• Share
  • Email
  • Embed
  • Like
  • Save
  • Private Content
Trabalho de fibra óptica
 

Trabalho de fibra óptica

on

  • 15,971 views

 

Statistics

Views

Total Views
15,971
Views on SlideShare
15,971
Embed Views
0

Actions

Likes
5
Downloads
370
Comments
2

0 Embeds 0

No embeds

Accessibility

Categories

Upload Details

Uploaded via as Microsoft Word

Usage Rights

© All Rights Reserved

Report content

Flagged as inappropriate Flag as inappropriate
Flag as inappropriate

Select your reason for flagging this presentation as inappropriate.

Cancel

12 of 2 previous next

  • Full Name Full Name Comment goes here.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • fico feliz em saber que no pais ja existem pessoas com enormes capacidade e que iram dar um verdadeiro contributo no desenvolvimento do nosso pais....eu sei que falar de fibra optica nao e assim tao facil porque e o tema bastante estenssso mais com coragen e determinacao que desbulcaste eu pode aprender algumas coisas,.....sucesso.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
  • Gostei do trabalho realizado, mas era necessario a imagem dada pelo OTDR para eliminaçao das dúvidas, pk esses dados podem criados. Em suma, valeu a criatividade e a vontade demonstrada. Sucessos na tua carreira profissional.
    Are you sure you want to
    Your message goes here
    Processing…
Post Comment
Edit your comment

