Acesso FTTH

VII SRST – SEMINÁRIO DE REDES E SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES
INSTITUTO NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES – INATEL
ISSN 2358-1913
SETEMBRO DE 2017
Construção de Rede Óptica de Acesso FTTH
Leonardo Chagas Rodrigues1, André Luis da Rocha Abbade2
Abstract - This paper presents a description of the technology
of Construction of an Optical Access Network with GPON
technology, based on passive optical network aiming to increase
the broadband capacity and IPTV of the final client.
Keyword – FTTH; GPON; Optical Network Access
Construction.
Resumo — Este trabalho apresenta uma descrição da
tecnologia de Construção de uma Rede Óptica de Acesso com
tecnologia GPON, baseada em rede óptica passiva com objetivo
de aumentar a capacidade de banda larga e IPTV do assinante
final.
Palavras-chave: FTTH; GPON; Construção de Rede Óptica de
Acesso.
I. INTRODUÇÃO
Devido ao aumento da diversidade de serviços oferecidos
aos assinantes e o acrescimento da capacidade dos mesmos, as
principais operadoras de telecomunicações do mundo estão
criando as redes convergentes baseadas em IP (Internet
Protocol), que permitem oferecer mais serviços sobre a mesma
infraestrutura. Atualmente, a tecnologia passiva mais utilizada
que permite implantar estas redes é a denominada de GPON
(Gigabit Passive Optical Networks).
As taxas iniciais obtidas de transmissão são de até 2,5 Gb/s
no enlace de descida (downstream – da estação ao assinante) e
de até 1,25 Gb/s no enlace de subida (upstream – do assinante
à estação). A distância máxima entre o equipamento da central
- OLT (Optical Line Termination) e o do assinante - ONT
(Optical Network Termination), pode chegar a 30 km. A rede
GPON suporta protocolos Ethernet, ATM (Asynchronous
Transfer Mode) e TDM (Time Division Multiplex). [1]
Geralmente atende-se 64 assinantes por porta GPON,
dividindo a taxa máxima de 2,5 Gb/s pelo total de assinantes,
mas em eventual necessidade, alguns assinantes,
principalmente comerciais ou empresariais, utilizarão taxas
maiores, e por essa razão a divisão de 1:64 pode ser otimizada
ou reduzida.
O objetivo do artigo é detalhar processos de elaboração e
realização do projeto de redes ópticas de acesso da operadora
que transporta informações como serviços de voz, dados e
vídeo, até a casa dos assinantes e como atender mais de um
assinante com uma porta GPON utilizando uma única fibra.
Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Nacional de
Telecomunicações, como parte dos requisitos para a obtenção do Certificado
de Pós-Graduação em Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicações.
Orientador: Prof. MSc. André Luis da Rocha Abbade. Trabalho aprovado em
08/2017.
II. LEVANTAMENTO DAS INFORMAÇÕES PARA ELABORAÇÃO DE
PROJETO DE CONSTRUÇÃO DA REDE ÓPTICA
O levantamento de informações para elaboração do projeto
de rede óptica FTTH tem como objetivo realizar o estudo em
campo, com a finalidade de mapear todos os endereços que
foram contemplados para a construção da rede óptica,
referente a uma determinada localidade. Após essas
informações colhida, é possível criar o projeto para a
construção da rede.
A. Arquitetura de Rede FTTH (FIBER TO THE HOME)
A norma GPON é definida pela ITU-T (International
Telecommunications
Union
–
Telecommunications),
organização normativa com uma abrangência global, que
define normas para redes e sistemas de telecomunicações. A
GPON é uma família de normas pertencente à série G,
sistemas e meios de transmissão para redes e sistemas digitais,
com o número de série G.984, cujos elementos regulamentam
os diversos aspectos da rede GPON, desde as características
gerais até o aumento da cobertura geográfica original,
passando pelos meios físicos, controle e gestão dos
equipamentos de assinante.
B. Características Gerais da GPON
Uma Rede PON (Passive Optical Networks) consiste em um
OLT localizado dentro de uma central telefônica, denominado
CO (Central Office), e uma série de terminais de rede óptica
associados, podendo ser ONT ou ONU (Optical Network Unit)
situados nas instalações do assinante ONT ou em armário de
rua ONU, como ilustrado na Figura 1.
Equipamento ativo
Equipamento ativo
Fonte: Optical Fibre Cables and Systems, ITU-T manual, 2009
Fig. 1. Exemplo de uma ligação por fibra Óptica em rede PON.
Os Elementos da rede GPON, OLT, ONT, ONU e NT
(Network Termination) ilustrados na Figura 1, são interligados
em rede óptica ODN (Optical Distribution Network), dessa
forma os elementos de rede conseguem realizar as
comunicações entre si e levar os serviços de voz, dados e
vídeo para os assinantes. A condição de atender 64 assinantes
a partir de uma fibra da central é possível com a utilização de
splitters, que são divisores ópticos passivos que serão
descritos na sequência deste trabalho.
C. Comprimentos de onda
A GPON utiliza WDM (Wavelenght Division Multiplex)
alocando 3 comprimentos de onda, dois no sentido
descendente e um no sentido ascendente. Numa
implementação típica GPON, os valores utilizados para os
comprimentos de onda estão detalhados a seguir e ilustrados
na Figura 2.
