Entenda o balanço de potência óptica
Marcelo Barboza, da Clarity Treinamentos
Já tratei sobre o balanço de perda óptica e o seu cálculo. Mas existe um conceito muito parecido, e que acaba causando confusão, que é o “balanço de potência óptica”. Neste artigo, vamos falar sobre este tema e como ele se diferencia do balanço de perda óptica.
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 conhecer as quantidades mínima e máxima de potências que serão perdidas durante a transmissão.
O balanço de perda óptica é específico para os tipos de equipamentos de transmissão e recepção (transceivers) que serão utilizados. Portanto, para realizar este cálculo é, absolutamente, necessário saber quais os modelos exatos dos transceivers que serão empregados em uma determinada instalação.
As características dos equipamentos que precisam ser conhecidas são a potência do transmissor, sensibilidade do receptor e 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 óptica é simples: subtraímos a sensibilidade do receptor da potência do transmissor para saber o quanto de potência podemos perder durante a transmissão, sem 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 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 degradação de qualidade.
Mas, não devemos nos esquecer da faixa dinâmica do receptor. Ela 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 alta sensibilidade do receptor, pois devem contar com enlaces de diversos quilômetros de fibra óptica, com diversas emendas. Nestes 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, é preciso usar atenuadores, dispositivos que introduzem uma perda proposital no enlace para 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”. 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 futuras, 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) por meio da fusão de pigtails, cujos conectores serão acoplados na parte interna dos adaptadores frontais do DIO. Haverá uma fusão no meio da rota e é necessário prever duas fusões para manutenção futura. Equipamento com potência de transmissão de 10 dBm e sensibilidade do receptor de -5 dBm:
Perda da fibra óptica: 20 km X 0,4 dB/km = 8,0 dB
Perda das conexões: 2 X 0,75 dB = 1,5 dB
Perda das emendas: 3 X 0,3 dB = 0,9 dB
Previsão de perda das possíveis emendas futuras: 2 X 0,3 dB = 0,6 dB
Margem de segurança: 1 dB
Balanço da perda (1310 nm e 1550 nm): 8,0 + 1,5 + 0,9 + 0,6 + 1,0 = 12,0 dB
Balanço da potência: 10 – (-5) = 15 dB
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 e é preciso prever duas fusões para manutenção futura. Equipamento com potência de transmissão de 5 dBm e sensibilidade do receptor de -10 dBm:
Perda da fibra óptica: 30 km X 0,4 dB/km = 12,0 dB
Perda das conexões: 2 X 0,75 dB = 1,5 dB
Perda das emendas: 4 X 0,3 dB = 1,2 dB
Previsão de perda das possíveis emendas futuras: 2 X 0,3 dB = 0,6 dB
Margem de segurança: 1 dB
Balanço da perda (1310 nm e 1550 nm): 12,0 + 1,5 + 1,2 + 0,6 + 1,0 = 16,3 dB
Balanço da potência: 5 – (-10) = 15 dB
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 este 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 Mbps e 1 Gbps.
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Marcelo Barboza é formado no Mackenzie, atua no desenvolvimento e aplicação de cursos e consultoria em cabeamento estruturado e em projetos de telecomunicações em data centers. Instrutor oficial no Brasil para a Fluke Networks (certificação de cabos de cobre e fibra óptica), Panduit (instalação de cabeamento estruturado) e DCProfessional (fundamentos e eficiência energética de data centers). Certificado pela DCProfessional (Data Center Specialist – Design), pela BICSI (RCDD, DCDC e NTS) e pelo Uptime Institute (ATS).
