TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM TELECOMUNICAÇÕES. Fibra Óptica

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1 Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza GOVERNO DO ESTADO DE SÃO PAULO Etec JORGE STREET TRABALHO DE CONCLUSÃO DO CURSO TÉCNICO EM TELECOMUNICAÇÕES Fibra Óptica Alexandre Lorca Ingegneri Dennis Bellini da Silva Heloise da Silva Leite Professor(es) Orientador(es): Luiz Carlos da C. e Silva São Caetano do Sul / SP 2014

2 Fibra Óptica Trabalho de Conclusão de Curso apresentado como pré-requisito para obtenção do Diploma de Técnico em Telecomunicações. São Caetano do Sul / SP 2014

3 RESUMO Levando em consideração as necessidades do mercado de trabalho que está em pleno crescimento na área de fibra óptica, mas que em contrapartida existe uma grande deficiência de pessoas conhecedoras do assunto. Este trabalho visa passar uma base dos conceitos básicos, como tipos de fibra, aplicabilidade, manuseio e manutenção. Palavras-chave: Inspeção e Limpeza, Potência e atenuação.

4 Sumário INTRODUÇÃO...5 Vantagens:... 5 DESCRIÇÃO DO PROJETO...5 OBJETIVOS...6 JUSTIFICATIVA DESENVOLVIMENTO DO PROJETO...7 Transformando dados em luz... 8 Cabos de fibra ótica... 9 Proteção plástica... 9 Fibra de fortalecimento... 9 Revestimento interno... 9 Camada de refração Núcleo Multimodo e monomodo Monomodo Multimodo Isso sim é velocidade Saudades do cobre: fibra ótica também tem defeitos Tecnologia do futuro CONECTORES E POLIMENTOS - PERDA POR RETORNO E INSERÇÃO OTDR RESULTADOS OBTIDOS CONCLUSÃO... 17

5 5 Introdução Vantagens e desvantagens em utilizar cabos de fibra ótica O cabeamento de fibra ótica para internet de alta velocidade, telefonia e conexões a cabo é uma tecnologia com muitas vantagens e limitadas desvantagens. Os cabos de fibra ótica transferem dados através de ondas eletromagnéticas. Seus núcleos são feitos de vidro ou de fibras plásticas, envoltos por uma camada de revestimento (desenvolvida para refletir a luz de volta para o núcleo) e por uma camada "amortecedora", que protege as fibras da umidade e outros danos. Vantagens: A transmissão de dados em fibra ótica é incrivelmente rápida. Os cabos de fibra ótica não são suscetíveis à interferência RF (radio frequência), que pode ser um problema relevante aos usuários do típico cabo coaxial. Os cabos de fibra ótica transmitem dados através de longas distâncias sem muitas perdas. Desvantagens: Frequentemente, o cabeamento em fibra ótica pode custar mais que o dobro de uma conexão típica de banda larga, sendo difícil para um usuário comum justificar este custo. As conexões de fibra ótica não se encontram disponíveis em muitas áreas. Descrição do Projeto Inspeção e limpeza. Potência e atenuação.

6 6 Objetivos avançada. Mostrar o funcionamento da fibra óptica e suas vantagens em tecnologia Justificativa Houve uma identificação com esse projeto de cabeamento estruturado, ou fibra óptica, por haver uma necessidade no mercado de trabalho.