Sentido descendente com duas portadoras, sendo:
1490nm:
Saída da OLT;
Sinal digital que possibilita a implementação de
serviços como IPTV (Internet Protocol Television),
VoIP (Voice over Internet Protocol), acesso internet,
VoD (Video on Demand) , entre outros;
Débito agregado: 2,5 Gb/s;
1550nm:
Saída do equipamento de RF (Rádio Frequência),
RFoPON (RF over PON) sinal de RF que transporta
vários canais de vídeo analógico.
Sentido ascendente com uma portadora, sendo:
1310nm:
Saída da ONT;
Sinal digital (VoIP, Acesso Internet, Canal de Retorno
de IPTV e de VoD, entre outros);
Débito agregado: 1,25 Gb/s.
liderado pela OLT, que atribui a cada ONT um instante e um
intervalo de duração para que a ONT transmita a informação.
Diferente do sentido descendente, no ascendente o splitter
agrupa, passivamente, todas as informações. Logo, se duas
informações chegarem ao splitter ao mesmo tempo haverá a
colisão dos dados. Por este motivo, a OLT precisa conferir o
atraso que ocorre na transmissão da informação de cada ONT
e com esta informação definir e gerenciar o instante que cada
ONT pode transmitir.
Fig 3. Encaminhamento das Informações nos sentidos descendente e
ascendente.
E. Camada Física, PMD (Physical Medium Dependent) –
G.984.2 [1]
Em cada porta PON limita-se no máximo 128 terminais
ONT, mas neste estudo estaremos limitando a 64 por ser
normalmente utilizado pelas operadoras no Brasil. Isto será
possível mediante a utilização de divisores ópticos passivos
(splitters).
F. Divisores de Potência Óptica – Splitters.
Os Splitters Ópticos são dispositivos multiportas do tipo:
N x N (N = 2, 3, 4) ou
1 x N (N = 2, 3, 4, 8, 16, 32)
Fig. 2. Implementação Típica GPON.
D. Funcionamento genérico da Rede
Na rede GPON, no sentido descendente (no nível físico)
toda a informação chega a todos os extremos da rede. A Figura
3 ilustra o encaminhamento das informações. No entanto,
como as informações são criptografadas cada ONT pode
reconhecer apenas a informação que lhe é destinada. No
sentido do assinante para a estação todos os ONT acedem ao
meio físico por multiplexagem no domínio do tempo. A
atribuição de intervalos de tempo é um processo dinâmico,
Estes dispositivos permitem combinar ou dividir sinais
ópticos. São dispositivos bidirecionais, sendo entradas internas
não usadas terminadas para eliminar reflexões indesejáveis.
Estes dispositivos são realizados utilizando apenas fibra óptica
pura, não dispondo de elementos ativos. Um splitter 1:2 que
divide igualmente pelas duas saídas a potência óptica na
entrada, tem uma perda de inserção teórica (mínima) da
entrada para qualquer das saídas e de qualquer das saídas para
a entrada de 3dB, que é a metade da potência de entrada. Um
método simples de se estimar a perda de inserção de um
splitter com saídas equilibradas e um número par de saídas é
aumentar + 3dB cada vez que divide novamente por dois como
ilustra a Figura 4 [1]. Vale ressaltar que o valor real será maior
do que esse, pois o splitter não é um componente perfeito e
ocorrerão outras perdas além da simples divisão de potência.
1: 2
2
>3dB
Typ. 3,5 a 3,9 dB
1: 4
4
> 6dB
+3dB
1: 8
8
> 9dB
+3dB
1: 16
16
> 12dB
+3dB
1: 32
32
1: 64
> 18dB
> 15dB
+3dB
64
+3dB
Fig. 4. Estimativa de Perdas de Inserção do Splitter.
G. Arquitetura de Rede
Em uma representação genérica da Rede de Distribuição,
evidenciam-se os pontos onde serão introduzidos elementos de
infra-estrutura na rede GPON, sendo que os principais
componentes desta rede são:
ET – Estação Telefônica: Também chamada de Estação
GPON ou Central Office;
Rede Primária – Formada pelos cabos de fibra óptica que
partem da Estação;
ARDO – Armário de Distribuição Óptica;
DGOE – Caixa de Distribuição Óptica Externa com
Splitters;
ODN - Rede Óptica de Acesso – Rede óptica que
interliga as OLT às ONU e ONT;
DGO – Distribuidor Geral Óptico;
DGOI – Distribuidor Geral Óptico Interno;
DGOIA – Distribuidor Geral Óptico Interno de Andar;
DGOE – Caixa de Distribuição Óptica Externa;
Drop – Linha de assinante óptica.
A estruturação da rede de cabos Ópticos compreende três
segmentos de rede:
Rede primária constituída pelos cabos ópticos que saem
da Central Telefônica levando fibras que vão alimentar
os splitters localizados nos elementos de rede ARDO
ou DGOE ou mesmo DGOI, marcados em azul na
Figura 5.
Rede secundaria, constituída pelos cabos ópticos que
saem dos elementos de rede como ARDO ou DGOE,
final da rede primária, marcados de vermelho na Figura
5, que vão alimentar os DGOIs.
