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Originalmente desenvolvida para o mercado de telecomunicações metropolitanas, a tecnologia CWDM (Coarse Wavelength Division Multiplexing) se tornou onipresente em todos os mercados de telecomunicações, bem como no mercado submarino.
CWDM é uma maneira econômica e tecnologicamente eficiente de multiplexar vários sinais em uma fibra. Há uma série de técnicas de multiplexação de comprimento de onda que podem ser utilizadas, dependendo do número de comprimentos de onda. O WDM padrão (Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda) utiliza dois, três ou, em alguns casos, quatro comprimentos de onda usando lasers padrão. A tecnologia CWDM pode multiplexar até 18 comprimentos de onda individuais em uma única fibra. O DWDM (Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda Densa) pode normalmente multiplexar 40 ou 80 comprimentos de onda em uma única fibra. Técnicas DWDM mais elaboradas permitem multiplexação de comprimento de onda de densidade ainda maior. O método mais comum para multiplexação de comprimento de onda no mercado submarino é o CWDM, onde lasers e drivers de laser de menor custo podem ser usados, mantendo a capacidade de multiplexar uma ampla variedade e quantidade de sinais unidirecionais e bidirecionais.
Embora a tecnologia CWDM esteja disponível para sistemas monomodo e multimodo, o monomodo é o tipo mais comum, pois oferece maiores capacidades de multiplexação e distância. A maioria dos sistemas CWDM está disponível em incrementos de 4 comprimentos de onda ou canais (de 4 a 16 comprimentos de onda). A Figura 1 ilustra o plano de comprimentos de onda CWDM. O primeiro comprimento de onda, ou o menor, é de 1270 nm, enquanto o maior comprimento de onda é de 1610 nm, em incrementos de 20 nm. Embora alguns sistemas estejam disponíveis com 18 comprimentos de onda, a maioria utiliza até 16 comprimentos de onda, deixando os dois do meio (1430 e 1450 nm) como banda de guarda ao combinar os 8 comprimentos de onda inferiores com os 8 superiores.
Existem três elementos exclusivos em um sistema CWDM: laser específico de comprimento de onda, multiplexador CWDM e demultiplexador CWDM.
Lasers – Os lasers usados em sistemas CWDM são do tipo conhecido como lasers DFB (Distributed FeedBack). A principal característica desses lasers, que é importante em sistemas CWDM, é a estreita largura espectral, ou propagação do comprimento de onda da luz do laser. O laser mais comum usado em muitos sistemas de fibra é o FP ou Fabry-Perot. Esses lasers têm uma largura espectral na ordem de 3-6 nm, enquanto os lasers DFB têm uma largura espectral de 0,1 nm ou menos, tornando-os perfeitos para uso em sistemas CWDM e DWDM (Dense Wavelength Division Multiplex). Como ilustra a curva na Figura 1, esses lasers DFB para sistemas CWDM variam em comprimentos de onda de 1270 nm a 1610 nm, em incrementos de 20 nm. Uma das vantagens dos sistemas CWDM sobre os DWDM é que os lasers CWDM não requerem compensação de temperatura para evitar que o comprimento de onda se desvie. A variação do comprimento de onda desses lasers DFB em função da temperatura é da ordem de 0,1 nm/°C. A banda passante do multiplexador e demultiplexador CWDM é da ordem de 10 nm a 13 nm, dependendo do fabricante e do projeto. Além disso, o comprimento de onda absoluto dos lasers pode variar em alguns nanômetros. Assim, a faixa de temperatura operacional dos lasers e do equipamento de transmissão é de aproximadamente 70 a 100°C, tipicamente em torno de 80°C. Levando em consideração as diversas tolerâncias dos componentes e o desvio de temperatura do laser, isso resulta em uma faixa de temperatura operacional de aproximadamente -10°C a +70°C – bem dentro da faixa de sistemas submarinos. Os sistemas DWDM, por outro lado, requerem circuitos elaborados de estabilização de comprimento de onda para evitar que o comprimento de onda do laser se desvie em função das variações de temperatura e desempenho.
