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O minEMBc é umprocesso de mediçãode largura de banda defibras ópticasotimizadas a laser, que,segundo o autor, é omodo mais eficaz deavaliar o desempenhode um sistemamultigigabit. Essemétodo leva emconsideração asdiferentescaracterísticas dereflexão das fontesVCSEL e mostra-semais eficaz do que astécnicas de DMD eRML. Outra vantagem éa sua escalabilidadepara várias distâncias.

Potencial delargura de bandade fibras multimodo

Russell Ellis, da Corning (EUA)

Um desempenho confiável emtaxas multigigabit para cabos

de fibra óptica exige a aplicação deminEMBc – largura de bandamodal efetiva mínima calculada,um novo procedimento para amedição de largura de banda defibras multimodo otimizadas paralaser. O minEMBc oferece umanova especificação de largura debanda para fibras ópticas, quedescreve seu real potencial delargura de banda e é escalável paradistâncias variadas.

Há muito tempo as fibrasmultimodo são uma das opçõesmais atraentes para redes quetenham um caminho deatualização contínuo de 10 Mbit/saté 10 Gbit/s ou mais. Devido àcrescente demanda de largura debanda e taxas de dados maiselevadas, está ocorrendo umapassagem da faixa do Mbit/s parao Gbit/s, que exige fibrasmultimodo otimizadas etransceptores à base de laser emvez dos transceptores mais lentos,à base de LED. Essa modificaçãose baseia na ampla introdução deprotocolos Gbit/multigigabit (porexemplo Ethernet, Fibre Channel,etc.) e no crescente interesse emsoluções de 10 Gbit/s e queutilizam a tecnologia VCSEL. Oscomentários a seguir explicam porque o procedimento de medição

de largura de banda normalizadocom a designação minEMBc énecessário para a transmissãoatravés de fibras multimodootimizadas para laser. Emprimeiro plano ficam asvantagens do minEMBc frenteao procedimento mais antigode teste de máscaraDMD – Diferential Mode Delay,que surgiu na fase inicial danormalização do 10GbE.

Passagem às fibrasmultimodo

É muito importante que asfibras multimodo sejam medidase caracterizadas durante afabricação, já que a medição dalargura de banda de fibras não épossível localmente, na aplicação.A passagem das fibras ópticasotimizadas para LED para asfibras ópticas otimizadas paralaser começou em 1981 (figura 1).Simultaneamente, oprocedimento de caracterizaçãode largura de banda de fibrasmultimodo OFL – OverfilledLaunch, que surgiu nos anos 80para o teste de fibras ópticasconvencionais otimizadas paraLED, foi substituído peloRML – Restricted ModeLaunch – largura de banda comexcitação de modos efetivos,

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primeiro procedimento de mediçãode largura de banda para fibrasotimizadas para laser. Durante odesenvolvimento do padrão 10GbEfoi introduzido o mais abrangenteprocedimento de teste de largurade banda a laser, o DMD e, em2004, como reação à passagempara aplicações multigigabit atravésde fibras multimodo, osespecialistas desenvolveram ominEMBc, um procedimento demedição de largura de banda maisrobusto e preciso.

O método OFL utiliza umacoplamento semelhante ao LEDcom preenchimento total do núcleode uma fibra multimodo otimizadapara LED. Aumenta-se a freqüênciade modulação do sinal de luz deentrada até que seja verificável umaredução da amplitude do sinal desaída em 3 dB (50%) (figura 2). Esseponto de freqüência é multiplicadopelo comprimento da fibra ópticapara determinar a largura de bandanormalizada (MHz.km) em 850 e1300 nm. Ao contrário das fibrasmultimodo otimizadas para laser,que têm uma largura de bandamaior em 850 nm, para poderemutilizar a tecnologia laser VCSEL, asfibras ópticas otimizadas para LED,via de regra, têm em 1300 nm umalargura de banda OFL maior. Para

se adequar à passagem surgiu opadrão RML, que utiliza umacoplamento semelhante ao dolaser, lançando o feixe a uma certadistância do núcleo da fibraatravés de um Mode-ConditioningPatch Cord. O RML simula opequeno (restrito) tamanho despot de um laser (figura 2). Dessemodo é possível prever maisprecisamente a largura de bandamultimodo com lasers, quetrabalham com até 1 Gbit/s.