Cabos Drop dos assinantes, marcados de amarelo na
Figura 5, que saem das DGOI’s e fazem a ligação final
dos assinantes, alimentando o seu equipamento terminal
óptico.
H. Alcance Geográfico
O alcance geográfico de uma rede GPON está condicionado
pela atenuação máxima definida pela norma para cada classe
de porta PON, para o percurso óptico entre o equipamento
GPON da estação e o equipamento ONT de assinante. Todos
os elementos abaixo contribuem para gerar atenuação na rede.
Splitters;
Conectores;
Emendas;
Extensão de fibra óptica.
Os splitters são os componentes que mais contribuem para
esta atenuação, que será maior quanto maior for o número de
divisões feitas, conforme ilustra a Figura 6.
Atenuação ≤ 28dB (PON classe B+)
∑ Atenuações parciais no percurso
Central Telefônica
ARDO/CEOS
Atenuações
parciais
Elemento
Perda unitária MÁX.
Fibra ótica
0,4 dB/Km
Fusão térmica
0,05 dB
Ligação mecânica
0,3 dB
Par de conetores
0,3 dB
Par de conetores de campo
0,35 dB
Splitter 2:2
3,7 dB
Splitter 1:4
7,4 dB
Splitter 1:8
10,7 dB
Splitter 1:32
17,1 dB
riser e
CDOIA
CDOI
Fig. 6. Alcance Geográfico [1].
Apesar de alguns fabricantes anunciarem valores de divisão
da ordem de até 1:128, neste documento estamos utilizando a
razão de 1:64. Na rede FTTH - GPON existem casos que
vamos utilizar a divisão final de 1:32. Isso acontecerá para os
casos em que os ONTs se situem a uma distância considerável
do OLT e não haja potência óptica suficiente para fazer a
divisão para 64 terminais. Teoricamente reduzindo de 1:64
para 1:32, há um ganho de pelo menos 3 dBs, o que representa
aproximadamente 6 km a mais no alcance geográfico.
I. Construções de rede GPON FTTH
Com o aumento da demanda de banda larga e sua tendência
de crescimento cada vez maior, faz-se necessário que as
operadoras migrem suas redes de cobre para redes de fibra
óptica. Uma das opções para esta transição é utilizando
tecnologia GPON. A seguir é apresentada uma descrição dos
elementos utilizados para a construção da rede FTTH.
J. OLT
Fig.5. Arquitetura de Rede [3].
A OLT, localizada na estação telefônica, é um elemento de
rede ativo e sua principal função é gerenciar as informações de
downstream (da estação ao assinante) e upstream (do assinante
à estação) transmitidas para as ONTs e ONUs.
A OLT ilustrada na Figura 7 está dimensionada para atender
8.192 assinantes, sendo 16 placas, cada placa com 8 portas
PON e cada porta pode atender 64 assinantes.
M. Cabo Jumper
Os jumpers ópticos (ou cordões ópticos de manobra) são
geralmente fabricados com uma única fibra óptica no seu
interior. Normalmente são utilizados na interligação entre os
DGO’s e possuem conectores em ambas extremidades.
Fig. 7. Foto de uma OLT.
K. Bastidor de Interligação.
O Bastidor de Interligação possui a função de interligar a
rede ativa (equipamento OLT da Central) com a terminação do
cabo óptico da rede passiva [1].
No Bastidor de Interligação podem ser instalados alguns
módulos, onde cada módulo possui capacidade de muitas
conexões, por exemplo 288. Sua função principal é receber a
fibra da OLT e realizar a interconexão com a fibra da rede
passiva.
As interconexões são feitas através de cordões ópticos
monofibra (jumpers ópticos) conforme ilustrado na Figura 8.
O tamanho do jumper é padronizado para evitar excesso de
fibra óptica no bastidor.
N. Cabos Anti-chamas
Por motivo de segurança, dentro da estação telefônica são
utilizados cabos que tenham proteção anti-chama, conforme
ilustrado na Figura 9. Dessa forma, o projeto cumprirá a
norma ABNT NBR 14705:2010, que especifica que todos os
cabos internos devem ter em seu isolamento o material LSZH.
O termo LSZH significa "Low Smoke, Zero Halogen" (baixa
fumaça, zero halogênio) [4]. No caso de um incêndio, cabos
que contém esse material em sua produção liberam pouca
fumaça, não tóxica, essencialmente livre de halogênio e
reduzindo a propagação de chamas.
Fig. 9. Cabo anti-chamas.
O. Porão de Cabos
O porão de cabos recebe todos os cabos da rede
subterrânea, onde é realizada a interligação entre a rede
externa e a rede interna da central.
Utilizamos uma caixa de emenda para interligar o cabo antíchamas com o cabo óptico externo da central telefônica. A
Figura 10 ilustra um modelo de caixa de emenda que é
utilizada na rede óptica de acesso FTTH. O material é
totalmente vedado para evitar que entre água ou qualquer
impureza em seu interior.
Fig. 8. Bastidor de Interligação.
L. Distribuidor Geral Óptico - DGO
O DGO é um componente totalmente passivo e pode conter
vários módulos, cada módulo pode receber diversos cartões
ópticos e cada cartão óptico pode receber diversas fusões e
conexões. Alguns modelos existentes no mercado, contém 288
conexões por módulo [1].
