Seção: Banda Larga

 

 
Redes Ópticas Passivas II: O Software Optisystem

 

O programa OptiSystem foi a ferramenta computacional utilizada nesse estudo, onde ele nos permite que sejam realizadas simulações de sistemas de telecomunicações e de outras aplicações. Para isto, dispõe de várias bibliotecas com diversos componentes utilizados nos sistemas reais, permitindo aos usuários planejar, testar e simular enlaces ópticos na camada de transmissão de redes ópticas modernas (OPTIWAVE, 2010).

 

O OptiSystem é um inovador pacote de comunicação óptica de simulação do sistema para o projeto, testes e otimização de praticamente qualquer tipo de link óptico na camada física de um amplo espectro de redes ópticas.

 

A interface gráfica do usuário controla o layout dos componentes ópticos, modelos de componentes gráficos e apresentação. O software possui uma extensa biblioteca de componentes ativos e passivos, criados assim para atender às necessidades de engenheiros de telecomunicações, integradores de sistemas, estudantes e uma ampla variedade de outros usuários (OPTIWAVE, 2010).

 

O Software Optisystem

 

O software comercial OptiSystem da empresa canadense Optiwave Corp que se localiza em Ottawa, Canadá, possui mais de 1000 cientistas espalhados pelo mundo trabalho nos softwares da empresa, possui muitos clientes tais como, Sony, Intel, SDSU, Fujitsu, Alcatel entre outros. A figura 1 apresenta várias telas do software OptiSystem.

 

O software OptiSystem possui uma extensa biblioteca, com mais de 400 dispositivos passivos e ativos, no domínio elétrico e óptico, além de ferramentas de visualização gráfica que permitem analisar o desempenho do sistema, como: analisadores de espectro, osciloscópios, medidores de potência, analisadores de BER e diagrama de olho

 

Figura 1: Interfaces gráficas do Optisystem

 

Este software tem como benefícios:

  • Permitir a simulação de protótipos de baixo custo;
  • Permitir uma visão global do desempenho do sistema;
  • Acesso direto a extensivas configurações de dados que caracterizam o sistema;
  • Realizar a varredura de parâmetros visando analisar o efeito de especificações de dispositivos sobre o desempenho do sistema.

 

O software OptiSystem possibilita o projeto de diferentes tipos de enlace óptico na camada física, e análise de diversos tipos de redes ópticas, de sistemas de longa distância a redes de área metropolitana (Metropolitan Area Network - MAN) e redes locais (Local Area Networks - LAN).

 

Na figura 2 é apresentada a tela do OptiSystem, onde pode-se observar a janela layout onde é montado o projeto a ser simulado. Na janela componente library, no canto superior a esquerda, seleciona-se os componentes para a montagem do projeto, e na janela project browser, que se encontra abaixo da janela componente library, pode-se observar os dispositivos usados no projeto.

 

Figura 2: Ambiente de Simulação do OptiSystem

 

Caracterização de Transmissores e Receptores

 

Para a construção do transmissor óptico foi usada à configuração da figura 4, onde um laser de onda contínua (CW – Continuous Wave) irá gerar um sinal óptico que será modulado externamente por um modulador Mach-Zehnder. Na figura 3 podemos observar alguns parâmetros do CW laser, com isso podemos observar a facilidade para configurar os parâmetros dos dispositivos.

 

Figura 3: CW Laser

 

O gerador de sequencia pseudo-aleatória de bits (Pseudo Random Sequence-PRS) irá gerar bits de acordo a aproximar as características dos dados e depois enviará para técnica de codificação não retorne ao zero (NRZ-non-return-to-zero), possui 2 níveis de tensão representando 0 e 1, onde o bit um é representado por uma tensão positiva e o bit 0 é representado por uma tensão negativa).

 

Na saída do modulador Mach-Zehnder foram conectados um analisador de espectro óptico e um visualizador óptico no domínio do tempo, para observar o sinal de saída do transmissor no domínio da frequência e do tempo, respectivamente. Vale mencionar que apesar de não existir comercialmente um visualizador óptico no domínio do tempo, esta ferramenta de simulação é bastante útil para a caracterização de dispositivos ópticos.

 

Figura 4: Transmissor óptico

 

As saídas dos visualizadores estão mostradas na figura 5 para uma taxa de bit de 2,5 Gbit/s, com uma potência óptica de -10 dBm.

 

Figura 5: Analisador de espectro e visualizador óptico

 

Para caracterizar-se o receptor óptico, foi usada a configuração da figura 6. O sinal do transmissor com potência óptica de -21 dBm é detectado por um receptor PIN, e o sinal detectado é introduzido em um regenerador 3R, onde este componente do software que recupera as informações do sinal elétrico.

 

O regenerador 3R gera o bit original sequência, e um sinal modulado elétrico a ser utilizado para análise RIC, onde o RIC é uma indicação de quantas vezes um pacote de outra unidade de dados tem que ser retransmitidos por causa de um erro (searchcio-idmarket.techtarget.com, 2010).

 

Esta primeira porta do regenerador 3R de saída é a sequência de bits, o segundo é um sinal NRZ modulada e a última saída é uma cópia do sinal de entrada. Estes três sinais podem ser conectados diretamente para o Analisador de BER, evitando ligações adicionais entre o transmissor e o estágio receptor. Ao utilizar o 3R Regenerator, não há necessidade de conexões entre os transmissores e o Analisador de RIC. Para obter mais informações, consulte(JUNGO; ERNI; BACHTOLD, 2003), (SIALM; LENZ; ERNI; BONA; KROMER; JUNGO; ELLINGER; JÄCKEL, 2005), (JUNGO, 2003).

