EBOOK Resumo Redes de Transmissão

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1. Introdução 
A evolução das redes ópticas ocorreu de forma mais acentuada a partir dos anos 
90 e acompanhou a demanda de novos serviços e a onda de novas tecnologias 
surgidas nessa década. A área de telecomunicações sofreu uma verdadeira 
revolução industrial nos últimos 20 anos. A rede de telecomunicações utilizada 
na década de 80 era o PDH (Hierarquia Digital Plesiócrona) com taxas de 
transmissão de até 140 Mbps. Nos anos 90 foi a vez do SDH (Hierarquia Digital 
Síncrona) que revolucionou o modo de transmissão de dados, bem como 
possibilitou que a 
rede pudesse ser 
gerenciada como 
nunca antes – aqui 
entrou o conceito de 
redes DCN. Com o 
SDH as taxas já 
podiam atingir até 
10Gbps (STM-64). 
Ainda no final da década de 90 a redes WDM entram no mercado possibilitando 
transmitir vários sinais em uma só fibra óptica no domínio da frequência e as 
taxas de transmissão já podiam alcançar centenas de Gbps. Após o ano 2000 
as redes se tornaram mais inteligentes. Surge o PTN (Packet Transport 
Network), uma tecnologia que possui a capacidade de rotear as informações e 
otimizar as redes de forma revolucionária. Em meio a essas explosões de novas 
tecnologias surge, ainda, uma inovação no mercado chamada PON (Passive 
Optical Network), uma rede óptica totalmente passiva, em que o sinal passa pela 
rede sem a necessidade de energia elétrica. A seguir serão descritas todas 
essas redes e como elas são aplicadas nos serviços de telecomunicações atuais. 
 
 
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2. PDH 
As redes PDH surgiram nos anos 80 e ainda hoje existem muitos equipamentos 
PDH instalados e funcionando na planta. A sigla PDH significa Hierarquia Digital 
Plesiócrona (“Plesiochronous Digital Hierarchy, em inglês), onde a palavra 
“Plesiócrona” significa “quase” síncrona. 
O princípio de funcionamento consiste na multiplexação bit-a-bit de 4 canais 
denominados tributários resultando em um canal com uma taxa aproximada de 
4 vezes a taxa de cada canal – esse canal multiplexado é chamado de agregado. 
O PDH inicia com uma taxa de transmissão de 2Mbps. Quatro sinais de 2Mbps 
chega no multiplexador 
2/8 (4 canais de 2Mbps 
serão multiplexados e 
vão gerar um canal de 
8Mbps). Os quatro 
canais não chegam ao mesmo tempo no multiplexador. Por isso, quando o bit do 
primeiro tributário, por exemplo, chega ao equipamento ele fica em um buffer 
aguardando os bits dos outros 3 canais chegarem (daí o nome “quase” síncrono). 
Assim que todos os bits chegam ao mux, ocorre a multiplexação bit a bit. O bit 
do tributário 1 é jogado na saída, depois o bit do tributário 2, depois do 3 e 
finalmente do 4. O processo se repete até que a transmissão termine. Os bits 
são então transportados até o destino onde ocorre a demultiplexação bit a bit e 
a informação é recuperada. 
 
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O PDH também comporta taxas de transmissão de tributários de 8, 34 e 
140Mbps. Todos os multiplexadores funcionando da mesma forma. Os sinais 
são multiplexados em taxas cada vez mais altas. Para se obter o sinal original 
todo o processo deve ser feito de forma inversa. Assim, para se obter um sinal 
de 2Mbps que foi multiplexado em um mux 2/8 e depois em um mux 8/34 e 
finalmente em um mux 34/140, temos que demultiplexar esse 140 Mbps em 34 
Mbps, depois em 8 Mbps e finalmente em 2Mbps. A figura abaixo demonstra 
essa lógica. O problema do PDH é que para se obter um sinal multiplexado, é 
fundamental comprar todos os equipamentos para realizar demultiplexação. Isso 
tornava a rede mais cara. No SDH esse problema já não existia, pois nessa 
tecnologia existe uma 
facilidade denominada 
ponteiro que consegue 
identificar todas as 
partes do sinal dentro de 
um sinal multiplexado. 
O PDH foi desenvolvido 
em 3 padrões diferentes, 
com taxas diferentes. 
Nos Estados Unidos e 
Canadá, por exemplo, o 
padrão foi definido pelo ANSI (American National Standard Institute) e das taxas 
de transmissão foram definidas como 1,5Mbps, 6Mbps, 45 Mbps e 275 Mbps. O 
padrão adotado no Brasil e no resto do mundo foi o padrão europeu, definido 
pelo ETSI (European Telecommunications Standard Institute). 
 
