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Sistemas de Comunica��es
As redes p�blicas de telecomunica��es prov�m uma variedade de aplica��es para os sistemas de transmiss�o por fibras �pticas. As aplica��es v�o desde a pura substitui��o de cabos met�licos em sistemas de longa dist�ncia interligando centrais telef�nicas (urbanas e interurbanas) at� a implanta��o de novos servi�os de comunica��es, por exemplo, para as Redes Digitais de Servi�os Integrados (RDSI). A utiliza��o de fibras �pticas em cabos submarinos intercontinentais constitui por um outro exemplo, bastante difundido, de aplica��o em sistemas de comunica��es de longa dist�ncia.
Uma segunda classe importante de aplica��es de fibras �pticas em sistemas de comunica��es, em fase formid�vel expans�o, � a dos sistemas locais. Aqui destacam-se as redes locais de computadores, utilizadas em sistemas privados de comunica��es, voltados, principalmente, para a automa��o de escrit�rios e automa��o industrial. Tamb�m , pode ser inclu�da nesta classe de aplica��es a integra��o de servi�os a n�vel da rede publica urbana de assinantes (RDSI).
Rede Telef�nica
Uma das aplica��es pioneiras das fibras �pticas em sistemas de comunica��es corresponde aos sistemas tronco de telefonia, interligando centrais de tr�fego interurbano. Os sistemas tronco exigem sistemas de transmiss�o (em geral, digitais) de grande capacidade, envolvendo dist�ncias que v�o, tipicamente, desde algumas dezenas at� centenas de quil�metros e, eventualmente, em pa�ses com dimens�es continentais, at� milhares de quil�metros. As fibras �pticas, com suas qualidades de grande banda passante e baixa atenua��o, atendem perfeitamente a esses requisitos.
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A alta capacidade de transmiss�o e o alcance m�ximo sem repetidores, permitidos pelos sistemas de transmiss�o por fibras �pticas, minimizam os custos por circuito telef�nico, oferecendo vantagens econ�micas significativas. A Figura 2.2, por exemplo, compara os custos relativos de sistemas troncos digitais, a 140 Mbps e 560 Mbps, utilizando fibras �pticas e cabos coaxiais {5, 6}. Observe nesta figura que, mesmo com rela��o aos sistemas em microondas ou ondas milim�tricas, as fibras �pticas mostram-se competitivas, pelo menos nos sistemas de maior capacidade. |
Em pa�ses ou regi�es de intensa urbaniza��o, as dist�ncias m�ximas separando centrais ou postos telef�nicos s�o, em geral, inferiores a 100 Km. Nestes casos, os sistemas tronco de telefonia podem ser implantados, quando necess�rio, com os repetidores colocados ao longo dos pr�prios pr�dios ou instala��es telef�nicas existentes. Isto evita problemas com a instala��o e a alimenta��o remota dos equipamentos, reduzindo custos e aumentando a confiabilidade e as facilidades de manuten��o do sistema.
A interliga��o de centrais telef�nicas urbanas � uma outra aplica��o das fibras �pticas em sistemas de comunica��es. Embora n�o envolvam dist�ncias muito grandes (tipicamente da ordem de 5- 20 Km), estes sistemas usufruem da grande banda passante das fibras �pticas para atender a uma demanda crescente de circuitos telef�nicos em uma rede f�sica subterr�nea geralmente congestionada. In�meros sistemas deste tipo est�o instalados deste tipo est�o instalados no pa�s e no exterior.
No Jap�o, desde 1985, est� instalado um sistema tronco nacional de telefonia com fibras �pticas, a 400 Mbps, interconectado v�rias cidades ao longo de um percurso de 3400 Km, com espa�amento entre repetidores de at� 30 Km {7}. Com a flexibilidade de expans�o permitida pelas fibras �pticas, j� est� sendo experimentada uma amplia��o da capacidade de transmiss�o do sistema tronco para 1,7 Gbps. Nos EUA, os sistemas tronco da rede telef�nica, instalados at� o final de 1987, j� consumiram mais de um milh�o de quil�metros de fibras �pticas {8}. O espa�amento t�pico entre repetidores nos sistemas tronco americanos � de 48 Km e a taxa de transmiss�o � de 417 Mbps, prevendo-se tamb�m uma futura expans�o da capacidade do sistema para 1,7 Gbps.
