Multiplexação

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SENAI – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL 
CURSO TÉCNICO EM TELECOMUNICAÇÕES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TELECOMUNICAÇÕES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Por: 
Gyula Mester Neto 
 
Natal-RN 
Maio – 2013 
SENAI – SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL 
CURSO TÉCNICO EM TELECOMUNICAÇÕES 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
TELECOMUNICAÇÕES 
 
 
 
 
 
Trabalho sobre multiplexação WDM, 
TDM e FDM. 
Professora: Albanisa Felipo 
Por: Gyula Mester Neto 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Natal-RN 
Maio – 2013 
 
 Quando digitalizamos o sinal analógico, ainda é preciso maximizar a 
transmissão, aonde a mesma é feita através de um multiplexador. O multiplexador tem a 
função de transmitir simultaneamente dois ou mais elementos, sinais ou informações 
através de um meio. 
 
Sempre que a largura de banda de um meio físico for maior ou igual à largura de 
banda de um determinado sinal, este meio poderá ser utilizado para transmitir este sinal. 
Na prática, a banda passante necessária para um sinal é em geral bem menor do que a 
banda passante dos meios físicos disponíveis. 
 
Portanto, dentro deste fundamento de aproveitar a banda passante extra para a 
transmissão simultânea de outros sinais se baseia o conceito de multiplexação, que nada 
mais é do que a técnica que permite a transmissão de mais de um sinal em um mesmo 
meio físico. 
 
A multiplexação resulta na otimização dos meios de transmissão, normalmente 
de capacidade limitada, com a transmissão de diversos sinais simultaneamente. 
 
A Multiplexação por Divisão de Tempo utiliza-se do conceito de alocação de 
“espaços de tempo”, chamados time-slots, para os sinais previamente amostrados. Para 
compreender como são alocados estes time-slots e o funcionamento do TDM, será 
utilizada uma analogia com um PCM de 30 canais e uma chave seletora rotativa 
conforme a figura abaixo, onde na periferia desta chave, existem 32 posições 
correspondentes aos canais do PCM. 
 
 
Contador de Time-Slot.·. 
 
A chave gira no sentido horário e demora em cada canal um intervalo de tempo e 
cada vez que a chave passa por um canal ela retira uma amostra da amplitude do seu 
sinal naquele instante. O tempo em que a chave comuta cada canal denomina-se time-
slot. 
 
A velocidade de 8000 revoluções por segundo, que é a freqüência de 
amostragem, pois de cada canal serão retiradas 8000 amostras por segundo. A volta 
completa da chave toma então 1/8000 do segundo que equivale a 125 µs e chama-se 
quadro. 
 
Como cada ponto da chave corresponde a um time-slot, analogamente um 
quadro conterá 32 time-slots, cada um com duração de 125 µs/32. Assim, a chave abre 
um "espaço de tempo" ou time-slot para amostragem do canal durante 125 µs/32 = 3,9 
µs. 
 
Outro termo utilizado é o multiquadro, que é o conjunto de 16 quadros 
consecutivos que corresponde a 16 vezes o tempo de um quadro. Logo, um multiquadro 
equivale a 16 x 125 µs = 2 ms. Como veremos abaixo a representação dos quadros e 
multiquadros. 
 
 
 
Isto provoca uma multiplicação na taxa de transmissão, quando comparada com 
a taxa de cada sinal individualmente e consequentemente a ampliação da banda passante 
total. Este aumento é proporcional ao número de canais multiplexados. Os sinais de voz 
são amostrados a uma taxa de transmissão de 8000 amostras/segundo. 
 
Como todos são codificados com 8 bits/amostra, produzem uma taxa de transmissão de 
64 kbit/s por canal. Sendo assim, se tivermos 32 canais, a saída deste sistema terá uma 
banda passante de 32 vezes 64 kbit/s que são igual a 2048 kbit/s . 
 
No time-slot 0 de todos os quadros que compõe um multiquadro é transportado o 
sincronismo dos respectivos quadros. No time-slot 16 do quadro 0, sempre é 
transportado o sincronismo de multiquadro. Onde sincronismo é uma espécie de 
negociação entre os dois lados interconectados para garantir a operação. 
 
 
Representação dos times-slots.·. 
 
 Em um procedimento utilizado para que o sistema reconheça o início e o fim de um 
quadro ou multiquadro. A cada quadro, ou seja, a cada 125 µs são enviadas no time-slot 
16 informações de dois canais específicos. Portanto, em um multiquadro, a cada 2 ms 
são transportadas informações referentes aos 30 canais. Repetidamente, a cada 2 ms, 
estas informações são enviadas mesmo que os estados dos canais não tenham sido 
alterados, isto é, mesmo que as informações sejam repetidas. 
 
