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CAB – Cabeamento Estruturado e Redes Telefônicas

MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO SECRETARIA DE EDUCAÇÃO PROFISSIONAL E TECNOLÓGICA INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA CAMPUS SÃO JOSÉ – SANTA CATARINA

Prof. Ramon Mayor Martins, MSc.

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PARTE 4.2: MEIOS DE TRANSMISSÂO – TIPOS DE MEIOS – Fibra-Optica Disponível em: http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/index.php/CAB-IntTel_(página) Versão 2015

http://wiki.sj.ifsc.edu.br/wiki/index.php/CAB-IntTel_(página)



Ementa

1- Introdução

2- Conceitos Básicos

3- Parâmetros Limitadores

4- Meios de transmissão (par trançado, cabo coaxial, fibra óptica)

5- Cabeamento estruturado

6- Redes Telefônicas

7- Projeto de cabeamento estruturado, rede externa

4 – Meios de transmissão

4.1 - Grandeza Primária dos Meios de Transmissão (Metálicos)

4.2 - Grandeza Secundária dos Meios de Transmissão (Metálicos)

4.3 - Tipos de Meios de Transmissão

4.3.1 - Cabo Coaxial

4.3.2 - Par-Trançado

4.3.3 - Fibra Optica

4.3.4 - Fio de cobre (telefônico)

IFSC – Integrado - CAB - Prof. Ramon Mayor Martins - 2015

4-Meios de Transmissão – 4.3 – Tipos de Meios de Transmissão

4.3.3-Fibra Optica


>>Introdução -Criada por Narinder Kapany (1955) -São estruturas totalmente dielétricas com geometria cilíndrica, na qual a energia luminosa se Propaga ao longo do núcleo (core) -As fibras opticas atuam como condutores de radiação infravermelha --uma ou mais fibras são revestidas individualmente em plásticos, ou outro material, agrupadas e recobertas por uma capa, formando um cabo 1500 nm – 192 THz 0,750 nm – 405 THz


4.3.3-Fibra Optica


>>Composição: -Plástico ou Vidro, ambas com dióxido de silicio (SiO2): -Quartzo, Areia, Plastico e Gases -> dopagem que da o indice de refração no nucleo e casca


4.3.3-Fibra Optica


>>Fabricação da Fibra -os materiais básicos usados na fabricação d fibras opticas são: -silica pura ou dopada -vidro composto -plastico -as fibras opticas fabricadas de sílica pura ou dopada são as usadas em sistemas d telecom -processos d fabricação complexos e caros -Existem 4 tipos d processos d fabricação deste tipo d fibra: -MCVD (modificated chemical vapour deposition) -PVCD (Plasma chemical vapour deposition) -OVD(outside vapour deposition) -VAD (vapour axial deposition) -a diferença entre eles estao na etapa d fabricacao da pre-forma (bastao q contem todas caracteristicas da fibra optica, mas possui dimensoes macroscopicas)


4.3.3-Fibra Optica


>>Propagação na Fibra: Meios de propagação da Luz: Transparente (passagem da Luz) Translucido (passagem parcial da Luz) Opaco (a luz não passa)


4.3.3-Fibra Optica


>>Propagação na Fibra: Fenômenos de propagação: Reflexão Refração


4.3.3-Fibra Optica


>>Propagação na Fibra: -Lei de Snell -para cada meio e para o raio d incidência ou refratado, é constante o produto do seno do ângulo d incidência ou do ângulo d refração e o índice d refração do meio em q este raio se encontra -n1seni = n2senr


4.3.3-Fibra Optica


>>Propagação na Fibra: -Lei de Snell -para cada meio e para o raio d incidência ou refratado, é constante o produto do seno do ângulo d incidência ou do ângulo d refração e o índice d refração do meio em q este raio se encontra


4.3.3-Fibra Optica


>>Propagação na Fibra: -Lei de Snell -para cada meio e para o raio d incidência ou refratado, é constante o produto do seno do ângulo d incidência ou do ângulo d refração e o índice d refração do meio em q este raio se encontra -n1seni = n2senr


4.3.3-Fibra Optica


>>Propagação na Fibra: Indice de Refração: Índice de refração é uma relação entre a velocidade da luz no vácuo (c) e a velocidade da luz em um determinado meio.

