1. O documento discute as diferentes topologias e técnicas de acesso múltiplo em redes ópticas passivas (PONs), incluindo TDM-PON, WDM-PON, OFDM-PON e OCDMA-PON. 2. É apresentada uma implementação computacional de uma rede GPON de 64 ONUs usando a ferramenta Optisystem para ilustrar o funcionamento de uma TDM-PON. 3. São descritas simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em múlt

1. Aluno: Heitor Bruno Oliveira Galvão
Orientador: Prof. MSc. Guilherme Enéas
Vaz Silva
1
REDES ÓPTICAS PASSIVAS
(PONS): TOPOLOGIAS E TÉCNICAS DE
ACESSO MÚLTIPLO
NOS SISTEMAS DE
TELECOMUNICAÇÕES
Universidade Estadual
do Piauí - UESPI

2. SUMÁRIO
1. Introdução
2. Redes ópticas passivas baseadas em multiplexação por divisão no tempo
(TDM - PON)
3. Redes ópticas passivas baseadas em multiplexação por divisão em
comprimento de onda (WDM - PON)
4. Redes ópticas passivas baseadas em multiplexação por divisão de
frequência ortogonal (OFDM - PON)
5. Redes ópticas passivas baseadas no acesso múltiplo por divisão de códigos
(OCDMA - PON)
6. Conclusão e trabalhos futuros
7. Referências bibliográficas
2

3. 1. INTRODUÇÃO
3
➢ Aumento da transferência de dados nas redes de telecomunicações;
➢ Necessidade de uma infraestrutura de rede que atenda as exigências dos
usuários;
➢ As redes de telecomunicações possuem a seguinte divisão considerando
proporções de trabalho e transferência de informações: core,
metropolitana e acesso;
➢ Redes ópticas Ativas (AONs) vs Redes Ópticas Passivas (PONs).

4. 1. INTRODUÇÃO
4
Figura 1 - Divisão das redes ópticas considerando proporções de trabalho e
taxa de transferência de informações.

5. 1. INTRODUÇÃO
5
Figura 2 - Estrutura das PONs.

6. 1. INTRODUÇÃO
6
Componentes das PONs:
Figura 3 - OLT.
Figura 5 – ONU.
Figura 4 – Splitter.

7. 1. INTRODUÇÃO
7
➢OBJETIVO GERAL:
Estudar e a analisar as Redes Ópticas Passivas tornando esse trabalho
uma boa referência em respeito a análise de redes ópticas passivas atuais e
futuros.
➢OBJETIVO ESPECÍFICOS:
Efetuar o estudo das TDM – PONs;
Analisar as WDM – PONs;
Estudar as OFDM – PONS;
Examinar e explorar as OCDMA-PONs;
Analisar os resultados obtidos para assegurar a eficácia da pesquisa
proposta.

8. 2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO
(TDM– PON)
8
No capitulo 2 abordaremos:
➢Princípios básicos do TDM – PON;
➢Acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA);
➢Tipos de topologias físicas;
➢Implementação computacional de uma rede GPON de 64 ONUs.

9. 2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO
(TDM– PON)
9
Princípios básicos do TDM – PON:
Figura 6 -Tráfego no upstream.

10. 2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO
(TDM– PON)
10
Princípios básicos do TDM – PON:
Figura 7 -Tráfego no dowstream.

11. 2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO
(TDM– PON)
11
Acesso múltiplo por divisão de tempo (TDMA):
➢Slots Temporais;
➢Sistema Determistico: alocações de canais fixos;
➢Gerenciamento de tráfego: fixo (baixa qualidade) e variável (algoritmos
complexos para melhorar a eficiência);
➢Problemas de segurança: ataque por falta de serviço, ONU mascarada, escuta
não-autorizada.

