O impacto da dispersão nas redes atuais

Como uma base de fibra confiável é fundamental para dar suporte a todos os tipos de comunicação, incluindo 5G, é importante que as redes evoluam perfeitamente para suportar as velocidades mais altas e as principais demandas de largura de banda do mundo atual com uso intenso de dados.

Uma consideração importante para as redes atuais é a dispersão, que pode ser inimiga da transmissão de alta qualidade. Sistemas rodando a menos de 10 Gbps não são realmente afetados. Mas em velocidades mais altas, a dispersão cromática (CD) e a dispersão do modo de polarização (PMD) podem impedir a transmissão. Esses eventos de limitação de taxa ameaçam a integridade do sinal, o que, por sua vez, afeta a qualidade de serviço (QoS).

Vamos responder a algumas das perguntas mais comuns sobre o impacto do CD e do PMD nas redes atuais.

O que são CD e PMD?

CD e PMD são dois fenômenos que têm impactos diferentes, mas, em última análise, ambos podem afetar negativamente o desempenho.

O CD é uma característica natural da fibra óptica e está relacionado ao fato de que comprimentos de onda (cores) trafegam dentro da fibra em velocidades diferentes, resultando na dispersão ou propagação de pulsos. Ao comprar fibra, você tem acesso a fibra de dispersão “natural”, ou fibras onde a curva de dispersão foi deslocada para reduzir o impacto em determinadas faixas de comprimento de onda.

Para simplificar, o PMD ocorre quando o núcleo da fibra não é perfeitamente redondo, fazendo com que os dois diferentes eixos de luz (por exemplo, vertical e horizontal) percorram a fibra em velocidades diferentes. Essa disparidade potencialmente induz a sobreposição de bits e impede o sinal. Uma boa fibra deve ter quase zero PMD e, caso contrário, as seções ruins devem ser mitigadas para um desempenho ideal da rede. Quando você compra um cabo de fibra óptica, sempre espera que o PMD seja o mais baixo possível.

Então, qualquer rede de fibra óptica de alta velocidade experimentaria CD e PMD?

Sim, DC é uma característica de fibra que é inevitável, mas pode ser gerenciada selecionando os transceptores certos. No entanto, é importante manter um certo nível de DC para evitar que outros efeitos não lineares ocorram. Portanto, mesmo que isso pudesse ser feito, as operadoras de rede não gostariam de ter zero DC em sua fibra.

Estatisticamente, o PMD ocorrerá com mais frequência em cabos de fibra ótica mais antigos, mas mesmo os cabos mais novos implantados recentemente mostraram valores de PMD fora das especificações. Essas seções de fibra com altos níveis de PMD devem ser detectadas, isoladas e substituídas, pois o objetivo é reduzir ao mínimo o PMD.

Existem tipos de fibra que podem reduzir esses fatores de dispersão?

As fibras G.653 Zero Dispersion Shift são otimizadas para redução de CD, mas não suportam transmissão DWDM e, portanto, não são uma escolha popular. Existem também fibras G.655 com dispersão diferente de zero que têm um CD menor, mas diferente de zero, em torno de 1550nm, portanto, são otimizadas para longas distâncias, mas são mais caras. No entanto, a maioria das fibras implantadas nas redes atuais são fibras ópticas de “dispersão natural” padrão G.652, que são econômicas e fáceis de fabricar.

O PMD pode ser mitigado durante a fabricação da fibra por:

  • proporcionando uma perfeita homogeneidade do dopante
  • controlar a cilindricidade do núcleo
  • adicionando uma etapa de torneamento no processo de desenho.

Que outras técnicas as operadoras de rede podem usar para reduzir CD e PMD?

No passado, o CD era o principal fator limitante para alcançar longas distâncias, e compensadores usando dispersão cromática negativa foram desenvolvidos para evitar a regeneração do sinal usando um local de regeneração óptico/elétrico/óptico (OEO).

Agora, em vez de ter que implementar fibra de CD com dispersão deslocada, os fabricantes de transceptores desenvolveram novas técnicas de modulação e truques como chirp negativo e correção de erro direta (FEC) para lidar com uma pequena quantidade de dispersão. Transceptores de curto a médio alcance podem usar essas técnicas, e é muito importante selecionar o tipo de transceptor correto para as características do tipo de fibra de sua rede.

Para distâncias mais longas e velocidades mais rápidas, como 400 Gbps, a pós-compensação com processamento de sinal digital desenvolvido para transceptores coerentes pode realizar mais no gerenciamento de CD e PMD até certo ponto.

Quando se torna crítico para as operadoras de rede medir CD e PMD?

As redes de alta velocidade de hoje que transportam grandes quantidades de dados e serviços de missão crítica têm tolerância zero para interrupções de serviço. É imperativo que os operadores de rede prestem atenção à caracterização da fibra para garantir a QoS.

A medição de CD e o gerenciamento de PMD devem ser uma prioridade para as operadoras de rede e não devem esperar até que surjam problemas que afetem o serviço. Além disso, a velocidade implantada hoje em breve será substituída por velocidades cada vez mais rápidas, portanto, se você deseja que sua rede esteja pronta para a próxima onda de evolução, a caracterização da fibra é fundamental.

Quais são as melhores práticas para gerenciar CDs e PMDs?