Em meios com índices de refração mais baixos (próximos a 1) a luz tem velocidade maior (ou seja, próximo a velocidade da luz no vácuo). A relação pode ser descrita pela fórmula:

O índice n indica quantas vezes a velocidade da luz (c = 3,0x108 m/s) é maior que a velocidade v da mesma luz, no meio considerado.


4.3.3-Fibra Optica


>>Propagação na Fibra: Confinamento da luz no núcleo da FO através da Reflexão, desde que: N nucleo > N casca N – indice de refração


4.3.3-Fibra Optica


>>Estrutura básica da Fibra -material dielétrico (sílica ou plástico) -estrutura cilindrica


4.3.3-Fibra Optica


>>Abertura Numérica da Fibra -A abertura numérica indica a capacidade da fibra d captar a luz -Ângulo de aceitação (Ɵa): eh o ângulo d incidência limite acima do qual os raios luminosos q

penetram na fibra optica não serão transmitidos


4.3.3-Fibra Optica

>>Espectro da Luz e Comprimento de Onda

IFSC – Integrado em Telecomunicações - RDT - Prof. Ramon Mayor Martins - 2015

NIR – Near Infrared

-Infravermelho próximo -É chamado de Infravermelho Reflexivo -Near-infrared é a região mais próxima no comprimento de onda da radiação detectáveis pelo olho humano -Definida pela absorção de agua -Comumente utilizado em Fibras Opticas, por causa da baixa atenuação na fibra. -Energia: 413 meV ~ 1.59 eV


4.3.3-Fibra Optica


>>Espectro da Luz e Comprimento de Onda -comprimento d onda expresso em micron (um) ou nanometro (nm) -o espectro da luz visível vai desde o ultra-violeta (UV) até o infra-vermelho (IV) -operam em três zonas do IV (~850nm, 1310nm, 1550nm) -essas zonas são as janelas d operação da fibra optica


4.3.3-Fibra Optica


IFSC – Integrado em Telecomunicações - RDT - Prof. Ramon Mayor Martins - 2015


4.3.3-Fibra Optica


>>Espectro da Luz e Comprimento de Onda -comprimento d onda expresso em micron (um) ou nanometro (nm) -o espectro da luz visível vai desde o ultra-violeta (UV) até o infra-vermelho (IV) -operam em três zonas do IV (~850nm, 1310nm, 1550nm) -essas zonas são as janelas d operação da fibra optica


4.3.3-Fibra Optica




4.3.3-Fibra Optica


>>Vantagens -é indicado para comunicações ponto a ponto em redes d pequeno porte (curta distancia), redes LAN e para redes publicas d telecom (longas distancias) -velocidade (taxas d tx) elevada d alguns Gbps -segurança e rigidez elétrica e mecânica pela característica da fibra, imune a descargas Atmosféricas -imunidade a interferências (ruídos) -baixa atenuação (inferior a 0.3 dB/Km qdo comparada com os acessos metálicos -capacidade d atendimento intercontinental com uso d regeneradores (amplificadores opticos) -ausencia d diafonia -materia prima abundante (Silica –SiO2) -compactas -banda d passagem larga


4.3.3-Fibra Optica


>>Desvantagem -custo mais elevado e tempo maior d implantação -dificuldade d permissões d uso do solo -dificuldade d alimentação ate o assinante -conexoes difíceis -fragilidade das fibras opticas sem encapsulamento -derivacoes com grandes perdas


4.3.3-Fibra Optica


>>Comparações com outros meios


4.3.3-Fibra Optica

>>Tipos de Fibras Opticas - Multimodo : propagação em diversos modos. - Indice Degrau - Indice Gradual - Monomodo: propagação em apenas um modo


4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas >>Multimodo Indice Degrau (MM – Step Index) • Variacao abrupta do índice de refração do núcleo com relação a casca, dando origem a um perfil

de índices tipo degrau.

