Fibra Otica

5/21/2018 Fibra Otica

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Comunicaes pticasJoo F. L. de Freitas

Universidade de PernambucoEscola Politcnica de PernambucoRecife PE.

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Comunicaes pticas

1. Introduo.1.1 Um pouco de histria.1.2 Sistemas pticos de Comunicao.1.3 Gerao de sinais pticos.1.4 Evoluo de Sistemas pticos de telecomunicaes.

1.5 Bandas de Comunicaes pticas.1.6 Vantagens das Comunicaes por Fibras pticas.

2. Fibra ptica.2.1 Parmetros caractersticos da fibra ptica.

2.2 Propagao da luz em fibras.2.3 Principais efeitos pticos em fibras.

3. Dispositivos passivos em fibras pticas.3.1 Atenuadores

3.2 Acopladores4. Cabos pticos.

4.1 Tipos de Cabos.4.2 Emendas em fibras.


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Comunicaes pticas

5. Transmissores pticos.

6.1 LEDS6.2 Lasers6.3 Moduladores

6. Receptores pticos.6.1 Conceitos Bsicos.6.2 Fotodetectores Comuns.

7. Sistemas de Comunicaes pticas.

7.1 Links ponto a ponto.7.2 Distribuio de Redes.7.3 Redes locais7.4 Fatores limitantes das redes.

7. Controle de atenuao (Amplificadores pticos).

8. Controle de Disperso.

9. Sistema Multicanal (WDM).


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BIBLIOGRAFIA:

Bsica:

JOS ANTNIO JUSTINO RIBEIRO. Comunicaes pticas. 3 ed.Editora So Paulo, 2007.

GIOZZA, WILLIAM F.; CONFORTI, EVANDRO; WALDMAN, H.

Fibras pticas. Ed. Makron Books.HETCH, JEFF. Entendendo Fibras pticas. So Paulo: Berkeley Brasil,1993.

AMAZONAS, JOS DE A. Projetos de sistemas de comunicaespticas. Editora Malone, So Paulo Brasil, 2005.

Complementar:

SENIOR, J. M. Optical Fiber Communications: Principle and Practice.Ed. Prentice Hall.

GHATAK, AJOY KUMAR; THYAGARAJAN, K.Introduction to FiberOptics. Ed. Cambridge University.

AGRAWAL, GOVIND P. Fiber-Optic Communication Systems, 3 ed.Ed. Wiley-Interscience.2002.


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1. Introduo

Comunicar isso, eu falo voc entende, bsico no?

Voc Pensa!

Transmite opensamento

Algum recebe e

interpreta osseus desejos.


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1. Introduo.1.1 Um pouco de histria.

Formas, primitivas de comunicao.

Sinais de fumaa < 1500

Pinturas rupestres, pr-histria


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A utilizao dos gregos (no sc. II A.C.) deuma matriz alfabtica (5x5 = 25 cdigos) com

duas tochas para localizar as letras desejadas,uma a uma. Este sistema de comunicao foiutilizado para transportar noticias sobre o frontda guerra de Tria;

Sistema de semforos,projetados por ClaudeChappe na Frana, inicio da

idade moderna (1972).Usado nas guerras Napo-leonicas, comunicao entreLili e Paris (230 km, 1 bit/s)

Formas iniciais de comunicao moderna.


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Conceito atual de sistema de comunicao



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Perspectivas histrica.

Microondas e cabos coaxiais so limitados paraB ~100 Mbit/s

Sistemas pticos podem operar em taxas > 10Tbit/s

A alta capacidade dos sistemas pticos esta relacionado com asaltas freqncias das ondas pticas (~ 200 THz em 1.55 m)

Era Eltrica Era ptica

Telgrafo 1836

Telefone 1847Cabos Coaxiais 1840Microondas 1842

Fibras pticas 1978

Amplificadores pticos 1990Tecnologia WDM 1996Mltiplas bandas 2002


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Espectro Eletromagntico.

Qual o nmero mximo terico do de canais de udio (canais de4,0 Khz) podem ser inseridos em uma onda eletromagntica de 1550nm (200 THz ) de comprimento de onda?

cc ff100

1= HzTHzfc

12102200100

1== 8

3

12

100,5104

102=

=mximoN

THzdeFaixa


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Revoluo da Informao. Revoluo industrial do sculo XIX inicia as bases darevoluo da informaodurante anos da dcada de 1990.

Revoluo da Fibra ptica uma conseqncia natural docrescimento da Internet.


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Revoluo da Informao.

O Produto BL (Taxa de transporte de informao x Distncia doenlace de comunicao)


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A geraes de comunicaes pticas.1. Sistemas em 0.8 m (1980);Fibras de ndice de refrao gradual

(taxa 45 Mbbit/s com 10 km, limitao: alta disperso).

