Balanço de potência óptica

Escrevi em outros artigos sobre o balanço de perda óptica e seu cálculo. Mas existe um conceito muito parecido, que acaba causando confusão com o anterior, que é o do “balanço de potência óptica”. Neste artigo, vamos falar sobre ele, e como ele se diferencia do balanço de perda.

Só para recordar, o “balanço de perda óptica” é um cálculo realizado para estimar qual será a atenuação total de um enlace em fibra óptica antes mesmo de ser instalado. Já o “balanço de potência óptica” é um cálculo realizado para se conhecer a quantidade mínima e máxima de potência que poderá (ou deverá) ser perdida durante a transmissão.

O balanço de perda é específico para os tipos de equipamentos de transmissão e recepção (transceivers) que serão utilizados. Portanto, para realizar esse cálculo é absolutamente necessário saber quais os modelos exatos dos transceivers que serão empregados em determinada instalação.

As características dos equipamentos que precisam ser conhecidas são:

  • Potência do transmissor
  • Sensibilidade do receptor
  • Faixa dinâmica do receptor

Esses valores são tipicamente expressos em “dBm”. O dBm é uma unidade de medida que expressa a potência absoluta mediante uma relação logarítmica (em decibéis) com base em 1 mW. Ou seja, 0 dBm equivale a 1 mW. Como exemplo, 30 dBm representa uma potência 30 dB superior a 1 mW, ou seja, 1.000 mW, ou 1 W. Em mais um exemplo, -10 dBm representa uma potência 10 dB inferior a 1 mW, ou seja, 0,1 mW, ou 100 µW.

O cálculo do balanço de potência é simples: subtraímos a sensibilidade do receptor da potência do transmissor para saber o quanto de potência podemos perder durante a transmissão sem que haja uma diminuição significativa na sua qualidade (expressa pela “taxa de erro de bit”, ou BER).

Exemplos:

  • Equipamento com potência de transmissão de 10 dBm e sensibilidade do receptor de 2 dBm.
    Balanço de potência = 10 dBm – 2 dBm = 8 dB.
    Ou seja, o canal passivo de transmissão (enlace óptico completo) pode apresentar atenuação de até 8 dB sem que haja degradação de qualidade
  • Equipamento com potência de transmissão de -5 dBm e sensibilidade do receptor de -20 dBm.
    Balanço de potência = -5 dBm – (- 20 dBm) = 15 dB.
    Ou seja, o canal passivo de transmissão (enlace óptico completo) pode apresentar atenuação de até 15 dB sem que haja degradação de qualidade.

Mas não devemos nos esquecer da faixa dinâmica do receptor. Ela nos informa os valores mínimos e máximos de potência que devem ser recebidos para que o equipamento interprete os sinais recebidos corretamente.

Se um receptor possui sensibilidade de -20 dBm e faixa dinâmica de 15 dB, isso significa que ele aceita sinais com potência entre -20 dBm e -5 dBm (ou seja, -20 + 15). Se ele receber um sinal com potência superior a -5 dBm, também haverá degradação na qualidade, e poderá ocorrer até mesmo a queima do receptor. Por exemplo, se a potência do transmissor for de -2 dBm, além de saber que a atenuação máxima deve ser inferior a 18 dB (-2 – (-20)), também saberemos que a atenuação mínima do canal deverá ser de 3 dB (-2 -(-5))! Se o enlace óptico não possuir atenuação igual ou maior que 3 dB, também haverá degradação da qualidade da transmissão, com aumento do BER.

Isso ocorre com frequência em equipamentos de transmissão de longa distância, que possuem alta potência de transmissão e ata sensibilidade do receptor, pois devem contar com enlaces de diversos quilômetros de fibra óptica, com diversas emendas. Nesses casos, quando queremos testar os equipamentos em uma bancada, e vamos conectá-los apenas com um patch cord, corremos o risco de até queimar o receptor, tamanha será a potência recebida. Para isso, devemos usar atenuadores, dispositivos que introduzem uma perda proposital no enlace a fim de não “inundar” o receptor com uma potência que esteja fora de sua faixa dinâmica.

Como vimos, o resultado do balanço de potência nos dá a atenuação máxima que o canal óptico passivo pode apresentar para que o equipamento de rede funcione a contento. E é agora que entra o outro cálculo, o do “balanço de perda óptica” que vimos nos outros artigos. Sabendo do balanço de potência, temos que projetar um enlace que apresente um balanço de perda inferior ao balanço de potência do equipamento.

