A NEC Corporation e a NTT Corporation (NTT) anunciaram a realização com êxito de uma experiência de transmissão de 7.280 km, a primeira do género na classe transoceânica, com recurso a uma fibra multicore de 12 núcleos acoplados, que consiste em 12 vias de transmissão de sinal ótico numa fibra ótica de diâmetro exterior padrão (0,125 mm). Espera-se que este feito venha a converter-se numa tecnologia de infraestrutura de transmissão de próxima geração, que contribuirá para a realização de redes óticas de grande capacidade, incluindo futuros cabos submarinos óticos.

Figura 1: Secções transversais de uma fibra de núcleo único (esquerda) e de uma fibra multicore de 12 núcleos acoplados (direita)

Contextualização

Com a disseminação do 5G a nível mundial e o aumento das comunicações entre centros de dados, o tráfego internacional de Internet aumentou a uma taxa média anual de 30% entre 2018 e 2022 (*2) e espera-se que esta tendência continue. Para responder à elevada procura de comunicações, há uma necessidade crescente de aumentar a capacidade de transmissão dos sistemas de cabos submarinos óticos, para além de aumentar o número dos mesmos.

Os cabos óticos submarinos existentes utilizam fibras de núcleo único, que têm uma única via de transmissão ótica, denominada núcleo, numa única fibra. Em contrapartida, está a ser realizada uma investigação e um desenvolvimento a nível mundial para aumentar a capacidade dos cabos através da utilização de fibras com múltiplos núcleos, que permitem aumentar a capacidade de transmissão sem alterar o diâmetro exterior normal da fibra. A NEC está atualmente envolvida num projeto de instalação de um sistema de cabo submarino ótico de longo curso que utiliza fibra multicore de dois núcleos com dois caminhos de transmissão ótica.

Resultados da Pesquisa

À medida que se adicionam mais núcleos a uma fibra ótica com um diâmetro exterior normalizado, a diafonia ocorre quando os sinais óticos que escapam de um núcleo interferem com os sinais óticos dos núcleos adjacentes, resultando numa interferência que deteriora a qualidade das comunicações mútuas. Especialmente na transmissão a longa distância, para além da gravidade da diafonia, torna-se difícil receber com precisão os sinais transmitidos devido à não uniformidade do atraso e da perda entre sinais óticos.

A NEC e a NTT desenvolveram as seguintes tecnologias para resolver estes problemas.

Figura 2: Diagrama esquemático das tecnologias desenvolvidas

1. Desenvolvimento de um algoritmo pela NEC para a desmodulação dos sinais recebidos utilizando a tecnologia MIMO (Multiple Input Multiple Output)

Embora a tecnologia MIMO seja normalmente utilizada para separar múltiplos sinais de rádio interferentes, a escala de processamento de sinais MIMO que foi colocada em prática nas comunicações óticas existentes está limitada a sinais multiplexados de duas polarizações. Além disso, as fibras multicore com muitos núcleos requerem um processamento de sinal mais profundo porque os sinais óticos são ainda mais multiplexados. Adicionalmente, a ocorrência aleatória de diafonia na transmissão a longa distância é um problema que tem de ser resolvido. A NEC desenvolveu agora um algoritmo para transmissão a longa distância e aplicou-o a MIMO 24 x 24 (12 núcleos x 2 polarizações), permitindo uma separação e desmodulação precisas dos sinais recebidos a alta velocidade.

2. Desenvolvimento pela NTT de uma linha de transmissão em fibra ótica multicore de 12 núcleos acoplados

Nas comunicações óticas de longa distância que utilizam fibras multicore, quando ocorrem atrasos e perdas não uniformes na propagação entre sinais óticos multiplexados, os recursos de circuito necessários para o processamento de sinal MIMO durante a receção aumentam, dificultando a implementação e a realização. Além disso, a não uniformidade na perda de propagação limita muito a distância a que se consegue transmitir. Neste estudo, a NTT desenvolveu tecnologias de conceção de fibra multicore acoplada e dispositivos óticos de entrada/saída (ligação fan-in/fan-out) que podem reduzir os efeitos da não uniformidade entre o atraso e a perda de sinal, bem como tecnologias de avaliação do desenho de linhas de transmissão ótica para aplicações de longa distância.

Combinando estas tecnologias, a NEC e a NTT realizaram experiências de transmissão de longa distância ao longo de 7.280 km, assumindo um cabo submarino ótico de classe transoceânica, e conseguiram, pela primeira vez no mundo, desmodular offline com precisão 12 sinais óticos multiplexados espacialmente.

Figura 3: Tendências na transmissão ótica de longa distância utilizando fibras multiplexadas por divisão espacial com diâmetros exteriores normalizados e posicionamento dos resultados desta investigação

Futuros Desenvolvimentos

As duas empresas continuarão a avançar na investigação e desenvolvimento destas tecnologias com o objetivo de as comercializar como um sistema de cabos submarinos óticos de longa distância e alta capacidade e um sistema terrestre de rede core que contribuirá para a realização de uma infraestrutura de transmissão ótica de alta capacidade no conceito IOWN e na era para além do 5G/6G, na década de 2030.

A NEC e a NTT apresentaram os resultados como um artigo altamente pontuado na Conferência Técnica do OFC 2024, o maior evento mundial sobre comunicações óticas, que decorreu de 24 a 28 de março de 2024, no Centro de Convenções de San Diego, na Califórnia, EUA.