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Universidade de Pernambuco
Escola Politécnica de Pernambuco Recife – PE.
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1.1 Um pouco de história.
1.2 Sistemas Ópticos de Comunicação. 1.3 Geração de sinais ópticos.
1.4 Evolução de Sistemas Ópticos de telecomunicações. 1.5 Bandas de Comunicações Ópticas.
1.6 Vantagens das Comunicações por Fibras Ópticas.
2. Fibra óptica.
2.1 Parâmetros característicos da fibra óptica. 2.2 Propagação da luz em fibras.
2.3 Principais efeitos ópticos em fibras.
3. Dispositivos passivos em fibras ópticas.
3.1 Atenuadores 3.2 Acopladores
4. Cabos Ópticos.
4.1 Tipos de Cabos. 4.2 Emendas em fibras.
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6.1 LEDS 6.2 Lasers 6.3 Moduladores 6. Receptores Ópticos. 6.1 Conceitos Básicos. 6.2 Fotodetectores Comuns.7. Sistemas de Comunicações Ópticas.
7.1 Links ponto a ponto. 7.2 Distribuição de Redes. 7.3 Redes locais
7.4 Fatores limitantes das redes.
7. Controle de atenuação (Amplificadores Ópticos). 8. Controle de Dispersão.
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JOSÉ ANTÔNIO JUSTINO RIBEIRO. Comunicações Ópticas. 3ª ed.Editora São Paulo, 2007.
GIOZZA, WILLIAM F.; CONFORTI, EVANDRO; WALDMAN, H.
Fibras Ópticas. Ed. Makron Books.
HETCH, JEFF. Entendendo Fibras Ópticas. São Paulo: Berkeley Brasil, 1993.
AMAZONAS, JOSÉ DE A. Projetos de sistemas de comunicações
Ópticas. Editora Malone, São Paulo Brasil, 2005. Complementar:
SENIOR, J. M. Optical Fiber Communications: Principle and Practice. Ed. Prentice Hall.
GHATAK, AJOY KUMAR; THYAGARAJAN, K. Introduction to Fiber
Optics. Ed. Cambridge University.
AGRAWAL, GOVIND P. Fiber-Optic Communication Systems, 3º ed. Ed. Wiley-Interscience.2002.
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Comunicar é isso, eu falo você entende, básico não?
Você Pensa! Transmite o pensamento Alguém recebe e interpreta os seus desejos.
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Formas, primitivas de comunicação.
Sinais de fumaça < 1500
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A utilização dos gregos (no séc. II A.C.) de uma matriz alfabética (5x5 = 25 códigos) com duas tochas para localizar as letras desejadas, uma a uma. Este sistema de comunicação foi utilizado para transportar noticias sobre o front da guerra de Tróia;
Sistema de semáforos, projetados por Claude Chappe na França, inicio da idade moderna (1972). Usado nas guerras Napo-leonicas, comunicação entre Lili e Paris (230 km, 1 bit/s)
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Conceito atual de sistema de comunicação
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Perspectivas histórica.
•
Microondas e cabos coaxiais são limitados para B ~ 100 Mbit/s•
Sistemas ópticos podem operar em taxas > 10Tbit/s•
A alta capacidade dos sistemas ópticos esta relacionado com as altas freqüências das ondas ópticas (~ 200 THz em 1.55 μm)Era Elétrica
Era Óptica
•
Telégrafo 1836•
Telefone 1847•
Cabos Coaxiais 1840•
Microondas 1842•
Fibras Ópticas 1978•
Amplificadores Ópticos 1990•
Tecnologia WDM 1996•
Múltiplas bandas 200210/33
Espectro Eletromagnético.
•
Qual o número máximo teórico do de canais de áudio (canais de 4,0 Khz) podem ser inseridos em uma onda eletromagnética de 1550 nm (200 THz ) de comprimento de onda? c c f f 100 1 = Δ fc 200THz 2 1012 Hz 100 1 = × = Δ ⇒ 3 8 12 10 0 , 5 10 4 10 2 = × × × = máximo N THz de Faixa11/33
Revolução da Informação.
•
Revolução industrial do século XIX inicia as bases da
revolução da informação
durante anos da década de 1990
.
•
Revolução da Fibra Óptica é uma conseqüência natural do
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Revolução da Informação.
O Produto BL (Taxa de transporte de informação x Distância do enlace de comunicação)
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A gerações de comunicações ópticas.
1. Sistemas em 0.8 μm (1980); Fibras de índice de refração gradual (taxa 45 Mbbit/s com 10 km, limitação: alta dispersão).
2. Sistemas em 1.3 μm (1985); Fibras monomodo, propagação no mínimo de dispersão (taxa 2 Gbits/s com 44 km, limitação: alta atenuação, 0.5BdB @ 1.3 μm ).
3. Sistemas em 1.55 μm (1990); Lasers monomodo (DFB), e no mínimo de atenuação, 0.2 dB/km (taxas de 4 Gbits/s com 100 km, limitação alta dispersão).