    Trabalho de fibra óptica Trabalho de fibra óptica Document Transcript

    • UNIVERSIDADE INDEPENDENTE DE ANGOLA Faculdade de Ciências e Tecnologias Engenharia de TelecomunicaçõesTEMA: LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO DOCENTE: PhD. António Tavares P. de Sousa
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 COMUNICAÇÕES ÓPTICAS 2José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011ÍNDICE 3José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011INTRODUÇÃO Com a explosiva evolução das comunicações, motivadas pela necessidade deaumento da capacidade de tráfego de voz, vídeo e dados em alta velocidade,constantemente nos deparamos com novos conceitos em tecnologias em termo demeios de transporte das informações (meios físico de transmissão). Sendo que, váriossão os tipos de cabos utilizados no transporte de informações, e cada um com suasvantagens e desvantagens no que tange a Largura de banda, taxas de transmissão,atenuações especificas e distancia de transmissão sem o uso de repetidores. É nesta ideia que surge a fibra óptica que garante um nível elevado defiabilidade a nível de transmissão de sinais de dados, voz e vídeo. Com este trabalho, pretende-se transmitir conhecimento a nível de projectosde link à grandes distancias (como no nosso caso), utilizando fibra óptica,apresentando as motivações da escolha deste meio de transmissão, vantagens edesvantagens relativamente a outros tipos existentes no mercado. 4José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011OBJECTIVO O objectivo deste projecto, é a projecção de um link de Fibra óptica de 180Kmsde distancia entre Luanda e Dondo, para a transmissão de VOIP, sinal de TV eTelefonia, de forma que seja estabelecida as comunicações entre estes dois pontos doPais. Consiste em um projecto que não seja só para o presente mas comperspectivas futuras, oferecendo este, um elevado nível de confiabilidade,disponibilidade e alta qualidade de a nível dos sinais acima mencionados. 5José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011BREVE HISTÓRIAL DA FIBRA ÓPTICA Os primeiros experimentos utilizando fibra óptica ocorreram em 1930 naAlemanha, mas as pesquisas sobre suas propriedades e características tiveram iniciopor volta de 1950. Hoje, as fibras ópticas são largamente utilizadas e representam umarevolução na transmissão de informações. Hoje em dia, as fibras ópticas utilizadas emsistemas podem operar com taxas de transmissão que chegam até a faixa dosterahertz. 200 D.C: Heron da Alexandria estudou a reflexão. 1621: Willebrod Snell descobriu que quando a luz atravessa dois meios, sua direção muda (refração). 1678: Christian Huygens modela a luz como onda. 1830: Telégrafo com código Morse (digital) chegava a alcançar mil km, o equivalente a velocidade de 10 bits por segundo, com os repetidores. 1870: John Tyndal (1820-1893) mostrou a Royal Society que a luz se curva para acompanhar um esguicho d’água, ou seja, pode ser guiada pela água. 1876: Invenção do telefone analógico por Graham Bell 1880: O engenheiro William Wheeler, recebeu uma patente pela idéia de “conduzir” intensas fontes de luz para salas distantes de um prédio. O escocês naturalizado americano, Alexander Graham BELL (1847-1922), inventou o Photophone, um sistema que reproduzia vozes pela conversão de luz solar em sinais elétricos (telefone óptico). 1956: O físico indiano Narinder Singh Kanpany inventa a fibra óptica: desenvolveram a idéia de uma capa de vidro sobre um bastão fino de vidro para evitar a “fuga” da luz pela superfície. 1958: Arthur Schwalow e Charles Townes inventam o laser. 1962: Foi inventado o primeiro fotodetector PIN de silício de alta velocidade (EUA). 1968: Primeiro diodo laser com dupla heteroestrutura, DHS, (EUA). 1972: 1973: Um link telefônico de fibras ópticas foi instalado no EUA. 1976: O Bell Laboratories instalou um link telefônico de 1 km em Atlanta e provou ser possível o uso da fibra para telefonia, misturando técnicas convencionais de transmissão. O primeiro link de TV a cabo com fibras ópticas foi instalado em Hastings (UK). A empresa Rank Optics em Leeds (UK) fabrica fibras de 110 nm para iluminação e decoração. 1978: Começa, em vários pontos do mundo, a fabricação de fibras ópticas com perdas menores do que 1,5 dB/km, para as mais diversas aplicações. 1979: MYA e colaboradores, Japão, anunciam a primeira fibra monomodo (SMF) com 0,20 dB/km em 1550 nm. 1981: Ainslie e colegas (UK) demonstram a SMF com dispersão nula em 1550 nm. 1988: Operação do primeiro cabo submarino, TAT-8, entre EUA, França e Inglaterra. 6José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 1989: Introdução comercial dos amplificadores ópticos dopados com érbio.REGULAMENTAÇÃONormas TécnicasO que é uma norma? Uma norma é um grau ou nível de exigência, é uma excelência, um objectivopara promover interoperabilidade e confiabilidade em sistemas estruturados. Asnormas para cabeamento estruturado definem um sistema geral para redes detelecomunicações, criando um ambiente heterogêneo.Essas normas nasceram com a necessidade de padronizar soluções para sistemas decabeamento de telecomunicações que pudesse abrigar equipamentos de váriosfabricantes. Existem organizações responsáveis pela elaboração e coordenação depadrões usados pela indústria, governo e outros setores.Vamos citar apenas os órgãos que interferem na Fibra óptica. ANSI – American National Standards Institute EIA – Electronic Industries Alliance TIA – Telecommunications Industry AssociationNormas para Cabeamento Estruturado Fibra ÓpticaANSI/EIA/TIA TSB72 – Guia para gerenciamento centralizado de dispositivos de fibraópticaA intenção deste boletim e especificar conjunto de diretrizes para administrar sistemasde fibra ópticas no ambiente da sala de equipamentos utilizando sistema de racks earmários de telecomunicações.ANSI/EIA/TIA 526-14 – Especificações técnicas para medidas ópticas multimodoEste documento especifica procedimentos usados para medir um link de fibra ópticamultimodo, incluindo terminações, componentes passivos, fontes de luz, calibração einterpretação de resultados.ANSI/EIA/TIA 526-7 – Especificações técnicas para medidas ópticas monomodoTem a mesma função do documento anterior, só que para fibras monomodo.ANSI/EIA/TIA 568 – Componentes para Cabeamento de fibra ópticaEsta norma especifica os requisitos mínimos para componentes de fibra óptica, taiscomo cabos, conectores, hardware de conexão, patch cards e equipamento de testede campo. Cabos 50/125µm multimodo e monomodo são reconhecidos. 7José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011LEI DE SNELLReflexão e Refração O princípio fundamental que rege o funcionamento das fibras ópticas é ofenômeno físico denominado reflexão total da luz. Para que haja a reflexão total a luzângulo de incidência deve ser igual ou maior do que o ângulo limite. A Figura (abaixo) mostra um feixe de luz interceptado por uma superfície plana de vidro. Parte da luz incidente é refletida pela superfície, isto é, se propaga, em feixe, para fora da superfície, como se tivesse se originado naquela superfície. A outra parte é refratada, isto é, se propaga como um feixe através da superfície para dentro do vidro. A menos que o feixe incidente seja perpendicular ao vidro, a luz sempre muda a direção de sua trajetória quando atravessa uma superfície, por isso, dizemos que o feixe incidente é “desviado” na superfície. Com base na figura, vamos definir algumas grandezas utilizadas e iremosrepresentar os feixes incidente, refletido e refratado como raios, que são linhas retastraçadas perpendicularmente às frentes de onda, que indicam a direção do movimentodessas ondas. O ângulo de incidência Ø1 o ângulo de reflexão Ø1’ e o ângulo derefração Ø2 , também estão sendo mostrados. Observe que cada um desses ângulos émedido entre a normal à superfície e o raio correspondente. O plano que contém oraio incidente e a normal à superfície é chamado de plano de incidência. Na Figura, oplano de incidência é o plano da página.Observamos experimentalmente que a reflexão e a refração obedecem às seguintesleis: 8José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 Figura 5 – Reflexão e a refração de um feixe de luz [10] LEI DA REFLEXÃO: O raio refletido está contido no plano de incidência, e Ø1’ = Ø2’ (Reflexão) LEI DA REFRAÇÃO: O raio refratado está contido no plano de incidência, e n1 os Ø1= n2 os Ø2 (Refração)n1 é uma constante adimensional chamada índice de refração do meio l, e n2 é oíndice de refração do meio 2. A Equação da reflexão é chamada de Lei de Snell. O índice de refração de umasubstância é igual a c/v, onde c é a velocidade da luz no espaço livre (vácuo), e v é asua velocidade na substância considerada, conforme será visto mais adiante.O índice de refração da luz, em qualquer meio, exceto o vácuo, depende docomprimento de onda da luz. Além disso, ondas luminosas de comprimentos de ondadiferentes são refratadas com ângulos diferentes ao atravessarem uma superfície. Assim, quando um feixe de luz, consistindo em componentes com diferentescomprimentos de onda, incide numa superfície de separação de dois meios, oscomponentes do feixe são separados por refração e se propagam em direçõesdiferentes. O