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1
SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL - SENAI
FACULDADE DE TECNOLOGIA SENAI DE DESENVOLVIMENTO GERENCIAL-
FATESG
CURSO TÉCNICO EM TELECOMUNICAÇÕES
MEDIÇÕES DE FIBRA ÓPTICA UTILIZANDO O OTDR
EDSON GABRIEL CARVALHO GUIMARÃES
FERNANDO XAVIER OLIVEIRA
THALITA CRISTINY DE CASTRO CARVALHO
VANESSA SANTOS CAETANO
Goiânia
2014
2
EDSON GABRIEL CARVALHO GUIMARÃES
FERNANDO XAVIER OLIVEIRA
THALITA CRISTINY DE CASTRO CARVALHO
VANESSA SANTOS CAETANO
MEDIÇÕES DE FIBRA ÓPTICA UTILIZANDO O OTDR
Trabalho de conclusão de curso apresentado a
Faculdade de Tecnologia SENAI de
Desenvolvimento Gerencial- FATESG, como parte
dos requisitos para obtenção do Título de Técnico
em Telecomunicações.
Orientador: Prof°: Marcos Fernandes de Castro
Abreu.
Goiânia
2014
3
EDSON GABRIEL CARVALHO GUIMARÃES
FERNANDO XAVIER DE OLIVEIRA
THALITA CRISTINY DE CASTRO CARVALHO
VANESSA SANTOS CAETANO
MEDIÇÕES DE FIBRA ÓPTICA UTILIZANDO O OTDR
Trabalho de conclusão de curso, apresentado a Faculdade de Tecnologia
SENAI de Desenvolvimento Gerencial, como parte das exigências para a
obtenção do título de Técnico em Telecomunicações.
Goiânia, ____ de _____________ de _____.
________________________________________Prof. Marcos Fernandes de Castro Abreu
ORIENTADOR
________________________________________Prof. Alessandro Neves Caetano
COORDENADOR
4
5
DEDICATÓRIA
Dedicamos esse trabalho de conclusão de curso aos nossos familiares
e amigos, a instituição SENAI-FATESG e ao corpo docente que nos
acompanharam nesse trajeto.
“Que os vossos esforços desafiem as impossibilidades, lembrai-vos de que as grandes coisas do homem foram conquistadas do que parecia impossível.”
Charles Chaplin
6
AGRADECIMENTOS
Agradecemos primeiramente a Deus, pois sem ele nada seria possível.
A nossa família pelo apoio e principalmente aos nossos pais pelo incentivo.
Aos nossos amigos que fizeram parte da execução desse trabalho.
Agradecemos também а todos os professores qυе nos acompanharam durante
todo o curso, е em especial ао orientador e prof. Marcos Fernandes de Castro
Abreu e ao prof. Fábio Barbosa Rodrigues, pela a ajuda e incentivo deste
trabalho. A instituição SENAI-FATESG e a todos os funcionários pela
oportunidade e dedicação conosco. A todos, nosso muito obrigado!
7
RESUMO
Com o aumento da utilização da tecnologia de fibra óptica tornou-se necessário
o desenvolvimento de aparelho com a capacidade de diagnosticar a fibra
óptica, a fim de se obter melhor qualidade no envio das informações através da
fibra. Uma das técnicas utilizadas para caracterização em enlaces e
dispositivos de fibras ópticas é a técnica chamada reflectometria óptica. Dentre
os tipos de reflectometria óptica conhecidos, o mais utilizado é a reflectometria
óptica no domínio do tempo (OTDR). Este trabalho visa apresentar uma
metodologia de utilização do equipamento OTDR MT9083A2 Anritsu,
explicando as ferramentas OTDR (Padrão), OTRD (construção), Fiber
Visualizer e conceitos de transmissão da fibra para a utilização do
equipamento, também abordando a fibra monomodo padrão G.652. Foram
realizados testes em fibras monomodo padrão G.652 disponibilizada pela
unidade SENAI FATESG.
Palavras Chaves: OTDR: reflectometria óptica no domínio do tempo, ITU-T,
Fibra Óptica.
