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Como será a arquitetura de cabos submarinos de próxima geração em 2020 à diante?

Podemos construir cabos novos suficientemente rápidos? Devemos tentar extrair mais capacidade dos cabos existentes? Se construirmos novos cabos, podemos aumentar a capacidade além do que é possível hoje?

Cabo submarino – Wikipédia, a enciclopédia livre

A demanda por capacidade de cabos submarinos está aumentando. Para o período de 2015-2019, a capacidade de projeto de fibra submarina nas principais rotas aumentou a uma taxa de crescimento anual composta (CAGR) de 32%, incluindo atualizações e construção de novos sistemas (fontes: Subtel Forum, Telegeography).

Podemos construir cabos novos suficientemente rápidos? Devemos tentar extrair mais capacidade dos cabos existentes? Se construirmos novos cabos, podemos aumentar a capacidade além do que é possível hoje?

Essas são questões sérias, mas vamos começar com um exemplo de cabo transatlântico que a maioria das pessoas concorda que representa atualmente o estado da arte – o cabo MAREA, que a Telegeography relata ser de propriedade conjunta da Telxius, Facebook e Microsoft.

O MAREA é altamente considerado, pois consiste em uma fibra óptica altamente otimizada para uma transmissão coerente em alta ordem de modulação. A modulação 16QAM (modulação de amplitude em quadratura) é usada em, pelo menos, um de seus pares de fibras – primeiro para a transmissão transatlântica de categoria industrial. Além disso, os amplificadores ópticos do MAREA operam em níveis muito elevados de potência e estão mais próximos do que o normal, a cerca de 55 quilômetros.

Ao usar transponders de desempenho extremamente alto, como o ICE4 da Infinera, a capacidade comercial em um único par de fibras no MAREA é de pelo menos 24 terabits por segundo (Tb/s). Observe que até 26,2 Tb/s de capacidade foram alcançados nos testes do ICE4, mas os operadores decidirão qual será a margem de segurança do orçamento óptico necessário.

O MAREA foi implantado com oito pares de fibras e é interessante observar que cada um desses pares oferece tanta capacidade quanto todos os cabos transatlânticos operacionais em serviço na época. Mesmo assim, a demanda por capacidade submarina é tão grande que precisamos planejar agora para atender às necessidades do futuro próximo.

Por que não simplesmente implantar mais pares de fibras neste cabo? A resposta é que as correntes do amplificador nos cabos submarinos devem ser alimentadas através do estabelecimento de tensões enormes em cada extremidade do cabo – positivas em uma extremidade e negativas na outra. Com base no nível de potência usado nos amplificadores do MAREA e no fato de os amplificadores estarem tão próximos uns dos outros, simplesmente não há uma maneira de obter energia suficiente no cabo para alimentar mais pares de fibras.

Quando o MAREA foi projetado, o objetivo era maximizar a capacidade por par de fibras – e isso foi um grande sucesso. Mas para a próxima geração de cabos transoceânicos, o foco está mudando para maximizar a capacidade total do cabo, não necessariamente a capacidade por par de fibras. Então, como fazemos isso?

O fator limitante é a potência elétrica total. Um passo seria baixar o nível de potência dos amplificadores e aumentar o espaçamento. Isso significaria que modulações convencionais como 16QAM não seriam capazes de fechar o segmento. No passado, precisaríamos reduzir a modulação para 8QAM ou QPSK (chaveamento de mudança de fase em quadratura), mas a tecnologia coerente moderna introduz um recurso chamado de PCS (modelação por constelação probabilística) que pode otimizar suavemente a eficiência da modulação para o orçamento óptico do segmento.

Operando em um regime de menor consumo de potência, emerge uma nova arquitetura de cabos, conhecida como SDM (Multiplexação por Divisão Espacial). A lógica é que, embora haja uma pequena redução na capacidade por par de fibras com o SDM, é possível aumentar o número de pares em 50 a 100% e alcançar uma capacidade total de cabo muito maior em futuras instalações submarinas.

Google anunciou recentemente planos para colocar o primeiro cabo desse tipo em serviço no próximo ano – o cabo Dunant entre a costa leste dos EUA e um ponto de chegada no oeste da França. A capacidade total para o Dunant está prevista para ser de 250 Tb/s em 12 pares de fibras, em comparação com um potencial de 192 Tb/s para os 8 pares de fibras do MAREA.

Em um webinar separado com palestrantes do Facebook, Infinera e Corning, Steve Grubb, Global Optical Architect do Facebook, destacou alguns dos avanços necessários para alcançar uma capacidade de cabo transatlântico de 1 petabit por segundo usando técnicas SDM!

Então, parece que a próxima onda de cabos submarinos irá operar com uma arquitetura SDM, mas o que acontecerá com as gerações atuais de cabos submarinos?

Para sistemas como o MAREA, com grande área e fibras de dispersão positiva, ainda pode haver algum espaço para aumentar a capacidade – talvez de 25 a 50% com a próxima geração de mecanismos ópticos da Infinera.

Antes de cabos como o MAREA serem implantados, havia dezenas de cabos submarinos “gerenciados por dispersão” em operação – incluindo um cabo transatlântico muito antigo que entrou em serviço pela primeira vez em 2003. Recentemente, a tecnologia ICE4 da Infinera foi usada para duplicar a capacidade existente nesse cabo, com o resultado de que a vida comercial será prorrogada mais uma vez.

Da mesma forma, existem centenas de pequenos cabos que são colocados sem amplificadores para cobrir distâncias subaquáticas curtas nos estreitos, entre ilhas, ou estabelecidas em rotas festoon ao longo da costa entre cidades. A capacidade de um desses cabos, operado pela OTEGLOBE, também foi duplicada recentemente usando a tecnologia ICE4.

A demanda por capacidade submarina continua a aumentar, e devemos atender a essa demanda. A longo prazo, a Multiplexação por Divisão Espacial (SDM) promete uma ótima maneira de aumentar a capacidade de cabos para futuras instalações de longa distância. Enquanto isso, os avanços na tecnologia de transponder submarino de alto desempenho continuam aumentando a capacidade de todos os tipos de cabos existentes.

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