índice de refração em um meio é, geralmente, maior para um comprimentode onda menor (luz azul), do que para um comprimento de onda maior (luz vermelha).Isso significa que, quando a luz branca se refrata, através de uma superfície, ocomponente azul sofre um desvio maior do que o componente vermelho, com as coresintermediárias apresentando desvios que variam entre esses dois. 9José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011ESTUDO DA FIBRA ÓPTICAConceito de fibra óptica Fibra Óptica: É um guia de onda dieléctrico com estrutura circular cilíndrica e sessão circular recta que funciona como meio de transmissão a longa distância sem interferência externa para a luz produzida pelo transmissor óptico.Estrutura da fibra óptica As fibras ópticas são constituídas basicamente de materiais dielétricos(isolantes) que, como já dissemos, permitem total imunidade a interferênciaseletromagnética; uma região cilíndrica composta de uma região central, denominadanúcleo, por onde passa a luz; e uma região periférica denominada casca que envolve onúcleo. A fibra óptica é composta por um núcleo envolto por uma casca, ambos devidro sólido com altos índices de pureza, porém com índices de refração diferentes. Oíndice de refração do núcleo (n1) é sempre maior que o índice de refração da casca(n2). Se o ângulo de incidência da luz em uma das extremidades da fibra for menor queum dado ângulo, chamado de ângulo crítico ocorrerá à reflexão total da luz no interiorda fibra.Veremos agora a estrutura do cabo de fibra óptica.Figura 12 – Estrutura em corte da fibra óptica [1] 10José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 Núcleo: O núcleo é um fino filamento de vidro ou plástico, medido em micra (1 ηm = 0,000001m), por onde passa a luz. Quanto maior o diâmetro do núcleo mais luz ele pode conduzir. Casca: Camada que reveste o núcleo. Por possuir índice de refração menor que o núcleo ela impede que a luz seja refratada, permitindo assim que a luz chegue ao dispositivo receptor. Capa: Camada de plástico que envolve o núcleo e a casca, protegendo-os contra choques mecânicos e excesso de curvatura. Fibras de resistência mecânica: São fibras que ajudam a proteger o núcleo contra impactos e tensões excessivas durante a instalação. Geralmente são feitas de um material chamado kevlar, o mesmo utilizado em coletes a prova de bala. Revestimento externo: É uma capa que recobre o cabo de fibra óptica.TIPOS DE FIBRA ÓPTICAExistem duas categorias de fibras ópticas: Multimodais e Monomodais. Essascategorias definem a forma como a luz se propaga no interior do núcleo.Fibras Multimodo (MMF Multimode Fiber) As fibras multimodo (MMF MultiMode Fiber) foram as primeiras a seremcomercializadas. Porque possuem o diâmetro do núcleo maior do que as fibrasmonomodais, de modo que a luz tenha vários modos de propagação, ou seja, a luzpercorre o interior da fibra óptica por diversos caminhos. E também porque osconectores e transmissores ópticos utilizados com elas são mais baratos. As setas verde, azul e vermelha representam os três modos possíveis depropagação (neste exemplo), sendo que as setas verde e azul estão representando apropagação por reflexão. As dimensões são 62,5 ηm para o núcleo e 125 ηm para acasca. Dependendo da variação de índice de refração entre o núcleo e a casca, asfibras multimodais podem ser classificadas em: Índice Gradual e Índice Degrau. Figura 13 – Propagação da luz multimodal [3] 11José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011Multimodo de Índice Degrau Possuem um núcleo composto por um material homogêneo de índice derefração constante e sempre superior ao da casca. As fibras de índice degrau possuemmais simplicidade em sua fabricação e, por isto, possuem características inferiores aosoutros tipos de fibras a banda passante é muito estreita, o que restringe a capacidadede transmissão da fibra. As perdas sofridas pelo sinal transmitido são bastante altasquando comparadas com as fibras monomodo, o que restringe suas aplicações comrelação à distância e à capacidade de transmissão. Figura 14 – Fibra Óptica Multimodo IDMultimodo de Índice Gradual Possuem um núcleo composto com índices de refração variáveis. Esta variaçãopermite a redução do alargamento do impulso luminoso. São fibras mais utilizadas queas de índice degrau. Sua fabricação é mais complexa porque somente conseguimos oíndice de refração gradual dopando com doses diferentes o núcleo da fibra, o que fazcom que o índice de refração diminua gradualmente do centro do núcleo até a casca.Mas, na prática, esse índice faz com que os raios de luz percorram caminhosdiferentes, com velocidades diferentes, e chegue à outra extremidade da fibra aomesmo tempo praticamente, aumentando a banda passante e, conseqüentemente, acapacidade de transmissão da fibra óptica. São fibras que com tecnologia de fabricação mais complexa e possuemcaracterística principais uma menor atenuação 1dBm/km, maior capacidade de 12José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011transmissão de dados (largura de Banda de 1Ghz), isso em relação as fibras demultimodo de índice Degrau. Figura 15 – Fibra Multimodo IGFibras Monomodo (SMF Single Mode Fiber) As fibras monomodais são adequadas para aplicações que envolvam grandesdistâncias, embora requeiram conectores de maior precisão e dispositivos de altocusto. Nas fibras monomodais, a luz possui apenas um modo de propagação, ou seja, aluz percorre interior do núcleo por apenas um caminho. As dimensões do núcleovariam entre 8 ηm a 10 ηm, e a casca em torno de 125 ηm. As fibras monomodaistambém se diferenciam pela variação do índice de refração do núcleo em relação àcasca; classificam-se em Índice Degrau Standard, Dispersão Deslocada (DispersionShifed) ou Non-Zero Dispersion. Figura 16 – Propagação da luz em monomodal [3] As características destas fibras são muito superiores às multimodos, bandapassante mais larga, o que aumenta a capacidade de transmissão. Apresenta perdasmais baixas, aumentando, com isto, a distância entre as transmissões sem o uso derepetidores de sinal. Os enlaces com fibras monomodo, geralmente, ultrapassam 50km entre os repetidores. 13José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011PROPRIEDADES DAS FIBRAS ÓPTICASImunidade a Interferências Por serem compostas de material dielétrico, as fibras óticas não sofreminterferências eletromagnéticas. Isso permite uma boa utilização dela, mesmo emambientes eletricamente ruidosos.Ausência de diafonia As fibras adjacentes em um cabo ótico não interferem umas nas outras por nãoirradiarem luz externamente. Não ocorrendo o mesmo nos cabos metálicos, quequando perdem parte de seu isolamento, ocorre uma irradiação entre pares metálicosadjacentes, ocasionando o fenômeno crosstalk.Isolação elétrica O material dielétrico que compõe a fibra proporciona um isolamento elétricoentre os transceptores ou estações interligadas. Ao contrário dos suportes metálicos,as fibras óticas não têm problemas de aterramento com interfaces dos transceptores.Dispersão É uma característica de transmissão que exprime o alargamento dos pulsostransmitidos. Este alargamento determina a largura de banda da fibra óptica, dada emMHz/km, e está relacionada com a capacidade de transmissão de informação dasfibras. Os mecanismos básicos de dispersão são Modal CromáticaDispersão Modal Este tipo de dispersão só existe em fibras do tipo multimodo (degrau e gradual)e é provocada basicamente pelos vários caminhos possíveis de propagação (modos)que a luz pode ter no núcleo. Numa fibra degrau, todos os modos viajam com a mesmavelocidade, pois o índice de refração é constante em todo o núcleo. Logo, os modos dealta ordem (que percorrem caminho mais longo) demorarão mais tempo para sair dafibra do que os modos de baixa ordem. Neste tipo de fibra, a diferença entre ostempos de chegada é dado por ?= Δt1, onde; t1 é o tempo de propagação do modo de menor ordem Δ é a diferença percentual de índices de refração entre o núcleo e a casca dada por Δ =(n1-n2)/n1A dispersão modal inexiste em fibras monomodo pois apenas um modo será guiado. 14José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011Disperção CromáticaEsse tipo de dispersão depende do comprimento de onda e divide-se em dois tipos Dispersão material Dispersão de guia de ondaDisperção Material Como o índice de refracção depende do comprimento de onda e como asfontes luminosas existentes não são ideais, ou seja, possuem certa largura espectralfinita (Δλ), temos que cada comprimento de onda enxerga um valor diferente de índicede refração num determinado ponto, logo cada comprimento de onda viaja no núcleocom velocidade diferente, provocando uma diferença de tempo de percurso, causandoa dispersão do impulso luminoso. dn DA dispersão provocada pela dispersão material é dada por c d , onde. Δλ é a largura espectral da fonte luminosa c é a velocidade da luz no vácuo n é o índice de refração do núcleoDisperção de guia de onda Esse tipo de dispersão é provocado por variações nas dimensões do núcleo evariações no perfil de índice de refração ao longo da fibra óptica e depende tambémdo comprimento de onda da luz. Essa dispersão só é percebida em fibras monomodoque tem dispersão material reduzida (Δλ pequeno em torno de 1300 nm) e é da ordemde alguns os/(nm.km). 