 
 
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3. SDH 
A crescente demanda de novos serviços, bem como a necessidade de 
compatibilidade entre diferentes padrões de transmissão em todo mundo 
impulsionaram a criação de uma rede que pudesse atender de forma satisfatória 
todas as mudanças proporcionadas pelo surgimento de novas tecnologias. 
Surgiu então um modo de transmissão que revolucionou o mundo das 
telecomunicações. Esse novo padrão conhecido como SDH, ou hierarquia digital 
síncrona mudou significativamente a forma de projetar e implantar as redes em 
todo o mundo. 
O SDH possui taxas de transmissão que variam de 155Mbps – STM-1 até 
10Gbps – STM-64. A estrutura denominada STM – Syncronous Transport 
Module é um quadro de dados contendo informações que são provenientes do 
PDH e bytes de overhead. 
Os sinais de 2Mbps entram no SDH a partir de uma estrutura denominada VC-
12 (Virtual Container), os 
sinais de 34Mbps entram a 
partir de uma estrutura 
denominada VC-3 e os de 
140Mbps entram no SDH a 
partir de um VC-4. 
Todas essas estruturas em Virtual Containers entram na estrutura do SDH que 
somadas a bytes de gerenciamento (SOH – Section Overhead) e do Ponteiro 
(PTR) compõe o quadro STM. 
Estruturas de mapeamento dentro do STM: 
 
 
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Cada quadro do STM do SDH dura 125 s. Isto é, um quadro STM-1 dura 125 
s e quando ele é multiplexado byte a byte gerando um quadro 4 vezes maior – 
um STM-4, o quadro resultante também vai ter 125 s. O mesmo ocorre com o 
STM-16 e o STM-64. 
STM- 1 – 155 Mbps 
STM - 4 - 622 Mbps 
STM- 16 - 2,5G Mbps 
STM- 64 – 10 Gbps 
A estrutura do SDH normalmente é em anel como abaixo. Mas também pode ser 
configurado ponto a ponto. As redes SDH possuem configurações de proteção 
que não existiam no PDH e o controle da rede é muito mais eficiente, pois os 
bytes de overhead são transportados com todas as informações necessárias à 
gerência de rede – Rede DCN. 
 
O SDH foi uma grande revolução na história das telecomunicações, mas as 
redes ganharam uma versatilidade muito maior após a chegada de uma outra 
rede que consegue atuar juntamente com o SDH e é capaz de transportar sinais 
na ordem de Tbps. É a rede DWDM, um dos temas que trataremos mais adiante. 
 
 
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4. Redes PTN 
As redes de transporte atuais proporcionam uma transmissão transparente de 
dados que podem estabelecer conexões ponto a ponto ou ponto multiponto 
oferecendo facilidades de gerência e proteção. Essas redes são extremamente 
úteis para uma infinidade de serviços. O SDH é um exemplo disso. Contudo, nos 
últimos anos, os serviços baseados em redes de pacotes aumentaram 
drasticamente e continuam a oferecer uma infinidade de novas possibilidades a 
todos os clientes. As operadoras de telefonia sempre enxergaram esses novos 
serviços como um grande potencial de novas tecnologias e serviços que podem 
ser oferecidos. A ideia então é unir as facilidades oferecidas nas redes de 
transporte convencionais com os novos serviços oferecidos pela rede IP. 
Para suprir essa demanda a tecnologia PTN (Packet Transport Network) foi 
criada. O PTN é uma tecnologia baseada em MPLS, porém adequada à 
realidade das redes de transporte 
– MPLS – TP (Transport Profile). 
A rede PTN é então baseada em 
redes MPLS-TP (Transport 
Profile). O desafio dessas redes é 
acomodar o legado das redes de 
transporte convencionais e 
desenvolver novas 
funcionalidades. Para configurar os circuitos na rede PTN é necessário atribuir 
valores a todos os parâmetros do circuito. Pode-se configurar o QoS (Qualidade 
de Serviço), taxas de transmissão mínima e máxima etc. As taxas de 
transmissão no PTN são tipicamente: – 2Mbps/100Mbps/1Gbps/10Gbps. 
 
