CAPÍTULO 3 – Redes Ópticas Elásticas Multiplexadas por Divisão Espacial
3.2. Tipos de Fibra Óptica em SDM
Atualmente existem diversos tipos de fibra óptica que são utilizados em SDM (ver il. 3.1). As principais encontradas na literatura recente são classificadas como segue:
● Multi fibra monomodo (SMFB)
É a forma mais simples de SDM, obtida com a agregação de múltiplas fibras em uma estrutura de feixe de fibras. No SMFB cada fibra suporta um modo espacial. O SMFB é uma tecnologia disponível comercialmente, que deve facilitar a migração de redes atualmente implantadas para o SDM.
● Fibra de múltiplos núcleos monomodo (SM-MCF)
A MCF é composta por vários núcleos incorporados na casca da fibra e cada núcleo funciona como uma fibra monomodo (SMF). Diversas estruturas de distribuição dos núcleos são propostas para MCFs, incluindo estruturas de um anel, anel duplo, matriz linear, "two-pitched" ou hexagonal. O espaçamento e o empacotamento de núcleos podem ser pares ou irregulares e próximos ou largos, respectivamente [94].
● Fibra de poucos modos (FMF)
É um tipo de fibra multimodo (MMF) que permite a propagação de alguns modos independentes dentro de um único núcleo sendo que o número de modos suportados por uma fibra depende do diâmetro do núcleo e do índice de refração da fibra. As FMF são utilizadas para distâncias de transmissão mais altas, quando comparadas às MMF, já que mitigar as limitações de camada física e a interferência das FMF é menos problemático do que no caso de MMF que suportam um número mais elevado
43 de modos. Outro possível caso de utilização de FMF seria um "feixe" de fibra de poucos modos (FMFB), onde cada fibra guia alguns modos.
● Fibra de múltiplos núcleos com poucos modos (FM-MCF)
A FM-MCF combina a propagação de poucos modos transversais em cada um dos múltiplos núcleos existentes. A FM-MCF agrega as vantagens das tecnologias FMF e MCF, reduzindo o impacto negativo de cada tecnologia, simultaneamente.
Ilustração 3. 1- Tipos de fibra óptica em SDM.
Fonte: Referência [96]
As fibras ópticas em SDM possuem diversas vantagens e desvantagens como se pode observar no quadro 3.1.
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Quadro 3. 1- Vantagens e desvantagens das fibras ópticas em SDM.
Tipo de Fibra Vantagens Desvantagens
Multi fibras (SMFB (bundle))
• Disponível Comercialmente. • A transmissão não é afetada por diafonia entre os modos espaciais.
• Suporte a um grande número de modos espaciais em enlaces SMF paralelos. •Alta flexibilidade de comutação. •Não necessita de multiplexadores/de multiplexadores SDM para interconexões de componentes.
• Baixa eficiência espacial quando comparado a outras soluções baseadas em SDM.
MCF
• Suporte a um grande número de modos espaciais e alta eficiência espacial.
• qualidade de transmissão afetada pela XT.
• necessidade de componentes SDM dedicados.
• Maior diâmetro da fibra quando comparado a SMF, especialmente em MCFs com elevado número de núcleos, o que exigirá novos padrões (conectores).
FMF
• Integração de componentes SDM e redução de custos.
• Degradação na QoT devido a limitações de camada físicas provenientes ao acoplamentos dos modos.
• Necessidade de processamento digital de sinal com múltiplas entradas e múltiplas saídas (MIMO- DSP) para lidar com acoplamento
de modo.
• Necessidade de componentes
SDM dedicados.
• Baixa flexibilidade de comutação.
FM-MCF
• Suporte a um grande número de modos espaciais e eficiência espacial muito elevada. • integração de componentes SDM e redução de custos.
• Limitações físicas devido ao acoplamento de modo. • Necessidade de MIMO-DSP de complexidade reduzida quando comparado aos FMFs do mesmo número geral de modos suportados. • necessidade de componentes SDM dedicados.
• Flexibilidade de comutação moderada.