15José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011AS VANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DE FIBRAS ÓPTICAS As principais características das fibras ópticas, estacando suas vantagens comomeio de transmissão, são os seguintes:Largura de Banda Como as fibras ópticas permitem a transmissão de sinais da ordem de 1THz, aexcelente performance das fibras ópticas permitem maior capacidade de transmissãosuperando os meios de transmissão convencionais. Actualmente, mais de 120.000canais de voz podem ser transmitidos em uma única fibra.Perda de transmissão muito baixa A baixa atenuação possibilita enlaces de maiores distâncias com poucosrepetidores de sinal, representando uma diminuição nos investimentos paraimplantação dos sistemas de transmissão e os gastos com a posterior manutenção.Hoje é possível implementar enlaces em tomo de 200 km sem uso de repetidoresImunidade a Interferências Externas e Insolação Eléctrica A fibra é feita de material dieléctrico, por isso não é afectado por interferênciaelectromagnética (EMI) e interferência de radiofrequência (RFI), o que toma viável suautilização em sistemas que podem sofrer degradações causadas por descargaseléctricas e instalações eléctricas de alta tensão, além de eliminar o uso de sistemas deprotecção contra centelhamento, para utilização em áreas de atmosfera explosiva.Segurança da informação e do sistema As fibras ópticas não irradiam significativamente a luz propagada, implicandoum alto grau de segurança para a informação transportada.Baixo Preço da Matéria-prima A matéria-prima utilizada para fabricação do vidro é a sílica, amplamenteencontrada na natureza.Baixo Peso e Pequena Dimensão A fibra óptica pesa, aproximadamente, 30 g/km. Se compararmos um caboóptico a um cabo de cobre com a mesma capacidade, notamos que o de fibras ópticasé 20 vezes mais leve, além da menor dimensão. Isso o torna mais viável em aplicaçõesonde peso e dimensão são parâmetros importantes, como em cabos aéreos, etc.Alta resistência a agentes químicos e variações de temperatura As fibras ópticas, por serem compostas basicamente de vidro ou plástico, têmuma boa tolerância a temperaturas, favorecendo sua utilização em diversas aplicações.Além disso, as fibras ópticas são menos vulneráveis à ação de líquidos e gasescorrosivos, contribuindo assim para uma maior confiabilidade e vida útil dos sistemas. 16José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011DESVANTAGENS DA UTILIZAÇÃO DE FIBRAS ÓPTICAS O uso de fibras ópticas, na prática tem as seguintes implicações que podem serconsideradas como desvantagem em relação aos suportes de transmissãoconvencional:Emenda da Fibra ÓpticaSe não forem tomados os cuidados necessários nas emendas das fibras, poderá havergrande perda da potência óptica nessa emenda. Para que uma emenda seja bem-feita,é necessário utilizar equipamentos especiais e pessoas treinadas a operá-los. Isso podeacarretar em maior tempo e custo para fazer manutenção em cabos que tenhamsofrido rompimento.Derivações LimitadasExistem limitações quanto ao uso de derivações passivas, pois os componentesutilizados para esse fim, atenuam consideravelmente o sinal, dificultando ligações dotipo ponto a multiponto.Padrão dos Sistemas ÓpticosNão existem padronizações para conectores, interfaces, códigos digitais ecomprimentos de onda. No momento actual apenas alguns padrões estão definidos,como os códigos de linha para SDH.Efeitos da Radiação LaserApesar do nível de potência óptica não ser elevado, pessoas envolvidas com trabalhode instalação ou manutenção devem usar protectores para os olhos quando estiveremperto de lasers ou em uma extremidade da fibra óptica, prevenindo danos aos olhos.Fragilidade das fibras ópticas sem encapsulamentosO manuseio de uma fibra óptica “nua” é bem mais delicado que no caso dos suportesmetálicos.Dificuldade de conexão das fibras ópticasAs pequenas dimensões das fibras ópticas exigem procedimentos e dispositivos de altaprecisão na realização das conexões e junções.Acopladores tipo T com perdas muito altasÉ muito difícil se obter acopladores de derivação tipo T para fibras ópticas com baixonível de perdas. Isso repercute desfavoravelmente, por exemplo, na utilização de fibrasópticas em sistema multiponto.Impossibilidade de alimentação remota de repetidores 17José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011Os sistemas com fibras ópticas requerem alimentação elétrica independente para cadarepetidor, não sendo possível a alimentação remota através do próprio meio detransmissão.APLICAÇÕES DA FIBRA ÓPTICARede Telefónica Uma das aplicações pioneiras das fibras ópticas em sistemas de comunicaçãocorresponde aos sistemas de troncas de telefonia, interligando centrais de tráfegointerurbano. Os sistemas troncas exigem sistemas de transmissão (em geral, digitais)de grande capacidade, envolvendo distâncias que vão, tipicamente, desde algumasdezenas até centenas de quilômetros e, eventualmente, em países com dimensõescontinentais, até milhares de quilômetros. As fibras ópticas, com suas qualidades degrande banda passante e baixa atenuação, atendem perfeitamente a esses requisitos.Rede Digital de Serviços Integrados (RDSI) A rede local de assinantes, isto é, a rede física interligando assinantes à centraltelefônica local, constitui uma importante aplicação potencial de fibras ópticas na redetelefônica. Embora as fibras ópticas não sejam ainda totalmente competitivas com ospares metálicos, a partir da introdução de novos serviços de comunicações (videofone,televisão, dados etc.), através das Redes Digitais de Serviços Integrados (RDSI), o usode fibras ópticas na rede de assinantes tende a ser imperativo.Cabos Submarinos Os sistemas de transmissão por cabos submarinos, parte integrante da redeinternacional de telecomunicações.Uso de Fibras Ópticas em Telecomunicações A Fibra monomodo é a opção preferida para comunicação a longa distância. Elapermite que a informação seja transmitida a altas taxas sobre distâncias de dezenas dequilômetros sem um repetidor.Redes Locais de Computadores As comunicações entre computadores são suportadas por sistemas decomunicação de dados que podem ser interligados por cabos de fibra óptica.Televisão por Cabo (CATV) A transmissão de sinais de vídeo através de fibras ópticas é uma outra classe deaplicações bastante difundida. As fibras ópticas têm sido utilizadas, por exemplo, parainterligar, em distâncias curtas, câmeras de TV e estúdios ou estações monitoresexternos instaladas em veículos.Sistemas de Energia e Transporte 18José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 A fibra óptica apresenta facilidades de comunicações que incluem, além deserviços de comunicação telefónica, serviços de telemetria, supervisão e controle aolongo do sistema eléctricos.FONTES ÓPTICASTipos de Fontes Ópticas Para sistemas ópticos, encontramos dois tipos de fontes ópticas que sãofrequentemente utilizadas: LED e LASER.Cada um destes dois tipos de fontes oferece certas vantagens e desvantagens, ediferenciam-se entre si sob diversos aspectos: Potência luminosa: os lasers oferecem maior potência óptica se comparados com os leds , LED : (-7 a -14dBm) e LASER: (1dBm) Largura espectral: os lasers tem largura espectral menor que os leds, o que proporciona menor dispersão material. Tipos e velocidades de modulação: os lasers tem velocidade maior que os leds, mas necessitam de circuitos complexos para manter uma boa linearidade. Acoplamento com a fibra óptica: o feixe de luz emitido pelo laser é mais concentrado que o emitido pelo led, permitindo uma eficiência de acoplamento maior. Variações com temperatura: os lasers são mais sensíveis que os leds à temperatura. Vida útil e degradação: os leds tem vida útil maior que os lasers (aproximadamente 10 vezes mais), além de ter degradação bem definida. Custos: os lasers são mais caros que os leds, pois a dificuldade de fabricação é maior. 19José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 Ruídos: os lasers apresentam menos ruídos que os leds. Ambos podem ser fabricados do mesmo material, de acordo com o comprimento onda desejado: * AlGaAs (arseneto de alumínio e gálio) para 850 nm. * InGaAsP (arseneto fosfeto de índio e gálio) para 1300 e 1550 nm. Através das características de ambos os elementos, vemos que o laser é o quenos fornece uma maior potência luminosa e uma menor largura espectral, razão pelaqual é amplamente empregado nos circuitos ópticos. Desta forma, faremos um breveentendimento sobre os conceitos básicos do laser, bem como o seu funcionamentocomo fonte óptica.Laser Para entendermos o funcionamento de um laser, vamos tomar um laser a gás(HeNe) de maneira didáctica onde os números usados são ilusórios para maiorvisualização dos fenómenos. Um átomo é composto de um núcleo e de elétrons que permanecem girandoem torno do mesmo em órbitas bem definidas. Quanto mais afastado do núcleo gira oelétron, menor a sua energia. Quando um elétron ganha energia ele muda de suaórbita para uma órbita mais interna, sendo este um estado não natural para o átomomas sim forçado. Como esse estado não é natural, o átomo por qualquer distúrbiotende a voltar a seu estado natural, liberando a energia recebida em forma de ondaseletromagnéticas de comprimento de onda definido em função das órbitas do átomo. 