8
ABSTRACT
With the increased use of fiber optic technology has become necessary to
develop a device with the ability to diagnose the optical fiber in order to achieve
better quality in the transmission of information via the fiber. One of the
techniques used for characterization links and optical fiber devices is called the
optical reflectometry technique. Among the known types of optical reflectometry,
the most used is the optical time domain reflectometry (OTDR) This paper
presents a methodology for using the Anritsu MT9083A2 OTDR equipment,
explaining some tools and concepts for the use of equipment, performing tests
on standard G.652 available from SENAI unit FATESG single mode fibers.
Key Words: OTDR: Optical Time Domain Reflectometry, ITU-T,
Fiber Optics,
9
LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Estrutura da fibra óptica........................................................................................12Figura 2 - Entradas e saídas do OTDR................................................................................17Figura 3 - Menu principal do OTDR......................................................................................18Figura 4 - Imagem OTDR padrão (Análise).........................................................................19Figura 5 - OTDR (Padrão) opção "Mais >>"........................................................................20Figura 6 - Opção modo perda................................................................................................20Figura 7 - OTDR (Construção)..............................................................................................21Figura 9 - Configurações dos parâmetros limiares de medição........................................22Figura 10 - Opção fiber visualizer (Passa)...........................................................................23Figura 11 - Resultado do fiber visualizer (Falha)................................................................23
10
LISTA DE ABREVEATURAS
OTDR - Refletômetro óptico no domínio do tempoITU-T - União de Telecomunicação Internacional – Departamento de Padronização de Telecomunicações.ITU - União de Telecomunicação InternacionalFTTx - Fiber to the (x)OLS - Luz ÓpticasVFL - Localizador Visual de FalhaIOR - Índice de refração BSC - Coeficiente de Retro espalhamento
11
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO.................................................................................................................11
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA....................................................................................12
2.2 Comprimento de onda.............................................................................................13
2.3 Tipos de fibras..........................................................................................................13
2.4 Zona morta...............................................................................................................13
2.5 FTTx..........................................................................................................................14
2.6 OTDR........................................................................................................................14
2.6.1 Anritsu OTDR MT9083A2...............................................................................14
2.7 ORL - perda de retorno óptico...............................................................................15
2.8 Perda de emenda....................................................................................................15
2.9 Refletância................................................................................................................15
2.10 Fim de fibra...............................................................................................................15
2.11 Macro curvatura.......................................................................................................15
2.12 IOR- índice de refração...........................................................................................16
2.13 BSC - coeficiente de retroespalhamento..............................................................16
3 DESENVOLVIMENTO....................................................................................................17
4 CONCLUSÃO..................................................................................................................25
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS............................................................................26
12
1 INTRODUÇÃO
O projeto irá abordar sobre o tema medições de fibra óptica utilizando o
OTDR modelo MT9083A2 da ANRITSU que pode medir atenuação na emenda,
atenuação total em distâncias específicas (trechos de fibra), refletância,
distância à falha ou à emenda e o comprimento da fibra em teste. OTDR
verificam a qualidade de transmissão da fibra óptica através da medição por
meio de análise eficaz de perda.
As ferramentas do aparelho OTDR podem ajudar a identificar
irregularidades na fibra óptica, localizá-las e medir sua atenuação, perda
relevante e homogeneidade. Elas podem salvar e transferidas.
Será desenvolvido uma metodologia de utilização do equipamento
MT9083A2. Esse equipamento possui funções que executa diagnósticos de
fibra óptica.
Terá como importância a análise de uma fibra óptica em todos os
aspectos verificando a qualidade de transmissão da fibra, realizará uma análise
completa da fibra para uma manutenção rápida e eficiente.
O modelo MT9083A2, reduz o tempo de instalação e manutenção de
fibras com seu hardware e software fáceis de usar e com isso ajudando no
entendimento mais abrangente sobre o equipamento.
Para a execução do trabalho serão utilizados rolos de fibras fornecidos
pela unidade SENAI FATESG, um com 1,5 km e outro com 21 km, utilizara o
rolo de 1,5 km como zona morta e executou-se medições na fibra
apresentando algumas funções do OTDR tendo como objetivo principal a
execução em dos comprimentos de ondas distintos apresentando as diferenças
ocorridas nos resultados.