7 7 3 Desenvolvimento do Projeto Como funciona a fibra ótica [infográfico]

8 8 Transmissão de dados e voz em longas distâncias com pouca perda de sinal e qualidade, tudo isso com altíssimas velocidades. Já pensou nas maravilhas que isso permitiria? Apostando que você deve estar pensando: baixar programas e músicas ficaria muito mais rápido e o tempo de espera por downloads seria reduzido ao mínimo. E é exatamente isso que aconteceria, se todas as empresas de internet banda larga disponibilizassem a tecnologia da fibra ótica para os usuários. Logicamente a mudança de tecnologia demanda grandes quantias de dinheiro, por isso é difícil ter a fibra ótica em todas redes domésticas pelos próximos anos. No Brasil, apenas algumas universidades e institutos públicos possuem este tipo de conexão. Em 2011, algumas residências devem passar a contar com o modo de transmissão de alta velocidade da fibra ótica pelo menos é o que está prometendo uma das maiores empresas de telecomunicações do país. Mas você sabe como funcionam os cabos de fibra ótica? Transformando dados em luz A fibra ótica não envia dados da mesma maneira que os cabos convencionais. Para garantir mais velocidade, todo o sinal é transformado em luz, com o auxílio de conversores integrados aos transmissores. Há dois modos de converter os dados: por laser e por LED (respectivamente: fibras monomodo e multimodo. Ambas serão explicadas mais adiante). Sem essa conversão, os dados enviados e recebidos não poderiam desfrutar das mesmas larguras de banda. Nesse momento, surge a necessidade dos cabos de fibra ótica, pois são eles que permitem a velocidade e a qualidade superiores às oferecidas pelos tradicionais cabos de cobre. O motivo disso será explicado mais à frente.

9 9 Cabos de fibra ótica Você imagina como é um cabo de fibra ótica por dentro? Ele não é construído apenas com a fibra de vidro e o revestimento plástico, há várias camadas que fazem parte da estrutura essencial dele. Segue um pouco mais de explicação sobre cada uma das camadas que compõe a fibra ótica. Proteção plástica Como todo cabo, a fibra ótica também precisa de proteção externa, para evitar que o desgaste natural ou as situações anômalas do tempo representem interferências no sistema. Geralmente, essa camada de proteção é composta por plásticos, tornando a aparência dos cabos de fibra ótica muito similar à apresentada por cabos de rede, por exemplo. Fibra de fortalecimento Logo abaixo da camada plástica, existe uma fibra de fortalecimento, bastante parecida com a que existe em cabos coaxiais de transmissão de sinal de televisão. Você sabe qual a função dela? Proteger a fibra de vidro de quebras que podem acontecer em situações de torção do cabo ou impactos no transporte. Se a camada de fortalecimento não existisse, qualquer movimento brusco que atingisse os cabos de fibra ótica resultaria em quebra da fibra principal e, consequentemente, na perda total do sinal transmitido. Revestimento interno Também chamado de Coating, o revestimento interno tem função similar à das fibras de fortalecimento. É ele que isola todos os impactos externos e também evita que a luz natural atinja as fibras de vidro internas, o que poderia resultar em interferências muito fortes em qualquer que seja o sinal.

10 10 Camada de refração Nas duas camadas mais internas, ocorre a parte mais importante do processo de transmissão de luz. Cobrindo o filete de fibra de vidro, a camada de refração (ou Cadding ) é responsável pela propagação de todos os feixes, evitando que existam perdas no decorrer dos trajetos. Em um sistema perfeito, essa camada garantiria 100% de reaproveitamento dos sinais luminosos. Núcleo Também chamado de Core. Em suma, é onde realmente ocorre a transmissão dos pulsos de luz. Construído em vidro, é por ele que a luz viaja em suas longas distâncias. No próximo tópico serão demostrados os dois tipos de fibras de vidro que podem ser utilizados nos cabos. Multimodo e monomodo Os dois nomes que abrem este tópico representam os dois principais modelos de fibras óticas existentes atualmente. Eles são diferenciados em vários aspectos, desde o custo de produção até as melhores possibilidades de aplicação. Qual deles será mais recomendado para a construção de redes de internet? Monomodo Como o nome já diz, as fibras monomodo só podem atender a um sinal por vez. Ou seja, uma única fonte de luz (na maior parte das vezes, laser) envia as informações por enormes distâncias. As fibras monomodo apresentam menos dispersão, por isso pode haver distâncias muito grandes entre retransmissores. Teoricamente, até 80 quilômetros podem separar dois transmissores, mas na prática eles são um pouco mais próximos. Outra vantagem das fibras desse tipo é a largura da banda oferecida, que garante velocidades maiores na troca de informações.