20José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011Existem duas condições básicas para que o fenômeno laser aconteça: Inversão de população Alta concentração de luz A inversão de polarização é o estado em que uma grande quantidade deátomos fica com elétrons carregados de energia, girando em órbitas maior interna. Écomo se o átomo fosse engatilhado para o disparo de ondas electromagnéticas (osfótons). Esse estado é conseguido através de altas tensões de polarização fornecidasao laser (200 à 300V). A alta concentração de luz é a perturbação necessária para que o átomodispare, ou seja, volte a sua condição natural, liberando portanto, a energiaarmazenada em forma de ondas eletromagnéticas. Se tivermos uma quantidade deátomos suficientes engatilhados e se a concentração de luz for suficiente teremos umefeito multiplicativo onde o fóton gerado gera outros fótons, obtendo-se assim ofenômeno laser (emissão de radiação estimulada amplificada pela luz).As características típicas de um laser são: luz coerente altas potências monocromaticidade diagrama de irradiação concentrado altas tensões de polarização fluxo de luz não proporcional à corrente vida útil baixa (10000 horas) sensível a variações de temperatura alto custo próprio para sinais digitais 21José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 altas velocidades, ou seja, grande banda de passagem (1 Ghz ou mais) Os lasers usados em sistemas ópticos são feitos de materiais semicondutores,os quais geram comprimentos de onda apropriados para transmissão (janelas de baixaatenuação). A cavidade onde ocorre o fenômeno laser é obtida através da diferençaentre os índices de refração das várias camadas, da diferença de intensidade de campoelétrico e dos espelhos (face polida) do cristal semicondutor.Existem dois tipos de lasers quanto ao tipo de fabricação: Lasers cujo guia de onda (cavidade ressonante) é induzida por corrente, chamados lasers GLD (gainguide laser diode). 22José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 Lasers cujo guia de onda é incorporado pela variação de índice de refração, chamados lasers ILD (index guide laser diode).As suas principais diferenças são:a) Corrente de acionamento : GLD: 50 à 120 mA e ILD: 10 à 60 mAb) Astigmatismo: GLD: forte e ILD: muito fracoc) Sensibilidade: GLD: baixa e ILD: altad) Técnica de fabricação: GLD: simples e ILD: complexa Os lasers são geralmente montados em módulos que tem a função básica degarantir um perfeito funcionamento e alinhamento em condições de operação, poissão componentes herméticos ou selados.Díodo emissor luminescente (LED) As fontes de luz mais comuns para os sistemas de comunicação por fibra ópticasão os LEDs, porque emitem luz invisível próxima do infravermelho. Sua operação écomo a operação básica de um diodo comum. Uma pequena tensão é aplicada entreseus terminais, fazendo uma pequena corrente fluir atráves da junção. Este diodo éformado por duas regiões de aterial semiciondutor, dopado com impurezas do tipo P edo tipo N. A região P é a que possui menos elétrons do que átomos, o que implica emlacunas onde há espaços para os elétrons na estrutura crstalina. Já a região N écaracterizada por apresentar mais életrons livres do que lacunas. Díodo emissor luminescente (LED) é uma fonte de ondas nãomonocromáticasom uma grande largura de espectro de emissão ( 400 Å), nãocoerente, de rapidez média; LED tem longa vida de serviço, baixo preço e geralmente éusado nas linhas de curto alcance. 23José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 Fig: 12 Fonte luminosa ( led) O comprimento de onda emitido pelo LED depende dos níveis internos deenergia do semicondutor. Os comprimentos de onda mais usados em aplicações defibra óptica são de 820 e 850 nm. Em temperatura ambiente, a largura de banda típicade 3dB de um LED de 820 nm é de 40 nm, aproximadamente. A potência de luz de um LED é, aproximadamente, proporcional à injeção decorrente, devido a algumas recombinações entre eletróns e lacunas que não produzamfótons. O LED não é 100% eficiente. Existem dois tipos de LED mais utilizados em sistemas de comunicação porfibras ópticas: emissores de borda e emissores de superfície, sendo que os emissoresde superfície são mais comumente utilizados, porque oferecem melhor emissão le luz.Mas as perdas de acoplamento são maiores nestes emissores e eles apresentamlarguras de banda de modulação menores que os emissores de borda.Diodos PIN Se os átomos de impureza não são distribuídos uniformemente na base dofotodíodo (região n), então nela aparece o campo eléctrico interno, que é proporcional 24José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011ao gradiente da concentração da impureza. Neste caso aumenta o número e avelocidade do movimento de portadores ópticos para a junção pn, o que melhora osparâmetros do fotodíodo (eficiência quântica e rapidez). Nos fotodíodos com junção tipo n+p a largura da região de carga espacialdepende da resistividade da região p. Se a resistividade é cerca de varias centenas deOhm.m, então a zona da carga espacial pode ocupar quase toda a região p. A regiãocom alta resistividade pelas suas propriedades é semelhante ao semicondutorintrínseco (tipo i) ou extrínseco ligeiramente dopado. Por isso os díodos com zonaintrínseca na região da junção são denominados pin-díodos (Fig 17 ). a bFig: 17. Estrutura física do pin-fotodíodo e distribuição do campo eléctrico nas regiões p, i, n (a); construção de InGaAs pin-fotodíodo com base na heteroestrutura A largura óptima da região intrínseca depende do compromisso entre asensibilidade e o tempo de resposta. A sensibilidade diminui com redução da largurada zona de depleção mas cresce a velocidade de resposta. Para os pin-díodos com basenos semicondutores com transições indirectas (Ge e Si) o valor típico da largura dazona de depleção W = 20 -:- 50 μm. O factor principal que limita a largura de banda é o tempo de transito tr > 200ps. Para os pin-díodos com base nos semicondutores com transições directas (InGaAS)o valor típico da largura da zona de depleção W = 3 -:- 5 μm, tr = 30-:-50 ps, portanto alargura de banda estes pin-fotodíodos é maior e oscila entre 3 – 5 GHz. Ascaracterísticas típicas dos pin-fotodíodos são dadas na tabela. Parâmetro Símbolo Unidades Si Ge InGaAsComprimento Λ μm 0,4 – 1,1 0,8 – 1,8 1,0 – 1,7 25José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 de ondaSensibilidade S A/W 0,4 – 0,6 0,5 – 0,7 0,6 – 0,9 Eficiência Η % 75 – 90 50 – 55 60 – 70 quânticaCorrente de I0 nA 1 – 10 50 – 500 1 – 20 escuridão Tempo de Tr ns 0,5 – 1 0,1 – 0,5 0,05 – 0,5 resposta Largura de Δf GHz 0,3 – 0,6 0,5 – 3 1–5 banda Tensão V V 50 - 100 6 - 10 5-6 aplicada Eles têm a melhor eficiência quântica, maior rapidez (<1 ns) e baixa correntede escuridão (< 1 nA) em comparação com os díodos de junção pn. A absorção da luzocorre essencialmente na região de depleção (região i). Os portadores minoritáriosópticos, gerados devido à absorção da luz na larga região tipo i, são separados pelocampo eléctrico e formam a corrente fotoeléctrica. A tacha de recombinação dosportadores ópticos na zona de depleção é baixa. A performance do pin-díodo com base na heteroestrutura (Fig.) pode melhorarconsideravelmente os seus parâmetros. A largura da zona proibida do semicondutorInP é Eg = 1,35 e V, portanto este material é transparente para a radiação comcomprimento de onda λ > 0,92 μm. Ao contrário, a largura da zona proibida do In 1-x GaxAs para x = 0,47 é Eg = 0,75 eV. Este valor corresponde ao comprimento de onda limiarλ = 1,65 μm e este material absorve fortemente a radiação no intervalo de c.d.o. de 1,3a 1,6 μm. A componente de difusão da corrente fotoeléctrica do pin-fotodíodo combase na heteroestrutura é totalmente eliminada, porque os fotóes são absorvidos sóna região de depleção. A eficiência quântica pode ser bem próxima a 100% se usar ascamadas de InGaAs com espessura cerca de 4 – 5 μm. Em 1995 foi fabricado um pin- 26José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011fotodíodo com base na heteroestrutura com a largura de banda Δf = 110 GHz e otempo de resposta cerca de 1 ps. É de notar que os fotodiodos de junção e pin-fotodíodos não podem amplificara corrente eléctrica internamente. Por outro lado, tem a resposta linear na larga escalada potência óptica incidente e podem funcionar com as tensões bastante baixas.Devido a estas características encontram vasta aplicação na optoelectrónica.Díodo APD O factor de multiplicação depende de dois coeficientes α n e αp, que sãodenominados por coeficientes de ionização de electrões e de lacunas por impacto,respectivamente. Eles dependem do material de semicondutor. Para tensão aplicadaao diodo de avalanche V = 100 Volts (E ≈ 2x105 V/cm) o valor típico de αn = 104 cm-1. Osparâmetros típicos de diferentes tipos dos díodos de avalanche são dados na tabela Parâmetro Símbolo Unidades Si Ge InGaAs Comprimento Λ μm 0,4 – 1,1 0,8 – 1,8 1,0 – 1,7 de onda Sensibilidade S A/W 8 - 130 3 - 30 5 - 20Coeficiente de M - 100 – 500 50 – 200 10 – 40multiplicação k – factor kA = αn/ αp - 0,02 – 0,05 0,7 – 1,0 0,5 – 0,7 Corrente de I0 nA 0,1 – 1 50 – 500 1–5 escuridão 27José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 Tempo de Tr ns 0,1 – 2 0,5 – 0,8 0,1 – 0,5 resposta Largura de Δf GHz 0,2 – 1,0 0,4 – 0,7 1–3 banda Tensão V V 200 - 250 20 - 40 20 - 30 aplicada Para criar uma avalanche de portadores têm que ser cumpridos as seguintescondições: 1. A largura de zona de depleção, na qual cria-se o campo eléctrico interiorforte deve ser maior que o percurso livre dos portadores minoritários. 