O cabo da rede externa chega até o DGO e nele são
realizadas as fusões de suas fibras com cordões ópticos que
possuem conectores para a terminação do cabo na rede interna.
Importante frisar que as fusões são realizadas no cartão óptico.
Fig. 10. Caixa de Emenda Óptica.
P. Levantamento de campo - Surveys
O objetivo do levantamento de campo (Survey) é fornecer
informações à equipe que irá projetar a rede óptica de acesso
FTTH. Em sua finalização é possível obter as seguintes
informações:
Endereço;
Quantidade e destinação das UN (Unidades de Negócio);
Infraestrutura interna dos Edifícios: Caixas de Entrada
Interna, Prumadas e Caixas de Piso.
Após as informações de Surveys, a equipe de projeto realiza
a atividade de setorizar o município ou um bairro, e em cada
setor será agrupado uma quantidade de UN’s, conforme ilustra
a Figura 11. Um valor típico é agrupar 512 UN’s.
Fig. 13. Projeto Unifilar.
Fig. 11. Setorização da área.
Q. Projeto Cartográfico
Para iniciar o projeto, o primeiro passo é exportar as
informações do resultado do Survey para uma planta com
cartografia, com cada logradouro numerado.
O Projeto cartográfico deverá mostrar a rede de dutos e a
rede aérea com perfis (para avaliar disponibilidade de dutos e
postes), marcação na planta das obras em curso e terrenos a
construir. É de extrema importância garantir que todos os
Surveys levantados estejam dentro da área do projeto
elaborado.
Desta forma os elementos de rede dimensionados serão os
necessários para o atendimento de todos os possíveis
assinantes numa determinada área. A Figura 12 ilustra um
modelo de projeto Cartográfico [1].
S. Ferramentas
É de extrema importância, que as equipes de campo
possuam as ferramentas adequadas para realizar o manuseio
dos cabos de fibra óptica. A seguir serão apresentadas as
principais ferramentas utilizadas.
Para a abertura do cabo é utilizado o roletador, que tem que
ser indicado de acordo com o diâmetro correto para manuseio
do cabo, para que permita a regulagem da profundidade de
corte da lâmina para a espessura da capa externa ao abrir, de
modo a não danificar os tubos e fibras no interior do cabo,
conforme ilustra a Figura 14.
RCS-114 Rippley/Miller
φcabo - 4.5 - 29mm
Abertura Long& Trans.
ACS ou F1-ACS Rippley/Miller
φcabo – 8 - 28.6mm
Abertura Long& Trans.
Fig. 14. Exemplos de roletadores para cabos de fibra óptica. [5]
Para o corte do cabo de fibra óptica deve-se utilizar um
alicate de corte adequado ao diâmetro do mesmo, conforme
ilustra a Figura 15.
Fig. 12. Projeto Cartográfico.
R. Projeto Unifilar
O Projeto Unifilar, como ilustrado na Figura 13, mostra a
saída de cabos da estação telefônica e a distribuição das fibras
e cabos na área a ser atendida. Os elementos de rede deverão
estar devidamente identificados com respectiva nomenclatura.
Os cabos deverão ser acompanhados com suas respectivas
etiquetas de acordo com a nomenclatura, identificação,
capacidade do cabo, comprimento do lance (CL), fibras ativas,
fibras mortas e fibras diretas e/ou fusionadas no elemento de
rede anterior [1].
Fig. 15. Alicate para Corte de Cabo.
O Alicate ilustrado na Figura 16 realiza o corte do elemento
tensor normalmente constituído por kevlar.
Para retirar o revestimento primário da fibra óptica são
utilizados os descascadores de fibra óptica. Estas ferramentas
possuem ranhuras dimensionadas adequadamente para retirar
as camadas de revestimento, que podem ter 900µm ou 250µm,
sem danificar a fibra óptica, expondo o vidro (casca) da
mesma. Na Figura 20 são ilustrados alguns exemplos de
descascadores de um ou mais furos.
Fig. 16. Alicate para Corte de Tensor de Kevlar.
Quando o cabo é produzido com material de proteção do
tipo aramidas requer a utilização de uma tesoura especial,
como por exemplo a tesoura ilustrada na Figura 17.
NoNik Vermelho
De 900 a 250 µm
Descascadores de múltiplos furos
Furo de menor diâmetro descasca fibra com
revestimento de 250 µm
Fig. 20. Descascadores de fibra óptica [5].
Fig. 17. Tesoura para Corte de Aramidas.
Para a abertura dos cordões ópticos flexíveis monofibra são
utilizados alicates descascadores que apresentam múltiplos
furos de descasque com diferentes diâmetros, como os
exemplos ilustrados na Figura 18. Em alguns descascadores é
possível remover desde o revestimento exterior do cordão até
o revestimento primário da fibra expondo o vidro (casca) da
fibra óptica.
Alicate Descascador com múltiplos furos
para diferentes dimensões de cabo ótico
Alicate Descascador de 3 furos com dupla
funcionalidade:
• Para cabo (furo de maior diâmetro)
• Para fibra ótica :
•φ revestimento fibra -900µm e
•φ revestimento fibra 250 µm
Fig. 18. Exemplo de alicates descascadores [5].