Rede Digital de Servi�os Integrados (RDSI)
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A rede local de assinantes, isto �, a rede f�sica interligado os assinantes � central telef�nica local, constitui uma importante aplica��o potencial de fibras �pticas na rede telef�nica. Embora as fibras �pticas n�o sejam ainda totalmente competitividade com os pares met�licos, a partir da introdu��o de novos servi�os de comunica��es (videofone, televis�o, dados etc.), atrav�s das Redes Digitais de Servi�os Integrados (RDSI), o uso de fibras �pticas na rede de assinantes tende a ser imperativo. A Figura 2.3 ilustra a evolu��o no uso de fibras �pticas na rede de assinantes em RDSI {9}. |
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A grande banda passante oferecida pelas fibras �pticas, al�m de suportar novos servi�os de transmiss�o permite configurar a rede de assinantes em topologias mais econ�micas em termos de cabea��o (Figura 2.4). Al�m disso, com as grandes quantidades de fibras �pticas necess�rias para a rede de assinantes, o custo dos cabos �pticos deve cair consideravelmente, aproximando-se do custo dos cabos com pares met�licos. Um outro desafio a considerar para a dissemina��o de fibras �pticas na rede de assinantes, al�m da redu��o dos custos atuais, � a interfaces �pticas adequadas aos aparelhos telef�nicos. Essas interfaces exigem, por exemplo, a implementa��o de t�cnicas para acionamento da campainha e energiza��o do aparelho telef�nico via fibra �ptica. Com os avan�os da tecnologia de componentes optoeletr�nicos e dispositivos de �ptica integrada espera-se, entretanto, solu��es satisfat�rias num futuro n�o muito distante. O uso de fibras �pticas em redes de assinantes em cidades- piloto tem servido como laborat�rio, em diversos pa�ses, para o desenvolvimento da tecnologia de fibras �pticas e de novos servi�os suportados pela rede telef�nica (RDSI). � o caso, por exemplo, do projeto Biarritz {10} na Fran�a e do sistema BIGFON {11} na Alemanha. Em T�quio, no Jap�o, experimenta-se desde 1984 o Sistema Modelo INS, envolvendo a transmiss�o por fibras �pticas de voz digitalizada, dados, fac-s�mile colorido e imagem, para mais de 300 assinantes {12}. Nos EUA, a AT&T oferece desde 1985 o sistema VIVID da AT&T usa fibras �pticas para conectar o terminal de v�deo digital do assinante ao comutador de v�deo na central telef�nica local, a uma taxa de 45 Mbps. |
Cabos Submarinos
Os sistemas de transmiss�o por cabos submarinos, parte integrante da rede internacional de telecomunica��es, � uma outra classe de sistemas onde as fibras �pticas cumprem atualmente um papel de fundamental import�ncia. Os cabos submarinos convencionais, embora fa�am uso de cabos coaxiais de alta qualidade e grande di�metro para minimizar a atenua��o, est�o limitados a um espa�amento m�ximo entre repetidores da ordem de 5 a 10 Km {6}. As fibras �pticas, por outro lado, considerando-se apenas os sistemas de 3� gera��o (1,3 mm), permitem atualmente espa�amentos entre repetidores em torno de 60 Km. Com a implanta��o dos sistemas de transmiss�o por fibras �pticas de 4� gera��o (1,55mm), alcances sem repetidores superiores a 100 Km ser�o perfeitamente realiz�veis. Al�m disso, as fibras �pticas oferecem facilidades operacionais (dimens�es e peso menores) e uma maior capacidade de transmiss�o, contribuindo significativamente para atender � crescente demanda por circuitos internacionais de voz e de dados, a um custo mais baixo ainda que os enlaces via sat�lite.