Na Multiplexação por Divisão de Frequência se assemelha ao TDM, o FDM é 
uma tecnologia que transmite múltiplos sinais simultaneamente sobre um único 
caminho de transmissão. Porém, esta técnica funciona através de modulação, que 
permitem o deslocamento de um sinal no espectro de frequência. 
 
Para compreender melhor o FDM, a figura abaixo mostra a representação de 
dois sinais de voz através de seus espectros. Um dos sinais foi modulado e, por isso, 
encontra-se deslocado para uma outra faixa de frequência. 
 
 
Após a modulação, os sinais são passados por filtros de forma a impedir 
conflitos caso existam componentes destes sinais em outras frequências diferentes da 
faixa para eles reservada, permitindo que esses sinais trafeguem simultaneamente pelo 
mesmo meio físico. 
 
Os filtros utilizados nesta operação são filtros passa-faixa, filtros que só 
permitem a transmissão de sinais que se encontram dentro de uma faixa de frequências. 
 
A tecnologia WDM (do Inglês: Wavelength Division Multiplexing, ou 
Multiplexação por Divisão de Comprimentos de Onda), é simplesmente a Combinação 
de Múltiplos Sinais Ópticos, com diferentes Comprimentos de Onda (Cores), 
devidamente espaçados entre si e que são injetados e se propagam em uma mesma Fibra 
Óptica. 
Com a técnica WDM podemos transmitir vários Comprimentos de Onda de 
forma simultânea nas regiões denominadas Bandas ou Janelas onde a Fibra Óptica 
apresenta menor Atenuação, conforme a figura abaixo; 
 
 
Princípio de funcionamento do WDM 
 
O princípio básico desta tecnologia foi ilustrado na seção Transmissão Uni e 
Bidirecional deste tutorial, com a diferença de que ao invés de inserirmos Radiações 
Luminosas por meio de apenas dois LASER's numa Fibra Óptica, são utilizados vários 
LASER's com espaçamentos apropriados entre os seus comprimentos de Onda. 
 
Para possibilitar a inserção destes vários LASER's, utiliza-se um dispositivo 
óptico passivo, chamado de Multiplexador Óptico (ou Mux. Óptico, ou ainda 
simplesmente Mux), dispositivo esse que será explicado com mais detalhes em tutorial 
futuro que abordará os Sistemas DWDM. 
 
Por volta de 1980 foram apresentados vários Sistemas WDM experimentais, os 
quais operavam com grandes espaçamentos entre os Comprimentos de Onda. 
 
Inicialmente, devido à falta de tecnologia existente naquela época para as Fibras 
Ópticas, para os Dispositivos Ópticos e para os LASER's, os Sistemas WDM 
funcionavam no entorno de 850 nm, na chamada 1ª Janela, utilizado Fibras Ópticas 
Multimodo. Nessa época os valores dos Coeficientes de Atenuação no entorno da Janela 
de 850 nm, eram na faixa de -2,0 a -2,5 dB/km. 
 
Posteriormente, com a disponibilidade das Fibras Ópticas Monomodo, os 
Sistemas WDM passaram á operar no entorno de 1310 nm, região esta chamada de 2ª 
Janela. 
 
Porém, como podemos ver na Figura 9, os Coeficientes de Atenuação que se 
encontrava em 1310 nm, era da ordem de -0,3 a -0,4 dB/km, ao passo que os 
Coeficientes de Atenuação em 1550 nm eram de aproximadamente de -0,17 a -0,25 
dB/km, ou seja, praticamente a metade. 
 
 
Atenuações em 1310 nm e 1550 nm 
 
A redução dos Coeficientes de Atenuação implica em várias vantagens, como 
por exemplo, a de que com menores potências podemos atingir distâncias mais longas. 
 
Sendo assim, houve um esforço no intuito de desenvolver Sistemas WDM que 
operassem no entorno de 1550 nm, região esta, chamada de 3ª Janela , ou Banda C, que 
ocupa a Região do Espectrocompreendida entre 1530 nm á 1565 nm, como esta 
representado na figura abaixo; 
 
Banda C ou 3ª Janela 
 
Em 1990 surgiu a segunda geração experimental de Sistemas WDM, que já 
operavam na Região de 1550 nm e possibilitavam Transmissão Unidirecional de 4 até 
de 8 Canais ou Comprimentos de Onda, com amplo espaçamento entre eles. 
 