Multiplexador/desmultiplexador CWDM – Os dispositivos mux/demux CWDM geralmente estão disponíveis em incrementos de 4 ou 8 canais.
As bandas comuns são as seguintes:
Banda 1 (4 canais) ............................. 1510 a 1570 nm
Banda 2 (8 canais) .............................. 1470 a 1610 nm
Banda 3 (12 canais) ............................ 1310 a 1370 nm
Banda 4 (16 canais) ............................ 1270 a 1610 nm
Todos esses canais de comprimento de onda são separados em incrementos de 20 nm. Observe que os comprimentos de onda individuais serão listados como pares ou ímpares, como 1530 nm ou 1531 nm. O plano de comprimento de onda CWDM original identificava os lasers com comprimentos de onda pares. Em 2003, a ITU (União Internacional de Telecomunicações) revisou a especificação em 1 nm, de modo que o comprimento de onda geral do plano CWDM passasse de 1271 nm para 1611 nm, em vez de 1270 nm para 1610 nm. Os fabricantes de CWDM e multiplexadores/desmultiplexadores podem especificar os comprimentos de onda em qualquer um dos formatos. Eles são intercambiáveis.
Transmissão Bidirecional – A tecnologia CWDM oferece uma excelente plataforma para transmissão bidirecional de vários sinais por meio de uma fibra monomodo. Para facilitar a transmissão bidirecional de sinais (por exemplo, Ethernet, dados, etc.), dois comprimentos de onda devem ser atribuídos – um para cada direção do sinal. Usando TDM (Multiplexação por Divisão de Tempo), cada comprimento de onda pode suportar vários sinais. Por exemplo, usando dois comprimentos de onda, você pode transmitir vários vídeos, bem como uma direção de dados ou Ethernet, enquanto o segundo comprimento de onda suporta a direção de retorno dos dados. Como a fibra óptica é independente de sinal, cada comprimento de onda pode suportar qualquer tipo de sinal, desde o mais simples fechamento de contato ou TTL até os sinais HDSDI e GigE mais complexos de alta largura de banda. Um multiplex/demux CWDM típico de 8 canais pode suportar uma quantidade significativa de sinais unidirecionais e bidirecionais. Esses sinais geralmente incluem o seguinte: vídeo analógico, vídeo HDSDI, Ethernet (10/100 ou GigE), dados e TTL. Dependendo do tipo de ROV e da missão específica, outros sinais como áudio, USB e contatos podem ser transmitidos.
Arquitetura do sistema – Os dispositivos de transmissão óptica são relativamente únicos nos sistemas CWDM e DWDM. Do ponto de vista da transmissão, cada um dos lasers CWDM possui um comprimento de onda único e está conectado à sua porta de comprimento de onda complementar no multiplexador CWDM. O receptor óptico, por outro lado, utiliza um detector óptico de banda larga que responde a todos os comprimentos de onda em todo o plano de comprimento de onda CWDM (1270 a 1610 nm). A separação de comprimentos de onda é realizada no demultiplexador CWDM. Portanto, os receptores não possuem dispositivos específicos de comprimento de onda que se acoplem a comprimentos de onda únicos no demultiplexador CWDM. Por exemplo, se um sistema CWDM de 4 canais utiliza 4 sinais HDSDI, cada um operando em um comprimento de onda separado, haveria 4 números de peça exclusivos para esses transmissores (um para cada um dos comprimentos de onda de 1510 a 1570 nm). No entanto, como a demultiplexação ou separação do comprimento de onda é feita no demultiplexador, todos os quatro receptores HDSDI teriam o mesmo número de peça e seriam intercambiáveis. Em geral, o multiplexador e o demultiplexador CWDM podem ter o mesmo número de peça. Embora as especificações sejam ligeiramente diferentes para os dispositivos mux e demux, visto que a maioria das aplicações submarinas utilizará transmissão de sinal bidirecional, o dispositivo mux CWDM funcionará bem tanto para equipamentos submarinos quanto para equipamentos de superfície.