Para a abertura dos tubos loose, que são abertos numa certa
extensão sem quebrar as fibras que contêm, existem
ferramentas próprias cuja designação em inglês é Middle Span
Acess Tool, conforme ilustra a Figura 19.
MSAT Rippley/Miller
φtubos- 1,8 – 3,2mm
Corning MSAT
φtubos– 2,7 – 3,0mm
Fig. 19. Ferramentas para abrir tubos Loose [5].
T. Conectores
Existe uma variedade muito grande de conectores ópticos e
neste documento serão mencionados apenas os de utilização
mais comum em redes e equipamentos FTTH.
Há dois tipos de acabamento na face dos conectores ópticos
com impacto no seu desempenho na refletância (Retum Loss).
Os conectores do tipo PC (Physical Contact) fazem um
acoplamento entre dois ferrolhos e suas terminações fazem um
ângulo de 90° com o eixo da fibra, ou seja, o acoplamento é
perpendicular ao eixo da fibra. Já no conector do tipo APC
(Angled Physical Contact) o acoplamento entre os dois
ferrolhos ocorre com uma superfície inclinada a 8° em relação
à perpendicular do eixo da fibra. Isso faz que a reflexão de
Fresnel na transição não seja confinada e retorne para o núcleo
da fibra óptica [1].
Um conector muito utilizado é o conector SC. Ele é um
conector simples e eficiente, que usa um sistema fácil de
encaixe e oferece pouca perda de sinal (atenuação). É bastante
popular em redes com fibras multimodo e monomodo, mas
vem perdendo espaço para o conector LC, pois o LC é menor
e reduz a ocupação de espaço nos bastidores. O Conector SC
está ilustrado na Figura 21[6].
Conector SC
• Perdasde inserção típicas~0.3dB (par)
• Refletânciatípica ~ -55 a -65 dB
• Nr. de ciclos de conexão ~ 1000
Fig. 21. Conector e adaptador SC/PC.
O adaptador do conector SC ilustrado na Figura 21
possibilita um alinhamento mecânico com elevada precisão,
que permite fazer a interligação entre dois conectores.
O conector LC, ilustrado na Figura 22, é um conector de
encaixe de dimensões reduzidas (mini-conector), por isso
muito utilizado em bandejas, cartões e painéis de
equipamentos, pois permite uma maior densidade de
conectores do que o SC.
O conector E2000, ilustrado na Figura 22, é um conector de
encaixe, tal como o SC, mas tem uma tampa de proteção que
se fecha automaticamente quando o conector é retirado do
adaptador, garantindo a proteção mecânica do conector e física
do técnico de campo. Estas características são muito
interessantes para projetos de longa distância, pois garantem
menor risco de defeitos em enlaces críticos, entretanto este
conector tem custo unitário maior que o SC e que o LC, sendo
preterido em projetos de redes locais, como é o caso da rede
GPON.
O conector FC, ilustrado na Figura 22, é um modelo de
conector utilizado há bastante tempo, é muito robusto e com
boas características mecânicas e por isso muito interessante
para instrumentos de teste, pois reduz o risco de precisar
enviar o equipamento para manutenção em função do desgaste
pelo grande número de conexões realizadas periodicamente.
E2000
FC
conhece, porque apresenta o melhor desempenho em termos
de atenuação e máxima confiabilidade. Uma emenda for fusão,
realizada dentro dos devidos critérios de qualidade, não é
sensível aos agentes externos, tais como a temperatura,
humidade, poeiras e vibração.
LC
Fig. 24. Sujeira nos Conectores.
Concetor de encaixe
Ferrulecerâmica
Tampa de protecção
Conector de encaixe
Ferrulecerâmica
Chave de encaixe
Fixação roscada
Conector de encaixe
Ferrulecerâmica
Mini conector
Lenços de papel que não soltem fiapo
Álcool Isopropílico a 99%
Líquido de limpeza
Cotonetes que não soltem pelos
Fig. 22. Tipos de Conectores [7].
A qualidade da limpeza dos conectores é essencial, pois a
sujeira ou dano na superfície de um conector pode contribuir
para a degradação do desempenho de um sistema de
comunicação por fibra óptica.
Em uma fibra óptica monomodo, com núcleo inferior a
10 µm, qualquer impureza em um conector pode impedir ou
interferir na passagem da luz, como ilustrado na Figura 23.
Sinal transmitido
Núcleo
Casca
Sinal refletido
Sinal atenuado
Ligação com sujeira
Fig. 23. Impureza nos conectores [2].
A existência de impureza num conector óptico, além de
interferir na passagem de luz na ligação em que esse conector
é utilizado, pode danificar a face de um dos conectores,
conforme ilustra a Figura 24. O risco na face de um conector
constitui danos irreparáveis, o que tem como consequência a
sua inutilização [1].
A melhor forma de manter o conector limpo é sempre
proteger a extremidade com seus respectivos protetores.
A Figura 25 ilustra os kits de limpeza mais utilizados.
U. Máquina de Fusão
É universalmente aceito que a emenda por fusão entre fibras
ópticas é o processo de interligação mais eficiente que se
Lenços úmidos
Ar comprimido seco e limpo
Fita de limpeza
Canetas de limpeza
Fig. 25. Kit de limpeza de conector óptico [5].