2. Sistemas em 1.3 m (1985); Fibras monomodo, propagao nomnimo de disperso (taxa 2 Gbits/s com 44 km, limitao: altaatenuao, 0.5BdB @ 1.3 m).

3. Sistemas em 1.55 m (1990); Lasers monomodo (DFB), e no

mnimo de atenuao, 0.2 dB/km (taxas de 4 Gbits/s com 100km, limitao alta disperso).4. Sistemas WDM, Amplificadores pticos (1996);Amplificadores

pticos de rbio (EDFA), e multiplexao por diviso de

comprimento de onda (WDM) (@2002 tnhamos 25000 km comuma capacidade de 640Gbits/s (64 canais DWDM em 10Gbits,limitao largura de banda das fibras em 1.55 m).

5. Sistemas Multbandas (L e S) (2001);Amplificao Raman


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A geraes de comunicaes pticas.

Sistemas WDM

Em um enlace ptico fixoTamanho do enlace = ?


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1. Introduo.1.2 Sistemas pticos de comunicao.

Sistemas pticos de comunicaoSistema Genrico

Transmissores pticos: Convertem dados eltricos em um bits pticos necessrios para a

transmisso.

Canal de comunicao: Fibras pticas so usadas para transmisso de bits pticos em

muitas redes terrestres, submarinas.

Receptores pticos: Converte os bits pticos na forma original de dados eltricos.


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Transmissores pticos

Fonte ptica (laser ou LED) fornecem os carregadores pticos. As freqncias dos carregadores tipicamente variam de 184-206

THz (1460-1625 nm) em sistemas de alta taxas de transmisso. Banda X (0,8 nm); Banda S (Short band 1460-1520 nm); BandaC (Conventional band 1520-1565 nm); Banda L (Long band 1565-1625 nm).

Modulador cria o bit ptico.Tcnicas de modulao direta: a corrente do laser moduladopara formar o bit (sem modulao externa).


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Receptores pticos

Fotodetector usado para a converso ptica-eltrica. Demodulador recria obit eltrico

Rudos adicionados durante a transmisso e recepo levam aerros. A taxa de erros de bits (BER) necessria que seja < 10-9-9paraser considerado uma transmisso livre de erros.

Todo receptor necessita de uma potncia ptica mnima parapoder reconhecer os bits. Este nvel de potncia conhecido comosensibilidade doreceptor.


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Canal de comunicao a fibra ptica

Fibras monomodo com perdas baixas (0,2 dB/km @ 1550 nm)atuando como canais de comunicao.

Distncias de transmisso ainda limitada pelas perdas nas fibras.

O uso peridico de regeneradores ou amplificadores podecompensar as perdas de potncias pticas.Efeitos dispersivos e no lineares em fibrasento tornam-se olimitante total da distncia.

Rede ptica Opaca

Rede ptica Transparente


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1. Introduo.Conceito Bsico.

Unidade Decibel. Qualquer razo convertido em dBcomoR (in dB) = 10log10R.R=1corresponde a 0 dB: Razes menores que 1 so negativas.

A relao sinal rudo (SNR) definida como

Perdas de uma fibra ptica expressa em unidade de dB/km.Se 1mWde sinal reduzse para 1 Waps 100 kmde fibra, foram

perdidos 30dBno translado, isto , 0,3 dB/km.

A potncia (em dBm) = 10log10(Potncia (em mW)/1 mW).A potncia de 1 mWcorresponde a 0 dBmna escala decibel.1 Wde potncia corresponde a -30 dBm.

( )21010

log20log10 APA

A

P

PSRN

rudo

s

rudo

s

=

=


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1. Introduo.1.3 Gerao de sinais pticos

Sinais Analgicos e Digitais.

Sistemas pticos usam em sua maioria o formato digital. Sinais pticos so um canal de bits de 0 ou 1.

A taxa de bitsB determinada pela janela temporal TB= 1/B(time slot) de qualquer bit.

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Vantagens do Formato Digital.

O sinal pode ser recuperado sem importar com rudos e distores.

Se a amplitude do sinal excede um nvel de deciso para um biteste pode ser recuperado .

O perfil atual do bit no importante.

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Converso Analgicos para Digital.

Amostragem:fs2f (Critriode Nyquist ou teorema deamostragem).

Discretizao ou Quantizaodo sinal :M > A

max/A

N (erro < rudo).

Codificao:M=2m; m bits/amostra (codificao binrio)m=log

2M .

Taxas de bits:B = mf

s(2f)log

2M>f SNR/3

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Sinais de udio e Vdeo.Sinais de udio Digitais.

f = 3,1 kHz (0,33,4 kHz); SNR = 30 dB

B mnimo = f SNR/3 = 31 kbits/s.