 
 
 
 
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5. Redes DWDM 
As redes DWDMsurgiram com o intuito de aumentar a capacidade de 
transmissão das fibras ópticas. O DWDM consiste basicamente em atribuir uma 
frequência (ou comprimento de onda) a cada usuário (canal) dentro do espectro 
e transportar a informação no domínio da frequência. Inicialmente testes foram 
realizados colocando-se dois comprimentos de onda na mesma fibra óptica. 
Ainda na década de 80, os testes evoluíram e chegou-se a 4 canais 
transportados simultaneamente. 
A tecnologia, inicialmente, era chamada de WDM (Wavelength Division 
Multiplexing) ou multiplexação por divisão de comprimento de onda. Com a 
adição de mais canais, o espectro passou a ficar mais denso e então 
acrescentou-se um 
“D” de denso no 
início. Daí o nome 
DWDM (Dense 
Wavelength Division 
Multiplexing). Existe 
ainda uma denominação conhecida como CWDM (Coarse Wavelength Division 
Multiplexing) que é utilizada quando o espectro utilizado é muito maior e possui 
até 18 canais somente separados em 20nm. O DWDM é uma tecnologia 
largamente utilizada no mundo inteiro e pode ser usada juntamente com outras 
redes. 
PRINCÍPIO DE FUNCIONAMENTO 
Na rede DWDM não há tratamento de bits. Toda a transmissão é realizada no 
domínio da frequência. Segue uma comparação dos tipos de transmissão: 
TDM – Time Division Multiplexing – Multiplexação por Divisão de Tempo 
 
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No TDM, a cada usuário é designado um time-slot. Dessa maneira o tempo de 
transmissão é dividido por todos os usuários. 
FDM – Frequency Division Multiplexing – Multiplexação por Divisão de 
Frequência 
No FDM a cada usuário é designado uma frequency-slot. Dessa maneira a 
largura de banda pode ser dividida por todos os usuários. 
WDM – Wavelengh Division Multiplexing – Multiplexação por Divisão de 
comprimento de onda. De forma muito similar ao FDM, o WDM dedica uma 
fração do espectro a cada usuário. A diferença, porém, é que no WDM os sinais 
possuem uma frequência muito maior e estão confinados dentro de uma fibra 
óptica. 
Vantagens do DWDM: 
A vantagem do DWDM é a transmissão simultânea de vários sinais em uma 
mesma fibra óptica. Os sinais podem ser totalmente distintos, pois são 
transportados em frequências diferentes. Assim, pode-se transportar em uma 
fibra um sinal SDH em um canal e em outro canal um sinal PTN, por exemplo. 
Abaixo uma demonstração de como uma rede DWDM pode otimizar um sistema 
de telecomunicações. 
 
 
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Transponder 
A parte do espectro utilizada no DWDM compreende basicamente as bandas C 
e L (recentemente essas bandas sofreram um alargamento para atender as 
demandas de novas redes – bandas estendidas). Nem todos os equipamentos 
trabalham com lasers nessas frequências. Por isso existe uma placa nos 
equipamentos DWDM chamada Transponder cuja função é modular o sinal 
proveniente de outros equipamentos (SDH, PTN, ATM, etc.) em um comprimento 
de onda dentro da banda do DWDM. Quando o sinal está na banda do DWDM 
ele é comumente chamado de “colorido” ou interface “colorida”. Os transponders 
também são usados como REGENERADORES. 
Perdas nos enlaces DWDM 
Existem diversos fatores que degradam o sinal de propagação que podem ser 
inerentes do material usado na fabricação da fibra óptica ou causados por 
alguma característica do meio ou até mesmo pelo tipo de sinal que está sendo 
transmitido. No DWDM como as taxas de transmissão são muito maiores que 
nos sistemas convencionais, a luz se comporta de uma forma diferenciada 
 
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causando além dos problemas já conhecidos, efeitos que degradam o sinal e 
comprometem a qualidade de transmissão. 
Atenuação 
A atenuação do sinal no DWDM ocorre de forma similar que nos sistemas 
convencionais. Ou seja, atenuação por absorção de energia, macro e 
microcurvaturas ocorrem da mesma forma. 
Dispersão 
No DWDM ocorre a dispersão cromática e o PMD de forma mais acentuada que 
nos sistemas convencionais. 
Espalhamento 
No DWDM também ocorrem os espalhamentos Rayleigh e Mie. Contudo, os 
espalhamentos Raman e Brilloin (efeitos não lineares) são os mais ofensivos 
nessas taxas de transmissão. 
Espalhamento Raman Estimulado 
O Espalhamento Raman estimulado é um fenômeno que ocorre somente no 
DWDM e é explicado em detalhes pela física quântica. O que ocorre é uma 
interação de energia e matéria, onde há uma transferência de energia de uma 
para outra. Na prática o que ocorre é uma transferência de energia dentre canais 
trafegando na mesma fibra. Canais de alta frequência (baixo comprimento de 
onda) perdem energia para canais de menor frequência (maior comprimento de 
onda). 
A figura abaixo demonstra esse princípio: 
 
 
 
 
 