Para obter uma fusão de 0,1dB exige-se a utilização de um
clivador de boa qualidade, pois a clivagem precisa ser limpa e
perpendicular à fibra óptica [1].
As máquinas de fusão de fibra óptica consistem,
basicamente, num sistema de alinhamento de precisão e um
par de eletrodos que, por arco-voltaico, geram uma
temperatura de 2000ºC, temperatura de fusão da sílica,
permitindo que ao aproximar as duas fibras, ocorra a emenda
por fusão. São também equipadas com um forno para retração
da manta termo contrátil que vai proteger a fibra exposta na
zona da emenda.
As máquinas para executar emendas por fusão sofreram um
grande desenvolvimento na última década, existindo uma
grande diversidade de modelos, como ilustrado na Figura 26.
As máquinas de fusão utilizadas atualmente são
equipamentos muito sofisticados, com automatização da maior
parte das manobras: Aproximação e alinhamento das
extremidades das fibras a emendar e controle das descargas
elétricas (arco-voltaico) em número e intensidade.
Fig. 26. Máquinas de Fusão de Fibra Óptica [8].
V. Ensaio de Ligação
O Ensaio de Ligação deve ser realizado todas as vezes que
uma atividade com fusão for finalizada. O ensaio permite
verificar se a fusão ou conectorização foi bem sucedido e não
apresenta problemas com impacto no seu desempenho, tais
como fusão com atenuação acima do esperado ou macro
curvatura resultante da instalação.
Em uma fusão ou conectorização por fibra óptica todos os
elementos de rede contribuem com uma parcela para o total de
atenuação no enlace óptico, como podemos verificar no
cálculo de atenuação estimada para a ligação ilustrada na
Figura 27, apresentado na Tabela I.
1 conector
20 Km
10 fusões
10 Km
1: 32
5 fusões 1 conector
32
Fig. 27. Exemplo de uma ligação por fibra Óptica.
TABELA I
CÁLCULO DE ATENUAÇÃO
ATENUAÇÃO
PARCIAL
Distância FO (km)
Coeficiente de
atenuação FO aos
1550nm (dB/km)
Atenuação total da
fibra (dB)
Número de fusões
Atenuação média da
fusão (dB)
Atenuação total das
fusões
Número de conectores
Atenuação média dos
conectores (dB)
Atenuação total dos
conectores (dB)
Número de splitters
1:32
Perdas de inserção de
splitter 1:32 (dB)
Atenuação total (dB)
NÚMERO
DE
CONTRIBUIÇÃO
ELEMENTOS
30
0,25
7,5
15
0,1
1,5
2
0,5
1
1
16,7
O Espalhamento de Rayleigh (Rayleigh Scattering) é um
fenômeno intrínseco das fibras ópticas, sendo uniforme ao
longo de todo o comprimento do enlace. A luz ao chocar com
as partículas (impurezas) com um índice de refração diferente,
provoca a difusão da luz. Parte da luz é refletida na direção
contrária e é conhecida como retroespalhamento. O OTDR
apresenta em sua tela o nível do sinal retroespalhado medido
em função da distância. A distância é calculada em função do
tempo que a luz demorou a retornar. Como o feixe óptico que
viaja pela fibra sofre mais atenuação quanto mais distante o
ponto de onde ele é retroespalhado, o nível do sinal
apresentado na tela vai reduzindo proporcionalmente a
atenuação do enlace. Se existirem descontinuidades, elas
permitem identificar as emendas ou anomalias na transmissão
ao longo da ligação.
Já a reflexão de Fresnel ocorre quando a luz passa de um
meio para outro, ou seja, de um meio com um índice de
refração para outro diferente, por exemplo, da fibra para o ar,
dá-se uma reflexão. Este efeito permite-nos identificar cortes
na fibra óptica, emendas com bolha e conectores.
Pode-se clivar a fibra óptica com ângulo (conector APC)
reduzindo significativamente a parcela da luz refletida que será
confinada no sentido contrário, conhecida como perda de
retorno. Ou seja, a perda de retorno é a parcela da reflexão de
Fresnel que de fato retorna pela fibra.
A luz refletida na fronteira entre a fibra e o ar, tem valor
teórico de -14 dB, que significa que a potência óptica refletida
estará 14 dB abaixo da potência óptica de transmissão. Um
conector do tipo UPC (Ultra Physical Contact), consegue
através de contato físico entre as fibras dos dois conectores,
minimizar esta perda em função da qualidade de seu
polimento, reduzindo o contato fibra/ar, pois a maior parte da
superfície estará em contato direto fibra/fibra. Nestas
condições, tem uma perda de retorno entre -35 e -50 dB.
Já um conector do tipo APC que é clivado com ângulo, tem
uma perda de retorno entre – 55 e -65 dB.
16,7
26,7
Há dois tipos de ensaios que podem ser utilizados para uma
ligação por fibra óptica:
Ensaio de continuidade:
Injeção de luz visível;
Medição de potência óptica.
Ensaio de atenuação da ligação.
W. Funcionalidade do OTDR
O OTDR (Optical Time Domain Reflectometer) é um
equipamento utilizado para caracterizar uma fibra óptica, que
consegue detectar, localizar e medir atenuações de eventos em
qualquer localização da ligação. Os ensaios são feitos numa
das extremidades do enlace Óptico.
