É uma questão de quando e não se faltará capacidade de fibra. Vamos falar sobre as opções e respostas quando se trata de exaustão de fibras

A demanda por capacidade de transporte óptico de longa distância continua crescendo. Embora a mudança para uma tecnologia coerente há 10 anos tenha proporcionado um aumento transformador na capacidade de fibra, o crescimento da necessidade alimentado por fatores como o aumento da resolução de vídeo, telefones celulares dramaticamente mais capazes e a mudança para arquiteturas baseadas em nuvem absorveu grande parte dessa capacidade nas rotas de rede mais movimentadas.

Os 5 bilhões de km de fibras ópticas instaladas ao redor do mundo estão ficando sem fôlego? Neste artigo, será apresentado um roteiro de opções que as operadoras de rede podem escolher para alimentar o monstro insaciável que é a internet.

A Figura 1 mostra essas opções. À esquerda estão as que estão comercialmente disponíveis hoje e à direita estão aquelas em vários estágios de desenvolvimento, que podem se tornar uma realidade comercial em algum momento no futuro.

Soluções disponíveis comercialmente

Para soluções comercialmente disponíveis, há uma ordem clara de preferência:

1. Usar a fibra que está no solo hoje e o sistema de linha que você instalou nesse link;
2. Usar a fibra existente, mas atualizar os terminais e amplificadores do sistema de linha;
3. Implementar novas fibras.

A atualização ideal não teria impacto no sistema de fibra ou na linha existente em sua rede. A primeira coisa a verificar é se você está usando os mais recentes transponders de 800 Gb/s de quinta geração em suas rotas mais movimentadas atualmente. Caso contrário, esta poderia ser a abordagem mais rápida e fácil para criar a capacidade adicional e reduzir o custo total de propriedade de sua rede.

Uma nova tendência interessante que foi discutida na conferência OFC 2021 é a mudança para uma rede óptica de baixa margem. Tradicionalmente, as operadoras de rede reteriam até 5 dB de margem operacional para ajudá-las a lidar com questões operacionais, envelhecimento de fibras, etc. A redução desta margem poderia facilmente dobrar a capacidade de um determinado par de fibras, mas potencialmente tornaria a vida dos engenheiros de rede mais desafiadora ou exigiria um grau maior de automação para monitoramento e análise contínuos. É claro, que essas duas primeiras opções, transponders de quinta geração e redes de margem baixa, podem ser implementadas juntas.

Manter a fibra existente, mas atualizar o sistema de linhas, abre mais algumas oportunidades. Se você ainda estiver usando um sistema de grade fixa, a mudança para uma grade flexível é um passo óbvio. Na verdade, os sistemas de grade flexível são um ótimo complemento para os transponders de quinta geração e o ajudarão a extrair a capacidade máxima ou as taxas de dados.

O tipo mais popular de amplificação usa o amplificador clássico de fibra dopada com erbium (EDFA), mas mudar para a amplificação óptica híbrida Raman (ou EDFA) pode ajudar a aumentar o alcance com maior eficiência espectral, porque adiciona menos ruído no processo de amplificação do que o EDFA sozinho. Algumas operadoras acham que a Raman adiciona suas próprias complexidades, mas é uma solução muito madura que tem sido amplamente implementada por mais de uma década, então pode ser um bom momento para reavaliar essas opiniões.

A iluminação da banda L dobrará a capacidade de fibra, ao mesmo tempo em que ainda permite o desempenho de longa distância. Por isso mesmo muitas operadoras de rede já estão buscando redes prontas para banda L e têm investido atualização de locais de amplificadores para oferecer suporte à operação de banda dupla.

Aumentar a largura de banda dos EDFAs é um assunto polêmico. A banda C original, por exemplo, tinha 4 THz de largura, mas hoje estamos implantando rotineiramente a banca C estendida de 4,8 THz. O próximo passo seria estender a largura de banda utilizável ainda mais para 6 THz, com a mesma possibilidade para a banda L. Estas são chamadas de Super Banda C e Super Banda L. Estas foram incluídas como disponíveis comercialmente, o que não é propriamente dito verdadeiro, visto que ainda estão em desenvolvimento, mas se você estiver planejando atualizações, elas podem muito bem estar disponíveis no momento em que você estiver pronto para a implantação.