2. A energia cinética adquirida pêlos portadores minoritários no campoeléctrico interior deve ser suficiente para a excitação dos electrões de valência, isto édeve ser maior que a energia de ionização por impacto (1,5 - 3,0) Eg , sendo Eg alargura de zona proibida.O factor de multiplicação M é dado pela fórmula: M = (1 – kA) / exp[-(1 – kA) αnd] - kA,Sendo: kA = αp/αn , é o k – factor; d - é a largura da zona de multiplicação. Se na formação da avalanche participam somente os electrões (α p = 0) então ofactor de multiplicação é igual a M = exp(αn d). 28José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 Se na formação da avalanche participam dois tipos de portadores e αn = αp,então kA = 1 e factor de multiplicação é M = 1/(1 - αn d). Desta expressão resulta que para αnd = 1 o factor de multiplicação M tendepara infinito. Este caso corresponde à disrupção do diodo de avalanche. Portanto napratica as vezes usam a formula aproximada para o factor de multiplicação (ou ganhointerno): M = 1/[1 - (V/Vd)n],sendo V - a tensão aplicada à junção, Vd - a tensão de disrupção, n - o coeficiente quedepende do tipo de ionização e do comprimento de onda da luz incidente (n = 3,4 - 4,0para a ionização de electrões, n = 1,2 - 2,0 - para a ionização de lacunas). A distribuição de concentração de impurezas e do campo eléctrico paradiferentes valores da tensão aplicada está representada na figura abaixo. V = Vc Zona de multiplicação V > Vc V < Vc Região de deriva Fig:18 Diodo de avalanche: a – concentração de portadores em diferentesregiões da estrutura; b,c,d – distribuição de campo eléctrico para diferentes valores da tensão aplicada, Vc é a tensão crítica 29José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011Duas construções de diodo de avalanche de InGaAs com base na mesma estrutura quepodem detectar o sinal óptico na larga banda de freqüências, até 6 -7 GHz.Os parâmetros médios típicos dos díodos de avalanche são seguintes: O coeficiente de multiplicação 103; A sensibilidade integral até 100 a/w; A sensibilidade espectral limiar até 10-15 whz -1/2; O tempo da resposta 0,5 ns. .MODULAÇÃODefinição de modulaçãoA modulação é definida como o processo de transformar a informação na sua formaoriginal numa forma adequada para que seja realizada a transmissao; A modulação é um processo que consiste em variar algumas das característicade onda sinusoidal de alta frequência de acordo com o valor instantâneo do sinalmodulante, também podemos dizer que a modulação é o processo onde um sinalprincipal (a portadora) tem sua forma alterada, em frequência, fase ou amplitude,através de um sinal secundário (modulado), podendo este estar dentro da faixa audíveldos sinais de voz acima desta. Podemos ainda defini-la como sendo a adaptação de um sinal transmitidoatravés de um canal de um ponto (origem) a outro (destino). 30José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011NECESSIDADE DE MODULAÇÃO Antes de iniciar-mos uma discussão quantitativa da modulação interessadeterminar as vantagens da modulação de um sinal. Foi já estudado anteriormentemencionado que a modulação é necessária para adaptar a característica de um sinal aocanal. Neste contexto esta adaptação envolve vários aspectos importantes que são:Modulação para facilidades de radiação Se um canal de comunicação consiste em espaço livre, então seránecessárias antenas para radiar e receber o sinal. A radiação electromagnéticaeficiente requer antena cuja dimensão seja de grandeza do comprimento de ondausado. Mas muitos sinais incluindo sinais de áudio, têm frequência de 100Hz ou maisbaixas. Para estes Sinais seriam necessárias antenas de 300Km (comp= C/f) se fossemradiadas directamente. Se for usada modulação ‘‘imprimindo’’ a mensagem num sinalde frequência muito elevada por exemplo 100MHz, então as antenas já terãodimensões mais razoáveis (na ordem de metros);Modulação para fins de Multiplexagem Se mais de um sinal utilizar um único canal, a modulação pode ser usada paratransladar diferentes sinais para diferentes frequências, permitindo a selecção do sinalpretendido;Modulação para suprimir Limitações de Equipamento O desempenho dos dispositivos de processamento de sinais tais como filtros eamplificadores e a facilidade com que estes podem ser implementados dependem dodomínio de frequência onde irão actuar e nomeadamente no quociente entre afrequência mais elevada e mais baiTIPOS DE MODULAÇÃO Como foi dito anteriormente, a modulação é necessária sempre que o sinal a sertransmitido não possua características compatíveis com as do meio de transmissão aser utilizado. Assim, a modulação pode ser do tipo analógica ou digital, conforme osformatos do sinal de informação e da portadora.Modulação analógica 31José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 A modulação analógica é classificada como modulação de onda continua (CW),na qual a portadora é uma onda cosenoidal e o sinal modulado é analógico oucontínuo. A modulação analógica tem as seguintes variantes: Modulação AM (Modulação em Amplitude) Modulação FM (Modulação em Frequência)Modulação em Amplitude (AM) A modulação AM è o processo utilizado para variar a amplitude da portadora deuma frequência relativamente alta de acordo com a amplitude de um sinal modulado,o qual contém a informação. È normalmente usada em sistemas de rádio, usando frequências irradiadas porantenas denominadas Rádio frequências(RF). Esta contém uma envoltória da portadora que será a informação transmitida, eestá presente nos semi-ciclos positivos e negativos da portadora. O índice percentualem que o sinal modulante altera a portadora sinodal determina o índice ouprofundidade de modulação.Principais processos de modulação em AM 1. AM-DSB 2. AM-DSB/SC 3. AM-SSB 4. AM-SSB/SC 5. AM-VSB 32José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011Representações analíticas egráficasModulação em Frequência (FM) A modulação em frequência consiste em desviar a frequência de umaportadora conforme as variações de frequência do sinal modulante. A informação estacontida nos desvios de frequência provocados na portadora, o circuito que irareconhecer a informação nestes desvios è chamado de Desmodulador FM. Se uma onda da portadora é modulada em frequência, a sua amplitudemantêm-se constante mas a frequência da portadora se desvia do seu valor nominal eè proporcional á amplitude do sinal modulante, e o número de vezes por segundo quese desvia è igual á frequência do sinal modulanteMODULAÇÃO DIGITAL Esta modulação é também denominada modulação discreta ou codificada.Utilizado para transmitir uma forma de onda ou mensagem, que faz parte de umconjunto finito de valores discretos representando um código. É a modificação de um sinal electromagnético inicialmente gerado antes de serirradiado de forma que este transporte sobre uma onda portadora. Também é o processo pelo qual a informação a transmitir numa comunicação éadicionada a ondas electromagnéticas. O transmissor adiciona a informação numa 33José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011onda básica de tal forma que poderá ser recuperada na outra através de um processoreverso chamado Demodulaçao. A maioria dos sinais da forma como são fornecidos pelo transmissor, nãopodem ser enviados directamente através dos canais de transmissão.Consequentemente é necessário modificar este sinal através de uma ondaelectromagnética portadora; cujas propriedades são mais convenientes aos meios detransmissaoTIPOS DE MODULAÇÃO DIGITALModulaçao PSk É uma forma de modulação em que a informação do sinal digital é embutidanos parâmetros de fase da portadora. Neste sistema de modulação quando há umatransição de um bit 0, para um bit 1 ou de um bit 1 para um bit 0 a onda portadorasofre uma alteração de fase de 180.Modulação QPSK É uma técnica derivada do PSK neste esquema são utilizados parâmetros defase e quadratura da onda portadora para o modulador o sinal de informação. EmQPSK cada estado (símbolo) é formado por bits: 00, 01, 10, 11 por isso, pararepresenta-los, há 4 fases.Modulação 8PSK modulação PSK è A o nome de uma técnica de modulação na qual a portadorapode ser transmitida/recebida em oito diferentes fases desta forma, è possível atransmissão de até 3 bit em cada símbolos de modulação, de 000 até 111. A modulação 8psk exige uma alta relação sinal ruído e por isso não era utilizadonos primeiros sistemas celulares. Na tecnologia EDGE, que è 2,5G,a modulação 8-pskpassou as utilizado em alguns dos MCS (modulation and coding schemes) paratransmissão de dados por pacotes.Representações analíticas e gráficas da modulação digital 34José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011Vantagens da Modulação Digital A modulação digital tem referencia sobre a analogica devido a um