LINHAS DE TRANSMISSÃO E TV A CABO 1 FREQÜÊNCIAS DO SISTEMA A CABO

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1 1 LINHAS DE TRANSMISSÃO E TV A CABO 1 FREQÜÊNCIAS DO SISTEMA A CABO CANAIS ADJACENTES no sistema a cabo, a interferência entre canais adjacentes é minimizada pelo balanceamento dos sinais em um nível comum para todos os canais além disso, comparado aos sinais de radiodifusão de TV, o nível da portadora de som é normalmente muito menor que o da portadora de vídeo CANAIS POR CABO DE BANDA INTERMEDIÁRIA E SUPERBANDA como o sinal por cabo não é irradiado (pelo menos não intencionalmente), o sistema de cabos pode utilizar freqüências destinadas a outros serviços de rádio, sem interferência os canais por cabo de banda intermediária são usados no intervalo entre os canais 6 e 7 de VHF essas freqüências, de MHz, incluem a faixa entre MHz, para transmissão de FM, além de vários serviços de comunicação marítima e aérea a banda de rádio FM comercial não é normalmente utilizada no sistema de TV a cabo conforme relacionado na tabela, os canais por cabo de banda intermediária começam com o número 14 ou a letra A, correspondendo à faixa de MHz, com a portadora de vídeo

2 2 posicionada em 121,25 MHz a portadora de som é automaticamente 4,5 MHz maior, ficando, portanto, em 125,75 MHz estão incluídos os canais de numeração 14 a 22, correspondendo às letras de A a I CANAIS DE SUPERBANDA são aqueles que ficam acima do canal 13 de VHF essa faixa começa com o canal de letra J ou número 23 e vai até a letra Z ou número 53 a utilização dos canais comerciais de VHF entre 2 e 13 e dos canais por cabo entre 14 e 37 proporciona = 36 canais em um típico sistema de TV a cabo essas freqüências vão até 300 MHz, aproximadamente IRRADIAÇÃO DOS CABOS o operador de um sistema a cabo deve ter especial cuidado com a irradiação de sinais de TV essa irradiação pode ocorrer caso os cabos estejam em aberto, curto-circuitados ou até mesmo parcialmente "descasados" nas extremidades os cabos podem ser avariados por ventos fortes, tempestades e outros acidentes para se detectar e localizar qualquer sinal de irradiação, pode-se escolher um determinado canal de banda intermediária e usando-se um receptor como "detector",percorrer o trajeto do cabo 2 CABOS COAXIAIS PARA CATV o condutor usado na distribuição dos sinais de CATV, nas freqüências de RF, é o cabo coaxial é uma eficiente linha de transmissão de banda larga, com a vantagem adicional da blindagem existem vários tipos, de linha coaxial, mas todas elas são confeccionadas conforme mostra a figura um fio central é circundado por um condutor tubular ou cilíndrico e ambos ficam separados por um isolante

3 3 o tipo de cabo normalmente usado em uma rota principal de sinais, denominada linha-tronco, aparece na figura anterior é composto por um condutor espesso central de alumínio, revestido de cobre o condutor externo, também conhecido por blindagem, é igualmente feito de alumínio, com o formato de um tubo sólido uma espuma de polietileno preenche o espaço interno e sustenta o condutor interno exatamente no ponto central o diâmetro do cabo é de aproximadamente 19,1 mm outros tipos de cabos-tronco são ocos, com o condutor interno sustentado por suportes de plástico a intervalos regulares quanto maior o diâmetro do cabo, menor a atenuação os cabos maiores não são flexíveis e costumam ser de instalação difícil em instalações com longas extensões de cabo sem sustentação, costuma-se encapsular uma alma de aço junto ao revestimento externo o fio de aço encarrega-se então de sustentar o peso do cabo os cabos-tronco são feitos também com revestimentos de polietileno, à prova d'água, para instalações subterrâneas ou subaquáticas utilizam-se ainda cabos reforçados, contendo uma camada de aço em espiral os cabos usados nas ramificações da linha-tronco são similares ao da figura anterior, mas de menor diâmetro podem ser usados cabos mais finos, nesse caso, porque as extensões não são muito grandes a linha que vai de uma ramificação até o assinante é chamada de linha de descida ou derivação na prática, ela é normalmente um cabo coaxial RG-59U, como se vê na figura a seguir 3 PERDAS NOS CABOS em uma linha imaginária sem perdas, toda a energia enviada ao longo da mesma, a partir da fonte de sinal, é consumida na carga que serve de terminação nas linhas reais, porém, alguma energia é sempre dissipada na própria linha, com uma resultante atenuação do sinal três causas para essa atenuação: 1. perdas por I2R, produzidas pela corrente nos condutores 2. perdas de dielétrico no isolante existente entre os condutores os sinais são de radiofreqüência, da banda de VHF e UHF 3. efeito pelicular a corrente de RF flui mais pela superfície do condutor do que em seu "miolo" esse cabo é flexível porque utiliza uma trança de cobre como blindagem externa seu diâmetro é de 6,35 mm, incluindo o revestimento externo de polietileno que o torna à prova de intempéries o cabo de alumínio da figura anterior possui um revestimento de cobre ao redor do condutor interno para reduzir as perdas ocasionadas pelo efeito pelicular AUMENTO DAS PERDAS COM A FREQÜÊNCIA as perdas aumentam em proporção à raiz quadrada da freqüência f exemplo prático: considerando-se o canal 13, entre MHz, com uma freqüência quatro vezes maior que o canal 2 (54-60 MHz)

