espectro de frequência na saída do multiplexador. Fonte: a autora. 
31 
 
Na figura 19, é possível visualizar os pulsos centrados nas frequências da 
portadora, uma vez que são determinados pela preferência dos transmissores e 
receptoresdo projeto. Nesse caso, foi preferida a tecnologia DWDM. 
Abaixo se tem os resultados da potência na saída do primeiro canal do modular 
Mach-Zehnder, na saída do primeiro canal do demultiplexador, na saída do 
multiplexador e saída do segundo canal do demultiplexador. 
 
Figura 20: Potência na saída do primeiro canal do modular Mach-Zehnder, na saída do segundo 
canal do demultiplexador. Fonte: a autora. 
 
Na figura 20, pode-se observar que houve perda de potência na saída do 
primeiro canal do demultiplexador, perda de 14,09 x 10-2 W, equivalente a 21,489 dBm. 
Para obter um pouco mais de noção que de fato houve perdas significantes do 
sinal ao longo do percurso de entrada à saída analisaremos a oscilação do pulso na saída 
do gerador de pulso e na saída do regenerador. Como veremos nas figuras 14 e 15. 
Abaixo, temos a oscilação do pulso na saída do gerador de pulso e na saída do 
regenerador 3R. 
 
 
Figura 21: Saída no gerador de pulso. Fonte: a autora. 
32 
 
 
Figura 22: Saída no Regenerador 3R. Fonte: a autora. 
 
Pode-se observar nas figuras 21 e 22, que há grande perda de sinal entre à 
transmissão e a recepção. Essas perdas podem ser caracterizadas por atenuação, devido 
a limitações da fibra óptica e dos dispositivos envolvidos no enlace. 
Abaixo, tem-se os resultados desta segunda análise analisado no diagrama de olho e 
analisador BER. 
 
Figura 23: Analisador BER e Diagrama de olho no 1° e 2° Canal. Fonte: a autora. 
33 
 
 
 
Figura 24: Analisador BER e Diagrama de olho no 3° e 4° Canal. Fonte: a autora. 
 
 
 
Nas figuras 23 e 24 os resultados obtidos do diagrama de olho e BER mostram 
que em comparação à primeira análise, o desempenho da rede está mais ruim, uma vez 
que se tem uma distância de 100 Km e atenuação da fibra. 
 
 
 
4.3. Simulando o enlace 3 
 
Nessa terceira análise, enfatizou-se o resultado do sinal obtido na saída de cada 
filtro ao longo de 50 km a 100 km de fibra. Com entrada de zero dBm para todas as 
quilometragens. 
Abaixo nas figuras 25, 26, 27, 28, 29 e 30 tem-se as análises das oscilações dos 
sinais ao longo de cada percurso. 
34 
 
 
Figura 25: Oscilação na saída dos filtros com 50 km. Fonte: a autora. 
 
Figura 26: Oscilação na saída dos filtros com 60 km. Fonte: a autora. 
 
35 
 
 
Figura 27: Oscilação na saída dos filtros com 70 km. Fonte: a autora. 
 
 
Figura 28: Oscilação na saída dos filtros com 80 km. Fonte: a autora. 
36 
 
 
Figura 29: Oscilação na saída dos filtros com 90 km. Fonte: a autora. 
 
 
 
Figura 30: Oscilação na saída dos filtros com 100 km. Fonte: a autora. 
 
37 
 
Nas figuras 25, 26, 27, 28, 29 e 30 pode-se observar que em todas as 
quilometragens de percursos da fibra, o filtro que teve uma melhor execução foi o 
Gaussian, com menor quantidade de ruído comparado com os demais. Em seguida, RC, 
Butterwordth, Chebyshev. 
Abaixo, temos diagrama de olho de todos os canais, ao longo de 50 km, 60 km, 
70 km, 80 km, 90 km e 100 km de fibra. 
 