11 11 Multimodo Fibras multimodo garantem a emissão de vários sinais ao mesmo tempo (geralmente utilizam LEDs para a emissão). Esse tipo de fibra é mais recomendado para transmissões de curtas distâncias, pois garante apenas 300 metros de transmissões sem perdas. Elas são mais recomendadas para redes domésticas porque são muito mais baratas. Isso sim é velocidade Você já viu que a fibra ótica garante velocidades muito maiores do que as oferecidas pelos fios de cobre comuns, mas ainda não viu os números exatos. Hoje, uma conexão banda larga de alta velocidade é oferecida com cerca de 10 Mbps, o que permite downloads a quase 1,25 MB/s. Os padrões de testes da fibra ótica apontam para velocidades de 10 Gbps, o que resulta em downloads de MB/s. É um aumento considerável, que pode ser extremamente importante para quem gosta de jogar games online ou baixar muitos arquivos pela internet. Vale dizer que as conexões de 10 Gbps são muito potentes e devem custar muito caro, por isso são mais recomendadas para grandes empresas e universidades, locais em que a banda precisa ser muito dividida. Outra possibilidade é a instalação de padrões de fibra ótica em condomínios, que podem redividir a conexão para vários computadores. Saudades do cobre: fibra ótica também tem defeitos Não existe nenhuma tecnologia perfeita, por isso precisamos apresentar também as desvantagens dos cabos de fibra ótica. A principal delas é relacionada aos custos, tanto de produção quanto de implementação dos novos sistemas de transmissão.

12 12 Produzir cabos de fibra ótica envolve processos muito complexos e caros, o que exige uma demanda muito grande de usuários dispostos a pagar um pouco mais pelos recursos oferecidos pela tecnologia.além disso, para alimentar grandes cidades seriam necessários muitos retransmissores, e há relatos de perdas grandes de sinal em retransmissores divisores. Outros problemas estão ligados diretamente à fragilidade das fibras de vidro. Como ainda não existe uma padronização no sistema, há muitos cabos que são vendidos sem o encapsulamento protetor adequado. Isso gera instabilidade para os cabos e pode resultar em quebras dos filetes de transmissão. Tecnologia do futuro Será que a fibra ótica está realmente distante da realidade? Aos poucos, algumas empresas de televisão a cabo e internet estão oferecendo pacotes que contam com os recursos da tecnologia para seus assinantes. Os preços ainda são bem altos, mas com o passar do tempo é provável que baixem consideravelmente. Outro desafio é encontrar formas de retransmitir os sinais sem que seja necessário dispender muitos recursos, mas as vantagens oferecidas realmente impulsionam os pesquisadores. A fibra ótica garante uma largura de banda muito maior do que o cobre, ocupando menos espaço físico e com matéria-prima (sílica) muito mais abundante. Conectores e Polimentos - Perda por Retorno e Inserção Perda de Retorno (RL) é a perda da potência do sinal óptico resultante da reflexão do sinal causada em uma descontinuidade da fibra ótica (como um buraco entre conectores óticos). Os dois fins de face das fibras devem estar bem casados, senão a perda de retorno é alta e é expressa em decibéis (db). Embora a perda de retorno deva ser um valor positivo, também é expressa freqüentemente como valor negativo, no caso em que um valor mais baixo é preferido. Perda de inserção (IL), por outro lado, é a perda de potência óptica do sinal resultante da inserção de um componente ótico no sistema de fibra ótica (como um conector ou emenda), onde