4 4 no nível de 4f, as perdas de linha para o canal 13, estão na proporção de 4, ou seja, duas vezes as do canal 2 os níveis de atenuação para os mais diversos tipos de cabo para CATV estão relacionados na tabela apresentada a seguir, abrangendo as freqüências de MHz tabela: atenuação de cabos-tronco e de distribuição (db/l00 pés a 20oC ) DISTÂNCIA DE INSTALAÇÃO os projetistas de sistemas de distribuição para TV a cabo pensam em termos de atenuação do sinal por unidade de extensão da linha exemplo: se um determinado cabo exibe uma atenuação de 1 db a cada 30 metros a atenuação será de 6 db com 180 m e de 20 db com 600 m uma perda de 6 db na tensão significa metade da tensão ao invés de se fazer continuamente a conversão de perda em decibéis para distância, é mais conveniente trabalhar diretamente em termos de perdas no cabo no exemplo, um cabo com um comprimento de 600 m é chamado de "extensão de 20 db" é função dos amplificadores-tronco recuperar essas perdas dos cabos e restaurar os níveis de sinal aos valores-padrão, ao longo de todo o sistema de cabos 4 SISTEMA DE DISTRIBUIÇÃO POR CABO o ponto de partida dos sinais por cabo é conhecido como cabeçal ou headend nesse ponto, os sinais transmitidos são captados pela antena e amplificados, ajustados em seu nível e aplicados às linhas-tronco Os canais recebidos são convertidos para o canal desejado são incluídos também os sinais gerados localmente, em estúdios os sinais de vídeo e áudio modulam portadoras adequadas as rotas principais do sinal, a partir do headend, são as linhas-tronco

5 5 Canais Stereo/SAP Via PAL M Satélite Caracteres Modulador Receptor de Satélite Receptor de Satélite Modulador Modulador Demodulador Canais IH 2000 Processador Via Ar Modulador ACC 4000 Produção Local Scrambler Internet Controll Plus Cable Telephony Combiner Geração Local Para Rede

6 6 AMPLIFICADORES-TRONCO são inseridos em intervalos regulares, ao longo do trajeto do tronco, a fim de recuperar as perdas do cabo considerando-se o exemplo da figura, um amplificador de 20 db é colocado no final de uma extensão de cabo cuja perda é de 20 db a unidade em decibéis usada para designar os sinais por cabo é o dbmv, que -significa "decibéis acima de 1 mv" amplificadores são instalados em intervalos regulares, com a finalidade de manter o sinal dentro do nível-padrão de 1 a 3 mv a figura acima mostra um gabinete à prova de intempéries para um amplificador-tronco em um sistema aéreo montado sobre um poste a alimentação é obtida de uma derivação das linhas da rede elétrica, que usam o mesmo poste AMPLIFICADORES-PONTE esse tipo de amplificador serve para as ramificações do tronco principal, a fim de excitar uma área determinada do sistema a cabos seu ganho típico é de db a saída destina-se às linhas ramificadas que chegam aos assinantes em muitos casos, os amplificadores-tronco e ponte estão localizados no mesmo gabinete à prova de intempéries um atenuador adicional pode ser usado na entrada do amplificador-ponte, para balancear os níveis de sinal AMPLIFICADORES DE LINHA longas extensões de linha após o amplificador-ponte podem exigir a inserção de amplificadores suplementares nas ramificações, a fim de compensar as perdas ali ocorridas esses amplificadores ampliam o número de derivações que podem ser usadas em cada ramificação o ganho típico é de db ACOPLADORES DIRECIONAIS a potência do sinal tomada do tronco deve ser bem reduzida, para que a linha não seja sobrecarregada devido a todas as ramificações

