Capítulo 3

Comunicações através de fibra óptica

Objetivos: Neste capítulo, você aprenderá:

As vantagens da fibra óptica como meio de comunicação.

Como é utilizada a fibra óptica nos sistemas de comunicação.

Outros usos da fibra óptica.

Por que usar fibra óptica?

A fibra se tornou o meio de comunicação escolhido para telefonia, telefones celulares, TV a cabo, backbones de redes LAN, câmeras de segurança, redes industriais e quase todo tipo de comunicações.

A maior vantagem da fibra óptica é o fato de que é o meio de transporte de informações mais rentável. A fibra pode transportar mais informações a maiores distâncias e em menos tempo que qualquer outro meio de comunicação, tal como ilustrado na foto acima, dos finais dos anos 70, onde são exibidos cabos da mesma capacidade. A largura de banda da fibra e sua capacidade para cobrir longas distâncias permitem utilizar menos cabos, menos repetidores, menos energia e exigem menos manutenção. Além disso, a fibra não é afetada pelas interferências de radiação eletromagnética, o que permite transmitir informações e dados com menos ruído e menos erros. A fibra é mais leve que os cabos de cobre, o que a torna popular para o uso em aplicações aeronáuticas e automotivas. Tais vantagens abriram as portas para muitas outras vantagens que tornam o uso da fibra a escolha mais lógica para a transmissão de dados.

Essas vantagens levaram a fibra a se converter no meio de transporte escolhido para praticamente todas as comunicações de voz, dados e imagem.

As empresas de telecomunicações e as operadoras de TV a cabo utilizam a fibra por motivos econômicos, mas a justificação dos custos requer adotar novas arquiteturas de rede para aproveitar as fortalezas da fibra. Os designers e instaladores de redes LAN e internas, agora perceberam que eles também devem adotar novas arquiteturas de rede. Uma rede de cabeamento interior projetada corretamente também pode ser menos dispendiosa quando é realizada com fibra ao invés de com cobre. A conversão de redes de cobre é fácil com conversores de mídia, dispositivos que funcionam com a maioria dos sistemas de fibra óptica. Mesmo adicionando o custo dos conversores de mídia, a rede de fibra óptica normalmente será menos dispendiosa do que a de cobre quando for utilizada a arquitetura correta.

Redes de comunicação através de fibra óptica

Redes de telefonia

As redes de telefonia foram os primeiros grandes usuários de fibra óptica. Foram utilizados enlaces de fibra óptica para substituir os de cobre ou de rádio digital entre os interruptores telefônicos, começando com enlaces de longa distância, chamados linhas longas, onde a largura de banda da fibra e sua capacidade para cobrir longas distâncias tornaram a fibra significativamente mais rentável. As empresas de telecomunicações utilizam fibra para conectar todos seus escritórios centrais e interruptores de longa distância, porque a fibra tem milhares de vezes a largura de banda do cabo de cobre e pode transportar sinais centenas de vezes mais longe antes de precisar um repetidor – o que torna o custo de uma conexão telefônica com fibra apenas uma porcentagem da mesma conexão com cobre.

Depois que os enlaces de longa distância foram migrados para a fibra, as empresas de telecomunicações começaram a substituir enlaces mais curtos entre interruptores com fibra, por exemplo, entre interruptores dentro da mesma área metropolitana. Hoje, praticamente todas as redes de telefonia foram migradas para a fibra. As empresas de telecomunicações e outros grupos agora estão aplicando fibra para o lar (FTTH), utilizando sistemas de redes ópticas passivas (PON) de baixo custo que usam separadores para compartilhar o custo de alguns componentes de fibra óptica entre até 32 assinantes.

Até as redes de telefonia celular têm backbones de fibra, o que é mais eficiente e menos dispendioso que utilizar a valiosa largura de banda sem fio para conexões de backbone. As torres de telefonia celular com muitas antenas terão grandes suportes ou pedestais para cabos, onde os cabos de fibra se conectam à antena.

Internet

Internet sempre esteve baseada em um backbone de fibra óptica. Começou sendo parte da rede de telefonia que então era principalmente de voz, mas se tornou a maior rede de comunicações, já que o tráfego de dados superou o tráfego de voz. Agora, as empresas de telecomunicações estão migrando suas comunicações de voz para o Protocolo de Internet (IP) para reduzir custos.