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Espalhamento Brillouin Estimulado 
O Espalhamento Brillouin Estimulado, como no Raman, ocorre em níveis 
quânticos. É um fenômeno decorrente do choque de um fóton (luz) com um fônon 
acústico (uma vibração energética em nível atômico). Na prática ocorre um 
espalhamento do sinal no sentido oposto da propagação e uma distorção do sinal 
no sentido da propagação. 
Existem outros fenômenos não lineares no DWDM, como a mistura de quatro 
ondas (FWM), a auto modulação (SPM) ou a modulação cruzada (XPM), mas 
esses tópicos são objeto de um estudo exclusivo do DWDM, pois são muito 
extensos e fugiria do tema de sistemas ópticos. 
Redes Coerentes e Não Coerentes 
Por volta da primeira década deste século, grandes avanços nas tecnologias 
fotônicas permitiram o uso de DSPs e ADCs – que conseguem processar sinais 
em altíssima velocidade e mitigar diversos problemas do DWDM (ex. dispersão 
cromática). Até então, as redes DWDM modulavam o sinal somente em 
amplitude (ASK) no 
método OOK (ON-OFF 
KEYING). Porém 
quando, as taxas de 
transmissão começaram a chegar em dezenas de Gbps, os lasers já não eram 
tão eficientes (desligar e ligar o laser nessas taxas se tornou um problema). 
Essas redes são chamadas de redes coerentes (pois 
não utilizam ondas coerentes para demodular o sinal). 
A mudança do esquema de modulação propiciou a 
transmissão em taxas muito maiores. Modulações do 
tipo DPSK, PDM-QPSK, PDM – 16QAM passaram a 
ser mais eficiente (transmitindo muito mais bits por 
símbolo). Toda modulação em que a portadora tem a 
fase modificada deve ter necessariamente a detecção/demodulação coerente. 
Hoje, as redes DWDM/OTN contam com features que não eram possíveis no 
início de sua aplicação, como FLEXGRID. SUPERCHANNELS etc. 
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Redes PON 
A crescente demanda de serviços via IP (Internet) forçaram o mercado a adequar 
as tecnologias e meios disponíveis para atender os usuários cada vez mais 
exigentes. A proposta é, basicamente, construir redes que possibilitem altas 
taxas de transmissão até a última milha. Isso significa em termos práticos que a 
fibra óptica deve chegar o mais perto possível do usuário final. 
Surgiram então as redes FTTx que descrevem como a rede óptica é instalada 
para atender o usuário final. As redes FTTx podem ser classificadas de acordo 
com a aplicação: 
• FTTC – Fiber To The Curb – Fibra até a calçada 
• FTTCab – Fiber To The Cabinet – Fibra até o armário de dados 
• FTTB – Fiber To The Building – Fibra até o edifício 
• FTTH – Fiber To The Home – Fibra até o lar 
As redes PON (Passive Optical Network) ou redes ópticas passivas, são redes 
baseadas na FTTx que foram criadas para atender a demanda de dados exigida 
pelo mercado. A principal característica dessas redes é a não utilização de 
energia elétrica percorrendo seu meio físico. Por isso, leva o nome de rede óptica 
passiva. A topologia foi desenhada para o atendimento a vários usuários, por 
isso é uma topologia ponto-multiponto. Como mostrado abaixo: 
 
 
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A central da operadora envia através de um OLT (Optical Line Terminal) o sinal 
que é transmitido para os assinantes. Na recepção os clientes recebem o sinal 
através de um aparelho chamadoONU (Optical Network Unit) que é responsável 
pela conversão de sinais ópticos para sinais elétricos. Para que o sinal chegue 
nas pontas a rede utiliza um divisor de sinal chamado splitter. Os splitters são 
elementos passivos, pequenos e de baixo custo. 
Uma evolução das redes PON é o GPON (Gigabit Passive Optical Network). As 
velocidades de transferência no GPON são assimétricas, ou seja, diferentes nos 
sentidos de downstream e upstream. No sentido de downstream a velocidade de 
transferência é de 2,5Gbps e o comprimento de onda é de 1490nm, já no sentido 
de upstream a velocidade de transferência é de 1,25Gbps e comprimento e onda 
é de 1310nm. 
Na prática temos um equipamento OLT que possui várias placas com portas 
PON. Cada porta PON, normalmente, comporta até 128 assinantes (ONUs). 
CONCLUSÃO 
A crescente demanda de novos serviços e de uma rede cada vez mais 
controlável, seja por sistemas de gerência e operação e manutenção, seja por 
features que garantam QoS e demais serviços que possam surgir é uma 
realidade inegável. O desafio é garantir qualidade e versatilidade entre essas 
tecnologias.