13
2 FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA
2.1Fibra óptica
O cabo de fibra óptica é uma tecnologia que utiliza um filamento de
vidro transparente e com alto grau de pureza como meio físico. Seu diâmetro é
tão fino quanto um fio de cabelo humano, sendo usado para transmitir raios de
luz ao longo de grandes distâncias, permitindo carregar milhares de
informações digitais sem perdas significativas.
Figura 1 - Estrutura da fibra ópticaFonte: Madeira, 2013.
Tem como vantagens, grande capacidade de transmissão de dados;
insensibilidade às perturbações eletromagnéticas; atenuações muito reduzidas,
permitindo ligações de dezenas de quilômetros sem amplificadores; dá origem
a cabos com diâmetros menores, mais leves e flexíveis, o que permite uma
diminuição dos custos de implementação e montagem.
O funcionamento desses cabos ocorre de forma bem simples. Como
mostrado no figura1, cada filamento que constitui o cabo de fibra óptica é
basicamente formado por um núcleo central de vidro, por onde ocorre a
transmissão da luz, que possui alto índice de refração, de uma casca
14
envolvente, também feita de vidro, porém com índice de refração menor em
relação ao núcleo e o revestimento primário, que é uma proteção maior,
geralmente feita de plástico. A transmissão da luz pela fibra óptica segue o
princípio da reflexão. Em uma das extremidades do cabo óptico é lançado um
feixe de luz que, pelas características ópticas da fibra, percorre todo o cabo por
meio de sucessivas reflexões até chegar ao seu destino final.
Os feixes de luz que penetram no cabo óptico sofrem várias reflexões
na superfície de separação entre os dois vidros que o formam e dessa maneira
a luz caminha, podendo percorrer vários quilômetros de distância. Utilizadas
como meio para transmissão de ondas eletromagnéticas, como a luz, por
exemplo, elas são feitas em vidro porque esse material absorve menos essas
ondas.
2.2 Comprimento de onda
Comprimento de onda é o espaço em que uma onda se repete, no
caso da fibra ótica, é onde a luz (sinal) se propaga através de reflexões até o
seu destino final.
2.3Tipos de fibras
Multimodo são adequadas para enlaces em LAN, em distâncias
menores, pois apresenta uma alta atenuação do sinal; tem comprimento de
ondas comerciais de 850nm e 1300nm.
Monomodo tem comprimentos de onda principais de 1310nm e
1550nm; são ideais para instalações de grandes distâncias e baixa larga, por
isso são as mais utilizadas pelas companhias prestadoras de serviços de
telecomunicação.
2.4 Zona morta
Zona morta é uma zona em que o aparelho não mede nenhum evento,
sendo de aproximadamente 2 km, sendo também definida como a capacidade
15
para poder distinguir dois eventos discretos separados por uma distância curta.
A zona morta reduz-se quando à largura dos pulsos também reduz.
2.5 FTTx
Uma rede FTTX é uma rede de acesso baseada em fibra que conecta
uma grande quantidade de usuários finais (residências, prédios, ERBs,...) a um
ponto central, conhecido como nó de acesso ou ponto de presença (POP) da
operadora.
2.6OTDR
OTDR’s também são usados para manter o desempenho da planta de
fibra. Um OTDR permite a visualização de mais detalhes afetados
pela instalação de cabeamento. Ele mapeia o cabeamento e pode ilustrar a
qualidade da terminação e os locais de falha. Ele oferece diagnóstico avançado
para isolar um ponto de falha que pode prejudicar o desempenho da rede,
permite a descoberta de problemas ao longo do comprimento de um canal que
pode afetar a confiabilidade em longo prazo, caracteriza recursos como a
uniformidade e a taxa de atenuação, o comprimento de segmento, a perda da
posição e de inserção de conectores e juntas, e os outros eventos tais como
dobras que podem ter ocorrido durante a instalação do cabo.
2.6.1 Anritsu OTDR MT9083A2
Conjuntos de teste MT9083A / B são projetados para tornar a
experiência de medição simples e livres de erros com um botão de localização
de faltas, aprovação / reprovação classificação, arquivo automatizado salvar e
nomear e até mesmo um recurso de detecção de macro curvatura para a
identificação de problemas de instalação.