Se você está levando em conta a implantação de novas fibras, várias opções estão disponíveis. A fibra G.652 SMF-28 é uma excelente opção para uma transmissão coerente e agora está disponível em uma variante de ultrabaixa perda (ULL). As fibras de grande área efetiva têm uma penalidade não-linear muito menor do que a fibra convencional e têm provado ser um grande sucesso na última geração de cabos submarinos. Versões terrestres dessas fibras estão disponíveis, incluindo a Corning TXF, que tem uma área efetiva de 125 mícrons quadrados, cerca de 50% a mais do que a SMF-28. Uma recente demonstração da Corning e da Infinera mostrou uma transmissão de 800 Gb/s em uma ligação de fibra TXF de 1600 km. Embora esta tenha sido uma demonstração de laboratório, ela apresentou um bom alcance de transmissão, e as conexões reais de rede TXF poderiam ter um desempenho semelhante.

Se o operador precisa de enchimento mais eficiente dos dutos de fibra, existem fibras disponíveis comercialmente hoje em dia com um diâmetro de revestimento reduzido. Uma redução de 20% no diâmetro do revestimento pode resultar em até 50% mais pares de fibras no mesmo diâmetro do duto.

Tecnologias futuras

Transmissão multibanda

A banda C e a banda L estão no mínimo de atenuação para fibra óptica à base de sílica. Mas existem outras bandas de onda que poderiam ser utilizadas – as bandas O-, E-, S- e U-, estão todas à disposição, supondo que poderíamos desenvolver tecnologias eficientes de amplificador. Embora potencialmente limite o alcance às distâncias da rede regional, o uso dessas bandas poderia proporcional de quatro a cinco vezes a capacidade de fibra existente. A maioria dos observadores acredita que a banda S será a primeira delas a atingir o status comercial.

Tipos de fibras exóticas

Pode parecer estranho falar sobre o uso de fibra multimodo porque ela foi descartada em favor da fibra de monomodo já no início dos anos 80. Mas o futuro poder de processamento de sinais digitais pode permitir que fibras de poucos modos e multimodo retornem. Isso poderia multiplicar significativamente a capacidade de fibra.

A fibra multinúcleo leva a ideia de redução do diâmetro do revestimento para a próxima etapa, projetando a fibra para conter múltiplos núcleos dentro do mesmo revestimento. Se for bem-sucedido, isso pode multiplicar a capacidade de fibra de quatro a 12 vezes. Há uma série de desafios técnicos, comerciais e práticos para o sucesso da operação multinúcleo, e dois tipos de fibra multinúcleo foram demonstrados – núcleos desacoplados e núcleos acoplados. Os núcleos desacoplados simplesmente operam em paralelo, sem interação entre eles. Os núcleos acoplados envolvem interações que criam interferência significativa entre os sinais, que precisaria ser compensada pelo uso de uma potência de processamento de sinal que ainda não existe. Cada tipo de fibra multinúcleo tem seus prós e contras, e é muito cedo para dizer qual será a abordagem preferida.

Finalmente, as fibras de núcleo oco (HC) são talvez as mais exóticas de todas. Elas têm uma estrutura interna extremamente complexa que apresenta desafios significativos de produção, mas a chave para esses tipos de fibras é que a luz se propaga através do ar em vez do vidro. O resultado é uma latência menor devido ao reduzido índice de refração do guia de ondas. No futuro, também pode ser possível operar em comprimentos de onda de multibanda, mas este não é o caso nos tipos atuais de fibras de núcleo oco. Existem dois tipos principais de fibra de núcleo oco – fibras de guiamento por bandgap fotônico (PBG) e a fibra antirressonante (ARF). Ambos se referem ao mecanismo pelo qual a luz é contida dentro da fibra para permitir que ela atue como um guia de ondas. Seja qual for a variedade usada, a fibra de núcleo oco não está atualmente focada em capacidades mais altas ou alcance mais longo, porque os níveis de atenuação nessas fibras são de fato muito altos. As primeiras implantações de HC com base em HC-ARF foram anunciadas por pelo menos dois prestadores de serviços para serviços de alcance muito curto, voltados para a comunidade comercial de alta frequência. Isso é possível porque a fibra HC tem cerca de 30% menos latências do que a fibra convencional.

Conclusão

Não há uma resposta clara à pergunta “estamos ficando sem fôlego?” pela simples razão de que depende de onde a operadora de rede está hoje dentro da sequência de soluções que esbocei. Claramente, é melhor usar fibra existente no solo com os sistemas de linha existentes. Mas se a necessidade de capacidade for grande o suficiente para justificar atualizações do sistema de linha ou novas implantações de fibras, há muitas opções tecnológicas para manter o fluxo de capacidade em um futuro previsível.