Ao utilizar o valor do balanço de perda, não devemos deixar de incluir previsões para manutenções futura, além de uma margem de segurança.

Exemplos:

  • Enlace composto por 20 km de fibra monomodo OS2 terminada em ambas as extremidades dentro de distribuidores ópticos (DIO) através da fusão de pigtails, cujos conectores serão acoplados na parte interna dos adaptadores frontais do DIO; haverá uma fusão no meio da rota; prever duas fusões para manutenção futura. Equipamento com potência de transmissão de 10 dBm e sensibilidade do receptor de -5 dBm:
    1. Perda da fibra óptica: 20 km X 0,4 dB/km = 8,0 dB
    2. Perda das conexões: 2 X 0,75 dB = 1,5 dB
    3. Perda das emendas: 3 X 0,3 dB = 0,9 dB
    4. Previsão de perda das possíveis emendas futuras: 2 X 0,3 dB = 0,6 dB
    5. Margem de segurança: 1 dB
    6. Balanço da perda (1310 nm e 1550 nm): 8,0 + 1,5 + 0,9 + 0,6 + 1,0 = 12,0 dB
    7. Balanço da potência: 10 – (-5) = 15 dB
    8. Conclusão: projeto correto, pois ainda há uma margem de 3 dB (15 – 12) entre o balanço da potência e as perdas projetadas do enlace óptico.
  • Enlace composto por 30 km de fibra monomodo OS2 terminada em ambas as extremidades dentro de distribuidores ópticos (DIO) através da fusão de pigtails, cujos conectores serão acoplados na parte interna dos adaptadores frontais do DIO; haverá duas fusões no meio da rota; prever duas fusões para manutenção futura. Equipamento com potência de transmissão de 5 dBm e sensibilidade do receptor de -10 dBm:
    1. Perda da fibra óptica: 30 km X 0,4 dB/km = 12,0 dB
    2. Perda das conexões: 2 X 0,75 dB = 1,5 dB
    3. Perda das emendas: 4 X 0,3 dB = 1,2 dB
    4. Previsão de perda das possíveis emendas futuras: 2 X 0,3 dB = 0,6 dB
    5. Margem de segurança: 1 dB
    6. Balanço da perda (1310 nm e 1550 nm): 12,0 + 1,5 + 1,2 + 0,6 + 1,0 = 16,3 dB
    7. Balanço da potência: 5 – (-10) = 15 dB
    8. Conclusão: projeto incorreto, o enlace óptico projetado pode apresentar perda acima do tolerado pelo equipamento previsto.

Equipamentos de rede Ethernet já possuem tabelas que mostram o balanço da perda alocada para o enlace óptico, assim não precisamos realizar esse cálculo, basta consultar as tabelas publicadas no padrão IEEE 802.3. Como exemplo, a tabela abaixo mostra a perda máxima alocada para o canal óptico para os padrões Ethernet sobre fibra óptica entre as velocidades de 10 Mb/s e 1 Gb/s:

Padrão FibraComprimento de onda (nm) Perda máx. do canal (dB)
10BASE-FL OM1 850 12,5
100BASE-FXOM1 1300 11
1000BASE-SX OM2 850 3,56
1000BASE-LX OM2 1310 2,35
1000BASE-LX SM 1310 4,57

Saiba mais sobre o balanço de perda óptica no curso rápido online SCE335, e sobre os padrões Ethernet no curso rápido online SCE381. Ao final de cada curso, você poderá baixar materiais de referência, realizar avaliações e, se for bem nelas, ainda receberá certificados de conclusão!

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Até a próxima!

Marcelo Barboza, RCDD, DCDC, NTS, ATS, DCS Design, Assessor CEEDA
Clarity Treinamentos
marcelo@claritytreinamentos.com.br

2 thoughts on “Balanço de potência óptica

  1. duas perguntas atenuação de 3,5 db com uma distancia de 10 km e uma potencia minima de entrada de 1,5 dbm no receptor óptico. qual potencia da saída do transmissor ?

    potencia no cliente -2dbm corrigido uma atenuação no link de 3db depois qual vai ser minha potencia no cliente?

    1. Rubem, no primeiro caso, se tem que chegar pelo menos 1,5 dBm, enfrentando atenuação de 3,5 dB do canal, a potência mínima de transmissão deve ser 1,5 + 3,5 = 5 dBm. Não entendi o segundo caso…

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