Neste trabalho será abordado o modelo MT9083A2, que dispõe de
funções requeridas para executar diagnósticos de falhas em fibras ópticas,
especialmente em aplicações FTTx. Além disso, o OTDR MT9083A2 possui
também um medidor de potência óptica para medições de potências e fontes
16
de luz ópticas (OLS) para identificação de fibras. Unidades podem também ser
equipadas com o opcional localizador visual de falha (VFL) que provê uma luz
visível para localização de dobraduras e quebras em fibras dentro da zona
morta do OTDR.
2.7ORL - perda de retorno óptico
Em telecomunicações, a perda de retorno é a perda de potência do
sinal resultante da reflexão causada a uma descontinuidade de uma linha de
transmissão ou de fibra óptica. Esta descontinuidade pode ser uma
incompatibilidade com a carga de terminação ou com um dispositivo inserido
na linha. Ele é geralmente expresso como uma proporção em decibéis (dB)
2.8Perda de emenda
É a perda proveniente da fusão feita na fibra, isso causa uma
atenuação no sinal.
2.9Refletância
Refletância determina o menor valor que será relatado pela análise.
Qualquer evento com uma refletância igual ou superior ao valor deste
parâmetro será relatado em análise de evento. A gama de configurações para
este parâmetro é de -70,0 dB a -20,0 dB em incrementos de 0,1 dB.
2.10 Fim de fibra
Determina um valor igual ou superior ao que será identificado e
relatado na análise eventos como fim de fibra. A gama de configurações para
este parâmetro é de 1 dB a 99 dB em incrementos de 1 dB.
2.11 Macro curvatura
17
O macro curvatura é onde se detectada dobra no decorrer da fibra, tal
que a luz tende a escapar de seu confinamento. Este fenômeno é usado para
extrair e inserir luz em uma fibra, para fins de medida, para alinhamento em
máquinas de emenda, para comunicação em campo.
2.12 IOR- índice de refração
IOR: o índice de refração é que relaciona a velocidade da luz no vácuo
com a velocidade em outro meio.
2.13 BSC - coeficiente de retroespalhamento
É a irradiação da luz das moléculas de vidro, proporcional à luz
incidente. O instrumento faz uso deste fenômeno da seguinte forma:
Gera-se um impulso luminoso que é inserido na fibra óptica sob teste.
Ao percorrer a fibra até um ponto X, a luz é atenuada. Ao chegar ao ponto X, a
luz provoca o espalhamento das moléculas de vidro desse ponto, com
intensidade proporcional à luz existente nesse ponto. Como o espalhamento é
homogêneo em todas as direções, parte dessa energia luminosa retorna à
fonte (OTDR). A luz que retorna à fonte também é atenuada. É importante
observar que a atenuação do retorno à fonte é igual à atenuação do sinal até o
ponto X, pois o caminho de propagação é o mesmo. O OTDR mede a potência
de luz que retorna à fonte, bem como o tempo gasto para que o impulso gerado
vá até o ponto X e retorne ao início da fibra.
18
3 DESENVOLVIMENTO
Irá tratar de um aparelho de medição de fibra ótica, conhecida como
OTDR, que tem a função de fazer medições técnicas de fibras óticas. Para
realizar estes testes, será utilizado também a fibra ótica monomodo mais
utilizada no mercado e que foi disponibilizada pela instituição SENAI-FATESG,
o padrão G.652, da norma ITU-T.
Atualmente é possível classificar as fibras monomodos em três grupos:
fibras monomodo convencionais ITU-T G.652, fibras de dispersão deslocada
ITU-T G.653 e fibras de dispersão deslocada não nula ITU-T G.655.
As fibras ITU-T G.652 foram as primeiras a serem construídas. Esses
tipos de fibras foram otimizadas para operarem no comprimento de onde de
1310 nm. Para sinais nesse comprimento de onda, as fibras convencionais
apresentam dispersão nula e baixa atenuação. Esse tipo de fibra vem sendo
fabricado desde o início dos anos 80 e é o tipo de fibra monomodo mais
instalada no mundo inteiro. Apesar de estar otimizada para operação em
1310nm, essa fibra também permite a operação na janela de 1550 nm, quando
a dispersão não é um fator interessante para o sistema.