12. 2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO
(TDM– PON)
12
As principais tecnologias usadas no TDM – PON são:
➢BPON (Broadband – PON): downstream - 155 Mb/s, upstream - 622 Mb/s,
norma ITU-T G983.1 Recommendattions;
➢o EPON (Ethernet EPON): downstream e upstream - 1 Gbps, norma G.984.x
ITU-T, escalabilidade; padrão inicial normatizado pela padrão IEEE 802.3ah,
novo padrão P802.3av.
➢o GPON (Gigabit PON): downstream - 1,25 Gbps ou 2,5 Gbps, upstream - 155
Mbps, 666 Mbps, 1,25 Gbps ou 2,5 Gbps, norma G.984.x ITU-T, escalabilidade;
➢XG-PON (10 Gigabit - capable PON): upgrade do GPON, downstream – 10
Gbps, usptream – 2,5 Gbps, norma: ITU-T G.987.

13. 2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO
(TDM– PON)
13
Tipos de topologias usadas no TDM – PON:
➢As PONs baseadas em TDM possuem três tipos de topologias: barramento,
anel e árvore, além das topologias hibridas.
Figura 9 -Topologia em Anel.Figura 8 -Topologia em Barramento.

14. 2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO
(TDM– PON)
14
Implementação computacional de uma rede GPON:
Figura 10 -Área de Trabalho do Optisystem.

15. 2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO
(TDM– PON)
15
Implementação computacional de uma rede GPON:
Figura 11 -Distância entre o Terminal de Linha Óptico e o divisor óptico
passivo de 20 Km e 60 Km.

16. 2. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO NO TEMPO
(TDM– PON)
16
Implementação computacional de uma rede GPON:
Figura 12 -Alcance diferencial que a fibra óptica pode assumir de 20 Km e
de 60 Km.

17. 3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)
17
No capitulo 3 abordaremos:
➢ Os princípios do WDM – PON;
➢A técnica de acesso múltiplo por divisão de comprimento de onda
(WDMA);
➢Esquema de migração nas PONs

18. 3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)
18
Princípios do WDM – PON:
➢ Usa comprimentos dedicados para cada usuário;
➢Maximizar a largura de banda para os usuários finais, comparado com o
TDM – PON;
➢O Array Waveguide Grating (AWG) substitui o splitter da rede TDM –
PON;
➢ O AWG atua como multiplexador, demultiplexador, Optical Add-Drop
Multiplexer (OADM), Optical Cross Connect (OXC), como compensador de
dispersão.

19. 3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)
19
Princípios do WDM – PON:
Figura 13 -Estrutura da rede WDM-PON.

20. 3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)
20
TDMA vs WDMA:
➢ Acessso múltiplo por divisão de comprimento de onda (WDMA): utiliza a
fibra óptica como meio para fornecer um comprimento de onda específico para
cada ONU;
➢O WDMA comparado com o TDMA dispensa uso de algoritmo de alocação
dinâmica de largura de banda;
➢Cada transmissor da ONU opera com um comprimento de onda especifico,
aumentando o custo de manutenção da rede.

21. 3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)
21
Migração nas PONs:
Figura 14 -Esquema de Migração.

22. 3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)
22
Migração nas PONs:
Figura 15 -Estrutura dos filtros usado no WC.

23. 3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)
23
Migração nas PONs:
Figura 16 -Taxa de Erro vs Potência recebida (Downstream).

24. 3. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
COMPRIMENTO DE ONDA (WDM– PON)
24
Migração nas PONs:
Figura 17 -Taxa de Erro vs Potência recebida (Upstream).

25. 4. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
FREQUÊNCIA ORTOGONAL (OFDM– PON)
25
No capitulo 4 abordaremos:
➢Princípios do OFDM;
➢Geração de supercanal óptico;
➢Simulações computacionais usando a técnica Recirculating Frequency
Shifting.

26. 4. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
FREQUÊNCIA ORTOGONAL (OFDM– PON)
26
Princípios do OFDM:
➢O sinal OFDM (f OFDM ) pode ser representado de acordo com a equação
1:
onde w n
é a frequência angular, onde são utilizadas funções sen(wn
t) e cos(wn
t)
com o objetivo de conseguir a parte real e imaginária respectivamente do simbolo
m(t) e R refere-se a parte real.

27. 4. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
FREQUÊNCIA ORTOGONAL (OFDM– PON)
27
Princípios do OFDM:
Figura 18 - Modulador OFDM básico.