CATV

A maioria dos sistemas de TV a cabo também está utilizando fibra nos seus backbones. As operadoras de TV a cabo utilizam fibra porque oferece maior confiabilidade, bem como a oportunidade de oferecer novos serviços, como o de telefonia e de conexão à Internet.

A TV a cabo costumava ter uma má reputação de confiabilidade, embora, não fosse realmente um problema com o serviço, mas com a topologia de rede. A TV a cabo utiliza sinais analógicos de frequência muito alta, de até 1 GHz, o que tem uma alta atenuação sobre o cabo coaxial. Para um sistema em toda uma cidade, a TV a cabo precisa muitos amplificadores (repetidores) para chegar até os usuários no final do sistema; é comum ter 15 ou mais. Com frequência, os amplificadores falham, o que significa que o downstream do assinante, do amplificador que falhou, perde o sinal. Encontrar e reparar os amplificadores que falharam era difícil e levava muito tempo, o que causava reclamações de parte dos assinantes.

O desenvolvimento de lasers de feedback distribuído (DFB) altamente lineares permitiram a conversão dos sistemas de TV a cabo a sistemas ópticos analógicos. As operadoras de TV a cabo se expandem com a fibra. Elas conectam suas estações terminais com fibra e depois levam a fibra até os bairros. Prendem o cabo de fibra no cabo coaxial hardline aéreo utilizado para o resto da rede ou o puxam através do mesmo conduto subterrâneo. A fibra permite dividir sua rede em áreas de serviço menores, geralmente de uma profundidade de menos de 4 amplificadores, o que evita que um grande número de clientes seja afetado em uma interrupção do serviço. Isto torna a sua rede mais confiável e a resolução de problemas mais fácil, e, portanto, permite melhorar o serviço e o relacionamento com os clientes.

A fibra também oferece às operadoras de TV a cabo um caminho de retorno que pode ser utilizado para conexões telefônicas ou de Internet, o que aumenta seu potencial de receita. A maioria dos sistemas de TV a cabo ainda utiliza sistemas AM (analógicos) que simplesmente convertem os sinais de TV elétricos em sinais ópticos. Eles vão se converter cada vez mais para a transmissão digital no futuro.

Redes no interior

As redes no interior, a maioria delas redes informáticas LAN, utilizam fibra óptica principalmente no backbone, porém cada vez mais para chegar até as estações de trabalho e para conectar pontos de acesso sem fio. Os backbones de rede LAN frequentemente requerem maiores distâncias que as que um cabo de cobre (Cat 5/5e/6/6A) pode oferecer e, é claro, a fibra oferece uma maior largura de banda para futuras expansões. A capacidade da fibra para permitir atualizações de rede é tal que um determinado tipo de fibra tem una duração maior que nove gerações de cabos de cobre em redes LAN. Um novo tipo de fibra (OM3) oferece possibilidades de atualização para o futuro, enquanto o cobre continua lutando com o aumento da velocidade da rede.

Até há pouco, as redes LAN corporativas utilizavam backbones de fibra com cabos de cobre até o escritório. Os interruptores e concentradores (hub) LAN usualmente estão disponíveis com portas para fibra óptica, mas os PCs têm interfaces a Ethernet sobre cobre. Conversores de mídia econômicos permitem conectar os PCs à fibra. A fibra até a estação de trabalho pode ser rentável se for projetada corretamente utilizando uma arquitetura de fibra centralizada sem interruptor local no armário de telecomunicações, mas muitos usuários já não desejam continuar “presos” a um cabo de rede. As vendas de PCs estão caindo e a maioria dos usuários escolhe computadores portáteis com conexão sem fio à rede. Em geral, somente os usuários de dados como os engenheiros e os designers utilizam estações de trabalho de escritório; o resto das pessoas utiliza computadores portáteis com conexão sem fio.

LAN de fibra centralizada

Quando a maioria das empreiteiras e usuários finais analisa a fibra óptica em comparação com os cabos do tipo UTP para uma rede LAN, eles comparam a antiga rede LAN de cobre com a fibra diretamente substituindo os enlaces de cobre. O custo de uma rede de cabos de fibra óptica instalada é comparável ao custo de uma rede Cat 5/6/6A, mas a fibra frequentemente requer eletrônica de conversão medial, o que aumenta o custo do enlace para a fibra.