7 7 o dispositivo utilizado para se fazer derivações de sinal é o acoplador direcional sua estrutura e seu símbolo estão ilustrados na figura seguinte: é um dispositivo de três terminais, sendo um para entrada de sinal, outro para transportar o sinal pela linha-tronco e o terceiro tem a saída de sinal derivada para uma ramificação o acoplador direcional tem esse nome porque retira uma amostra do sinal para a derivação mas ignora a energia refletida da linha-tronco isto é feito por um pequeno laço instalado na parede da montagem coaxial, como se vê na figura o laço tem um resistor de 75Ω como terminação como uma bobina de uma só espira, o laço fica acoplado magneticamente ao condutor central, para fazer a derivação do sinal os acopladores direcionais exibem uma perda de inserção bastante reduzida entre os sinais de entrada e saída na linha-tronco um valor típico é o de -1dB para perda de inserção a 300 MHz a perda de derivação entre a entrada e saída é tipicamente de -13 db mas ela é recuperada pelo amplificador ponte FONTES DE ALIMENTAÇÃO os amplificadores para cabos exigem pouca energia as fontes de alimentação podem ser colocadas em intervalos bem longos e o próprio cabo usado para transportar a potência DC a tensão de entrada das fontes é em geral derivada da rede elétrica que passa pelos mesmos postes, no sistema aéreo a típica tensão contínua de alimentação para os amplificadores para cabos é 24 V o módulo de alimentação fica normalmente localizado no mesmo gabinete à prova de intempéries que abriga os amplificadores-tronco e ponte em alguns casos, baterias de reserva são mantidas constantemente carregadas, com duas unidades de 12 V em série, perfazendo 24 V são postas em operação sempre que há um defeito na rede de corrente alternada DERIVAÇÕES DE LINHA a derivação final de um sistema excita a linha que chega ao assinante, em geral com um cabo RG-59U a figura acima mostra uma unidade múltipla com quatro derivações, destinadas a quatro casas próximas entre si a exemplo dos acopladores direcionais, a derivação de linha possui uma baixa perda de inserção, mas uma perda de derivação elevada a perda de uma derivação a outra é propositalmente elevada, afim de proporcionar uma boa isolação entre as linhas de assinantes essa isolação é necessária pelo fato de que um cabo com má terminação na TV em um assinante poderia gerar reflexões em todo o sistema dois casos comuns são:

8 8 cabos não conectados terminais em curto-circuito as unidades derivadoras estão disponíveis com os mais variados níveis de perda de derivação, de modo que os sinais possam ser balanceados em diferentes linhas de assinantes, ao longo da ramificação BALUNS a palavra balun é uma derivação de "balanced-unbalanced" conexões balanceadas-desbalanceadas) Um balun típico pode ser visto na figura o cabo. coaxial para CATV é do tipo com terminação simples (ou desbalanceado), com um dos lados aterrado quando necessário o balun é usado para "casar" o cabo coaxial de 75Ω com a entrada de 300Ω balanceada do receptor o balun pode "casar" impedâncias nos dois sentidos O CONECTOR F o conector coaxial padrão, usado em instalações a cabo com a linha de 75Ω é o conector F sua vantagem está em não exigir soldagem o fio sólido central do cabo é também o pino central do conector além disso, a manga aterrada desliza para o interior da blindagem trançada do cabo a manga do plugue pode ser parafusada à tomada ou utiliza-se um conector de pressão muitos receptores de TV possuem uma tomada de entrada para conectores F, permitindo conexões diretas com o cabo, sem a utilização de baluns 5 DISTORÇÃO NO SINAL POR CABO os amplificadores dos sistemas a cabo devem proporcionar o máximo de sinal, a fim de compensar as perdas no cabo e ainda permitir uma boa relação sinal-ruído,evitando o chuvisco na imagem os níveis do sinal devem ser mantidos dentro de limites estreitos, já que os amplificadores costumam gerar uma grave distorção com excesso de sinal DISTORÇÃO HARMÔNICA sempre que um amplificador é sobre-excitado, surge distorção harmônica em sua saída as harmônicas são múltiplos das freqüências do sinal que estão sendo amplificadas a distorção harmônica é resultado da distorção de amplitude por não linearidade alterações na forma de onda tendem a gerar novas freqüências algumas harmônicas não são críticas por cairem fora da faixa de interesse mas as harmônicas podem provocar problemas de interferência em sistemas a cabo MODULAÇÃO CRUZADA as harmônicas de terceira ordem e os efeitos da modulação cruzada são os resultados mais graves da distorção por sobrecarga as características não lineares do amplificador fazem com que estágios sobrecarregados atuem como misturadores, com os sinais de entrada sendo detectados e a modulação extraída pode ocorrer uma transferência da modulação para outra portadora o efeito da modulação cruzada na imagem é um amontoado de linhas e o aparecimento do vídeo de outro canal a imagem interferente pode até surgir em negativo surge mais claramente quando o canal que está sendo assistido exibe uma imagem negra entre os comerciais o sintoma mais simples de reconhecer a presença da modulação cruzada, consiste na modulação

9 9 máxima do sinal interferente, que é o sincronismo aparece sob a forma de barras verticais na imagem podem ser imóveis ou se deslocar ao longo da imagem, dependendo da estabilidade do gerador de sincronismo do canal interferente as barras são produzidas pelos pulsos de sincronismo e apagamento EFEITOS DA TEMPERATURA outra problema consiste na variação dos níveis de sinal causada pela influência da temperatura sobre as perdas nas cabos a atenuação costuma aumentar em temperaturas mais elevadas, a uma taxa aproximada de 1% para cada 5oC a mais essa perda pode não parecer significativa, mas em extensões muita longas de cabo a variação de nível pode atingir 100 db, considerando se a faixa estimada de temperaturas em determinadas regiões o problema é agravado pela redução da relação sinal-ruído, com tempo quente, e a probabilidade de sobrecarga do amplificador, em épocas de muito frio CONTROLE AUTOMÁTICO DE GANHO para compensar as variações de temperatura e outras fatores variáveis, alguns amplificadorestronco incluem um circuito de CAG para variar o ganho um arranjo típico pode ser vista na diagrama de blocos do amplificador-tronco da figura o sistema emprega uma portadora piloto, sem modulação, inserida com uma freqüência selecionada apenas para a sistema da CAG no exemplo está indicada uma freqüência piloto de 73 MHz, mas várias outras podem ser utilizadas, nas faixas de 72-76, , au MHz o amplificador de banda estreita, que aparece na parte inferior da figura, fica sintonizado na freqüência piloto o detectar da CAG produz então uma tensão DC de controle proporcional à amplitude do sinal piloto essa tensão de controle varia a atenuação do sinal aplicado ao pré-amplificador existe também o controle manual R1 para se fazer os ajustes iniciais CONTROLE AUTOMÁTICO DE INCLINAÇÃO a atenuação no cabo aumenta nas freqüências mais elevadas a resposta global de freqüência do sistema a cabo tende a cair nos canais de freqüências maiores para campensar esse efeito a resposta do amplificador é propositalmente inclinada para cima nesses canais o resultada desejada é uma resposta em freqüência plana ou uniforme em todos os canais o controle automático de inclinação (ASC, automatic slope control ) é um circuito de CAG especialmente projetado para aumentar o ganho do amplificador nas canais de maior freqüência o sistema ASC utiliza outra portadora piloto, cuja freqüência é igual au próxima ao limite superior dos canais na figura, a freqüência piloto da ASC é de 270 MHz o amplificador de banda estreita e a detector de ASC ficam sintonizados nessa freqüência, a fim