13 13 um número menor é desejável. Devido à alta do RL, o conector APC é ideal para banda larga e aplicações de longo alcance. O ângulo de 8 graus garante que a maioria dos RL é direcionada para o revestimento de fibra, onde não pode interferir com o sinal transmitido ou causar danos na fonte do laser de varredura. ATENUADORES A verdade é que muita luz pode sobrecarregar um receptor de fibra óptica. Atenuadores de fibra óptica são necessários quando um transmissor proporciona muita luz, como quando um transmissor é muito perto do receptor. 2) Como um atenuador de fibra funciona Atenuadores geralmente funciona absorvendo a luz, como um filtro de película fina de densidade neutra. Ou por espalhar a luz como um espaço de ar. Eles não devem refletir a luz, já que isso poderia causar reflexão volta indesejado no sistema de fibra. Um outro tipo de atenuador utiliza um comprimento de alta perda de fibra ótica, que opera em cima de seu nível de potência de entrada de sinal ótico de modo que seu nível de potência do sinal de saída é menor que o nível de entrada. A redução de potência são feitas por meio de absorção, reflexão, difusão, dispersão, deflexão, difração e dispersão, etc. 3) Qual é a característica mais importante deve ter um atenuador de fibra A especificação mais importante de um atenuador é sua atenuação versus curva de comprimento de onda. Atenuadores devem ter o mesmo efeito em todos os comprimentos de onda usados no sistema de fibra ou pelo menos tão planos quanto possível. Por exemplo, um atenuador de 3dB em 1500nm também deve reduzir a intensidade de luz em 1550nm de 3dB ou tão perto quanto possível, isto é especialmente verdadeiro em um sistema WDM (Wavelength Division Multiplexing).

14 14 4) Diferentes tipos de Atenuadores Existem dois tipos funcionais de Atenuadores de fibra: plug estilo (incluindo o anteparo) e em linha. Um atenuador de estilo plug é empregado como um conector macho-fêmea, onde a atenuação ocorre dentro do dispositivo, ou seja, sobre o trajeto da luz de um terminal para outro. Estes incluem FC atenuador da fibra óptica, atenuador de LC, atenuador de SC, ST atenuador e muito mais. Um atenuador em linha está ligado a uma fibra de transmissão por suas duas tranças de emenda. O princípio de funcionamento de Atenuadores são marcadamente diferentes porque eles usam vários fenômenos para diminuir o poder da luz propagação. Os meios mais simples são dobrar uma fibra. Enrole um cabo de patch cord várias vezes em torno de um lápis ao medir a atenuação com um medidor de energia e, em seguida, esta bobina de fita. A maioria dos atenuadores fixaram valores especificados em decibéis (db). Eles são chamados de atenuador fixo de fibra óptica. Por exemplo, a 3dB atenuador deve reduzir a intensidade da saída em 3dB. Fabricantes usam vários tipos de material de absorção de luz para atingir a atenuação estável e bem controlada. Por exemplo, uma fibra dopada com um metal de transição que absorve a luz de maneira previsível e dispersa absorveu a energia como um calor. Atenuadores de variável de fibra óptica também estão disponíveis, mas eles geralmente são usados em fazer medições de instrumentos de precisão. Existem fibras PC e APC a diferença entre eles é que PC é polida lisa e APC polida com um ângulo de 8 graus, a APC é mais utilizada pois diminuem a reflexão da luz para o transmissor.