• Um nível de reflexão

• n1> n2

• Cone de aceitação: 30º e 40º


4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas >>Multimodo Indice Degrau (MM – Step Index) • diametro do núcleo: 50 a 200 um (utilizados: 62,5 um e 50 um)

• Diâmetro da casca: 125 a 400 um (utilizado: 125 um)


4.3.3-Fibra Optica

>>Tipos de Fibras Opticas >>Multimodo Indice Degrau (MM – Step Index)

• capacidade limitada d transmissão (5dB/km e 30MHz km)

• comprimento d onda típico: 850 nm (1ª Janela)

• Atenuação elevada

• Pequena largura de Banda • < 30 MHz


4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas >>Multimodo Indice Degrau (MM – Step Index)

• Aplicacoes: Curtas Distancias ate 1km Taxa d transmissão d ate 10Mbps Utilizada em LAN Facilidade de se trabalhar


4.3.3-Fibra Optica



4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas >>Multimodo Indice Gradual (MM – Graded Index) -Indice d refracao muda do núcleo para a casca – gradualmente -variacao gradual do índice d refracao do núcleo com relação a casca -permite a propagação d vários modos (luz percorre diferentes caminhos com Diferentes velocidades) Cone de aceitação: 30º e 40º


4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas >>Multimodo Indice Gradual (MM – Graded Index) • diametro do núcleo típicos: 50 e 62,5um)

• Núcleo com vidros especiais

• Diâmetro da casca: (utilizado: 125 um)


4.3.3-Fibra Optica

>>Tipos de Fibras Opticas >>Multimodo Indice Gradual (MM – Graded Index)

• maior capacidade q índice degrau (3dB/km em 850nm e 500MHz km)

• comprimento d onda típico: 850 nm (1ª Janela) e 1310 nm (2ª Janela)

• Baixa atenuação


4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas >>Multimodo Indice Gradual (MM – Graded Index)

• Elevada capacidade

• Aplicacoes: Curtas distancias (ate 4km) ,

• Taxas d transmissão d ate 100Mbps

• Aplicação: Para Telecomunicações, utilizada em LANs

• Facilidade em se trabalhar


4.3.3-Fibra Optica



4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas >>Monomodo Apenas o modo fundamental é guiado


4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas >>Monomodo Diametro do núcleo: 8 e 10 um (usual 9 um) – poucas vezes maior q o comprimento d onda Diâmetro da casca: 125 ate 240 um (usual 125 um) Cone de aceitação: 10º


4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas >>Monomodo (MM – Graded Index) Grande largura de banda 10 a 100 GHz (aumenta a capacidade de transmissão) Menor perda (0,7 dB/km – 1310 nm) (0,2 dB/km – 1550 nm)


4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas >>Monomodo (MM – Graded Index) Aplicacoes: Distancias d ate 80km sem repetidores, Taxas de Transmissao d 2.4Gbps Usada em companhias de CATV, telefonia


4.3.3-Fibra Optica


>>Tipos de Fibras Opticas Comparação:


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Atenuação Dispersão


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Atenuação Atenuação Diminuição progressiva da potência do sinal luminoso Soma de várias perdas Medida em dB/ km • Intrínseca – quando causado por substâncias da fibra • Extrínseca – quando causado por forças externas • Absorção


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Atenuação Atenuação Extrínseca – quando causado por forças externas • Macrocurvaturas

• Microcurvaturas


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Atenuação Atenuação Intrínseca: Quando causado por forças internas; Causado por impurezas:


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Atenuação Absorção Material: - Causada pela imperfeição e impurezas na fibra - OH- - Responsável por 3 a 5% da atenuação

- Luz é absorvida por impurezas e convertida em energia de vibração ou calor.


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Dispersão • Dispersão de Rayleigh • Dispersão Cromática • Dispersão Modal • Dispersão de Polarização Modal (PMD) • Dispersão Raman Estimulada (SRS) • Dispersão Brillouin Estimulada


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Dispersão • Dispersão de Rayleigh Luz interage com moléculas de silício no seu interior Essa interação causa colisões elásticas Responsável por 96% da atenuação na fibra Dependendo do ângulo de incidência pode ser refletida para trás. O Equipamento (OTDR – Refletômetro de Domínio de Tempo Optico) utiliza esse fenômeno Muito comum na 1ª Janela = 800 nm e abaixo.