factorfundamental: a informação transmitida na forma digital pode ser regenerada,replicada e retransmitida, mantendo-se livre de distorções. Esta vantagem, entretanto, possui um certo custo: o sinal modulado digitalmenteocupa maior largura de faixa que seu correspondente modulado analogicamente. Outra vantagem da modulação digital consiste na possibilidade de muitiplexaçãode sinais de informação originalmente analogica juntamente com dados provenientesde computadores os quais já são digitais por natureza.MULTIPLEXAÇÃO 35José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 A idéia básica de multiplexação é que diferentes tipos de sinais podem sertransportados por um sistema de transmissão óptico, ou seja, é um meio em que épossível transmitir dois ou mais canais de informação simultaneamente.TIPOS DE MULTIPLEXAÇÃOSão definidos três tipo de multiplexação, que serão tratados a seguir: Time Division Multiplexing (TDM) multiplexagem por divisão no tempo; Frequency Division Multiplexing (FDM) multiplexagem por divisão na freqüências; Wavelength Division Multiplexing (WDM) multiplexagem por divisão do comprimento de onda;TDM - Time Division Multiplexing É o método de multiplexação de vários canais em um único canal, dado pelaassociação de cada canal a um intervalo de tempo diferente para transmissão de umgrupo de bits. Ébutilizado apenas com sinais binários provenientes de modulação porcódigo de pulso (PCM), sem se importar se a origem do sinal é analógica ou digital. Esta associação de intervalos é obtida quando cada canal digital que origina ainformação entra no multiplexador e é armazenado em um buffer de memóriadenominado bloco de sincronismo. As funções do multiplexador, como a amostragemde cada canal de entrada a taxas com velocidades compatíveis às requeridas pelosistema, devem se feitas. Nesta taxa a amostragem, o circuito multiplexador podeamostrar o primeiro bit de informação dos canais 1 a N (último canal) e adicionar umoverhead de informação de volta ao primeiro canal, antes que o próximo bit deinformação do canal 1 entre. Este multiplexador pode aceitar um ou mais bits bináriosao mesmo tempo de cada canal e gerar, depois, vários pulsos que compensam atransmissão do sinal. O bit de overhead é utilizado para que o demultiplexador, no lado do receptor,possa identificar os canais, que são separados e reconstruídos. Pela não utilização de banda de guarda o TDM se torna muito mais eficienteque o FDM. A única ineficiência é que um pequeno número de bits é adicionado aoconjunto de pulsos (dados) transmitido, para prover ao multiplexador edemultiplexador sincronismo e detecção de erro, bem como alguns poucos bits extraspara gerenciamento em sistemas de comunicação em redes.FDM - Frequency Division Multiplexing 36José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 É o método pelo qual vários canais de informação são multiplexados em umúnico canal, dado pela associação de cada um destes canais a um portadora diferente.Para tornar isto possível , cada canal de origem ou banda base modula uma portadorade uma freqüência diferente em amplitude, freqüência ou fase. Cada nova portadoramodulada será referida como canal intermediário. Cada um desses canaisintermediários é, então, combinado em um canal de transmissão simples, geralmenteaplicando-o a um circuito combinador composto por um arranjo resistivo (talvez comalguma amplificação), não muito diferente de um divisor de potências. Isto resulta em um sinal composto, onde cada canal é identificado como umabanda separada de freqüências, e que pode ser identificado por uma freqüênciaportadora discreta. Este tipo de multiplexação é caracterizado pelo seu baixo custo e pelamultiplexação de vários canais em um único canal, com uma largura de banda junta.Por isto esta técnica é utilizada na propagação de sinais de rádio e TV. Sua desvantagem, quando aplicada a fibras ópticas, é que a linearidade dasfontes ópticas, embora algumas estejam entre 0,001% e 0,1%, não é suficiente paraevitar a geração de distorção harmônica. Não segue nenhum padrão específico. Ele é desenvolvido e fabricado paraaplicações específicas, como TV a cabo.WDM - Wavelength Division Multiplexing Os sinais que transportam a informação, em diferentes comprimentos de onda,são combinados em um multiplexador óptico e transportados através de um único parde fibras, com o objectivo de aumentar a capacidade de transmissão e,consequentemente, usar a largura de banda da fibra óptica de uma maneira maisadequada. Os sistemas que utilizam esta tecnologia, em conjunto com amplificadoresópticos, podem aumentar significativamente a capacidade de transmissão de uma rotasem a necessidade de se aumentar o número de fibras. O DWDM (Dense Wavelength Division Multiplexing - multiplexação densa porcomprimento de onda) é uma tecnologia WDM. Segundo a ITU (InternationalTelecommunications Union), os sistemas DWDM podem combinar até 64 canais emuma única fibra. No entanto, podemos encontrar, na prática, sistemas DWDM quepodem multiplexar até 128 comprimentos de onda. Além disso, foram realizadosalguns testes que provaram ser possível a multiplexação de até 206 canais. 37José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 O espaçamento entre os canais pode ser de 200 GHz (1.6 nm), 100 GHz (0,8nm), 50 GHz (0,4 nm), podendo chegar a 25 GHz (0,2 nm). Os sistemas DWDM utilizamcomprimentos de onda entre aproximadamente 1500 nm e 1600 nm e apresentamalta capacidade de transmissão por canal, 10 Gbps, podendo alcançar 1Tbps natransmissão de dados sobre uma fibra óptica. Fig: 16 Princípio do DWDM Um sistema DWDM capaz de multiplexar 40 comprimentos de onda a 10 Gb/spor canal, possui uma banda total de 400 Gb/s, o que é suficiente para transportar emuma única fibra o conteúdo equivalente a mais que 1100 volumes de uma enciclopédiaem 1s. Sistemas DWDM com 40 Gb/s por comprimento de onda já são realizáveis, e atendência é aumentar continuamente tanto a densidade de canais multiplexadosquanto a taxa de bits por canal. O DWDM é a chave tecnológica para integração das redes de dados, voz eimagem de altíssima capacidade. Além de ampliar exponencialmente a capacidadedisponível na fibra, o DWDM possui a vantagem de não necessitar de equipamentosfinais para ser implementado. E ainda, esta técnica de multiplexação obedece aopadrão de fibra G.652 (monomodo) que é utilizado na maioria dos backbones de fibraóptica. Actualmente, o DWDM é utilizado principalmente em ligações ponto-a-ponto.Nessa tecnologia, é possível que cada sinal transmitido esteja em taxas ou formatosdiferentes. Desta forma, a capacidade de transmissão de sistemas DWDM podem serampliadas consideravelmente e de maneira relativamente fácil. E ainda é capaz demanter o mesmo grau de desempenho, confiabilidade e robustez do sistema.FUNCIONAMENTO DOS BLOCOS DO ESQUEMA BÁSICO DO TRANSMISSOR ERECEPTOR ÓPTICO 38José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011Bloco transmissorPFM (modulação por pulso de frequência). Associa-se a técnica de multiplexagem pordivisão de frequência que consiste na transmissão simultânea de vários canais ousinais num único meio.Converter UP (Emissor electro-óptico). Consiste em converter em sinais ópticos ossinais eléctricos, deve ter os seguintes parâmetros: Uma linha espectral de largura mínima (para uma fonte ideal monocromática deve tender para zero); O comprimento de onda do raio emitido deve coincidir com uma das “janelas” de transparência da própria fibra óptica; Um longo tempo de vida activa; Uma alta rapidez (possibilidade de modular o raio luminoso por um sinal de alta frequência).Combiner é um dispositivo electrónico que tem como função de efectuar acombinação de sinais ópticos em um só sinal a fim de serem entregue no equipamentotransmissor.XMTR é um bloco que fica localizado no transmissor que permite a transmissão desinais ópticosBloco receptorRCVR - Receptor de sinais ópticosSeparator - É um dispositivo electrónico que separa os sinais ópticos antes combinadopelo combiner.Converter Dowm/ Receptor ÓpticoConsiste em converter sinais ópticos em sinais eléctricos. Um diodo PIN ou umfotodiodo de avalanche (APD) são utilizados como receptores ópticos. Estesdispositivos convertem o sinal óptico novamente em um sinal eléctricoDPFMDesmoldador de pulso de frequência, associado a demultiplexacão por divisão defrequência. Este dispositivo, faz a demultiplexagem dos sinais, de forma que sejadistribuído em diversos destinatários.ESQUEMA BÁSICO DO TRANSMISSOR E RECEPTOR ÓPTICOTransmissor 39José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011ReceptorFig: 19 Transmissor e Receptor Óptico – Fonte FolhetoFUNCIONAMENTO DO PROJECTO 40José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 Baseia-se num sistema de transmissão via fibra óptica multicanal. Compostopor varias fontes de informações, podendo ser dados, vídeo ou voz (serviçomultimédia). Para que a transmissão seja feita, totalmente por fibra óptica, deve-se ter emconta a capacidade que o meio apresenta em transmitir os dados (débito binário ouvelocidade de transmissão). O ritmo binário de informação de entrada não pode sersuperior aquela que é o ritmo máximo do tipo de fibra utilizado, com o risco de não seestabelecer a ligação adequada ao nosso sistema de transmissao. Não se esquecendotambém que os sinais de vídeo devem ser modulados usando a técnica de modulaçãode amplitude vestigial side band (AM-VSB), e os áudio em FM ou AM . Conceitos estes,já referido anteriormente. Fig: 20 Espectro do Sinal de TVO XMTR (transmissor) composto por 3 PFM e QASK formando um sistema de 4 canaisque podem transmitir em simultâneo as informações em diversos pontos da recepção.Os sinais de vídeo, podem ser fornecido por um sistema de TV, que partir de umacâmara capta informações de uma cena real e os converte em sinais eléctricos deforma a serem modulados e transmitidos. Este sinal de vídeo, pode ser produzido numestúdio móvel ou fixo.OBS: Estes sinais, podem ter vindo de uma estação de TV, DSTV transmitindo uma jogode futebol para Dondo via fibra óptico. 