Tecnologias de mediçãode largura de banda DMD

A introdução do método de testeDMD marcou o começo dapassagem a uma avaliação maiscomplexa da largura de banda,baseada em análises feitas nodomínio do tempo, em vez daanálise do domínio da freqüênciado OFL e RML.

O procedimento de teste DMDcom máscaras normalizadas foiintroduzido no início dodesenvolvimento do padrão 10GbE,em 2002. Por isso, esseprocedimento possibilita apenas acertificação para fibras ópticas daclasse OM-3 com 10 Gbit/s numadistância de transmissão de 300 m,como indicado no padrão 10GbE(IEEE 802.3ae). Fibras ópticas quenão atendem a esse teste recaem naclasse OM-2. O procedimento DMDutiliza um laser monomodo, queescaneia gradativamente o núcleo dafibra óptica (não é utilizado umVCSEL, visto que a sua potência éreduzida demais para superar aatenuação dada pelo comprimentodas fibras ópticas dos carretéistestados durante a fabricação).

Em cada degrau o sistema acoplaum pulso de laser para o interior dafibra óptica e mede o tempo de

Fig. 1 – O desenvolvimento de processos de medição de largura de banda,aplicações multimodo e industriais

Fig. 2 – Método de teste OFL para operação com LED e método de testeRML para operação laser em fibras multimodo

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atraso da resposta na saída, paragerar um perfil de saída DMD(figura 3). Com isso, pode-selevantar completamente a estruturade atraso modal das fibras ópticastestadas. Nesse ponto umcomputador analisa todas asrespostas de saída e normaliza-as a25% da amplitude máxima dopulso, efetivamente descartando osdados capturados contendoinformações relacionadas à respostaa fonte utilizada. A respostanormalizada passa a seguir por umaanálise comparativa utilizando umasérie de até sete grupos de máscarasdiferentes, todas empiricamenteoriginadas do padrão 10GbE para odesempenho de 10 Gbit/s atravésde 300 m.

Cada máscara descreve um grupode condições de atraso de tempoconforme a posição de offset (oudegrau) de o acoplamento de laserem relação ao eixo central da fibraóptica. Quando os atrasos dospulsos normalizados estiveremcompletamente dentro dascondições de contornoespecificadas por pelo menos umadas máscaras, então a fibra ópticaatende aos critérios DMD dopadrão 10GbE para trechos de 300 m,e assume-se uma EMB - largura debanda modal efetiva de pelo menos2000 MHz.km.

O critério de teste “sim/não”para máscaras DMD não forneceuma real medida do potencial delargura de banda da fibra óptica. Aescalabilidade do método DMDpara o teste de fibras multimodoem distâncias de transmissão maislongas (por exemplo, 550 m) podenão ser confiável, já que umagrande parte das informações damedição na saída é perdida e asrespostas DMD normalizadas

podem superestimar a realcapacidade da fibra óptica.

O método minEMBc representauma significativa melhoria frente aoprocedimento de teste DMD, poismede a real largura de banda da fibraóptica.

Isso está de acordo com o fatode que a largura de banda dosistema como um todo é umafunção tanto das características delargura de banda da fibra óptica,quanto também das característicasespeciais das diversas fontes delaser. Os VCSELs padronizadosconforme as normas internacionaiscobrem uma vasta gama decaracterísticas de emissão, as quaispodem fornecer resultados delargura de banda bem diferentespara cada fibra multimodo. Oprocedimento minEMBc contémas características de emissão dedez diferentes fontes VCSEL. Aescolha foi feita pela TIA duranteo desenvolvimento do padrãoIEEE 802.3ae para representartoda a faixa dos VCSELsdisponíveis de acordo com opadrão 10GbE, e poder determinaras possíveis faixas de desempenhode largura de banda das diferentesconfigurações laser-fibra.