Os módulos mux/demux CWDM são pequenos e podem ser alojados entre qualquer uma dessas placas. Pequenos cabos de conexão de fibra de 900 μm de cada uma das placas de transmissão/recebimento de fibra são conectados ao módulo mux CWDM interno. A saída do mux é uma única porta óptica que é então conectada ao cabo para transmissão na parte superior. A fibra dentro do cabo então se conecta à placa receptora na parte superior e à entrada do demultiplexador CWDM. Este módulo então separa cada um dos comprimentos de onda do equipamento de transmissão submarino e adiciona quaisquer comprimentos de onda do equipamento na parte superior que devem ser transmitidos para a unidade submarina. Observe que a interface típica do conector óptico normalmente terá um acabamento de extremidade UPC (Contato Ultrafísico) para que as reflexões ópticas sejam mantidas no mínimo. É importante que este acabamento UPC esteja em ambas as virolas de um conector acoplado. Embora seja prática comum usar a técnica típica de "retificação e polimento" para terminações de bordo, isso não é recomendado, pois as perdas e reflexões ópticas nos conectores serão maiores do que o esperado, além da possibilidade de danos às virolas dos conectores ao acoplar virolas com polimentos de extremidade diferentes. Isso será discutido com mais detalhes em um artigo subsequente sobre terminações de conectores, limpeza e inspeção.
Teste de Comprimento de Onda – Como a potência de todos os comprimentos de onda transmitidos está presente simultaneamente na fibra tether comum, é necessário um medidor de potência especial para identificar a presença de cada comprimento de onda na fibra tether e seu nível de potência óptica. Medidores de potência tradicionais possuem um detector de comprimento de onda amplo e não seletivo. Como a fibra tether possui todos os comprimentos de onda, este medidor de potência lerá a soma de todos esses comprimentos de onda e não identificará a potência associada a cada comprimento de onda. Para utilizar um medidor de potência padrão, um demultiplexador CWDM óptico deve ser usado para separar cada um dos comprimentos de onda antes de ser conectado ao medidor de potência. Embora isso funcione, introduzirá uma peça adicional (demultiplexador) que terá sua própria perda óptica, comprometendo assim os resultados do teste. Como mostrado na pilha multiplexadora de fibra acima, obter acesso à saída de cada porta demux pode ser difícil para uso com um medidor de potência padrão.
A Figura 3 ilustra uma aplicação típica de interconexão óptica CWDM bidirecional. Os comprimentos de onda 1 a 5 e 7 são usados para transmitir informações na parte superior, enquanto os comprimentos de onda 6 e 8 recebem dados da parte superior. Esses sinais de "retorno" podem ser dados Ethernet, fechamentos de contato, etc. Cada fibra na entrada/saída do multiplexador óptico carrega seu próprio comprimento de onda. Portanto, um medidor de potência padrão funcionará para medir a potência óptica do comprimento de onda na fibra associada. No entanto, a porta comum do multiplexador/demuxador contém todos os comprimentos de onda da fibra. É aqui que o medidor de potência CWDM se torna útil.
Os medidores de potência CWDM desmultiplexam cada um dos comprimentos de onda individuais presentes nas fibras do cabo e relatam a potência associada em formato gráfico ou tabular. Esses medidores possuem diversos recursos que permitem que a potência de cada comprimento de onda seja exibida ou exibida em conjunto e enviada para processamento posterior. Considerando a onipresença do CWDM no mercado de ROVs, seria prudente ter um desses medidores de potência CWDM como parte da lista de equipamentos do técnico.
O CWDM oferece uma versatilidade significativa na transmissão de sinais. A combinação de TDM e CWDM confere ao sistema uma capacidade quase ilimitada de visualizar, monitorar e controlar todos os aspectos das funções de um ROV a distâncias significativas, com latência zero. Como este artigo destaca, o CWDM é uma tecnologia comprovada com capacidades excepcionais e potencial de expansão.
Para mais informações, envie um e-mail para o autor em www.fiber-mart.com
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