10 10 de proporcionar a tensão DC de controle que varia o ganho do amplificador de controle de inclinação R2 proporciona um controle manual para ajuste inicial os controles R2 na ASC e R1 no CAG equilibram a sistema para se obter um sinal uniforme em todos os canais os circuitas de controle automático são capazes de manter a equilíbrio 6 - SISTEMAS A CABO DE DUAS VIAS além dos sinais enviados aos assinantes, a partir da central, muitos sistemas a cabo são projetados para aceitar sinais do sentido oposto, enviados pelos assinantes o mesmo cabo, nesses casos, é usado nos dois sentidos, embora amplificadores separados sejam necessários para os sinais em sentidos opostos, como se vê na figura a comunicação no sentido do assinante para a central é feita pela faixa de freqüência situada entre 5-30 MHz para o trajeto no sentido "normal", representado no alto da figura, são usados duplexadores contendo um filtro passa-altas a filtragem é necessária para se remover qualquer vestígio do sinal no sentido oposto na parte inferior do diagrama, filtros passa-baixas separam o sinal de retorno da faixa de 5-30 MHz somente o sinal no sentido oposto é utilizado no amplificador de retorno a unidade conversora, na extremidade do assinante, fornece o sinal no sentido contrário APLICAÇÓESDO SISTEMA DE DUAS VIAS SINAL POLARIZADOR no sistema de programas mediante pagamento, é preciso enviar um sinal polarizador no sentido "normal", em direção ao assinante, para que a comunicação seja feita apenas com as unidades conversoras corretas a freqüência do sinal polarizador está situada na faixa de MHz a técnica FSK (frequency-shift keying ou chaveamento por deslocamento de freqüência) é usada como modulação com uma palavra de 16 bits para cada endereço específico quando polarizado, o conversor responde com os dados selecionados pelo teclado por exemplo, ao digitar o número 55, o assinante pode indicar que deseja assistir a um programa especial, em uma determinada noite a resposta ao sinal polarizador é enviada à central por meio de um pequeno modulador, na faixa de 5-30 MHz, para o sinal do sentido oposto uma resposta afirmativa enviada à central desencadeia o envio de um sinal codificado de volta ao assinante, a fim de acionar o desembaralhador em sua unidade conversora, no canal correto e durante o período especificado além disso, vários dados são introduzidos no computador contábil do operador do sistema a cabo, para fins de taxação um endereço digital é atribuído a cada assinante em uma memória de leitura (ROM), que não pode ter seu conteúdo alterado, quando cada unidade conversora é instalada caso o conversor seja roubado, o endereço eletrônico vai aparecer no local errado embora os sistemas de duas vias sejam basicamente simples, na prática é difícil colocá-ios em

11 11 operação o principal problema reside na interferência provocada pelo sinal no sentido contrário, na faixa de 5-30 MHz todo o sistema a cabo, cobrindo grandes áreas, atua como uma antena para o sinal de retorno é preciso ter todo o cuidado com a terminação adequada das linhas, o bom aterramento e fixadores de cabos com baixas perdas toda e qualquer parte do sistema capaz de irradiar sinais também é suscetível a freqüências interferentes costuma-se utilizar métodos elaborados de comutação digital para isolar quaisquer ramificações que possam captar interferências um problema específico é que o modulador do assinante pode ficar "preso" na modalidade de transmissão, o que tende a inutilizar todo o sistema de polarização por isso, prevê-se a comutação para outra freqüência polarizadora sempre que tais problemas ocorrem 7 ARMADILHAS DE ONDA E MÉTODOS DE EMBARALHAMENTO as operadoras de sistemas a cabo oferecem, por uma pequena taxa, o chamado serviço básico, que inclui os canais locais, alguns programas de outras localidades e programas produzidos localmente além disso, são oferecidos serviços adicionais, tais como Home Box Office, Spotlight, Cinemax, Rainbow, entre outros trazem eventos esportivos especiais e filmes, sem cortes e sem interrupções de comerciais esses canais especiais exigem uma taxa extra, que é adicionada ao pagamento básico para atender apenas àqueles assinantes que pagam pelo serviço adicional, duas técnicas são utilizadas uma delas consiste em inserir uma armadilha de onda que atenue os canais especiais fica na linha de cada assinante que não paga pelo serviço adicional a figura ilustra uma dessas armadilhas, para montagem na derivação de linha, externa essa técnica das armadilhas já não é quase utilizada porque exige mão-de-obra na área externa para alterar o tipo de serviço oferecido além disso, as armadilhas de onda podem ser "contornadas" por instalações ilegais na derivação da linha que vai para o assinante hoje em dia, o método de segurança preferido é o de "embaralhar" eletronicamente o sinal (scrambling) nesse caso, a imagem aparece totalmente confusa, a não ser que seja "desembaralhada" por uma unidade fornecida pela operadora do sistema EMBARALHAMENTO o método mais comum de se "embaralhar" sinais é conhecido por supressão de sincronismo com ele, o sincronismo é comprimido na envoltória de modulação de RF na portadora de vídeo do canal desse modo, o receptor não é capaz de sincronizar com o sinal em que o sincronismo foi suprimido a imagem aparece então totalmente fora de sincronismo, tanto na vertical como na horizontal, o que é evidenciado pelas barras diagonais e pela imagem se deslocando verticalmente além disso, a perda de sincronismo "confunde" o CAG do receptor e produz os efeitos da distorção por sobrecarga de CAG

