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Ponto-a-ponto do projeto

De acordo com (GIOZZA; CONFORTI; WALDMAN, 1991), sistemas ponto a ponto consistem em enlaces entre prédios ou entre plataformas sem perturbações e em ambientes hostis, podendo conter algumas centenas de metros e transmitir dados a uma taxa de até algumas dezenas de gigabits por segundo. A Figura 19 representa o exemplo de enlace ponto a ponto.

Figura 19: Exemplo de enlace ponto a ponto

Fonte: (GIOZZA; CONFORTI; WALDMAN, 1991)

Para a utilização em ambientes internos até o limite de algumas dezenas de metros, é comum a utilização de fibras plásticas ou seu conjunto, operando com comprimentos de onda na ordem de 650nm e, na maioria de suas aplicações o transmissor e o receptor óptico fazem parte de um único módulo, que por sua vez possui também interfaces elétricas padrões com o objetivo de facilitar a implementação das fibras ópticas.

Entretanto para o projeto de um enlace óptico existem algumas características devem ser consideradas como requisitos mínimos do sistema, podendo ser destacadas:

• Transmissor óptico:
• Potência Óptica na saída do fotoemissor;
• Perdas de acoplamento com a fibra;
• Comprimento de onda de operação;
• Largura espectral da fonte;
• Tempo de resposta da foto emissor e do transmissor óptico;
• Codificação em banda básica.

• Fibra óptica:
• Tipo de fibra;
• Comprimento de onda de operação;
• Atenuação;
• Dispersão material e modal;
• Diâmetro do núcleo;
• NA.

• Receptor óptico:
• Sensitividade;
• Faixa dinâmica;
• Banda passante;
• Taxa de erros (BER).

• Componentes passivos:
• Perdas de conexão;
• Perdas de acoplamento;
• Facilidades operacionais.

É importante destacar que existem dois tipos de análises complementares na metodologia de projeto de enlaces ponto-a-ponto:

• Balanço de potência óptica do enlace, o qual foca-se no balanço de potência entre os dois pontos para o cálculo da distância máxima e da atenuação total do enlace.
• Balanço de tempo de subida (dispersão), o qual também visa a distância máxima entre os pontos distintos, porém focado desta vez na dispersão total do enlace óptico.

Com o intuído de validação do projeto, serão aplicadas as metodologias propostas anteriormente, entretanto, com algumas adaptações.

Parâmetros dos equipamentos do projeto

As Tabelas 7 e 8 referem-se às características do transmissor e receptor óptico respectivamente.

Tabela 1: Características do transmissor óptico

Fonte: (FIRECOMMS, 2013)

Tabela 2: Características do receptor óptico

Fonte: (FIRECOMMS, 2013)

Balanço de potência óptica

Nesta seção serão realizados o balanço de potência óptica, ou seja, da atenuação total da rede desde switch óptico até os pontos de acesso de cada andar.

Vale ressaltar que o cálculo do balanço de potência óptico é de suma importância em redes ópticas, porém, neste trabalho será utilizado apenas com o intuito de validação, não sendo necessário para aplicações residenciais locais devido a curta distância e simplicidade da rede.

Dentre os pontos de atenuação em rede fibra plástica pode-se destacar os seguintes:

• Perdas de conexão entre o transmissor e a fibra: Em um sistema com POF a primeira perda que encontramos é aquela criada pelo acoplamento entre a interface do transmissor e a fibra. É importante ressaltar que não é comum a utilização desse tipo de acoplamento uma vez que o fotoemissor possui uma certa área de emissão (ângulo de emissão) e a fibra um determinado ângulo de aceitação, qualquer sinal emitido com um ângulo maior do que o ângulo de aceitação da fibra não será irradiado. Em uma fibra POF comum a abertura numérica é de aproximadamente 28º, entretanto em uma SI-POF esse ângulo é reduzido para ±17º e, de apenas 11º uma fibra GI-POF. (ZIEMANN et al., 2008)

Figura 20: Perdas no acoplamento entre transmissor e POF

Fonte: (ZIEMANN et al., 2008)

Em sistemas POF por razões de custo os foto emissores são constituídos por LED que possuem um elevado ângulo de emissão e, para diminuir esse ângulo, utiliza-se então lentes, podendo ser acopladas diretamente a fonte ou não como visto na Figura 21. Para efeito de cálculo utilizaremos uma lente já acoplada ao LED resultando em uma atenuação de 4,0dB. (ZIEMANN et al., 2008)