41José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 Sinais de áudio, pode se referir de um estúdio de rádio que esteja a transmitirde uma dada localidade. Os microfones, são dispositivos electrónicos que permitemconverter sinais acústicos (voz humana) em sinais eléctricos. Os sinais de áudio, sãomodulados em FM ou em AM Para além de serviços de áudio analógico, pode se ter a necessidade detransmitir também Sinais de áudio sobre IP (VOIP), que para isso, também este sistemaque disponibiliza serviço VOIP também transmitindo para um dado ponto de recepção. Vários serviços, podem estar integrados e a transmitirem ao mesmo tempo(voz, dados e vídeo, etc.). Para isso, há que se dimensionar perfeitamente a rede emtermo de meio de transporte. De modo que suporta um número elevado detransmissão de sinais.OBS: os sinais de dados, podem ser modulados em PCM fam = 2 x fm frequência de amostragem segundo NyquistTodos estes sinais, são entregues a diversos PFM, onde são multiplexados e em umúnico canal, para darem saídas a diversos conversores eléctricos/ ópticos. Estes conversores, podem ser um LED ou um diodo laser. Mas no casoespecifico, usa-se o LD (diodo laser) devido as suas largas vantagens em relação ao 42José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011outro. Posteriormente, estes sinais são enviados para um combinador de sinais ópticosde modo que sejam multiplexados e enviados para que apartar da recepção usando atécnica de multiplexação WDM. Fig: 21 multiplexagem WDM – Fonte InternetOBS: alem dos sinais analógicos, também são transmitidos os sinais quase digitais queatravés da técnica de modulação QASK, são melhorados a sua forma digitalLINK DE FIBRA ÓPTICA LUANDA DONDO Atendendo a necessidade de garantir um sistema de comunicação por fibraóptica com boa qualidade, surge a necessidade de usarmos cabos fibra óptica quefornecem melhor qualidade de serviço. Para este caso. Optamos na elaboração do nosso projecto em usarmos fibrasmonomodo, visto que, elas apresentam grandes vantagens relativamente aos outrostipos de fibras. A seguir, é apresentado o esquema (link de F.O entre Luanda e Dondo,a distancia de 180km), figura é ilustratrativa visto que teremos 6 pontos de junção queserão feitos de 25 em 25km e vão representar também os loops que nos permitiramter um excesso de fibra de 20m em cada ponto de junção. 43José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 O presente mapa abaixo, ilústra-se uma parte do mapa de Angola referente aprovíncia de Luanda e Bengo, a linha amarela no mapa, representa a fibra óptica.Devido aos acidentes que existem no trajecto, optou-se por implementar a fibra ópticajunto das infra-estruturas rodoviárias existentes ao longo do caminho, assim sendoreduzirá o tempo necessário para se rastrear caso haja, algum problema com a fibra.Os pontos de junção serão postos em locais considerados seguros, e de fácil acessopara efeitos de manutenção. Serão utilizados pontos de junção em troços de 25km, existirão no entanto 7segmentos (troços), entre as centrais de Luanda e Dondo, e nas caixas de junção,existira, uma certa porção de fibra de reserva, para casos de novas junções que podemresultar de acontecimentos como degradação da junção, futuras derivações, etc.Mapa de Luanda e Bengo. 44José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011CÁLCULO DE PARÂMETROS FUNDAMENTAIS DA FIBRA MONOMODO UTILIZADAParâmetros da fibra monomodo utilizada Comprimento de onda, λ =1550nm Atenuação especifica, ᾳ f = 0.35 dB ⁄ Km Sensibilidade, Pr = -30dBm Margem de segurança, Fm = 4dB Dispersão, Dλ = 17 ps/ nm.km Atenuação nos conectores, ᾳ c = 0.5dB (correspondente a cada conector) Bit–rate (taxa de transmissão) = 1.2Gbps Perdas nos loops ᾳ L = 0.023dB correspondente a cada 1m de loopAtenuação nas fibras monomodo ᾳ f ᾳ f = 0.35 dB ⁄ KmAtenuação nos conectores na ligação, ᾳ c ᾳ c = 2 × 0.5 = 1dB correspondente a dois (2) conectoresAtendo o nº de conectores existente no nosso link, temos: ᾳ c T = 14 × 0.5 = 7dB ( teremos 7dB de perdas nos conectores)Atenuação nas junções, ᾳ s ᾳ s ≈ 0 visto que não temos nenhuma junção entre cabos 45José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011Atenuação nos loops ᾳ L = 0.023dB correspondente a cada 1m de loopatendendo que cada loop corresponde a 20ms, então, 0.023× 20 = 0.46dBPerdas totais nos loops ᾳ LT ᾳ LT = 0.23 × 6 = 1.38dBAtenuação total do percurso, ᾳ t ᾳ t = ᾳ f × LT + ᾳ cT + ᾳ LT = (180× 0.35) + 6 + 1.38= 70.38 dB ᾳ t = 70.38 dBAtendendo a distância entre os dois pontos, achou-se a necessidade de se usar 6 (seis)regeneradores distanciados a 25Km ente eles. Cuja atenuação por cada ponto, é de: ᾳ t = ᾳ f × LT + ᾳ c + ᾳ L = (25× 0.35) + 1 + 0.23 = 9.98dBEm função das características da fibra e o perfil da zona, aplicou-se seis repetidoresseparados a distancias de 25Km, com ganho de 15dB cada.Ganho total, Gt Gt = G1 x 7 = 15x Gt = 90dBSendo que, Gt – At o Gt – At = 90dB – 70.38dB = 19.62dBMargem de segurança de 19.62dB 46José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011CÁLCULOS NA CONSTRUÇÃO DE UM LINK DE FIBRA ÓPTICA DE TRANSMISSÃO DEDADOS VOZ E IMAGEM NUMA DISTANCIA DE 180 KMS 1. DETERMINAR PARA A FIBRA MULTIMODO: A. a). O ângulo mínimo que suporta a reflexão total; Dados: N1 = 1.48 N2 = 1.46 Usando a Lei de Snell, temos: O ângulo mínimo dado por n2 1.46 sen min min 80.6º n1 1.48 b) Calcular a faixa total do raio inteiro neste ângulo; máximo max 90 min 90º 80.6º 9.4º 47José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 Trajecto da distancia em zig-zag (dz-z) (dz-z) = Nº de (L´s)(L) = (82,72.106)(306,12.10-6) = 25322,24m A diferença entre a distância em zig-zag com o raio axial. c) Comparar a diferença do tempo de chegada com o raio axial. No campo existe o interesse do parâmetro chamado Frequência normalizada: dado por, Para f=5THz Para f=1THzB. CALCULAR a). A abertura numérica da Fibra Óptica 48José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 b). O cone do ângulo de aceitaçãoC. CALCULAR a). A abertura de perdasII Conforme o ponto 1 o sistema de F.O. é designado para operar com repetidorescom espaçamento de 25Km com componentes e especificações disponíveis: - Fibra intermodal: 5ns/Km - Expansão do pulso intermodal: 1ns/Km - PIN Diodo: 5ns - Led: 7ns Estimar a razão máxima de gama de bits que poderá suportar : 49José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011III Para o receptor da figura abaixo, um sistema de fibra óptica descrito nesteexemplo, calcular o sinal pico a pico para a relação sinal ruído (rms). Assumindo umfotodiodo APD usado no mesmo receptor cuja potencia óptica é -40dBm. O sistemaindica os seguintes parâmetros: Gama de impulsos em repouso = 10MHz Pico de desvio de frequência = 1.5MHz APD receptivo = 0,7 APD, factor de multiplexação = 60 Ruído de banda base na Largura de Banda = 5MHz Intensidade de corrente no receptor = (0,45.10-9)2 A2 Solução: O impulso de tempo de ascensão no circuito regenerador poderá ser igual ao tempo de ascensão para o sistema optimal. Assim ….. -40dBm implica 10-7W Cálculo: 50José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011CONCLUSÃO De facto, concluímos que para estabelecermos um link entre duas localidades, nos foi necessário fazermos o estudo prévio da área a ser interligado de maneira a evitar consequências futuras. E favorecendo aos usuários serviços de alta qualidade. Com a implementação do projecto verifica-se que haverá: Diminuimos a distancia entre os usuarios Melhoramos a qualidade do serviço prestado Aumentamos a possibilidade de implementação de outros serviços 51José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011RECOMENDAÇÕES 1. Adequar os equipamentos ao sistema uniformizado pelas normas da UIT- T para garantia de boa qualidade; 2. Efectuar o estudo prévio da referida zona em questão e efectuar os cálculos de todos parâmetros necessários; 3. Efectuar o cálculo das atenuações no final do projecto. 52José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS - Comunicações ópticas; José ribeiro, editora Erica, 4º Edição - www.Google.com.br 53José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 ANEXOS 54José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011Esquema básico de um link de Fibra óptica 55José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 56José Alves Manuel
    • LINK DE FIBRA ÓPTICA DE LUANDA AO DONDO 18 de Junho de 2011 57José Alves Manuel