Conhecer o tipo de fibra que é implantado na rede é essencial. Se um operador de rede possui uma fibra padrão G.652 típica de 80%, eles precisam saber que tipo de fibra compreende esses 20% restantes e onde essas fibras estão localizadas. Caso contrário, quando eles mudarem para transmissão de velocidade mais alta, pode haver alguns problemas durante o “despertar” ou QoS ruim para o cliente final.

A tecnologia de teste atual permite que os operadores de rede determinem o PMD da fibra em toda a rede. E é perfeitamente possível isolar comprimentos de fibra específicos que tenham um PMD alto.

Existe algo único sobre CD e PMD em relação às redes 5G?

O ponto anterior sobre a importância da confiabilidade para evitar interrupções no serviço é ainda mais relevante nas redes 5G. Imagine atividades de missão crítica, como usar um carro autônomo, cirurgias remotas ou transmissões de esportes ou entretenimento de classe mundial que são interrompidas no meio do fluxo. Isso é totalmente inaceitável e pode ser evitado com os diagnósticos mencionados aqui para isolar problemas de cabos de fibra e garantir que eles sejam resolvidos, como substituir pernas defeituosas.

É o mesmo que se você tiver um conector defeituoso. Você não compra um amplificador mais potente para compensar a perda de energia devido ao conector defeituoso, você vai a campo e limpa ou repara o conector. O mesmo se aplica para garantir a integridade da fibra de ponta a ponta dentro da rede.

O PMD é um fenômeno complicado porque, mesmo que o atraso médio do PMD não mude ao longo do tempo, comprimentos de onda específicos verão atrasos específicos em momentos específicos. Assim, você pode ter diferentes atrasos no mesmo comprimento de onda medidos em momentos diferentes, ou um pico de atraso movendo-se de canal para canal. Isso é muito difícil de corrigir. Uma operadora pode ter certeza de que sua rede móvel operando de 25 a 50 Gbps está funcionando de forma confiável, mas uma hora, dia ou mês após a ativação, o Atraso de Grupo Diferencial (DGD) pode mudar em um canal específico e interromper o serviço. . Portanto, é especialmente importante medir o PMD antes de ativar os serviços. Não basta ligar e rezar!

Como é provável que os transceptores evoluam devido ao CD e ao PMD?

Embora transceptores coerentes tenham ajudado a melhorar o gerenciamento de CD e PMD, desenvolver transceptores de próxima geração para acomodar mobilidade de 25 e 50 Gbps é um verdadeiro desafio se você deseja manter o custo acessível. O processamento de sinal digital pode ser implementado para reduzir o impacto da dispersão, mas isso pode aumentar o custo.

As pessoas às vezes assumem que o CD e o PMD não são mais um problema, mas esse não é o caso. Ignorar esse fato pode ser caro para as operadoras de rede, pois elas precisam corrigir incidentes que poderiam ter sido evitados. Há também uma exposição potencial para QoS e acordos de nível de serviço.

A transmissão consistente em redes de alta velocidade não tornará os problemas de CD e PMD obsoletos?

A transmissão coerente, que significa essencialmente o uso de transceptores coerentes com processamento de sinal digital (DSP) para suportar redes de alta velocidade 100G, 400G e 800G, não elimina completamente a necessidade de testes de CD e PMD.

Para CD, o fator desencadeante é saber o tipo de fibra implantada em sua rede. Se você tiver uma rede totalmente nova na qual implantou um tipo de fibra conhecido, selecionar o tipo correto de transceptores para corresponder ao tipo de fibra significa que um teste de CD não é necessário.

Por outro lado, a implantação de qualquer transceptor em um tipo de fibra desconhecido pode levar a falhas e erros. Muitos operadores de rede adquiriram redes de fibra ao longo dos anos, onde a documentação e o tipo de fibra estão ausentes. Por exemplo, a implementação de transceptores e amplificadores coerentes de longa distância em fibra de deslocamento de dispersão (DSF) pode gerar efeitos não lineares que degradam a QoS.

Em qualquer rede que utilize qualquer tipo de fibra, o PMD ainda apresenta um risco. Lembre-se que mencionei anteriormente que mesmo cabos novos podem ter valores de PMD fora das especificações. Para mitigar esse risco, o teste é obrigatório, mesmo se você tiver uma rede de alta velocidade que depende de transceptores consistentes.

Isso porque o PMD sempre pode estar presente, e a única maneira de saber se o PMD está em um nível que não impedirá a transmissão é testando. Nem todos os transceptores coerentes são igualmente tolerantes ao PMD, e uma interrupção, mesmo por um segundo na velocidade de 800G, significa a perda de 800 bilhões de bits de dados. Esse não é um risco que a maioria das operadoras de rede quer correr voltando a ficar online e orando.

Conclusão: Quando surgiram os transponders coerentes, há 15 anos, nunca paramos de tentar CD e PMD porque esses efeitos ainda podem afetar uma transmissão, mesmo com compensação de postagem digital. CD e PMD continuam sendo considerações reais que sempre devem ser levadas em consideração à medida que a conectividade de alta velocidade e as redes 5G proliferam.

Quennael Amito é especialista no assunto e membro sênior da equipe técnica da EXFO.

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