Duplicar a distância das comunicações por fibra óptica não é mais uma opção

No início de fevereiro de 2015, uma nova técnica para processar sinais de fibra óptica foi publicada por pesquisadores da UCL (Universidade Global de Londres). Essa nova técnica pode dobrar a distância em que os dados trafegam sem erros por cabos submarinos transatlânticos. Não há dúvida de que se trata de um novo marco nas comunicações por fibra óptica. Nos últimos dois meses, essa nova técnica foi reproduzida ou discutida por pessoas em muitas comunidades ou sites de notícias do setor de comunicação por fibra óptica. No entanto, podemos não saber muito sobre ela e ainda ter dúvidas. Como ela pode atingir o desempenho de dobrar a distância das comunicações por fibra óptica? E essa nova técnica mudará significativamente a comunicação por fibra óptica? Hoje, vamos falar um pouco sobre isso.

Uma breve introdução

Com o crescimento exponencial das comunicações, causado principalmente pela ampla aceitação da Internet, as demandas das pessoas por largura de banda e grande capacidade de dados têm crescido cada vez mais. No entanto, de uma perspectiva técnica, a atenuação, a dispersão e a não linearidade da fibra podem limitar significativamente a taxa de bits e a distância de abrangência da comunicação óptica. Com o aprimoramento da fabricação de fibras e a invenção do EDFA (amplificador de fibra dopada com érbio) , a guerra contra a atenuação venceu, enquanto a dispersão e a não linearidade ainda são levadas em consideração nos sistemas de comunicação óptica de alta velocidade atuais. A capacidade de transmissão alcançável dos sistemas de comunicação de fibra óptica convencionais é limitada por distorções não lineares devido ao efeito Kerr e à dificuldade em modular o campo óptico para usar efetivamente a largura de banda de fibra disponível. De acordo com a pesquisa, devido ao impacto das não linearidades da fibra, os aumentos de capacidade na pesquisa de multiplexação por divisão de comprimento de onda (WDM) diminuíram para aproximadamente 20% ao ano na última década. No entanto, o limite fundamental do canal não linear ainda é desconhecido até o momento, o que significa que ainda é objeto de investigação. Portanto, pesquisas recentes sobre a maximização da capacidade de um único núcleo de fibra têm se concentrado no aumento da densidade espectral de informações de cada canal WDM, empregando simultaneamente técnicas avançadas de codificação e mitigação da não linearidade da fibra para maximizar a distância de transmissão alcançável.

Atualmente, as técnicas amplamente utilizadas para aumentar a densidade espectral de informação (ISD) de uma rede óptica consistem em utilizar formatos avançados de modulação com alta cardinalidade ou reduzir o espaçamento de frequência entre canais WDM. No entanto, ambas as técnicas apresentam limitações significativas. Aumentar a cardinalidade do formato de modulação exige uma relação sinal-ruído (SNR) mais alta, o que impõe exigências mais rigorosas aos subsistemas transmissor e receptor. Alternativamente, à medida que o espaçamento de frequência entre canais WDM é reduzido, a interferência entre canais começa a causar perdas significativas de desempenho devido à diafonia linear. Embora a filtragem rigorosa possa ser empregada para restringir a largura de banda (BW) de cada canal WDM, o próprio processo de filtragem resulta em interferência intersímbolos (ISI) significativa dentro de cada canal. No entanto, se um formato de filtro apropriado for utilizado, por exemplo, um pulso em formato sinc com um espectro retangular correspondente, o critério de Nyquist para ISI pode ser atendido.

Para atingir um ISD alto, mantendo simultaneamente o alcance da transmissão, a compensação de não linearidade da fibra multicanal e a codificação de dados espectralmente eficiente devem ser utilizadas. Neste trabalho, os pesquisadores usaram um "supercanal 16QAM" feito de um conjunto de frequências que podem ser codificadas usando amplitude, fase e frequência para criar um sinal óptico de alta capacidade. A mitigação efetiva da não linearidade é alcançada usando retropropagação digital multicanal (MC-DBP) e esta técnica é combinada com uma implementação otimizada de correção de erro de avanço para demonstrar um ganho recorde no alcance da transmissão de 85%; aumentando a distância máxima de transmissão de 3190 km para 5890 km, com um ISD de 6,60 b/s/Hz. De 3190 km para 5890 km, é um avanço para dobrar a distância de transmissão da comunicação por fibra óptica. Podemos esperar que este novo método tenha o potencial de reduzir os custos das comunicações de fibra óptica de longa distância, já que os sinais não precisariam ser amplificados eletronicamente durante sua viagem, o que é importante quando os cabos estão enterrados no subsolo ou no fundo do oceano. É por isso que esta nova técnica tem sido alvo de grande preocupação. Para uma gama mais ampla de aplicações deste resultado de pesquisa, os pesquisadores testarão seu novo método em supercanais mais densos, comumente usados ​​em TV a cabo digital (64QAM), modems a cabo (256QAM) e conexões Ethernet (1024QAM).

Aplicações e Perspectivas

As pessoas sempre se esforçam para solucionar as limitações da transmissão de longa distância por fibra óptica. Não há dúvida de que o sistema WDM é a principal tendência. No entanto, devido ao impacto das não linearidades da fibra, o desenvolvimento do sistema WDM tem desacelerado. Além disso, o custo do sistema WDM ainda é bastante elevado. Esses fatores limitam a transmissão óptica de longa distância e fazem com que a comunicação por fibra óptica atual não atenda à crescente demanda das pessoas. Como a técnica pode corrigir os dados transmitidos caso sejam corrompidos ou distorcidos durante o trajeto, ela também pode ajudar a aumentar a capacidade útil das fibras. Isso é feito diretamente no final do link, no receptor, sem a necessidade de introduzir novos componentes no próprio link. Aumentar a capacidade dessa forma é importante, pois as fibras ópticas transportam 99% de todos os dados e a demanda está aumentando com o aumento do uso da internet, que não pode ser igualado pela capacidade atual das fibras, e trocar os receptores é muito mais barato e fácil do que recolocar os cabos, especialmente útil para cabos enterrados no subsolo ou no fundo do oceano. Esta nova descoberta aumentará significativamente a eficiência das comunicações por fibra óptica, dobrando as distâncias de transmissão. No entanto, é apenas o começo. Podemos enfrentar muitos desafios ao usar esta nova técnica em futuras aplicações. E, entre eles, superar os limites de capacidade dos cabos de fibra óptica é uma grande parte da solução desse problema. Apesar das muitas dificuldades, dobrar a distância das comunicações por fibra óptica não é mais um sonho e está cada vez mais próximo de nós. Acreditamos que, um dia, técnicas mais avançadas serão demonstradas e aplicadas.