O funcionamento do OTDR depende de 2 fenômenos
ópticos, ilustrados na Figura 28, o Espalhamento de Rayleigh e
a Reflexão de Fresnel.
Fig. 28. Espalhamento de Rayleigh e Reflexões de Fresnel [2].
X. Traço OTDR
O OTDR representa no eixo X a distância e no eixo Y a
atenuação em dB, conforme ilustra a Figura 29Erro! Fonte de
referência não encontrada.. No início do gráfico existe uma
zona de saturação “zona morta”, em função da reflexão de
Fresnel no conector de entrada. Para se medir a atenuação no
conector de entrada é necessário ter uma bobina de teste,
tipicamente com 200 a 1000 metros de fibra óptica antes do
conector do bastidor, para poder verificar a diferença do nível
do sinal retroespalhado antes e depois do conector.
Cada elemento da rede óptica apresenta uma “assinatura”
própria no traço do OTDR, permitindo assim a sua
identificação, como pode ser observado na Figura 29Erro!
Fonte de referência não encontrada.. Pode-se distinguir
entre eventos reflexivos e eventos não reflexivos. Um evento
reflexivo está sempre associado a uma interrupção da fibra o
que pressupões uma interface fibra/ar. Estes eventos
apresentam perda de inserção (atenuação) e refletância (pico
de reflexão).
Exemplos de eventos reflexivos:
Par de conectores;
Emenda mecânica;
Quebra de fibra;
Fim de fibra terminado em conector;
Emenda por fusão com bolha.
A largura do impulso do OTDR controla o tempo que o
laser ficou ligado injetando luz na fibra óptica. Quanto mais
longo o impulso, maior é o tempo de energia injetada e maior
será a zona morta. Impulsos longos (resolução pequena) são
usados para ver longas distâncias, mas aumentam a zona cega.
Impulsos mais curtos (maior resolução) injetam menos
energia, reduzindo a zona cega. Por exemplo, um impulso de
5 ns, é possível visualizar um conector a 3 metros, mas não o
fim de fibra. Num impulso longo, não é possível observar o
conector a 3 metros, mas percebe-se o fim de fibra.
A zona morta de atenuação, e consequentemente a largura
do impulso, está também relacionada com a distância mínima
após um evento refletivo em que podem-se detectar e medir
um evento não refletivo, conforme ilustra a Figura 31.
Quando há continuidade da fibra não ocorre à Reflexão de
Fresnel e não se consegue observar a refletância do evento.
São eventos não-reflexivos, portanto só apresentando
atenuação, exemplo [2]:
Emendas por junta de fusão;
Macrocurvaturas;
Splitters;
Fim de fibra não reflexivo (Pode ocorrer em conector
com acabamento APC ou eventualmente em fibra
rompida).
Mecanismo
Fig. 30. Zona Cega [2].
A Zona Morta de Evento define a distância mínima entre
dois eventos reflexivos, conforme ilustra a Figura 32, para que
se possa medir a distância até o segundo evento. Por este
motivo, para eventos muito próximos devem ser utilizados
impulsos curtos.
Atenuação (dB)
Fig. 31. Zona Morta de Atenuação (ADZ) [2].
Distância (Km)
Fig. 29. Traço OTDR [2].
Y. Zona Morta ou Zona Cega (Dead Zone – DZ)
A zona morta ou cega do OTDR corresponde a uma
distância inicial da fibra óptica que o OTDR não consegue
analisar, pois o nível de sinal de retorno é muito elevado e
provoca a saturação do seu fotodetector. Esta saturação tem
uma duração no tempo que corresponde à largura do impulso
mais o tempo de recuperação do fotodetector do OTDR, como
ilustra a Figura 30. Como o OTDR converte o tempo em
distância, na fibra óptica, este tempo de saturação corresponde
a uma distância que não se consegue analisar o sinal
retroespalhado.
Fig. 32. Zona Morta de Evento (EDZ) [2].
Z. Gama Dinâmica (Dynamic Range-DR)
A gama dinâmica determina a distância máxima observável
da fibra óptica e corresponde à diferença entre o nível de
potência óptica de injeção do OTDR e o nível de ruído,
conforme ilustra a Figura 33, e estando por isso relacionado
com a distância máxima em que o OTDR consegue adquirir
informação, ou a atenuação máxima que o sinal injetado
consegue vencer. A gama dinâmica também é diretamente
proporcional a largura do impulso, pois quanto maior o
impulso, maior a potência óptica refletida. Assim, um OTDR
para utilização em redes FTTH tem que possuir uma gama
dinâmica que lhe permita vencer a atenuação introduzida pelos
splitters na ligação. A gama dinâmica necessária para um
OTDR para ensaio em redes FTTH GPON está assim
diretamente relacionada com a classe de PON e com o fator de
divisão dos splitter utilizados na rede.
III. CONCLUSÕES
Para a construção da Rede Óptica de Acesso FTTH, a
qualidade da execução do serviço é imprescindível para atingir
o objetivo final. Constantemente na construção da rede
devemos realizar o ensaio de ligação utilizando o OTDR para
monitorar os possíveis eventos causados por falha na
execução.