Figura 2 - Entradas e saídas do OTDR
Na figura 2 mostra as saídas que o equipamento tem, sendo: uma
porta DC Input; uma para LASER apertura; uma entrada para fibras multimodo
e outra para monomodo; e duas para USB, sendo uma para PC e outra para
pen drive, ou outros modos de armazenamento com conectividade USB.
19
Figura 3 - Menu principal do OTDR
A figura 3 mostra o menu principal do equipamento estudado,
mostrando as principais funções e opções.
Na figura 4 mostrará a opção OTDR (Padrão), nesta opção o aparelho
faz uma rápida análise sobre a fibra que está sendo trabalhada. Utilizando as
fibras disponibilizadas pela unidade SENAI-FATESG, foi realizada uma
medição simples para observar algumas configurações disponibilizadas nesse
aparelho:
Tempo real: ao marcar essa opção o equipamento ira fazer medições
em tempo real, ou seja, constantemente mostrando apenas a curva e a
refletância. Comprimento de onda na fibra monomodo tem duas opções
que são 1550nm e 1310nm, o comprimento de onda altera os
resultados.
Escala/ largura de pulso: Na escala o fabricante informa o dobro do
comprimento da fibra. Largura do pulso é o tamanho do pulso que será
enviado para fazer as medições, que serão em nano segundos. Esse
parâmetro define a zona morta entre os eventos ocorridos.
Ponto de análise: que são apresentados com as letras A e B. Quando
selecionado, tem a opção de mover o cursor A ou B, podendo ajuda em
marcações distintas. Tendo também como opção uma distância entre o
ponto A e o ponto B, representado da seguinte forma: A>B, essa opção
marca a distância entre os dois pontos utilizados na análise.
20
Total de eventos: esta opção informa o número total de eventos que foi
detectado na análise, como relatado na imagem, nesta análise foi
detectado dois eventos, uma perda por evento refletido (conector), e
outro é um fim de fibra.
Comprimento de fibra: é uma opção onde indica o comprimento total
aproximado da fibra medida.
“Mais>>” abrirá algumas outras opções como visto na figura 5.
F
i
g
u
r
a
- Imagem OTDR padrão (Análise)
De acordo com a figura 5:
Tempo médio que define o tempo do pulso de medição.
IOR/BSC: cada fibra tem valores específicos pré-estabelecidos pelo
fabricante, o OTDR já vem de fábrica com alguns modelos definidos de
fibras.
Modo perda: define o modo de perda específico, é apresentado as
seguintes opções como apresentado na figura 5.
21
Figura 5 - OTDR (Padrão) opção "Mais >>"
Figura 6 - Opção modo perda
De acordo com a figura 6:
Perda de Emenda: para medir a perda óptica causada por conectores,
emendas e acopladores em um cabo de fibra óptica.
O modo 2-Pt: será selecionado dois pontos específicos da medição da
fibra utilizando o ponto de análise, esse ponto será estipulado pelo
22
operador do equipamento, nesse modo será apresentado a perda em
dB do ponto A ao Ponto B.
LSA 2-Pt: nessa opção será estipulados intervalos de medições, o
comprimento dos intervalos LSA é selecionável pelo usuário. O valor
padrão é de aproximadamente 400 metros. Dentre os intervalos será
feito uma média dos valores dos intervalos, em seguida será feito uma
média dos resultados dos intervalos.
Perda dB / km: será feito a medição da fibra total, em seguida dividirá o
valor de perda total por quilômetro, para isso faz-se necessário colocar
o cursor B no final da fibra.
LSA dB/Km: após fazer a medição LSA total da perda, será dividida por
quilômetro.
2-Pt, dB/Km: após fazer a medição 2-Pt o resultado da perda será
dividida por quilômetro.
ORL: será calculado a perda por luz refletida para a origem.
Na opção OTRD (construção), como mostrado na figura 7, mostra uma
forma de salvar os arquivos analisados, tanto na memória interna do aparelho,
como em pen drive ou dispositivos USB. Sendo bastante útil em uma medição
de enlace em campo, onde cada análise pode ser salvada com nomes
diferentes, e também com opções específicas, comprimentos de onda distintos
números de fibras utilizadas e direção de teste, como (de A pra B) ou (de B
para A).
