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Estendendo a vida útil dos cabos submarinos

Andres Madero, CTO da Infinera para América Latina e Caribe, discute sobre a vida útil de cabos submarinos responsáveis pela conexão web.

Existem hoje quase 450 cabos submarinos de longa distância operando em todo o mundo, uma verdadeira maravilha da engenharia. Os cabos individuais mais longos podem ter mais de 10.000 km de comprimento e são projetados com vida útil de mais de 25 anos, apesar de serem instalados em águas salgadas, a profundidades que esmagaram um ser humano em uma fração de segundo. Na realidade,porém, esses sistemas podem ter uma vida econômica muito mais curta, porque seu desempenho pode ser ofuscado por arquiteturas e implementações de cabos mais recentes.

Mas os novos cabos submarinos custam dezenas ou mesmo centenas de milhões de dólares e podem levar muitos anos para progredir, desde a fase de conceito até que serviços comerciais efetivamente passem por eles. Felizmente, é prática comum atualizar o equipamento terminal da linha submarina(SLTE), equipamento colocado nas estações de desembarque na costa nas extremidades do cabo, várias vezes durante sua vida útil – especialmente os transponders.

A indústria está agora na quinta geração de transponders coerentes e esses motores ópticos contêm uma ampla gama de recursos projetados para extrair a capacidade máxima de todos os tipos de cabos. Uma taxonomia destas é mostrada na Figura 1, que mostra que cada tipo de cabo foi projetado usando as melhores informações no momento, tanto para a tecnologia de cabos como para os recursos de transponder disponíveis.

Figura 1: Uma taxonomia de cabos submarinos

Cabos com dispersão gerenciada (cabos implantados entre 1998 e 2012)

Existem centenas de exemplos de cabos com dispersão gerenciada em todo o mundo, que foram originalmente projetados para suportar transponders de detecção direta com taxas de dados de 2,5Gb/s ou 10 Gb/s por comprimento de onda. Eles tiveram de lidar com o problema da dispersão cromática (Chromatic Dispersion – CD) e fizeram isso alternando comprimentos de fibras de dispersão positiva e negativa, mantendo a magnitude da CD dentro dos limites que um transponder de detecção direta poderia tolerar. Quando os transponders coerentes se tornaram disponíveis por volta de 2010, a CD pode então ser compensada nos próprios transponders. Com a atualização para transponders coerentes com taxas de dados de 100 Gb/s, a capacidade foi aumentada da noite para o dia em até dez vezes, e sendo essa capacidade dobrada em geral pelas gerações seguintes.

Embora essa tenha sido uma excelente maneira de prolongar a vida útil desses cabos mais antigos, a fibra que compensa a dispersão tem uma área efetiva baixa e, combinada com um nível geralmente baixo de CD, a penalidade não linear nesses cabos tende a ser alta. Isso se torna o fator limitante da capacidade do par de fibras. Por isto, alguns transponders recentes, de quinta geração, são capazes de ampliar a capacidade aproveitando a poderosa tecnologia ASIC emergente para implementar mitigação e compensação não lineares ainda mais eficazes.

Cabos de dispersão positiva e de grande área (LA/D+, implantados 2012-2020)

Assim que os transponders coerentes se tornaram disponíveis, os projetistas de plantas úmidas submarinas logo criaram tipos de cabos que poderiam tirar proveito desses novos recursos. Em suma, eles criaram um projeto no qual a fibra de dispersão positiva é usada ao longo de todo o comprimento do cabo, tornando-os capazes de usar um tipo de fibra mais recente, com uma área efetiva maior. A combinação dessas duas propriedades fez com que a penalidade não linear se tornasse muito menor, como consequência os repetidores podem agora operar em níveis de potência mais altos. Isso, por sua vez, significa que eficiências espectrais mais altas podem ser alcançadas. O cabo transatlântico MAREA foi o primeiro a suportar a modulação de 16QAM e 200G por comprimento de onda em uma distância de 6.600 km. Os cabos LA/D+ foram otimizados para capacidade por par de fibra, mas mantiveram a abordagem tradicional de ter lasers de bomba de reserva dedicados para cada repetidor. Isso significava que há um limite para o número de pares de fibras que poderiam ser suportados em um determinado cabo – e para o MAREA isso significava oito pares de fibras. Em outras palavras, os transponders coerentes mais recentes, como o ICE6 da Infinera, são tão bem-sucedidos nesses cabos que ditam um ou dois dB dos limites práticos de capacidade de fibra para o sistema. Então, com os limites dos pares de fibra, como os futuros cabos podem suportar ainda mais capacidade?

Cabos de Multiplexação por Divisão Espacial (SDM, desde 2020)

A resposta é encontrar uma maneira de suportar mais pares de fibra por cabo, e é para isso que os cabos SDM são projetados para ter a capacidade de compartilhar os lasers da bomba de reserva nos repetidores através de múltiplas fibras, em vez de ter lasers de reserva dedicados. Isso significa que há energia elétrica suficiente para suportar mais pares de fibra do que com bombas de reserva dedicadas – por exemplo, o cabo transatlântico Dunant com SDM tem quase o mesmo comprimento que o MAREA, mas pode suportar 12 pares de fibras em vez de oito. O SDM também tende a operar repetidores em níveis de energia mais baixos como outra maneira de economizar energia elétrica. Isso significa que os sinais operam bem dentro da faixa linear da fibra e que a fibra tradicional, mais barata, pode ser usada em vez da fibra de grande área efetiva, mais cara, usada anteriormente por cabos como o MAREA. A capacidade por par de fibras é menor, mas a capacidade sobre o cabo em geral é maior. Supondo que ambos os cabos utilizem os transponders mais recentes, o MAREA pode suportar um total de 224 Tb/s, enquanto o Dunant pode suportar 300 Tb/s.

Cabos com maior número de fibras são um fator-chave na otimização da economia operacional, porque os custos de manutenção marítima são calculados no cabo como um todo. Portanto, com mais pares de fibras, o custo por par de fibras diminui. O Google, por exemplo, anunciou um cabo transatlântico de 16 pares baseado em SDM, cujo roteiro pode levar a cabos de 32 pares usando tecnologias e tipos de fibra que já foram testados e aprovados.

A conclusão é de que os cabos submarinos são projetados para durar pelo menos 25 anos e, durante esse período, haverá pelo menos um ciclo de evolução do cabo e vários do transponder. Assim que um cabo é implantado, a única maneira de atualizar a capacidade é passando para a próxima geração de transponders. Como novos cabos submarinos podem levar anos para serem implementados, há um valor significativo em estender a vida econômica dos já existentes.

*Andres Madero, CTO da Infinera para América Latina e Caribe

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