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Dispersão • Dispersão de Cromática Luz em forma de pulso vai se espalhando ou alargando temporalmente Dispersão causa BER, chegam com largura maior Alta na 3ª janela = 1550 nm Significativa nas aplicações monomodais Medida em ps/nm - Km


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Dispersão • Dispersão Modal

Várias modalidades de luz chegam ao RX em tempos diferentes causando espalhamento. Só ocorrem nas fibras multimodo Limita a distancia na utilizacao das fibras Decorrente dos modos que viajam na fibra


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Dispersão • Dispersão de Polarização Modal (PMD) Causado pela variação geométrica da FO, pois ela não é um cilindro perfeito Causas: Fabricação ou ações na FO A fibra monomodo suporta apenas 1 modo que tem 2 modos de polarização (birefrigência) – Essa dispersão faz com que um modo viaje mais rápido que o outro


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Dispersão • Dispersão Raman Estimulada (SRS)

Fotons interage com a Sílica provocando efeito de dispersão Faz com que Comprimentos de onda menores aumentem a amplitude dos comprimentos de onda maiores. Pode ser reduzida com a diminuição da potência de entrada Nas faixas C e L Margem de Projeto 0,5 dB


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Dispersão • Dispersão Brillouin Estimulada (SBS) Interação das propriedas acusticas do foton com o meio de propagação Provoca efeito de dispersão Pico máximo na Banda C Exigência do projeto 0,5 dB


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Atenuacao / Dispersao Atenuação • Intrínseca – quando causado por substâncias da fibra • Extrínseca – quando causado por forças externas • Absorção – OH- , luz em calor/vibração Dispersão • Dispersão de Rayleigh – Luz, retorna, colisão elástica • Dispersão Cromática – luz alargando • Dispersão Modal – luz em tempos diferentes • Dispersão de Polarização Modal (PMD) – geometria da fibra • Dispersão Raman Estimulada (SRS) – fotons interagem causa dispersão • Dispersão Brillouin Estimulada – interacao das propriedades acusticas do foton com o meio.


4.3.3-Fibra Optica


>>Parâmetros Opticos: Atenuacao / Dispersao .


4.3.3-Fibra Optica


>>Fontes Opticas: Tipos:

• LED (Light Emitting Diode) • LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) • VCSEL (Vertical Cavity Surface Emmiting Laser) .


4.3.3-Fibra Optica


>>Fontes Opticas: • LED (Light Emitting Diode)

o Comprimento de onda = 850 nm (1ª Jan) e 1310 nm (2ª Jan) o Modulação máxima: 200 MHz o Taxa de transmissão limitada: 622 Mbps o Menos sensíveis ao calor do que o LASER (ILD) o Vida útil maior o Potência média: -10 dBm (0,1 mW) ~ -30 dBm (0,001 mW) o Emissão da luz: superior a 100um o Spot size: 120º a 180º o Operação: -Similar a um diodo de junção comum. -Pequena tensão aplicada em um terminal -Microcorrente flui através da junção -libera fótons. .


4.3.3-Fibra Optica

>>Fontes Opticas: • LASER (Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation) o Comprimento de onda = 1310 nm (2ª Jan) e 1550 nm (3ª Jan) o ILD – Injection Laser Diode o Feixe único de propagação. o Modulado pela variação de corrente até 10 GHz o Taxa de transmissão limitada: 622 Mbps o Mais sensível ao calor do que o LED (param de funcionar, quando a temperatura aumenta) o Vida útil menor o Potência média: +1 dBm (1mW) ~ -3dBm (0,5 mW) o Emissão da luz: 8 a 10um o Spot size: 10º a 35º o Operação: -Similar ao LED. -Acima de uma determinada corrente, ocorre um fenômeno de estimulação -cada fóton produz um segundo fóton.