12 12 a imagem fica então escura, às vezes com as áreas em preto e branco invertidas (como um negativo) e fora de sincronismo a figura mostra um exemplo típico de imagem "embaralhada" DESEMBARALHAMENTO a unidade desembaralhadora (descrambler, em inglês) anula o efeito do embaralhador posicionado no extremo inicial da linha, devolvendo o sincronismo ao sinal de RF o sincronismo é restaurado por intermédio de um atenuador de RF chaveado, que pode ser colocado em curto através de uma chave a diodo indicados como RA e S na figura a seguir por esse método, os pulsos necessários ao atenuador chaveado são enviados à unidade desembaralhadora por uma rota diferente utiliza-se para isso um sinal de portadora piloto, com uma freqüência inferior à do canal um exemplo de freqüência para essa portadora piloto é 114 MHz, no caso do canal A da banda intermediária, que ocupa a faixa entre MHz existem, no entanto, várias outras opções, e as operadoras de sistemas a cabo escolhem suas próprias freqüências piloto, por razões de segurança na figura, o descrambler contém um receptor de banda estreita, sintonizado na freqüência piloto determinada o receptor dispõe de um detector de amplitude e de circuitos modeladores de pulsos, a fim de acionar a chave a diodo o pulso decodificador, no sinal piloto, é o sincronismo necessário para o "desembaralhamento" como resultado, o sincronisino é restaurado no sinal de RF que vai ao receptor

13 13 DESEMBAR"ALHAMENTO NA PRÓPRIA FAIXA processo mais recente adota a mesma idéia de um sinal piloto para o desembaralhamento mas enviando os pulsos decodificadores dentro da faixa de passagem do canal embaralhado tais unidades desembaralhadoras são usadas juntamente com o conversor do sistema a cabo, ligadas como na figura nesse sistema a portadora de FM do som de um canal embaralhado é modulada em amplitude com os pulsos decodificadores costuma-se manter reduzida a porcentagem de modulação, a fim de se evitar interferências o desembaralhador da figura contém um receptor de banda estreita sintonizado somente na portadora de som do canal determinado fora isso, o "desembaralhador" opera exatamente como o sistema de portadora piloto ilustrado na anterior a vantagem do método "dentro da faixa" é a de permitir tantos canais embaralhados quanto a operadora quiser oferecer são comuns os sistemas com muitos canais com scrambling 8 FIBRÁS ÓPTICAS o tipo mais recente de enlace para telecomunicações emprega cabos contendo minúsculas fibras de vidro, que atuam como condutores de luz por longas distâncias, com perdas reduzidas nesse sistema de enlace por fibras ópticas, toda a largura de faixa de cada canal pode ser aproveitada na modulação em amplitude da fonte de luz na transmissão, um feixe de luz modulada é a fonte, que introduz a energia luminosa nas fibras na extremidade receptora, um detector foto elétrico converte as variações de amplitude da luz novamente em sinais elétricos a luz, portanto, serve como uma superportadora de sinais em toda a banda passante dos canais existem muitas vantagens importantes na utilização dos cabos de fibras ópticas como enlaces de longa distância: o cabo não é tão pesado quanto os de cobre mais conveniente para a instalação a atenuação da luz é muito inferior às perdas resultantes da condução ou irradiação de portadoras de RF a altíssima freqüência da luz permite modular um grande número de sinais ao mesmo tempo