 

Esses três sinais são introduzidos em um analisador de BER, obtendo-se assim a taxa de erro de bit (bit error rate – BER do sinal. Na transmissão de telecomunicações, a BER é o percentual de bits com erros em relação ao número total de bits recebidos em uma transmissão, geralmente expressa como dez elevado a uma potência negativa.

 

Figura 6: Receptor óptico

 

O analisador BER permite que o usuário calcule e visualize a BER de um sinal elétrico automaticamente. Apesar de a BER ser o principal parâmetro para a análise da qualidade de um canal digital, esta pode ser complementada no diagnóstico de problemas por outros parâmetros, tais como, fator Q, razão de extinção do sinal, potência óptica dos canais, entre outros. O Eye Diagram Analyser gera diagramas de olho e análise RIC, assim como podemos observar na figura 7. Para mais informações sobre o diagrama de olho consulte (AGRAWAL, 1997), (DERICKSON, 1998).

 

Figura 7: Diagrama de Olho

 

Splitter ou Divisores de Potência

 

Como já observamos o splitter é o principal componente de uma rede óptica passiva baseada em multiplexação por divisão no tempo, e possui um papel fundamental nesta rede. Para entender melhor como ele funciona falaremos um pouco sobre acopladores e, em seguida, vamos observar seu funcionamento no software.

 

Para podermos compreender como funciona o splitter no software, colocamos um CW Laser ligado a um splitter 4 portas, e colocamos um optical power metter em cada saída do splitter para analisar qual potência que irá sair em cada porta assim como podemos observar na figura 8 a potência que sai do laser e entra no splitter é de 0 dBm. Conforme essa potência entra no splitter de 4 portas ele irá atuar como um divisor de potência, ou seja, ele irá dividir a potência, enviando assim -6dBm , como mostra a figura 9 para cada porta do splitter, A divisão do sinal em quatro portas de saída resulta em perdas por divisão de potência, assim como será visto mais adiante.

 

Figura 8: Splitter 1x4

 

 

Figura 9: Optical power meter

 

Os acopladores ópticos podem ser considerados como dispositivos multiportas que permitem combinar ou dividir sinais ópticos. São dispositivos puramente ópticos operando como guias de onda óptica e elementos de transmissão, reflexão e refração da luz (VILLALBA, ROCHA, 2009).

 

Em diversas situações, em um sistema de comunicação, faz-se necessária a conexão de muitos dispositivos, função essa exercida pelos acopladores.

 

Os acopladores irão atuar como combinadores ou divisores de potência em um sistema que utilize multiplexação por divisão no Tempo. Pode-se, através de um acoplador, combinar sinais gerados e transmiti-los em um mesmo canal (fibra) assim com podemos ver na figura 10a (SOARES, 2005).

 

Figura 10: Acopladores

 

A divisão do sinal em duas portas de saída resulta em perdas por divisão de potência, que são definidas como a razão entre potência presente em uma determinada porta de saída e a potência de entrada, assim como mostra a figura 10b (SOARES, 2005), (BARROS; ROSSI; REGGIANI; AGUIAR; DINI, 2007). Ao realizar a divisão de potência o acoplador divide o sinal em 2 partes resultando uma perda de 50% em cada uma das portas. Conforme pode ser observado na tabela 1 (FEUP), essa perda de 50% equivale a 3dB.

 

Tabela 1: Decibel vs Percentagem (FEUP)

DB

%

DB

%

0

100

-6

25.1

-1

79.4

-7

20.0

-2

63.1

-8

15.8

-3

50.0

-9

12.6

-4

39.8

-10

10.0

-5

31.6

-20

1.000

 

Os splitters são formados por acopladores, os quais proporcionam a divisão da potência em partes iguais para ser enviada para cada ONU (SILVA;ROMERO, 2010).

 

No splitter de 1x4 que é formado por três acopladores, como mostrado na figura 11, onde em cada acoplador vai existir uma perda característica na divisão do sinal, ou seja, quando o sinal passar pelo primeiro acoplador ele terá uma perda de 3 dB, onde o sinal será dividido novamente em mais dois acopladores e terá mais uma perda de 3dB, onde a perda total de um acoplador será de 6 dB.

 

Figura 11: Splitter 1x4 formado por 3 acopladores

 

Agora vamos analisar um splitter de 1x32, (número típico de ONUs em um sistema PON). A figura 12 mostra a quantidade de acopladores utilizados por esse divisor óptico, aonde o sinal que vem de um determinada porta de entrada vai ter que passar por cinco acopladores para alcançar a porta de saída, isto é, a perda devida aos acopladores é de 15 dB.

 

Figura 12: Splitter 1x32

 

De acordo com a figura 13 temos um exemplo de um splitter 1x8, 1x16, 1x32 da Furukawa (FURUKAWA, 2010). Como podemos observar na tabela 2, que contém a especificação do dispositivo segundo seu fabricante, existe uma perda intrínseca nos splitters. No caso do splitter 1x32, por exemplo, a perda de inserção é de 17,8dB, ou seja, 15dB devido aos acopladores e mais 2,8dB de perda intrínseca devido principalmente a conectores.

 

Figura 13: Splitter 1x8, 1x16, 1x32 (www.furukawa.com)

 

 

Tabela 2: Especificações (www.furukawa.com)

PARÂMETROS

1X8

1X16

1X32

Comprimento de onda de operação

1260 ~ 1360 / 1480 ~ 1580 nm

Perda de inserção (dB)

11,0 14,5 17,8

Uniformidade (dB)

1,0 1,5 2,0

Perda de retorno (dB)

50

Tipo de fibra

0,25 nm fibra monomodo

Temperatura de funcionamento (°C)

-40 ~ + 75

 

 

 

 

 

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