Fig. 3 – O procedimento de teste DMD com máscaras normalizadas

Fig. 4 – Ilustração da medição de largura de banda minEMBc

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O minEMBc utiliza o DMD paraa primeira etapa do processo demedição, na qual o lasermonomodo escaneia o núcleo dafibra multimodo e ocorre umregistro dos pulsos de saída. Aseguir, os perfis de saída da luz dedez VCSELs são matematicamenteaplicados ao perfil de atrasos DMDpara gerar dez diferentes respostasde saídas VCSEL. Esse processoimita uma série de testes, nos quaistoda a faixa de VCSELspadronizados seria utilizada para acaracterização direta dodesempenho da fibra óptica. Dasdez respostas de saída VCSEL

deduzem-se dez valores separadospara a largura de banda modalefetiva (EMBc em MHz.km) para a

fibra óptica. A especificaçãominEMBc da fibra óptica é definidaentão pelo menor dos dez valores ecom isso se garante o desempenhode aplicações utilizando toda afaixa de transceptorespadronizados. Ao contrário doteste DMD, o minEMBc pode serescalado para todas as distânciasalvo de transmissão a 10 Gbit/s(dentro da faixa de operação dostransceptores conforme padrão)necessárias em aplicações de redereais. O minEMBc ainda pode serampliado de tal forma a incluirdiferentes taxas de transmissão e osefeitos gerados por outrascaracterísticas do laser, como ocomprimento de onda e a largura

Fig. 5 – Maior alcance de 10 Gbit/s, através de fibras ópticas medidas peloprocesso EMBc

Tab. I – O procedimento para caracterização da largura de bandaminEMBc tem vantagens em relação ao DMD

minEMBcminEMBcminEMBcminEMBcminEMBc DMD com máscaras normalizadasDMD com máscaras normalizadasDMD com máscaras normalizadasDMD com máscaras normalizadasDMD com máscaras normalizadasAvaliação de largura de banda mais precisa O procedimento DMD não consegue levar em

de fibras ópticas com base em todos consideração as diferentes características do VCSEos transceptores conforme a norma

Consegue medir informações de largura de Somente teste “sim/não” para obanda reais de laser – valor de largura de banda laser valor previsto de 2000 MHz.kmMedição escalável para taxas de dados alternativas ou Previsão de desempenho para 300 m, nenhum grupo

distâncias de transmissão mais longas/mais curtas de máscaras padrão para, digamos, 550 mPossibilita a representação da reserva do Somente teste “sim/não”

sistema para confiabilidade e atualizações futuras

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espectral. Através disso é possíveluma rápida adaptação ao contínuodesenvolvimento da tecnologia detransceptores e fibras ópticas.

Desempenho dasdistâncias de transmissãoa partir das medições delargura de banda do laser

O alcance de fibras multimododepende de muitos fatores,relacionados com as características decada fibra óptica, com a quantidadede conectores e com as característicasdo transceptor. A largura de bandamínima, medida pelo minEMBc, emconjunto com as necessáriascaracterísticas da fibra óptica e dotransceptor, possibilita o cálculo docomprimento do sistema com basenos modelos IEEE publicados, osquais foram de grande significadopara o desenvolvimento, tanto dopadrão Gigabit quanto também do

10GbE. Os valores reais fornecidospelo minEMBc freqüentementeultrapassam as especificaçõesmínimas exigidas nos padrões defibras ópticas. Em tais casos, comauxílio do modelo IEEE, a largura debanda excessiva pode ser utilizadapara a otimização do sistema,transformando-a em maiores alcancesde distância ou numa maior margemsistêmica. Maiores margens sistêmicasatravés de fibras ópticas com maiorlargura de banda podem permitir autilização de conectores adicionais oude conectores multifibras, o quepossibilita uma instalação maisrápida e flexível, sem prejudicar oalcance do sistema (figura 5). Asespecificações de largura de banda delaser de fibras multimodo nãomedidas com o minEMBc podemser menos precisas, dando assim aodesenvolvedor do sistema menospossibilidades para a maximizaçãodo desempenho do sistema.

Conclusão

Um desempenho de sistemamultigigabit maximizado,confiável e econômico exige aaplicação do método minEMBc,um procedimento confiável para amedição da largura de banda. Aespecificação oferecida pelominEMBc descreve o realpotencial de largura debanda das fibras ópticas e éescalável para distânciasalternativas. Além disso, ominEMBc é o único procedimentopara a caracterização da largura debanda a laser que leva emconsideração as diferentescaracterísticas de emissão dasdiferentes fontes VCSEL.

Artigo publicado originalmente narevista Lanline. Direitos cedidos porKonradin IT – Verlag, Alemanha.