15 15 Há dois tipos de problemas que causarão a perda enquanto a luz sai de uma extremidade e entra em outra dentro de um adaptador: contaminação e dano. Bloqueios de poeira, gordura e água são formas comuns de contaminação de terminais de conector de fibra. Basta tocar a ponteira que o terminal já será contaminado pela gordura corporal, causando atenuação inaceitável assim que a conexão for feita. A poeira e as partículas estáticas pequenas flutuam através do ar e podem aterrar em qualquer superfície exposta. Isto pode ser especialmente verdadeiro nas instalações que se submetem à construção ou à renovação. Nas instalações novas, o gel do amortecedor e o lubrificante podem facilmente encontrar seu caminho em uma extremidade. Dano do cabo da fibra óptica aparece como um risco, um furo, uma rachadura ou uma fenda. Estes defeitos de superfície da extremidade podiam ser o resultado da finalização pobre ou da contaminação de acoplamento. Decisão de acoplar primeiramente cada conexão e então inspecionar somente aquelas que falham é uma abordagem perigosa porque o contato físico de contaminadores acoplados pode causar dano permanente. Este dano permanente exigiria uma re-finalização ou uma recolocação mais cara e mais demorada das ligações pré-finalizadas. Desde os primeiros dias de cabo de fibra óptica, os microscópios estereofônicos laboratoriais foram usados para inspecionar as extremidades da fibra óptica. Ao longo do tempo, microscópios menores portáteis foram projetados para testar facilmente o cabo de fibra. Microscópios podem ser divididos em dois grupos básicos: ópticos e de vídeo. Os microscópios ópticos incorporam uma lente objetiva e uma lente ocular para permitir que você veja a extremidade diretamente através do dispositivo. Os microscópios de vídeo incorporam tanto uma prova óptica e uma tela para ver a imagem da prova. As provas são projetadas para serem pequenas de modo que possam alcançar portas em lugares de difícil acesso. As telas permitem que as imagens sejam expandidas para uma identificação mais fácil dos contaminadores e do dano. Como o terminal é visualizado em uma tela em vez de diretamente, as ponteiras minimizam o risco de uma luz prejudicial do laser alcançar o olho de uma pessoa. A Fluke Networks oferece uma gama de microscópios de fibra óptica desde os simples até os de categoria profissional.

16 16 Cabos de limpeza de fibra óptica Como a limpeza foi parte da manutenção da fibra por anos, a maioria das pessoas têm suas próprias abordagens para a limpeza das extremidades, incluindo algumas abordagens ruins, tais como soprar o cabo da fibra com ar enlatado, ou a utilização do álcool isopropílico (IPA). Solventes específicos de fibra são superiores na dissolução de praticamente qualquer contaminação à espreita em uma fibra de end-face e ter adaptado taxas de evaporação que fornece tempo para trabalhar, mas desaparecem antes do acasalamento. As ferramentas as mais básicas usadas são panos e cotonetes usados para limpar cabos de conexão e portas interior, respetivamente. Os convenientes kits de limpeza de fibra óptica incluem todas as ferramentas de limpeza e solventes necessários para a limpeza final de precisão. Teste das fibras ópticas: Solução de problemas, verificação, e certificação Os testadores de fibra óptica incluem ferramentas para realizar a inspeção e limpeza básicas, testadores para verificação e solução de problemas básicos, testadores de certificação e testadores OTDR avançados para solução de problemas e análise de cabeamento existente. VFL ou Visual Fault Locator é um localizador visual de falhas, serve tanto para descobrir rompimentos em fibras curtas ou achar a outra ponta do cordão. OTDR OTDR ( Optical Time Domain Reflectometer ) é um instrumento de medida, o qual detecta luz refletida em fusões ou conectores bem como em pontos de quebra e luz retrorefletida devido ao fenômeno de Rayleigh scattering. Assim são possíveis de efetuar de modo eficiente, localização de eventos (atenuações, perdas por Km dos trechos de fibra,qualidade de conectores e emendas ópticas) e medidas de perdas de transmissão e por retorno(orl) a partir de um extremo da fibra óptica.

17 17 4 Resultados Obtidos Conforme observado em testes em laboratório o manuseio e a manutenção da fibra são simples, mas requerem o mínimo conhecimento, por se tratar de material delicado e que certos cuidados são necessários para evitar danos ou perdas. Conclusão Conclui-se que o mercado de trabalho para suprir a necessidade de profissionais capacitados para atuação com fibra óptica tem cada vez mais investido em cursos e treinamentos, uma vez que comercialmente não se tem de forma acessível disponibilidade desses cursos para a população interessada.