A importância de atender os 64 assinantes utilizando uma
única porta GPON em uma única fibra óptica trouxe o
benefício de reduzir os custos de implementação para as
operadoras, levando os serviços de voz, dados e vídeos
melhorando a qualidade dos serviços prestados.
Pode-se concluir que é necessário que se tenha a gestão do
processo de qualidade desde o início do projeto, para garantir
o sucesso de sua coordenação e verificar se o que foi projetado
foi executado adequadamente, assim, evita-se gastos
desnecessários e retrabalho devido a erros de execução.
REFERÊNCIAS
[1]
[2]
Fig. 33. Gama Dinâmica do OTDR [2].
AA. Microscópio Óptico com câmera
Este equipamento contém uma câmera de vídeo na ponta do
equipamento, com amplificação (tipicamente 200x ou 400x) e
adaptadores para diversos tipos de conectores ópticos. A
inspeção direta no conector é transmitida para a tela do
microscópio óptico, dessa forma é possível verificar a
existência de impureza e/ou danos irreversíveis (riscos),
conforme ilustra a Figura 34. Este modo de inspeção de
conectores ópticos é seguro para utilizar mesmo no caso do
conector ter sinal óptico, pois a visualização não é direta [2].
Fig. 34. Microscópio Óptico com câmera.
BB. Cuidados no manuseio e na ligação com conectores.
A luz utilizada nas fibras ópticas é luz laser não visível e
pode ter potências elevadas. Por isto não se deve olhar
diretamente ou de frente para a extremidade de uma fibra
óptica ou para o conector óptico, nem observar através de um
microscópio de visualização direta, pois há o risco de provocar
danos irreparáveis na retina, dependendo da potência
envolvida.
[3]
[4]
[5]
[6]
[7]
[8]
Material Interno OI/Telemar não divulgado, Infraestruturas Exteriores
FTTH.
Reference Guide to fiber optic testing Vol 1, França: Second Edition,
2011.
ISEL, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (on-line). Disponível
na Internet. URL: https://www.isel.pt/projetos/dimensionamento-derede-de-operador-ftth.
Sindicelabc
(on-line).
Disponível
na
Internet.
URL:
http://www.sindicelabc.org.br/normas/docs/rev_14705_mar2010.pdf.
PROVITEL
(on-line).
Disponível
na
Internet.
URL:
http://www.lojaprovitel.com.br/home.asp?id=detalhes&codigo=119
Lino Rodrigues, Valnir. Curso de Fibra Óptica (on-line). Disponível na
Internet.
URL:
http://netinforio.com.br/gestao/arquivosportal/file/CURSO%20DE%20FI
BRA%20%C3%93PTICA_2015.pdf, 2017.
DIAMOND
(on-line).
Disponível
na
Internet.
URL:
http://www.diamond-brasil.com.br/pt/.
Fujikura
(on-line).
Disponível
na
Internet.
URL:
http://www.fujikura.com.
Leonardo Chagas Rodrigues1 Cursando a Pós Graduação Engenharia de
Redes e Sistemas de Telecomunicação na INATEL desde 2016. Em 2016
concluiu o MBA em Gestão de Projetos na Universidade Estácio de Sá. Em
2009 concluiu o Curso de Redes Avançadas em Telecomunicações, na
Universidade Estácio de Sá. Atualmente ocupa o cargo de Especialista de
telecomunicação III, na empresa Telemar Norte Leste S.A (OI), aonde já atuou
nas atividades de atendimento Especializado e Outsourcing, gerenciando
redes de dados corporativas através das plataformas: New Bridge, Nortel,
AWS, Huawei, Datacom, DXX. Atualmente faz parte da equipe de
planejamento de rede fixa, aonde tem a função de realizar o planejamento da
rede FTTH e acompanhamento da implantação de Rede, visando à ampliação
e melhoria da cobertura de banda larga e IPTV. Realiza a gestão das
prestadoras de serviços a fim de cumpri prazo de SLA acordados para
entregas das obras, faz, também, a fiscalização das construções em campo e
realizações de teste em fibra ótica. Acompanha reuniões com fornecedores a
fim de homologar materiais para utilização na rede interna e externa.
André Luis da Rocha Abbade² Mestre em Telecomunicações pelo Inatel
em 2008. Em 1990 e 2002, obteve respectivamente os títulos de Engenheiro
Eletricista e Especialista em Engenharia de Redes e Sistemas de
Telecomunicações pelo Inatel. Em 2012 concluiu o curso de Pós-Graduação
em Gestão Empresarial pela FGV. Atuou como engenheiro da Telemig/Oi no
período de 1994 a 2001, ocupando diversos cargos nas áreas de engenharia de
provisionamento de redes até 1998 e de operação e manutenção de rede de
acesso e de transporte até 2001. É Prof. no Inatel desde 1999, tendo
ministrado as disciplinas “Técnicas de Atendimento a Terminais”,
“Comunicações Ópticas”, “Empreendedorismo e Inovação”; “Engenharia
Econômica” e “Matemática Financeira”. Atualmente ocupa também os cargos
de: Coordenador do Curso Superior de Tecnologia em Gestão de
Telecomunicações e Gerente de Educação Continuada no Inatel Competence
Center. Principais áreas de atuação: Comunicações Ópticas e
Empreendedorismo.