Em 1988, entrou em opera��o o primeiro cabo �ptico submarino transatl�ntico associado ao sistema TAT-8 {13,14}, elevando a capacidade de tr�fego entre os EUA e a Europa para 20.000 circuitos de voz, sem considerar o uso de t�cnicas digitais de interpola��o (TASI) ou compress�o {8}. Proposto formalmente em 1980 {15}, este cabo �ptico submarino pioneiro interliga os EUA (Tuckerton, NJ) � Europa (Widemouth na Inglaterra e Penmarch na Fran�a) em uma dist�ncia superior a 7500 Km, conforme ilustrado na Figura 2.5. O sistema TAT-8 � composto por dois subsistemas de transmiss�o digital a 280 Mbps e o espa�amento m�dio entre repetidores � de aproximadamente 60 Km, perfazendo um total de 125 repetidores. O cabo �ptico submarino � composto por 3 pares de fibras monomodo (1 par para cada subsistema duplex e 1 par de reserva) operando na regi�o 1,3 mm.
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Se a demanda de tr�fego entre os EUA e a Europa continuar com a taxa de crescimento dos �ltimos 30 anos (25% ao ano), o que � bastante prov�vel, em 1992 ser� necess�rio um novo sistema transatl�ntico com capacidade duas vezes superior ao TAT-8. Para enfrentar esta perspectiva, j� foi concebido e est� desenvolvido o sistema TAT-9, operando em 1,55mm, com maior capacidade de transmiss�o e espa�amento entre repetidores {13,16}. O sistema TAT-9 ser� composto por dois subsistemas a 560 Mbps, interligando, atrav�s de unidade de deriva��o e multiplexa��o, Manahawkim no EUA e Pennant Point no Canad� a tr�s localidades na Europa (Goonhilly na Inglaterra, Saint Hilaire de riez na Fran�a e Conil na Espanha). No total ser�o 9.000 Kmde cabo �ptico submarino com um espa�amento m�dio entre repetidores da ordem 110 a 120 Km. |
No Jap�o existem atualmente v�rios sistemas de cabos submarinos com fibras �pticas interligando ilhas do arquip�lago,desde sistemas sem repetidores operando nas diferentes hierarquias dos sistemas PCM (32, 6,3 e 1,5 Mbps com fibra �ndice gradual; 100 e 400 Mbps com fibra monomodo) at� um cabo submarino tronco dom�stico com repetidores {7}. Os sistemas sem repetidores t�m alcances variando de 33 a 48 Km, segundo a taxa de transmiss�o, e operam a uma profundidade de at� 1500 metros. O cabo �ptico submarino que comp�e o sistema tronco dom�stico opera comercialmente desde 1986, a 400 Mbps, com repetidores espa�ados de 40 Km, perfazendo um total de 1000 Km a uma profundidade de at� 8000 metros.
Na Inglaterra, desde 1987, opera um sistema com cabo �ptico submarino, interconectado Dartmouth � ilha de Guernsey no Canal da Mancha, numa dist�ncia de 135 Km sem repetidores.
Na Fran�a, um cabo �ptico submarino interliga Marselha no continente a Ajaccio na C�rsegaa, numa dist�ncia de 330 Km com 9 repetidores {13}.
Televis�o por Cabo (CATV)
A transmiss�o de sinais de v�deo atrav�s de fibras �pticas � uma outra classe de aplica��es bastante difundida {17}. As fibras �pticas tem sido utilizadas, por exemplo, para interligar, em dist�ncias curtas, c�meras de TV e est�dios ou esta��es monitoras externas instaladas em ve�culos. Tamb�m nos circuitos fechados de TV, associados a sistemas educacionais ou a sistemas de supervis�o e controle de tr�fego e seguran�a em usinas ou f�bricas, tem-se utilizado fibras �pticas como suporte de transmiss�o. Entretanto,a aplica��o maior consumidora de fibras �pticas para a transmiss�o de sinais de v�deo � constitu�da pelos sistemas de televis�o por cabo (CATV).