4. Sistemas WDM, Amplificadores ópticos (1996); Amplificadores Ópticos de Érbio (EDFA), e multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) (@2002 tínhamos 25000 km com uma capacidade de 640Gbits/s (64 canais DWDM em 10Gbits, limitação largura de banda das fibras em 1.55 μm).
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A gerações de comunicações ópticas.
Sistemas WDM
Em um enlace óptico fixo
Tamanho do enlace = ?
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Sistemas ópticos de comunicação
Sistema Genérico
•
Transmissores Ópticos:Convertem dados elétricos em um bits ópticos necessários para a transmissão.
•
Canal de comunicação:Fibras ópticas são usadas para transmissão de bits ópticos em muitas redes terrestres, submarinas.
•
Receptores Ópticos:16/33
Transmissores ópticos
•
Fonte óptica (laser ou LED) fornecem os carregadores ópticos. As freqüências dos carregadores tipicamente variam de 184-206 THz (1460-1625 nm) em sistemas de alta taxas de transmissão.•
Banda X (0,8 nm); Banda S (Short band 1460-1520 nm); Banda C (Conventional band 1520-1565 nm); Banda L (Long band 1565-1625 nm).•
Modulador cria o bit óptico.•
Técnicas de modulação direta: a corrente do laser é modulado para formar o bit (sem modulação externa).17/33
Receptores ópticos
•
Fotodetector é usado para a conversão óptica-elétrica.•
Demodulador recria o bit elétrico•
Ruídos adicionados durante a transmissão e recepção levam a erros.•
A taxa de erros de bits (BER) é necessária que seja < 10-9-9 paraser considerado uma transmissão “livre de erros”.
•
Todo receptor necessita de uma potência óptica mínima para poder reconhecer os bits.•
Este nível de potência é conhecido como sensibilidade do receptor.18/33
Canal de comunicação a fibra óptica
•
Fibras monomodo com perdas baixas (0,2 dB/km @ 1550 nm) atuando como canais de comunicação.•
Distâncias de transmissão é ainda limitada pelas perdas nas fibras.•
O uso periódico de regeneradores ou amplificadores pode compensar as perdas de potências ópticas.•
Efeitos dispersivos e não lineares em fibras então tornam-se o limitante total da distância.Rede Óptica Opaca
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Unidade Decibel.
•
Qualquer razão é convertido em dB como R (in dB) = 10log10R.•
R=1 corresponde a 0 dB: Razões menores que 1 são negativas.•
A relação sinal ruído (SNR) é definida como•
Perdas de uma fibra óptica é expressa em unidade de dB/km.•
Se 1 mW de sinal reduz–se para 1 μW após 100 km de fibra, foramperdidos 30 dB no translado, isto é, 0,3 dB/km.
•
A potência (em dBm) = 10log10(Potência (em mW)/1 mW).•
A potência de 1 mW corresponde a 0 dBm na escala decibel.•
1 μW de potência corresponde a -30 dBm.(
2)
10 1020
log
log
10
P
A
A
A
P
P
SRN
ruído s ruído sα
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
⎟⎟
⎠
⎞
⎜⎜
⎝
⎛
=
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Sinais Analógicos e Digitais.
•
Sistemas ópticos usam em sua maioria o formato digital.•
Sinais ópticos são um canal de bits de 0 ou 1.•
A taxa de bits B é determinada pela janela temporal TB= 1/B21/33
Vantagens do Formato Digital.
•
O sinal pode ser recuperado sem importar com ruídos e distorções.•
Se a amplitude do sinal excede um nível de decisão para um bit este pode ser recuperado .22/33
Conversão Analógicos para Digital.
•
Amostragem: fs≥ 2Δf (Critério de Nyquist ou teorema deamostragem).
•
Discretização ou Quantização do sinal :M > Amax/AN (erro < ruído).
•
Codificação: M=2m; m bits /amostra (codificação binário) → m=log2 M .•
Taxas de bits:23/33
Sinais de Áudio e Vídeo.
Sinais de Áudio Digitais.
•
Δf = 3,1 kHz (0,3 →3,4 kHz); SNR = 30 dB•
B mínimo = Δf SNR/3 = 31 kbits/s.•
Na pratica, B = 64 kbits/s (fs = 8 kHz; 8 bits/amostra).Sinais de Vídeo Digitais.
•
Δf = 4 MHz; SNR = 50 dB•
B mínimo = Δf SNR/3 = 66 Mbits/s.24/33
Multiplexação de canais.
•
TDM: Multiplexação no tempo (Time division multiplexing)•
FDM: Multiplexação em freqüência (Frequency division multiplexing)•
FDM óptico = WDM: Multiplexação em comprimento de onda (Wavelength division multiplexing)25/33
Multiplexação no tempo
•
Sem padronização até 1988.
•
Padrão US:
Synchronous optical network (SONET).•
Padrão ITU: Synchronous digital hierarchy (SDH).SONET SDH B (Mbits/s) Canais(áudio)
OC-1 OC-3 OC-12 OC-48 OC-192 OC-768 STM-1 STM-4 STM-16 STM-64 STM-256 51,84 155,52 155,52 622,08 9.953,28 39.813,12 672 2.106 8.064 32.256 129.024 516.096