SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO ÓPTICA : INICIAR A PROPOSTA DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM DISCIPLINA OPTATIVA, DURANTE PERÍODO DE AQUISIÇÃO DE CRÉDITOS.

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1 SISTEMAS DE COMUNICAÇÃO ÓPTICA : INICIAR A PROPOSTA DA DISSERTAÇÃO DE MESTRADO EM DISCIPLINA OPTATIVA, DURANTE PERÍODO DE AQUISIÇÃO DE CRÉDITOS. Sandra Maria Dotto Stump sstump@mackenzie.com.br Maria Aparecida Martinez magmartinez@mackenzie.com.br Luiz Sérgio Zasnicoff lszasnicoff@mackenzie.com.br Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Universidade Presbiteriana Mackenzie Resumo. Este artigo descreve como os alunos do Curso de Mestrado da Universidade Presbiteriana Mackenzie iniciam a proposta de dissertação durante o período em que estão cursando disciplinas, consideradas optativas, e buscando a especialização dentro da linha de pesquisa escolhida. Através de experimentos realizados em programas de simulação, mais especificamente o Photonic Transmission Design Suite ( PTDS ), o aluno participa da disciplina, individualmente ou em grupo, gerando dados, produzindo e documentando resultados e iniciando a divulgação de seu trabalho final de dissertação. Palavras-chave: Simulação, Comunicação óptica, Pesquisa, Dissertação, Propagação em fibra óptica. 1. Introdução A principal característica do corpo discente que se apresenta no Curso de Mestrado da Universidade Presbiteriana Mackenzie é a diversificação de formação dos candidatos, tanto do ponto de vista da escola de origem, como do tempo decorrido após a saída da graduação. Um outro aspecto que não se pode ignorar é que o Engenheiro que volta à Escola depois de alguns anos de trabalho nas diversas áreas de Engenharia, trás consigo uma bagagem de experiência prática que não deve ser ignorada e muito menos desperdiçada. Ao se elaborar um plano de ensino para uma disciplina que se caracteriza como optativa dentro da linha de pesquisa, há de se imaginar que os alunos a escolheram por terem uma afinidade ou interesse com o resultado das pesquisas decorrentes dos estudos em questão. Acreditamos ser uma pratica interessante e motivadora explorar o conhecimento dos professores envolvidos, mas, também estimular o desempenho dos alunos através de participação ativa de pesquisa e trabalhos de simulação. Estas atividades servirão para sedimentar os conceitos apresentados em aulas teóricas e conduzir os alunos a darem sua contribuição ao conjunto de atividades propostas na disciplina. É interessante lembrar que um trabalho de mestrado pode significar um agente multiplicados de conhecimentos, que venha gerar outras pesquisas complementares importantes. 2.Linha de Pesquisa em Sistemas de Comunicações ópticas Os sistemas de Comunicações ópticas desenvolveram-se rapidamente a partir da disponibilidade de fibras ópticas de baixas perdas, o que também deu origem a um novo campo de estudos : a óptica não linear em fibras. Processos ópticos não lineares em fibras sempre foram vistos como fatores que limitariam o alcance e/ou a capacidade de transmissão de dados em sistemas de comunicações. Embora os primeiros sistemas de comunicações não tenham sido afetados por tais fenômenos, o crescente progresso nas tecnologias de fibras ópticas, lasers semicondutores, sistemas e técnicas de deteção, fez com que os efeitos não