As fibras �pticas oferecem aos sistemas de CATV, al�m de uma maior capacidade de transmiss�o, possibilidades de alcance sem repetidores (amplificadores) superior aos cabos coaxiais banda-larga. Nos sistemas CATV com cabos coaxiais banda-larga, o espa�amento entre repetidores � da ordem de 1 Km e o n�mero de repetidores � em geral limitado a 10 em fun��o do ru�do e distor��o, enquanto que com fibras �pticas o alcance sem repetidores pode ser superior a 30 Km {18}. Al�m de um melhor desempenho, a tecnologia atual de transmiss�o por fibras �pticas � competitiva economicamente e apresenta uma confiabilidade substancialmente melhor que os sistemas CATV convencionais com cabos coaxiais banda-larga {19}.
Embora a transmiss�o de imagem digital permita um desempenho superior, os custos dos equipamentos envolvidos com a digitaliza��o t�m restringido o uso de fibras �pticas em sistemas CATV com transmiss�o se sinais de v�deo, principalmente na forma anal�gica.
Um dos primeiro sistemas comerciais de CATV com fibras �pticas foi instalado em 1976, em Hasting, Inglaterra, {3}. Este sistema pioneiro tinha uma extens�o de 1,4 Km, distribuindo sinais de v�deo para 34.000 assinantes. Um outro exemplo de sistema pioneiro de transmiss�o de v�deo por fibras �pticas, neste caso, de transmiss�o de v�deo digital, � dado pelo sistema instalado na cidade de London (Ont�rio), Canad�, interligando um est�dio central de distribui��o ao conversor de freq��ncias (head end) na extremidade do cabo tronco CATV {3}. A transmiss�o digital dos sinais de v�deo neste sistema � feita 322 Mbps, em um cabo �ptico com 8 fibras, transportando 12 canais de v�deo e 12 canais FM est�reos numa dist�ncia de 7,8 Km. No Jap�o, um sistema experimental de CATV por fibras �pticas opera a 900 Mbps com 8 canais de v�deo e 16 canais de �udio num tronco de at� 20 Km {20}. Grandes avan�os neste campo s�o esperados s�o esperados com a introdu��o de multiplexa��o por divis�o em freq��ncia atrav�s dos sistemas �pticos coerentes.
Sistemas de Energia e Transporte
A difus�o de fibras �pticas nas redes p�blicas de telecomunica��es tem estimulado a aplica��o desse meio de transmiss�o em sistemas de utilidade p�blica que prov�m suas pr�prias facilidades de comunica��es, tais como os sistemas de gera��o e distribui��o de energia el�trica e os sistemas de transporte ferrovi�rio. As facilidades de comunica��es incluem, al�m dos servi�os de comunica��o telef�nica, servi�os de telemetria, supervis�o e controle ao longo do sistema. As dist�ncias envolvidas podem ser de alguns quil�metros em sistemas de transporte metropolitanos- por exemplo, metr�- at� centenas de quil�metros ao longo de linhas de transmiss�o ou linhas f�rreas. Embora estes sistemas geralmente n�o requeiram grandes bandas passantes, o uso de fibras �pticas � atraente, principalmente em fun��o de suas qualidades de imunidade eletromagn�tica, isola��o el�trica e baixas perdas. Sistemas de transmiss�o digital PCM a 2 Mbps {18,21}, bem como cabos �pticos especiais {22,23} para este tipo de aplica��o t�m sido experimentados ou colocados em opera��o comercial nos �ltimos anos.
Redes Locais de Computadores
As comunica��es entre computadores s�o suportadas por sistemas de comunica��o de dados que costumam ser classificados, segundo as dist�ncias envolvidas, em redes de computadores a longa dist�ncia ou redes locais de computadores.