Figura 21: Acoplamento do transmissor LED a POF com o uso de lentes

Fonte: (ZIEMANN et al., 2008) alterado pelo autor)

• Perdas na fibra: Uma fibra homogênea é aquela na qual a luz se propaga de modo equilibrado, e ao longo de todo seu comprimento a mesma quantidade de luz é perdida. Ao longo de sua extensão então existe uma degradação exponencial do sinal que pode ser expressa em dB/km. Para as fibras plásticas pode-se destacar as principais causas de atenuação como sendo a dispersão de Rayleight, a absorção pelas ligações de C-H (Carbono e Hidrogênio), perdas por atenuação no revestimento óptico e imperfeições no revestimento e no núcleo da fibra. (ZIEMANN et al., 2008)
• Perdas de conexão entre o receptor e a fibra: O acoplamento entre o fotorreceptor e uma fibra POF é, assim como o acoplamento com o transmissor, realizado por uma lente, resultando em uma atenuação de 2,0dB. (ZIEMANN et al., 2008)

Desse modo pode-se então calcular o valor aproximado de atenuação máxima para cada andar pelas equações 2, 3 e 4.

Onde:

• a_cabo = atenuação do cabo [dB/km]
• L_cabo = comprimento do cabo [m]

A atenuação nos cabos de fibra óptica para um enlace POF varia de acordo com o comprimento de onda aplicado, sendo que para o comprimento de onda de 650nm sua atenuação deve ser inferior a 13,0dB (ATM FORUM, 1997) e seu cálculo pode ser facilmente realizado com a multiplicação de seu coeficiente de atenuação por seu comprimento total. A Figura 22 apresenta a comparação entre fibras do tipo POF de diferente fabricantes e a Figura 23 ilustra a comparação da fibra PMMA POF e a fibra GOF.

Figura 22: Espectro de atenuação de diferentes fibras PMMA POF

Fonte: (ZIEMANN et al., 2008) alterado pelo autor)

Figura 23: Comparação entre as fibras do tipo POF-PMMA e GOF

Fonte: (WERNECK, 2006)

Os cabos utilizados neste estudo de caso são do padrão IEC 60793-2-40 descrito na Tabela 9 e suas características podem ser observadas na Tabela 10.

Tabela 3: Características da Fibra Óptica a ser utilizada no projeto

Fonte: (MITSUBISHI RAYON CO., LTD., 2010)

Serão necessários 306 metros de cabo de fibra POF especificado para a realização da instalação no prédio. Estão sendo considerados o pé direito de cada andar, a distância entre andares, a distância da caixa de distribuição POF aos pontos 01, 02, 03 e 04 e também uma sobra de 2 metros de em cada fibra para a utilização no caso de imprevistos. A reserva técnica possibilita a realização de futuras manobras e reparos na rede caso estes se tornem necessários sem a necessidade de emendas.

De acordo com (GIOZZA; CONFORTI; WALDMAN, 1991) em aplicações usuais normais, considera-se como ótimo a margem de segurança (MS) como sendo 3,0dB.

Com posse das especificações do projeto e da equação (5) pode-se então calcular o valor total de atenuação da rede, com e sem a margem de segurança para cada apartamento:

Tabela 4: Tabela de atenuação para cada apartamento

Fonte: (Próprio autor, 2016)

Tabela 5: Tabela parâmetros do projeto

Fonte: (Próprio autor, 2016)

Balanço de tempo de subida ou dispersão

Esta metodologia de análise, trabalha de forma complementar a metodologia de balanço de potência óptica e também possui grande importância no projeto de enlaces ópticos, pois, como visto na seção Dispersão do tutorial parte I, a dispersão pode ocasionar deformações no sinal óptico, causando o colapso ou o funcionamento não adequando do sistema projetado.

O estudo do balanço de tempo de subida é uma técnica de análise complementar ao balanço de potência óptica para verificar se os componentes suportam o débito pretendido pelo sistema, pois a dispersão, seção Dispersão do tutorial parte I, pode ocasionar deformações nos sinais ópticos, causando o colapso do enlace óptico.(GIOZZA; CONFORTI; WALDMAN, 1991)

Apesar do tipo de fibra óptica plástica utilizada neste trabalho ser do tipo multimodo, ou seja, possui mais de um modo de propagação durante sua extensão, sua limitação quanto a extensão e alcance tornam esse tipo de análise pouco atraente para este tipo de aplicação e por isso não será abordada neste trabalho.