No entanto, a diferença real é percebida ao utilizar uma rede de fibra óptica centralizada – mostrado à direita do gráfico acima. Como a fibra não tem o limite de 90 metros de distância que o cabo UTP tem, é possível colocar todos os eletrônicos na sala de informática ou perto dela. A sala de telecomunicações somente é utilizada para a conexão passiva dos cabos de fibra óptica do backbone, portanto, não é necessário ter eletricidade, fontes de alimentação ininterrupta, aterramento nem ar condicionado. Esses serviços auxiliares, necessários para concentradores Cat 5, têm um custo altíssimo para cada sala de telecomunicações. No caso de projetar um novo edifício, não será preciso investir na sala de telecomunicações.

Além disso, ao contar com todos os concentradores de fibra óptica em um só local, é possível fazer um melhor uso do equipamento, com menos portas sem utilizar. Como as portas dos concentradores modulares devem ser adicionadas em módulos de 8 ou 16, é comum que um concentrador em um armário de telecomunicações tenha muitas portas sem usar. Com um sistema de fibra centralizado é possível adicionar módulos de uma forma mais eficiente, já que são suportadas muitas mais localizações de escritório, mas nunca precisará ter mais de um módulo com portas disponíveis.

Outras aplicações da fibra óptica

Muitas outras redes utilizam fibra. O circuito fechado de televisão (CCTV) costuma utilizar fibra por sua capacidade para cobrir longas distâncias e por sua segurança, especialmente em grandes edifícios como aeroportos e redes metropolitanas. Os sistemas de segurança são mais seguros com a fibra. Hoje, praticamente qualquer rede oferece a opção de utilizar fibra óptica.

Redes metropolitanas

Muitas cidades adotaram a fibra óptica para suas redes de comunicação. As redes metropolitanas utilizam fibra para muitas outras aplicações além das câmeras de vigilância de CCTV, o que inclui a conexão entre organismos de serviço público como os bombeiros, a polícia, e outros serviços de emergência, hospitais, escolas e sistemas de gerenciamento do tráfego. Nas cidades podem ser instalados cabos em locais estratégicos, para que vários serviços possam compartilhar as fibras dos cabos, o que economiza custos de instalação. Nas cidades também estão aprendendo a instalar condutos subterrâneos cada vez que são realizadas escavações na estrada, dessa forma, quando é necessário instalar cabos, não é preciso realizar novas construções.

Redes industriais

As plantas industriais utilizam fibra devido à sua robustez, capacidade para distâncias e imunidade a ruídos. Em um ambiente industrial, a interferência eletromagnética (EMI) costuma ser um grande problema. As máquinas, os relés, as soldadoras e outros equipamentos industriais geram uma enorme quantidade de ruídos elétricos que podem causar problemas importantes com o cabeamento de cobre, especialmente com cabos não blindados como o UTP. Para utilizar cabo de cobre em um ambiente industrial, com frequência é necessário puxá-lo através de um conduto para fornecer uma blindagem adequada. A fibra também és muito flexível, portanto, muitos robôs industriais utilizam fibra para os controles, geralmente fibra de plástico.

A fibra óptica tem imunidade total à interferência eletromagnética (EMI). Somente é preciso escolher um tipo de cabo que seja resistente o suficiente para a instalação, e um cabo de desvio é uma boa escolha para este tipo de construção pesada. O cabo de fibra óptica pode ser instalado facilmente ponto a ponto, passando ao lado das principais fontes de interferência eletromagnética (EMI) sem efeitos negativos. A conversão de redes de cobre é fácil com conversores de mídia, dispositivos que funcionam com a maioria dos sistemas de fibra óptica. Até mesmo incluindo o custo dos conversores de mídia, a rede de fibra óptica será menos dispendiosa que a de cobre através de condutos.

