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Utilização de Fibra Ótica nas instalações de TV

FIBRA ÓPTICA

Uma cartilha sobre Fibra Ótica – Parte 2

Instalação e cuidados com cabos de fibra
O cabo de fibra é delicado, o núcleo é feito de vidro, é frágil e precisa de cuidados a serem tomados ao manusear o cabo. Especial atenção deve-se ter com o raio de curvatura. A maioria das fibras tem raio mínimo de curvatura de cerca de 4 centímetros. Tenha muito cuidado com amarração de conjuntos de cabos de fibra (na verdade, evitar, se possível). Estes são problemas, os quais normalmente seu instalador está ciente, mas é prudente verificar se realmente ele está familiarizado com as precauções e os requisitos para a instalação de fibra ótica. Em alguns casos, quando o prédio foi construído, os projetistas já previram a instalação de múltiplos feixes de fibras entre os locais-chave da construção para permitir uma futura expansão. Neste caso, você só precisa se preocupar com as ligações do feixe de fibras para o equipamento.
Como a fibra usa a luz não há resistência elétrica ou corrosão em contatos para se preocupar. A luz não é suscetível a interferências magnéticas e assim os cabos não precisam de blindagem elétrica. No entanto, o cabo de fibra é muito fino e flexível, e os conectores pequenos e feitos de plástico. Todos os conectores de fibra têm uma tampa protetora contra poeira, uma vez que, pequenas quantidades de poeira e sujeira irão interferir com a transmissão de luz e causar perdas. Quando um fabricante fornecer um equipamento, as conexões de fibra óptica vão estar tampadas para evitar poeira e contaminação de sujeira. Da mesma forma, um cabo de fibra terá um cap (um tampão) montado no conector pelo mesmo motivo. Sempre cubra as conexões quando não estão em uso. Quando for necessária limpeza, não soprar na extremidade do cabo ou limpá-lo com o dedo, tampouco introduzir qualquer objeto pontudo no conector. Há kits de limpeza disponíveis, baratos, e que incluem cotonetes especiais para limpar os terminais de conexão.

A fibra é perigosa?
Como usam lasers como fonte de luz, os transmissores ópticos são “Classe 1 Laser Devices” (Dispositivos Laser Classe 1), o que tecnicamente significa que é perigoso usar instrumentos óticos para inspeção com o laser ligado. Use o bom senso e não olhe diretamente para a extremidade de um cabo de fibra ativa para ver se ele está funcionando. De qualquer maneira, como os comprimentos de onda do laser não estão no espectro visível, não há nada para ver.
No entanto, o uso de uma fonte de luz visível, “não laser”, é muito útil para encontrar falhas básicas. Coloque a luz acesa em uma extremidade e você vai ver surgir luz do outro lado. Isso é útil para identificar rapidamente os núcleos de fibra em um pacote multicabo e testar fibras quebradas.

Calculando a máxima distância de uma fibra
Se estiver usando cabo monomodo e transmissores de fibra de 10 km, então é seguro supor que não haverá situações que excedam o alcance máximo da fibra dentro de uma instalação. Se você tem um link mais longo e gostaria de calcular a distância máxima, então você terá de reunir algumas informações básicas para fazer um cálculo simples:
• Perda de sinal do cabo para o tipo de fibra utilizada;
• A potência do transmissor óptico e a sensibilidade do receptor óptico;
• Perda de sinal dos conectores e emendas no cabo.

Para o nosso exemplo, vamos supor que determinamos o seguinte:
• Cabo monomodo 9/125 @ 1310 nm : perda por km = 0.4 dB;
• 2 conectores LC/UPC: perda = 0.5 dB cada;
• 2 emendas de cabo: perda = 0.1 dB cada;
• Potência do transmissor óptico = -5 dBm;
• Sensibilidade do receptor óptico = -19 dBm;

A primeira coisa que precisamos fazer é calcular a “Perda Ótica”, que é obtida subtraindo-se a sensibilidade mínima do receptor da potência do transmissor:
Perda ótica= (-5 dBm) – (-19 dBm) = 14 dB;

Agora vamos somar as perdas dos conectores e emendas e adicionar uma margem de erro (normalmente 3 dB):
Perdas conectores = 2 x 0,5 dB = 1,0 dB;
Perdas emendas = 4 X 0.1 dB = 0.4 dB;
Margem de erro = 3.0 dB;
Perdas totais do enlace = 4.4 dB.

Em seguida, subtraímos as perdas totais do enlace da perda óptica:
14 dB – 4.4 dB = 9.6 dB.

Usando a informação de perda de dados do cabo/ km para o cabo que está sendo usado (= 0.4 dB/ km, neste exemplo) calculamos agora a distância máxima, dividindo o restante da nossa perda óptica pela perda do cabo por km: 9.6 dB / 0.4 dB (por km) = 24 km.