2 lineares nas fibras tivessem maior peso na determinação dos limites operacionais dos sistemas mais avançados. Assim, a ênfase desta linha de pesquisa é voltada para o estudo de fenômenos não lineares em fibras. Este tema é abordado em duas etapas : uma tratando das características físicas dos fenômenos não lineares mais significativos e, a seguir, de sua influência no desempenho de sistemas de comunicações ópticas. A pesquisa inclui ainda um outro tema, abordando a propagação de sólitons em fibras ópticas, devido a sua aplicação potencial em sistemas de alta capacidade e longo alcance. E, finalmente o estudo da compensação de dispersão cromática em fibras ópticas, que é causada pela variação da velocidade de grupo na fibra com a freqüência óptica de transmissão para os sistemas que operam na faixa de 1550nm ( terceira janela), onde o ganho de amplificadores ópticos é maior. Posteriormente, os resultados obtidos nestas etapas serão utilizados na simulação de desempenho de subsistemas e sistemas de comunicações ópticas, de modo a avaliar as características de operação de um sistema antes de sua implantação física. Em todas as etapas de desenvolvimento da linha de pesquisa está prevista a participação de alunos pois os temas são bastante atuais e além dos aspectos acadêmicos e científicos são de interesse das operadoras de telecomunicações do Brasil. 2.1 Análise de efeitos não lineares em fibras ópticas e de sua influência no desempenho de sistemas de comunicações ópticas de longas distância. O objetivo principal deste projeto é o estudo das características dos processos não lineares em fibras ópticas e de sua influência sobre o desempenho dos sistemas de comunicação de longas distâncias. Serão avaliados e estimados os níveis críticos de potência de tais processos. O estudo é restrito ao caso de fibras mono-modo, pois o pico de intensidade óptica no núcleo deste tipo de fibra é maior do que em fibras multimodos, favorecendo a ocorrência de efeitos não lineares. Além disto, os modernos sistemas de comunicação são, principalmente, baseados em fibras mono-modo. Especial atenção é dedicada a sistemas multiplexados em comprimento de onda, pois esta configuração é a que apresenta maior capacidade de transmissão de informação. As informações obtidas neste projeto são de grande valia e importância para o projeto adequado de sistemas de comunicações ópticas, pois podem auxiliar na determinação de seu alcance e/ou capacidade de transmissão de dados. Convém ressaltar que as empresas de telecomunicações nacionais estão, atualmente, avaliando diversas alternativas para sistemas de comunicações ópticas, especialmente do tipo WDM. 2.2 Análise da propagação de sólitons em fibras ópticas O objetivo básico deste projeto é analisar as características físicas do fenômeno de propagação de sólitons em fibras ópticas, visando sua utilização em sistemas de comunicações como a possibilidade de um aumento extraordinário nas taxas de transmissão de dados e no alcance. As informações obtidas neste projeto são de grande valia para o desenvolvimento de sistemes de comunicações ópticas baseados em sólitons, atualmente sendo avaliados pelas empresas se telecomunicações. 2.3 Compensação de dispersão cromática em fibras ópticas Este projeto tem como objetivo básico investigar a utilização de Redes de Bragg ( redes de difração ) para compensar efeitos da dispersão cromática em fibras ópticas, visando o aumento do alcance dos sistemas de comunicações ópticas

