Construção de Rede Óptica de Acesso FTTH

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1 VII SRST SEMINÁRIO DE REDES E SISTEMAS DE TELECOMUNICAÇÕES INSTITUTO NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES INATEL ISSN SETEMBRO DE 2017 Construção de Rede Óptica de Acesso FTTH Leonardo Chagas Rodrigues 1, André Luis da Rocha Abbade 2 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 FibreCables 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

2 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: 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. 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. Fig 3. Encaminhamento das Informações nos sentidos descendente e ascendente. E. Camada Física, PMD (Physical Medium Dependent) G [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.

3 1: 2 2 1: 4 4 1: 8 8 1: : : >3dB > 6dB >9dB >12dB > 15dB >18dB Typ. 3,5 a 3,9 db +3dB +3dB +3dB +3dB +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. Atenuações parciais Central Telefônica Elemento Fibra ótica Fusão térmica Ligação mecânica Par de conetores Par de conetores de campo Splitter 2:2 Splitter 1:4 Splitter 1:8 Splitter 1:32 Fig. 6. Alcance Geográfico [1]. Atenuação 28dB (PON classe B+) Atenuações parciais no percurso Perda unitária MÁX. 0,4 db/km 0,05 db 0,3 db 0,3 db 0,35 db 3,7 db 7,4 db 10,7 db 17,1 db ARDO/CEOS 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. riser e CDOIA CDOI 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 assinantes, sendo 16 placas, cada placa com 8 portas PON e cada porta pode atender 64 assinantes.

4 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.

5 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 mm Abertura Long& Trans. ACS ou F1-ACS Rippley/Miller φcabo mm 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.

6 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. 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 paradiferentesdimensõesde cabo ótico Fig. 18. Exemplo de alicates descascadores [5]. AlicateDescascador de 3 furoscom dupla funcionalidade: Para cabo (furode maior diâmetro) Para fibraótica : φ revestimento fibra -900µm e φ revestimento fibra 250 µm 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 Fig. 19. Ferramentas para abrir tubos Loose [5]. Corning MSAT φtubos 2,7 3,0mm NoNik Vermelho De 900 a 250 µm Fig. 20. Descascadores de fibra óptica [5]. T. Conectores Descascadores de múltiplos furos Furo de menor diâmetro descasca fibra com revestimento de 250 µm 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 Perdas de 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

7 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. 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. E2000 FC 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 Ligação com sujeira Fig. 23. Impureza nos conectores [2]. Sinal atenuado 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 Fig. 25. Kit de limpeza de conector óptico [5]. Canetas de limpeza 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].

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 10 Km 20 Km 5 fusões 1 conector 10 fusões 1: Fig. 27. Exemplo de uma ligação por fibra Óptica. TABELA I CÁLCULO DE ATENUAÇÃO ATENUAÇÃO PARCIAL NÚMERO DE ELEMENTOS Distância FO (km) 30 Coeficiente de atenuação FO aos 0, nm (db/km) Atenuação total da fibra (db) Número de fusões 15 Atenuação média da 0,1 fusão (db) Atenuação total das fusões Número de conectores 2 CONTRIBUIÇÃO Atenuação média dos conectores (db) 0,5 Atenuação total dos conectores (db) 1 Número de splitters 1:32 1 Perdas de inserção de splitter 1:32 (db) 16,7 16,7 Atenuação total (db) 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. 7,5 1,5 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. 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,

9 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. 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). 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. Fig. 30. Zona Cega [2]. Mecanismo 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]. Fig. 29. Traço OTDR [2]. Distância (Km) 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

10 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. 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. REFERÊNCIAS [1] Material Interno OI/Telemar não divulgado, Infraestruturas Exteriores FTTH. [2] Reference Guide to fiber optic testing Vol 1, França: Second Edition, [3] ISEL, Instituto Superior de Engenharia de Lisboa (on-line). Disponível na Internet. URL: [4] Sindicelabc (on-line). Disponível na Internet. URL: [5] PROVITEL (on-line). Disponível na Internet. URL: [6] Lino Rodrigues, Valnir. Curso de Fibra Óptica (on-line). Disponível na Internet. URL: BRA%20%C3%93PTICA_2015.pdf, [7] DIAMOND (on-line). Disponível na Internet. URL: [8] Fujikura (on-line). Disponível na Internet. URL: Leonardo Chagas Rodrigues 1 Cursando a Pós Graduação Engenharia de Redes e Sistemas de Telecomunicação na INATEL desde 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 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 É Prof. no Inatel desde 1999, tendo ministrado as disciplinas Técnicas de Atendimento a Terminais,

11 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.