Com a evolução das tecnologias, este espaçamento foi sendo reduzido de 1000 
GHz para 600 GHz, 400 GHz, 200 GHz e 100 GHz. 
 
Note se que Sistemas WDM com espaçamentos inferiores à 100 GHz são 
considerados como Sistemas DWDM (Dense Wavelenght Division Multiplex), os que 
serão abordados em tutorial futuro. 
 
A ITU - T, para possibilitar a padronização entre equipamentos de diferentes 
fabricantes definiu para a Banda C, Freqüências Centrais para Espaçamentos de 100 
GHz e 50 GHz iniciando em 1528,77 nm e terminando em 1560,61 nm (Vide Tabela 
A.1, do Anexo A, da Recomendação ITU - T G.692: Optical interfaces for multichannel 
systems with optical amplifiers). 
 
Para um melhor aproveitamento, da Região do Espectro que apresentava baixos 
coeficientes de Atenuação, foi criada a Banda L ou 4ª Janela. 
 
 
Banda C e banda L 
 
Posteriormente o Grupo de Estudos nº 15 denominado: Transport Network 
Systems and Equipment daITU - T, normatizou, para permitir não só um padrão, mas 
principalmente para assegurar interconexões com equipamentos de diferentes 
fabricantes, uma grade baseada em uma Freqüência de referência estabelecida em 
193100 GHZ, com espaçamentos de 100 GHz, 50 GHz, 25 GHz e, 12,5 GHz que se 
estendia até o fim da 4ª Janela ou Banda L, em 1624,89 GHz. 
 
Um grande avanço, que contribuiu para o aumento da relação custo / benefício, 
foi à introdução de Fibras Ópticas, com uma nova tecnologia que não apresentava o 
indesejável fenômeno da Atenuação por Íons Oxidrila. 
 
 
Comparação entre as fibras Monomodo Convencional (preto) e sem atenuação (amarelo) 
 
Logo abaixo veremos todo o potencial das Novas Fibras Ópticas que não têm os 
picos de Atenuação por Íons Oxidrila. A limitação da utilização de apenas uma ou duas 
Bandas, geralmente a Banda C e ou a Banda L, não mais existem. 
 
 
Este avanço permitiu que fosse possível o aproveitamento máximo da faixa de 
transmissão disponível na curva destas Novas Fibras Ópticas. Portanto, podemos 
ampliar os Sistemas DWDM não só em número de canais e Taxa de Transmissão, mas 
também no numero de Bandas. 
 
Esta característica também favorece um novo tipo de equipamento WDM, 
chamado de CWDM, que é de baixo custo e de fácil fabricação, indicado 
preferencialmente para uso em Redes Metropolitanas e de Acesso. A tecnologia CWDM 
apresenta um grande espaçamento entre canais, de 20 nm, no espectro que vai de 1270 
nm á 1610 nm, permitindo atualmente até 18 canais. 
 
Este tipo de equipamento também será objeto de tutorial futuro. Para mais 
detalhes veja a Recomendação ITU-T G.694.2: Spectral grids for WDM applications: 
CWDM wavelength grid. Deve-se atentar para não confundir esta tecnologia CWDM 
com a tecnologia denominada WWDM (WideWavelength Division Multiplexing), que 
é implementada através de dispositivos passivos que utilizam dois Canais, com 
Comprimentos de Onda em 1310 nm e 1550nm, que possibilitam a duplicação da 
transmissão de dois sinais ópticos em uma única Fibra ou até quatro sinais ópticos em 
um par de Fibras. 
 
Estes equipamentos são chamados comercialmente de duplicadores ou 
quadruplica dores, são extremamente simples, de custo muito baixo e, geralmente, são 
usados em Redes de Acesso, quando da falta de Fibras nos Cabos Ópticos dessas Redes. 
 
Ao utilizar estes dispositivos devem-se levar em conta dois aspectos 
fundamentais. O primeiro é que estes equipamentos somente permitem ampliação de 
um número muito reduzido de canais. O segundo é que como são passivos, estes 
dispositivos, introduzem atenuações adicionais, indesejáveis, que podem inviabilizar 
uma interconexão, caso a atenuação deste enlace já esteja no limite ou próxima dele. Já 
utilização destes equipamentos, limita a distância de um enlace, pois inevitavelmente 
introduz atenuações que podem inviabilizar ou ainda tornar extremamente crítico o 
enlace original, que se encontrava funcionando normalmente.