As redes de computadores a longa dist�ncia utilizam �se basicamente dos meios de transmiss�o comuns � rede telef�nica. Embora geralmente usem t�cnicas distintas (comuta��o de pacotes, modems etc), essas redes a longa dist�ncia s�o implantadas ou integradas nos mesmos suportes f�sicos de transmiss�o da rede telef�nica. Assim sendo, o uso de fibras �pticas em sistemas de comunica��o de dados a longa dist�ncia acompanha a evolu��o da aplica��o de fibras �pticas na rede telef�nica (cabos troncos, cabos submarinos, RDSI etc).
As redes locais de computadores, utilizadas para interconectar recursos computacionais diversos (computadores, perif�ricos, bancos de dados etc.) numa �rea privada e geograficamente limitada (pr�dio, usina, f�brica, campus etc), caracterizam-se pela especificidade e variedade de alternativas tecnol�gicas quanto ao sistema de transmiss�o {2}. Voltadas principalmente para aplica��es em automa��o de escrit�rios e em automa��o industrial, com requisitos exigentes em termos de confiabilidade, capacidade de transmiss�o e facilidades operacionais, as redes locais de computadores t�m nas fibras �pticas uma excelente alternativa de meio de transmiss�o. Embora os custos e alguns problemas tecnol�gicos ainda inibam sua competitividade com os suportes convencionais, as fibras �pticas, em determinadas aplica��es, apresentam-se como a melhor e �s vezes �nica alternativa de meio de transmiss�o para as redes locais de computadores.
Sistemas centralizados, envolvendo um computador de grande porte (mainframe) e v�rios terminais remotos, embora n�o sendo propriamente uma rede de computadores, constituem sistemas de comunica��o de dados em n�vel local onde a substitui��o de cabos met�licos por fibras �pticas pode ser vantajosa {24,25}. Utilizadas em barramentos internos serializados ou na interliga��o dos terminais remotos, as fibras �pticas permitem, desde um melhor desempenho em termos de alcance e banda passante, at� maiores facilidades (menor volume e peso) na instala��o dos cabos.
Existem v�rios exemplos do uso de fibras �pticas em redes locais de computadores {2, 26, 27}. De um modo geral, as iniciativas buscam usufruir de uma ou mais qualidades das fibras �pticas a fim de atenderem a situa��es diversas, tais como, por exemplo:
-necessidade de maior alcance da rede ou de segmentos dentro da rede;
-demanda de novos servi�os de comunica��o local exigindo grandes bandas passantes;
-necessidade de maior confiabilidade do sistema em ambientes hostis etc.
em raz�o dos custos associados aos n�s de comunica��o serem ainda relativamente altos, o uso da tecnologia de fibras �pticas em redes locais de computadores tem se limitado principalmente aos grandes sistemas {28}. � o caso, por exemplo, do sistema RIPS (Research Onformation Processing System) do Centro de Pesquisa de Tsukuba no Jap�o {2} e da rede com integra��o de voz que a companhia Delta Air Lines opera no aeroporto internacional de Atlanta nos EUA {29}. O sistema RIPS, cuja configura��o geral � mostrada na Figura 2.6, integra, atrav�s de fibras �pticas, servi�os de transmiss�o de voz, dados e imagem para atender �s atividades de P&D de mais de 3.000 pessoas. Uma outra classe de aplica��o, justificando economicamente o uso de fibras �pticas em redes locais de computadores, tem sido em f�bricas ou plantas onde os processos t�m requisitos de confiabilidade imperativos (usinas nucleares, el�tricas etc) ou exigem grandes capacidades de transmiss�o, como os sistemas de manufatura integrada (CAD, CAM etc).
Figura 2.6 Configura��o geral do sistema RIPS
Texto extra�do do livro: Fibras �pticas - Tecnologias e Projeto de Sistemas - W. F. Giozza, E. Conforti, H. Waldman - Makrons Books
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