Distâncias mínimas em fibra
A distância mínima de fibra é algo que nós nunca experimentamos com conexões de cobre, mas se um enlace de fibra é particularmente curto, então há uma possibilidade de que o receptor ótico fi- que sobrecarregado. Todos os receptores óticos têm uma gama operacional de valores de entrada. O valor de -19 dBm que usamos em nosso exemplo anterior é o valor mínimo de entrada do receptor ótico.O receptor também tem um nível máximo de entrada, que se for excedido irá resultar em sobrecarga.

Em geral, a potência de saída de um transmissor de fibra é bem mais alta em comparação com o nível máximo de entrada dos receptores ópticos, porque há o pressuposto de que haverá alguma atenuação (ou perdas) no enlace de fibra que interliga os dois. Com ligações muito curtas, a atenuação do cabo torna-se insignificante e o sinal que atinge o receptor ótico pode exceder o nível máximo de entrada, resultando em sobrecarga. Embora essa sobrecarga não cause nenhum dano físico ao receptor ótico, irá tornar o link inoperante quando sobrecarregado.

Felizmente, isso é resolvido facilmente com o uso de um atenuador ótico que reduz a potência para um nível dentro do intervalo operacional do receptor. Para determinar o tamanho do atenuador é necessário simplesmente comparar a potência de saída dos transmissores com o nível máximo de entrada dos receptores. Abaixo estão alguns exemplos:

Potência do transmissor = -5 dBm; gama operacional do receptor = -3 dBm a -19 dBm;

Para este exemplo não é necessário atenuador, pois a potência do transmissor já está abaixo do nível máximo de entrada, e o receptor nunca ficará sobrecarregado. *

Potência do transmissor = -1 dBm, gama operacional do receptor= -3 dBm a -19 dBm;

Aqui você pode ver que a potência do transmissor é maior em 2 dB que o nível máximo de entrada do receptor; então será necessário um atenuador entre 2 e 17 dB (3 dB seria ótimo).

Cálculo do Multimodo
Podemos realizar o mesmo exercício para o cabo multimodo, a única diferença é o tipo de cabo que vamos assumir: multimodo graded index 50/125 @ 1310 nm; perda de enlace por km = 1.5 dB.

O cálculo da perda (atenuação) permanece o mesmo, mas o remanescente é agora aplicado ao cabo multimodo:
9.6 dB/1.5 db (por km) = 6,4 km

Mas, espere …
Isso parece ótimo no papel, mas antes de correr para comprar centenas de metros de cabo multimodo para distribuir em nossas instalações devemos saber que este quadro é muito enganador. Estamos usando sinais 3 Gbit (uma largura de banda relativamente alta para as fibras multimodo) e erros de dispersão intermodal terão um impacto significativo sobre o desempenho e, portanto, na distância possível calculada.

Esta é uma questão complexa, não há correlação explícita entre a banda do sinal de vídeo, a dispersão e a perda do enlace. O radiodifusor herdou a tecnologia de cabos de fibra da Telco e da indústria de informática e estamos tentando atingir larguras de banda de até 3 Gbit com esta tecnologia. A percepção (e às vezes pressuposição) é que um cabo de fibra pode transportar largura de banda ilimitada, o que em essência é verdade para um enlace em fibra monomodo (teoricamente é infinito), mas 100 Gbit é considerado o “limite” prático para fibra monomodo. O mesmo está longe de ser verdadeiro para o cabo multimodo por causa da dispersão, mesmo em fibra multimodo graded index. Em altas freqüências os erros de dispersão se multiplicam com a distância e o alcance operacional é muito reduzido. Quanto o alcance é reduzido, é difícil dizer, uma vez que existem vários tipos de cabos multimodo, todos com características diferentes.

A largura de banda do cabo multimodo é geralmente expressa em termos de computação e relacionados com backbones de redes padrão; portanto, a maioria das fibras multimodo é otimizada para uso nestas aplicações (100 Mbit, 1 Gbit e 10 Gbit). Você pode ter ativos existentes em cabo de fibra multimodo em sua instalação e que você gostaria de usar para vídeo em 3 Gbit.
Antes de você começar a fazer conexões, aqui estão algumas dicas:

• Descubra o tipo de cabo e procure as especificações;
• Muitos cabos de fibra multimodo usados para redes de computadores são otimizados para 850nm, o que é um problema porque as aplicações de radiodifusão quase sempre usam lasers na faixa de 1310 nm ou 1510nm e exigem fibras multimodo otimizadas para 1310 nm – portanto verifique as especificações;
• Se o cabo foi instalado há algum tempo, é conveniente supor que não é de fibra multimodo mais recente e que tenha um alcance de 300 metros em 10 Gbit – se for – então ótimo;
• Se o cabo é mais antigo, e parece ser de um tipo otimizado para 1310 nm, então você pode assumir que é possível um alcance entre 26 metros e 82 metros para uma rede de 10 Gbit. Portanto para 3 Gbit (teoricamente) o alcance será maior (não considerando as perdas no conector e nas emendas);

Nenhum cabo multimodo é recomendado para uso na faixa de 1550 nm (que também é usada para vídeo) e esta banda é importante para aplicações de multiplexação CWDM. Então se você estava pensando em usar CWDM em fibra multimodo, pense outra vez.

Nota: Perda ou ganho de sinal dentro de um sistema é expresso em dB (decibéis). O dB não é uma medida da intensidade do sinal, mas uma medida de perda ou ganho de potência. É importante não confundir dB com dBm (decibel miliwatt), pois esta é uma medida de potência do sinal em relação a 1 mW. Assim, uma potência de 0 dBm é 1 mW, 3 dBm é de 2 mW, 6 dBm é de 4 mW, e assim por diante.

O uso de certos tipos de fibra multimodo é possível para a banda 3 Gbit, mas tome cuidado, pois há grande possibilidade de problemas potenciais. São necessários investigação e ensaio. Não há dados publicados sobre uso experimental de cabo multimodo em 3 Gbit e os efeitos de dispersão nesta freqüência não são conhecidos, são apenas estimados através de tentativa e erro. Os produtos LYNX Technik são especificados para uso com cabo monomodo e usá-los em cabo multimodo é possível, mas não é recomendado por causa do desconhecimento e consequente desempenho imprevisível.

Quando há dúvida, teste.
Sem publicação de dados experimentais para confiar, uma opção é testá-lo. Temos clientes que testaram a fibra multimodo e conseguiram 1 km em 1.5 Gbit e 300 metros em 3 Gbit, o que é encorajador.

Como testar?
A maneira mais fácil de testar um cabo é usando vídeo SDI, que replica exatamente a aplicação. Injete um sinal de teste de vídeo em um transmissor ótico, envie ao longo de um trecho de fibra ótica até o receptor e analise a saída SDI. O sinal mais fácil de usar é o padrão de teste patológico (todos estamos familiarizados com ele), que irá mostrar os erros no sinal SDI. Você precisa ter um enlace de fibra no lugar para testar, ou uma bobina com fibra multimodo suficiente para experimentar.

Conclusão
A fibra é uma coisa maravilhosa, e está se tornando parte integrante dos projetos das facilidades de radiodifusão. Tem muitas vantagens sobre o cobre, não só em termos de distância. É muito mais fina e mais leve que o cabo coaxial e está disponível em configurações multi-core, reduzindo significativamente o volume. A fibra não sofre interferências eletromagnéticas, não tem problemas com potencial de terra, não tem crosstalk, sem problemas de corrosão de conector, e sem delay de cabo a calcular para compensar o timing do sistema. Ela também suporta múltiplos fluxos SDI 3G descompactados em um único núcleo de fibra com CWDM (algo possível apenas em sonho no mundo do cobre).
Embora exista a tentação de usar cabos de fibra multimodo de menor custo, é melhor, sempre que possível, simplificar e usar monomodo já que seu desempenho é previsível e documentado. Isto evitará dores de cabeça, e quem sabe trabalho e hipóteses em relação ao cabo multimodo. Dentro de uma instalação, 10 km feitos com cabo monomodo dá uma enorme folga para a perda óptica, fazendo com que a fibra seja muito mais uma solução “plug and play” e praticamente eliminando a necessidade de pegar uma calculadora. Você pode ter divisores de fibra, painéis de comutação de fibra e outros acessórios para melhorar a concepção do sistema, e não se preocupar com a adição de várias emendas. Estará também preparado para CWDM na faixa de 1550 nm, que é usado para multiplexação de vários sinais descompactados através de um único enlace de fibra.
Espero que esta cartilha tenha sido útil. Ela é uma informação básica e destina-se apenas à introdução à tecnologia de fibra.

Nota: Mesmo que a potência do transmissor esteja abaixo do nível de entrada máximo do receptor, o uso de enlaces muito curtos (<10m) deve ser evitado. Reflexões internas dentro da fibra podem ser problemáticas, em enlaces de fibra curta.

 

Steve Russell – LYNX Technik Inc. – Steve.russell@lynx-technik.com
Enio Sergio Jacomino é consultor em Engenharia de Televisão e presta consultoria para a RPC-TV Paranaense – e-mail: eniosergio@gmail.com