4.3.3-Fibra Optica


>>Fontes Opticas: • VCSEL (Vertical Cavity Surface Emmiting Laser) o Diodo LASER do tipo VCSEL o Comprimento de onda = 850 nm (1ª Jan) e 1310 nm (2ª Jan) o Modulado pela variação de corrente que os atravessa, até 5 GHz o Taxa de transmissão na ordem de 10 Gbps o Baixo custo de fabricação o Baixo consumo de potência o Alta taxa de modulação o Alta eficiência no acoplamento optico o Potência média: +1 dBm (1mW) ~ -3dBm (0,5 mW) o Emissão da luz: 30 a 40 um


4.3.3-Fibra Optica


>>Fontes Opticas:


4.3.3-Fibra Optica


>>Receptores Opticos: Elemento ativo: - fotodetector (fotodiodo) - responsável pela detecção e conversão do sinal luminoso em elétrico Parâmetros: Responsividade: Relação do sinal que saiu com o sinal que entrou Sensitividade: capacidade que um fotodetector tem de enxergar a luz SNR: (Relação Sinal/Ruído) BER: (Taxa de erro de bit) Tipos: • PIN (Positive-Intrisic-Negative) • APD (Avalanche Photodiode) .


4.3.3-Fibra Optica


>>Receptores Opticos: • PIN (Positive-Intrisic-Negative) o Similar ao LED, mas opera de modo inverso – a luz é absorvida e os fótons são convertidos em elétrons o Baixo custo o Confiabilidade


4.3.3-Fibra Optica


>>Receptores Opticos: • APD (Avalanche Photodiode) o Similar ao PIN, mas fornece ganho através da amplificação, um fóton libera muitos elétrons o Maior precisão o Maior sensibilidade o Maior complexidade


4.3.3-Fibra Optica

>>Amplificadores Opticos: EDFA – Erbium Doped Fiber Amplifier o Opera no domínio optico o Fibra dopada com Erbio o Amplifica sinais em torno de 1550 nm (onde as fibras apresentam a menor atenuação possível) o Utilizado 15 a 30 metros de fibra EDFA para recuperar o sinal o Substituem os regeneradores elétricos o De especial interesse em sistemas que utilizam a multiplexação DWDM

o Operação:

o Um sinal fraco entra no EDFA onde é injetado luz (980 ou 1480 nm) usando um laser o Esta injeção estimula os átomos de Erbio a soltarem sua energia armazenada na forma de luz (1550nm) o O sinal aumenta fortemente e tambem adiciona ruído ao sinal

o Parâmetros: o Ganho plano o Nível de ruído (baixo ruído) e potência de saída

.


4.3.3-Fibra Optica


>>Conectores Opticos: São dispositivos passivos que servem de interface e providenciam a conexão da fibra óptica, seja de um cabo ou de um cordão, aos dispositivos ativos aos cabos instalados em uma rede. Os conectores ópticos servem de interface para vários tipos de equipamentos, por exemplo:

• Interfaces em redes: LAN's, WAN's, ou MAN's; • Conexão entre cabos do tipo ponto-à-ponto; • Painéis de conexão para roteamento de cabos; • Conexão entre equipamentos ativos e rede. .


4.3.3-Fibra Optica


>>Conectores Opticos: As principais características dos conectores ópticos são: • Baixas perdas por inserção e reflexão; • Estabilidade elétrica da conexão; • Montagem bastante simples; • Alta estabilidade mecânica; • Tipo de conectores padronizados pela indústria; • Permite várias conexões e desconexões; • Baixo custo de operação, aplicação e manutenção. .


4.3.3-Fibra Optica


>>Conectores Opticos: Tipos: .


4.3.3-Fibra Optica


>>Conectores Opticos: Tipos: Conector ST .


4.3.3-Fibra Optica


>>Conectores Opticos: Tipos: Conector SC .


4.3.3-Fibra Optica


>>Conectores Opticos: Tipos: Conector FC .

4 – Meios de transmissão

4.1 - Grandeza Primária dos Meios de Transmissão (Metálicos)

4.2 - Grandeza Secundária dos Meios de Transmissão (Metálicos)

4.3 - Tipos de Meios de Transmissão

4.3.1 - Cabo Coaxial

4.3.2 - Par-Trançado

4.3.3 - Fibra Optica

4.3.4 - Fio de cobre (telefônico)



4.3.3-Fibra Optica


>>Conectores Opticos: Tipos: Conector FC .

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