Na pratica, B = 64 kbits/s (fs= 8 kHz; 8 bits/amostra).

Sinais de Vdeo Digitais.

f = 4 MHz; SNR = 50 dB

B mnimo = f SNR/3 = 66 Mbits/s.

Na pratica, B = 100 kbits/s (fs= 10 MHz; 10 bits/amostra).

1 Introduo


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Multiplexao de canais.TDM: Multiplexao no tempo (Time division multiplexing)

FDM: Multiplexao em freqncia (Frequency divisionmultiplexing)

FDM ptico = WDM: Multiplexao em comprimento de onda(Wavelength division multiplexing)

1 Introduo


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Multiplexao no tempoSem padronizao at 1988.

Padro US: Synchronous optical network(SONET).

Padro ITU:Synchronous digital hierarchy(SDH).

SONET SDH B(Mbits/s) Canais(udio)

OC-1

OC-3

OC-12

OC-48OC-192

OC-768

STM-1

STM-4

STM-16STM-64

STM-256

51,84

155,52

155,52

622,089.953,28

39.813,12

672

2.106

8.064

32.256129.024

516.096

1 Introduo


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1. Introduo.1.4 Evoluo de sistemas pticos

de telecomunicaes

Sistemas pticos Terrestres.

Sistemas WDM esto disponveis comercialmente a parti1988.

Sistemas Ano (m) B(Mbits/s)

L(km)

Canais

(udio)

FT-3

FT-3C

FT-3X

FT-GFT-G-1.4

SMT-16

STM-64

SMT-256

1980

1983

1984

19851987

1991

1996

2002

0,85

0,85

1,30

1,301,30

1,55

1,55

1,55

45

90

180

4171.668

2.488

9.953

39.813

< 10

< 15

< 25

< 40< 46

< 85

< 90

< 90

672

1.344

2.688

6.04824.192

32.356

129.024

516.096

1 Introduo


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Multiplexao por diviso de comprimento de onda(WDM).


de telecomunicaes

1 Introduo


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Multiplexao por diviso de comprimento de onda(WDM).

Qualquer canal contem uma nico freqncia portadora.Uma fonte ptica com comprimento de onda preciso utilizada como cada canal (Lasers DFB).

Espaamentos entre canais menores que 50 GHz densoWDM (DWDM, < 0.4 nm @ 1550 nm)


de telecomunicaes

1 I d


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Atenuao em fibras pticas.

1. Introduo.1.4 Bandas de Comunicaes pticas.

Banda histrica de 850 nm(primrdios dos sistemas decomunicao, atenuao de ~2.5 dB/km).

1. Introduo.


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Principais Vantagens.

1. Introduo.1.6 Vantagens e limitaes das

comunicaes pticas por fibra.

1. Pequena atenuao (0.2 dB/km @1550 nm) se comparadocom sistemas de microondas (100dB/km @ 5 GHz, cabo

coaxial).2. Maior capacidade de transmisso (banda terica de 2 THz@ 1550 nm por canal ptico, imagina com WDM).

3. Grande reduo nas dimenses e no peso dos cabos (um

cabo de fibra completo tem 1 mm de dimetro)4. Condutividade eltrica nula (isolao eltrica completa do

transmissor ao receptor, maior proteo dos equipamentos).

5. Imunidades s interferncias eletromagnticas (pode serinstalado em linhas transmisso de energia eltrica de altatenso).

1. Introduo.


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Principais Vantagens.

1.6 Vantagens e limitaes das


1. Sigilo de transmisso

2. Imunidade a pulsos eletromagnticos.

3. Facilidade de obteno de matria prima (Slica SiO2 eQuartzo cristalino so materiais com muita abundancia daTerra)

4. Grande produto de taxa de bits x distncia do enlace ptico.

1. Introduo.


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Principais Limitaes.

1.6 Vantagens e limitaes das


1. Absoro de hidrognio (aumenta a atenuao na fibradevido a criao de hidroxilas OH).

2. Sensibilidade a irradiao (aumento da atenuao porbombardeamento de particular nucleares de altas energias.Quem anda fazendo isso em sistemas pticos?).

3. Impossibilidade de conduzir corrente eltrica (tem-se que

criar uma estrutura paralela para alimentao eltrica dedispositivos eletrnicos na linha de transmisso. Criao edesenvolvimento de dispositivos opticamente ativos aolongo da rede para substituio dos eletrnicos).

4. Escolha a freqncia de transmisso (at onde isso mesmo uma limitao?).

5. A capilaridade dos sistemas de fibra ptica.


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Fim da Introduo.

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