 
 
Figura 31: Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 50 km. Fonte: a autora. 
 
38 
 
 
Figura 32: Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 60 km. Fonte: a autora. 
 
 
Figura 33: Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 70 km. Fonte: a autora. 
39 
 
 
 
Figura 34: Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 80 km. Fonte: a autora. 
 
 
Figura 35: Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 90 km. Fonte: a autora. 
40 
 
 
 
 
 
Figura 36: Diagrama de olho no 1°, 2°, 3° e 4° Canal com 100 km. Fonte: a autora. 
 
 
 
Das figuras 30 a 36, temos os resultados obtidos do diagrama de olho em cada 
canal ao longo de 50 km a 100 km de fibra. Alisando os valores dos canais e 
quilometragens, podemos perceber que até a quilometragem 80, temos uma melhor 
imagem do olho e recuperação dos bits. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
41 
 
 
Abaixo, tem-se o gráfico com as taxas de erro de bits nas seis simulações das 
quilometragens especificadas com os quatro tipos filtros. 
 
 
 
Gráfico 1: BER. Fonte: a autora. 
 
No gráfico 1, percebe-se que há um aumento na taxa de erro de bits conforme o 
comprimento do enlace aumenta, de 50 a 80 km dentro das características do cenário 
adotado, chegando a um estouro de bits em torno 90 km, quando a taxa de erros é 
máxima, isto é, não consegue recupera a sequência binária transmitida. Em termos de 
estudo de taxa de erro, os filtros passa-baixa Gaussian e Chebyshev tem comportamento 
comparáveis. Já filtro Butterworth se destacou no processamento para a regeneração dos 
dados enquanto o filtro passa-baixa RC apresentou pior desemprenho na recuperação 
dos dados. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
42 
 
5. Considerações Finais 
 
Baseado nesse trabalho percebe-se a importância que a tecnologia DWDM vem 
ganhando globalmente, principalmente por sua elevada capacidade de transmissão e 
manuseio do sistema. Mas, essa tecnologia torna-se complicada por causa dos impactos 
provindos da fibra óptica tanto em termos de complexidade de implantação dos 
dispositivos, como em relação ao adicional no orçamento. Por isso, é necessário um 
estudo aprofundado sobre o melhor cenário para o planejamento desse tipo de rede. 
Por outro lado, mostrou-se que a utilização de filtros em um projeto de rede 
óptica tem grande relevância, pois ao permitir passar sinais com frequências desejadas, 
se torna possível uma boa suavização do sinal resultante de um processo de 
fotodetectação e por ventura auxilia na recuperação por meio de um dispositivo 
regenerador. Dentre os filtros utilizados, pode enfatizar o que o melhor resultado obtido 
na relação intensidade de potência versus taxa de erro de bits se teve com o filtro 
Gaussian, pois seu desempenho mostrou maior aproveitamento do limiar da potência 
recebida e um bom intermédio para a recuperação dos dados, ou seja, baixa taxa de erro 
de bits. 
O software Optisystem foi de grande relevância para a análise do desempenho 
da rede óptica estudada, pois com o uso dos medidores ou visualizadores virtuais, 
podemos obter além de uma análise qualitativa, uma quantitativa, expressando o 
comportamento de forma mais fiel da rede. Como o custo de um laboratório de 
comunicações ópticas é oneroso para uma instituição, tal software se apresenta como 
uma solução para esse impasse. 
Pode-se concluir o que objetivo geral dessa pesquisa foi conseguido, pois foi 
possível constatar na prática (simulações) quais filtros teve o melhor desempenho no 
sistema de uma rede DWDM de 4 canais. 
 
 
5.1. Trabalhos Futuros 
Para trabalhos futuros pode-se apontar: 
- Estudos comparativos de outros filtros; 
- Estudos com outras fontes ópticas; 
- Estudos mais detalhado do comprimento de enlace. 
 
 
 
 
43 
 
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