28. 4. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
FREQUÊNCIA ORTOGONAL (OFDM– PON)
28
Geradores de pentes ópticos de frequência:
Figura 19 - Esquema da técnica de deslocamento por recirculação de
frequência.

29. 4. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS EM
MULTIPLEXAÇÃO POR DIVISÃO DE
FREQUÊNCIA ORTOGONAL (OFDM– PON)
29
Implementação computacional de um gerador de pente óptico através da técnica
de deslocamento por recirculação de frequência:
Figura 20 - 23 portadoras espaçadas a 12.5 GHz com espaçamento plano e
com espaçamento diferentes.

30. 5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO
ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE
CÓDIGOS (OCDMA - PON)
30
Tópicos:
➢Princípios do OCDMA ;
➢Simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em
múltiplos comprimentos de onda (MWOOC).

31. 5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO
ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE
CÓDIGOS (OCDMA - PON)
31
Princípios do OCDMA :
➢ Primeiras aplicações;
➢CDMA foi aplicado nas redes ópticas (OCDMA).
➢OCDMA incoerente e coerente;
➢OCDMA incoerente: i). Codificação de intensidade no domínio temporal,
ii). Codificação de intensidade no domínio espectral, iii). Codificação de fase
espacial;
➢OCDMA coerente: i). Codificação de fase espacial.

32. 5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO
ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE
CÓDIGOS (OCDMA - PON)
32
Princípios do OCDMA :
➢Códigos unidimensionais (1D) e bidimensionais (2D);
Figura 21 - Codificação unidimensional no domínio do tempo.

33. 5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO
ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE
CÓDIGOS (OCDMA - PON)
33
Princípios do OCDMA :
Figura 22 - Codificação bidimensional.

34. 5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO
ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE
CÓDIGOS (OCDMA - PON)
34
Princípios do OCDMA :
Figura 23 - Principais problemas de segurança em OCDMA.

35. 5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO
ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE
CÓDIGOS (OCDMA - PON)
35
Simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em múltiplos
comprimentos de onda (MWOCC) :
➢Os Códigos Ópticos Ortogonais com Múltiplos Comprimentos de Onda
(MWOOC):(MxN,λa
,λc
)
➢Parâmetros analisados: taxa de erro de bit (Pe
) e probabilidade de quebra de
codificação (Pq
) de uma sequência em OCDMA.

36. 5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO
ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE
CÓDIGOS (OCDMA - PON)
36
Simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em múltiplos
comprimentos de onda (MWOCC):
Figura 24 - Simulação da Probabilidade de Erro de Bit (Pe) de acordo com (DYANG et al.,
2004): (a) N = 7, w = 5, Phii = 1 e p = 9; (b) N = 31, w = 4, Phi
= 2, p = 7; (c) N = 41, w = 4, Phi
=
3, p = 11 e (d) N = 47, w = 5, Phi
= 2, p = 11.

37. 5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO
ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE
CÓDIGOS (OCDMA - PON)
37
Simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em múltiplos
comprimentos de onda (MWOCC) :
Figura 25 - Novo cenario de simulação da Probabilidade de Erro de Bit (Pe) usando como
parâmetro de variação a ponderação w e o número de comprimentos de ondas p: (a) N = 7, w = 5,
Phi
=1 e p = 9; (b) N = 31, w= 6, Phi
= 2, p = 9; (c) N = 41, w = 6, Phi
=3, p = 13 e (d) N = 47, w =
7, Phi
= 2, p = 13.

38. 5. REDES ÓPTICAS PASSIVAS BASEADAS NO
ACESSO MÚLTIPLO POR DIVISÃO DE
CÓDIGOS (OCDMA - PON)
38
Simulações computacionais dos códigos ópticos ortogonais baseados em múltiplos
comprimentos de onda (MWOCC) :
Figura 26 - Primeiro cenário e segundo cenário

39. 6. CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS
39
➢TDM – PONs;
➢WDM – PONs;
➢OFDM – PONs;
➢OCMA – PONs;
➢Trabalhos futuros: usar sistemas inteligentes para inferir qual o melhor tipo de
Rede Óptica Passiva hibrida.