Figura 7 - OTDR (Construção)
23
A opção Fiber Visualizer como apresentado nas figuras 8,9 e 10, serão
definidos valores de parâmetros de perda, onde que tais parâmetros serão
configurados pelo operador do equipamento, seguindo esses parâmetros a
fibra será verificada e se determinara se passa ou falha, muito útil para
verificação de confiabilidade de um enlace mostrando fibras defeituosas que
não estão de acordo com as configurações requeridas.
Para um melhor entendimento foi realizado um teste em sala de aula
utilizando uma fibra monomodo de 1,5Km como zona morta e outra de 21km
como fibra de teste. Foram configuradas as liminares, definindo os seguintes
valores para teste como mostrado na figura 8, e foi utilizado dois comprimentos
de onda:
1310 nm que é utilizado para longas distâncias, pois tem baixa
dispersão e perda de sinal ao decorrer do percurso.
1550 nm são mais utilizadas em distâncias menores, pois tem uma
taxa de perda superior aos 1310 nm, ou poder ser utilizada também
para ocasiões onde a perda não é significativa pra o sistema operado.
Foi conectado a fibra de 1,5 km a fibra de 21 km usando o conector
SC, que oferece perda média de 0.25 dB.
Figura 8 - Configurações dos parâmetros limiares de medição
24
Utilizando o comprimento de onda de 1310 nm a fibra passa na
verificação como apresentado na figura 9, pois todos os valores de perda
ficaram dentro dos limites pré-estabelecidos anteriormente.
Figura 9 - Opção fiber visualizer (Passa)
Utilizando o comprimento de onda de 1550nm obteve-se uma maior
atenuação no conector, onde a perda aceitável seria de 4 dB, teve uma perda
de 4.840 dB. Foi possível observar um maior retorno de luz (ORL) fazendo com
que a fibra não passe no teste como apresentado na figura 10.
Figura 10 - Resultado do fiber visualizer (Falha)
25
Foi possível observar que com o comprimento de onda de 1550 nm em
uma fibra monomodo será obtido uma maior atenuação do sinal como descrito
na padrão ITU-T G.652.
26
4 CONCLUSÃO
Todo esse conhecimento descrito, aliado a conhecimento técnico
adquirido ao longo do curso e em atividades de pesquisas em livros e manuais
do equipamento, tornaram possível o desenvolvimento de uma metodologia de
utilização das ferramentas do equipamento OTDR MT9083A2, capaz de
diagnosticar uma fibra mostrando parâmetros de perdas.
As ferramentas utilizadas foram descritas em detalhes abordando uma
metodologia de fácil entendimento, permitindo concluir diagnósticos na fibra
monomodo G.652 em comprimentos de onda distintos (1310nm e 1550nm),
observando diferenças de atenuações.
A parte de desenvolvimento do trabalho sofreu algumas limitações,
pois não foi possível ter contato com um enlace que se proporciona a
oportunidade de utilizar todas as ferramentas do aparelho. Os resultados
encontrados permitem a continuação deste trabalho, visando melhorias no
desenvolvimento. Assim algumas propostas para trabalhos futuros devem ser
citados: fornecer metodologias de utilização quanto à parte de medição de
potência, fonte de luz, localizador visual de falha e VIP. Fazer testes de enlace
em campo para fundamentar os conceitos abordados na ferramenta OTDR
(construção).
Foi observado que o OTDR é uma ferramenta bastante útil para quem
fabrica, implementa, e repara trabalhos em fibra óptica, apresentando
parâmetros pertinentes para o desenvolvimento das atividades.
27
5 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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<http://paginas.fe.up.pt/~hsalgado/co/OTDR.pdf>. Acesso em 21 mar. 2014.
Silva, M.L, A importância da fibra óptica na comunicação. Disponível em
<http://www2.unemat.br/carlosacacio/lazaro.html> Acesso em 21 mar. 2014.
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<http://www.brasilescola.com/fisica/fibra-optica.htm>. Acesso em 24 mar. 2014.
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Fibras Ópticas. Disponível em <http://puig.pro.br/Laser/TutFO.pdf>. Acesso em
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28
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Martin, P. S., Cabeamento Estruturado, desenvolvendo cada passo: do projeto
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