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Ilustração 3. 2- Acoplamento de Modo em SDM.
Fonte: Referência [95].
Além do tipo de fibra, outra característica das fibras ópticas que podem ser utilizadas em SDM é o nível do acoplamento entre os modos (ver il. 3.2). Segundo esta característica, as fibras podem ser classificadas como segue:
● Modos fracamente acoplados ou desacoplados
Esses modos podem ser encontrados tanto nas SMFB quanto nas MCF com distância suficientemente grande entre os núcleos. Nas SMFB, não ocorre o acoplamento entre os modos, pois cada modo é guiado em uma fibra separada fisicamente das demais. Nas MCF, necessita-se garantir uma distância suficientemente alta entre os núcleos da fibra a fim de reduzir o acoplamento modal a valores muito baixos. Assim, não há necessidade da utilização de MIMO-DSP para receber corretamente os sinais óticos transmitidos.
● Todos os modos fortemente acoplados
O acoplamento ocorre em todos os modos suportados pela fibra, como em FMF. Além disso, em algumas MCF cujos núcleos estão muito próximos e os modos se acoplam. Neste caso, há a necessidade da utilização de MIMO-DSP para todos os modos. ● Grupo de modos fortemente acoplados
Os modos fortemente acoplados estão separados em subgrupos, porém o acoplamento entre esses subgrupos é baixo ou não existe. As técnicas de MIMO-DSP precisam ser aplicadas apenas a cada subgrupo. Neste caso, como exemplo temos: as FM-MCF com os núcleos espaçados suficientemente distantes e as FMFB. No caso das FM- MCF, o forte acoplamento entre os modos acontece dentro de cada núcleo enquanto que nas FMFB irá acontecer dentro de cada fibra.
A maioria dos trabalhos pesquisados em fibras em SDM assume modos desacoplados (como em SMFB) [50], [96], [97] ou fraco acoplamento de modos espaciais (no caso de MCF) [28], [50], [56], [63]. Portanto, não havendo a necessidade de MIMO-DSP, os modos espaciais podem ser roteados independentemente pela rede. No entanto, existem trabalhos que consideram todos os modos fortemente acoplados [23], [98], [99] e em alguns destes há a utilização de MIMO-DSP [23], [98], da mesma forma que os trabalhos que apresentam grupos de modos fortemente acoplados que utilizam MIMO-DSP [98], [100]. Além disso, em
46 [100], a XT intermodal entre diferentes grupos de modos fortemente acoplados em um FMF é assumido. A aplicação de MIMO-DSP para a supressão de diafonia é discutida em [101], [102], [103], e é usada na análise de desempenho de rede em [104]. Resumidamente, o quadro 3.1, apresenta as principais vantagens e desvantagens das fibras SDM que são citadas na literatura e que mencionamos nesta seção. Nesta tese, como mencionado anteriormente, considerou-se o tipo MCF monomodo fracamente acoplado por ser o tipo de fibra SDM mais pesquisada [28], [50], [56], [63], [95]e mais promissor para o aumento de capacidade [105], [106]. Além disso, em sua forma mais simples, sistemas baseados em SDM podem ser implementados enviando tráfego sobre sistemas multi fibras SMF. Observe, no entanto, que as Nf fibras SMF em paralelos não apenas aumentam a capacidade do sistema por um fator
Nf, mas também aumentam o custo do sistema e o consumo de energia em Nf vezes. Assim, o
custo e o consumo de energia permanecem os mesmos por bit [107]. Historicamente, a fim de atender economicamente a uma demanda exponencialmente crescente de capacidade espera- se que os equipamentos de transmissão reduzam continuamente a energia e o custo por bit [108]. Portanto, para que sistemas SDM sejam introduzidos em redes comerciais com um custo similar e redução de energia por bit semelhante a sistemas WDM, as tecnologias SDM disponíveis comercialmente terão que suportar a integração e compartilhar componentes do sistema entre os canais espaciais para reduzir as despesas de capital (CAPEX) e operacionais (OPEX) [109].