Redes de serviços públicos

As empresas de serviços públicos utilizam a fibra para comunicações, vigilância de CCTV e gerenciamento da rede. As empresas de eletricidade também aproveitam a imunidade a ruídos da fibra, mesmo passando a fibra dentro de cabos de distribuição de energia de alta tensão. Algumas destas empresas também instalam fibras dentro de suas redes de distribuição de energia de alta tensão e alugam as fibras a outras empresas de telecomunicações. Elas utilizam a fibra para uma aplicação que não está relacionada com as comunicações; sensores de fibra óptica permitem controlar a alta tensão e a corrente em seus sistemas de distribuição. O interesse no gerenciamento de “rede inteligente” da distribuição de energia para melhorar a eficiência é baseado em utilizar fibra óptica para o gerenciamento da rede.

Aplicações militares e plataformas

No âmbito militar, a fibra é utilizada para tudo, em bases, plataformas (navios e aviões) e no campo de batalha, porque resulta difícil danificá-la ou bloqueá-la. Os aviões utilizam fibra por sua confiabilidade e imunidade a ruídos, mas também porque a fibra é leve. Até milhões de automóveis têm redes de fibra para conectar todos os componentes eletrônicos, já que a fibra é imune a ruídos e economiza peso.

Projeto de redes de fibra óptica

Este é um assunto muito amplo, por isso há no livro uma seção completa sobre o tema. A largura de banda adicional da fibra e sua capacidade para cobrir longas distâncias permitem realizar coisas que não são possíveis com cabos de cobre ou outro método sem fio. Em primeiro lugar, é preciso entender bem quais são os sinais que serão transmitidos através da fibra e as especificações do equipamento de transmissão. Depois, deve ser realizado um mapeamento e visitar o local de trabalho para entender onde será instalada a rede de cabos de fibra óptica; conhecer os padrões, mas utilizar o senso comum ao projetar a instalação; considerar quais serão os possíveis problemas e trabalhar para evitá-los; não tomar atalhos que poderiam afetar o desempenho ou a confiabilidade; documentar tudo de forma completa; planejar levando em conta futuras expansões e restaurações em caso de surgir problemas. Aqui não há nada que substitua a experiência nem o senso comum.

Perguntas de revisão

Verdadeiro ou falso

Indique se as declarações a seguir são verdadeiras ou falsas.

____ 1. A maior vantagem da fibra óptica é o fato de que é o meio de transporte de informações mais rentável.

____ 2. As redes telefônicas foram migradas para a fibra, incluindo as redes de longa distância e as metropolitanas, mas a fibra para o lar (FTTH) ainda não é viável.

Escolha múltipla

Identifique a opção mais adequada para completar a declaração ou responder a pergunta.

____ 3. Em um ambiente industrial, a fibra é utilizada normalmente para 开开开开开开开开开开.

A.	evitar a interferência eletromagnética
B.	fornecer conexões de ultra alta velocidade às máquinas
C.	suportar temperaturas elevadas
D.	tolerar o tratamento físico

____ 4. Quais dos seguintes itens não são necessários em uma arquitetura centralizada de cabeamento de fibra óptica?

A.	Repetidores ou concentradores (hubs)
B.	Armário de telecomunicações
C.	Tomadas
D.	Cartões de interface de rede NIC

____ 5. As redes de cobre podem ser convertidas em fibra óptica usando 开开开开开开开开开开.

A.	concentradores (hubs) para fibra
B.	conversores de mídia
C.	painéis de conexão
D.	recabeamento

Resposta múltipla

Identifique uma ou mais opções adequadas para completar a declaração ou responder a pergunta.

____ 6. A largura de banda da fibra e sua capacidade para cobrir longas distâncias permitem 开开开开开开开开开开. (Escolha todas as que se apliquem)

A.	utilizar menos cabos
B.	utilizar menos repetidores
C.	que a rede consuma menos energia
D.	menos manutenção

____ 7. Qual(is) dos seguintes sistemas de comunicação costuma(m) utilizar backbones de fibra? (Escolha todas as que se apliquem)

A.	Telefones
B.	CATV
C.	Internet
D.	Telefones celulares

Outros estudos e projetos

Ler no Guia de Referência On-line da FOA as seguintes seções: redes no interior e FTTH.

Ver que tipos de equipamentos de comunicação estão disponíveis visitando os sites das empresas que oferecem sistemas, conversores de mídia, etc.