3 baseados em fibras convencionais e utilizando modelos numéricos desenvolvidos ao longo de projeto. As Redes de Bragg representam uma forma simples, barata e eficiente de compensação da dispersão; os modelos numéricos desenvolvidos permitem avaliação no alcance de sistemas ópticos já instalados e o projeto/instalação de novos sistemas de longo alcance. 3.Estratégia A estrutura básica do curso de mestrado da Universidade Presbiteriana Mackenzie é a seguinte: após o processo seletivo, o aluno permanece durante dois semestres letivos cumprindo créditos em disciplinas, sendo que no primeiro semestre irá cursar duas disciplinas obrigatórias e uma disciplina optativa característica da área de atuação ( no caso específica, Sistemas de Comunicações ). No segundo semestre, uma disciplina obrigatória e, para conclusão dos créditos em disciplinas, duas optativas pertencentes à linha de pesquisa. É neste momento que se pretende desenvolver as atividades aqui propostas onde o aluno irá iniciar, através de simulações e projetos, suas atividades de pesquisa, orientados pelos professores envolvidos nos projetos apresentados. 3.1 A disciplina Sistemas de Comunicações Ópticas O objetivo da disciplina é fornecer ao aluno conhecimentos especializados sobre os sistemas de comunicação óptica, suas características físicas e sistêmicas, modos de propagação, principais aplicações, indicados para a transmissão analógica ou digital nas janelas comerciais existentes, preparando-o para o projeto e a análise de desempenho de sistemas de comunicações ópticas. O curso se inicia com uma retrospectiva histórica uma discussão da necessidade de comunicações ópticas. A seguir, o curso aborda diversos aspectos relativos a sistemas de comunicações ópticas, como transmissores e receptores ópticos, fibras ópticas, projeto e análise de desempenho de sistemas de comunicações ópticas, diferentes formas de multiplexação de canais, principais tipos de amplificadores ópticos e suas características e sistemas solitônicos. A disciplina se desenvolve durante quarenta e oito horas com encontros de quatro horas/aula semanais; o conteúdo é apresentado em aulas expositivas, mas esta não é a atividade central da disciplina, ela prepara as atividades dos alunos no desenvolvimento de projetos, optando-se por um estudo centrado nas atividades dos estudantes. Preferencialmente, os alunos trabalham em duplas, com projetos indicados pelos professores e dados obtidos pelos processos de simulação permitidos pelo PTDS. São reservados encontros semanais onde os alunos apresentam ao grupo sua experiência e resultados; nesta fase, pode-se verificar o aprimoramento de capacidade crítica, da análise e exposição adequada dos temas escolhidos. É nesta fase também que se verifica a grande contribuição da experiência prática que o aluno traz, adquirida da atividade profissional que desenvolveu fora da escola. 3.2 Photonic Transmission Design Suite ( PTDS ) O Photonic Transmission Design Suite é uma ferramenta computacional que oferece recursos de modelamento de componentes ópticos e de simulação de enlaces ópticos. Com relação aos componentes, o PTDS possui uma biblioteca bem detalhada contendo os modelos físicos dos dispositivos fotônicos e uma interface gráfica com o usuário que permite facilmente alterar os parâmetros físicos e visualizar como o desempenho do componente é afetado. Para ilustrar, segue exemplo de alguns dos componentes encontrados na biblioteca: amplificadores ópticos, transmissores,

4 receptores, fibras, conversores de comprimento de onda, e roteadores. Além disso, o software oferece uma variedades de componentes eletro-opticos, analógicos e digitais, e permite a combinação dos vários componentes formando um sistema óptico completo. Dentre os sistemas que podemos caracterizar o desempenho encontram-se sistemas analógicos, digitais, e WDM. 4. Conclusão Embora tenha sido utilizada somente pela segunda vez no Programa de Engenharia Elétrica dentro da linha de pesquisa de Comunicações ópticas, este processo tem se mostrado bastante eficiente. No período de 1998/1999 gerou duas dissertações de mestrado apresentados em setembro de 2000 e três orientações com qualificação prevista para fevereiro de A compatibilidade entre o objeto de estudo e a atividade profissional que já tenha sido desenvolvida pelo aluno propicia um trabalho motivado e eficiente dentro de prazos bem dimensionados e adequados. É importante dizer que a atividade dos professores envolvidos, quer na responsabilidade da disciplina, quer na orientação da dissertação, em função de conviver com os alunos em processo dinâmico e criativo, torna-se agradável e enriquecedora, exigindo novas soluções e busca de alternativas interessantes aproximando a disciplina de atividades reais e atuais. Apêndice Dissertações de Mestrado apresentadas Contribuição ao Estudo do Efeito não Linear causado pelo Espalhamento Estimulado Raman Resumo : Considerando o efeito estimulado Raman, foi estudado o comportamento de potência máxima por canal que pode ser aplicado em uma fibra óptica em função do número de canais. Para o trabalho, foi utilizado o software Photonic Design Suite (PTDS) com o qual, através de algumas mudanças, pode-se simular transmissões com 4,10,24,40 e 50 canais. Feitas as simulações, constatou-se que para cada caso, a atenuação é assegurada abaixo de 1dB quando os canais ( 4,10,24,40 e 50) são submetidos à potência adequada. Simulação de redes de Bragg por reflexão, utilizando o programa FOGS-BG Resumo: Utilização do Programa FOGS-BG da Apollo Photonics para projetar Redes de Bragg. Foram simuladas redes uniformes, redes com chirp e posteriormente verificado o efeito de polarização nessas redes. De particular interesse foi também simulado o emprego dessas redes na compensação da dispersão em uma fibra óptica.

5 Figura: Exemplo de simulação de um enlace óptico digital