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Informação muito mais rápida

Pesquisadores brasileiros quebram recorde de transmissão de dados por fibra óptica sem o uso de amplificadores eletrônicos de sinal

EVERTON LOPES BATISTA | ED. 246 | AGOSTO 2016

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Fotonica_03_290Um grupo de pesquisadores brasileiros estabeleceu um novo recorde de distância e taxa de transmissão de dados enviados por uma fibra óptica. Usando 10 canais na mesma fibra, cada um com capacidade de tráfego de 400 gigabits por segundo (Gbps), a equipe coordenada pelo engenheiro eletricista Jacklyn Dias Reis, do Centro de Pesquisa e Desenvolvimento em Telecomunicações (CPqD), em Campinas, conseguiu fazer uma quantidade enorme de dados viajar por 370 quilômetros (km) de fibras ópticas e chegar íntegra ao destino. É a primeira vez que se faz a informação codificada na forma de luz, com essa configuração de fibra óptica, chegar tão longe sem a ajuda de repetidores, equipamentos instalados ao longo do percurso para amplificar o sinal. A taxa de transferência de dados usada no teste seria suficiente para baixar, em apenas 1 segundo, 170 horas de filmes ou séries de TV gravadas em alta definição (HD).

De modo geral, os amplificadores de sinal são imprescindíveis para que dados viajem em fibras ópticas por distâncias superiores a 80 km. Isso ocorre porque a luz perde intensidade à medida que avança pela fibra. Instalados a distâncias específicas, os amplificadores fornecem energia para o sinal, garantindo que a informação chegue com qualidade até seu destino. A necessidade de usar amplificadores em transmissões por distâncias maiores que 80 km torna difícil levar internet de alta qualidade e velocidade a comunidades de lugares muito afastados, como ilhas ou a Floresta Amazônica. Nesses trajetos não existem fontes de energia para alimentar os amplificadores e a manutenção periódica é praticamente inviável. O custo da infraestrutura para fazer a internet de alta qualidade chegar a essas regiões pode inviabilizar a iniciativa, de acordo com Jacklyn, que é coordenador da área de Tecnologias Ópticas do CPqD. O estudo também contou com pesquisadores da Faculdade de Engenharia Elétrica e da Computação (FEEC) da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Os pesquisadores usaram no experimento uma configuração com três fontes de laser. Uma para envio dos dados e as duas outras fontes, uma em cada extremidade da fibra, serviram para “bombeio”, o que significa energizar dois amplificadores ópticos localizados ao longo da conexão. Os amplificadores ópticos não usam eletricidade como os eletrônicos, mas recebem energia proveniente da fibra óptica que corre em paralelo com a fibra transmissora. Isso faz amplificar o sinal do laser e ter  o mesmo desempenho anterior. Os amplificadores ópticos são conhecidos no jargão técnico como EDFA (Erbium Doped Fiber Amplifier). Ele é formado por uma fibra de 10 metros contendo o elemento químico érbio em sua composição, permitindo que a energia das fontes extras de laser das outras duas fibras seja transferida para o sinal, aumentando sua intensidade. Essa estratégia utilizou uma técnica já conhecida chamada de bombeamento remoto que permitiu eliminar o uso dos amplificadores eletrônicos. “O sinal enviado chegou exatamente igual no receptor, sem erros”, conta João Carlos Soriano Sampaio, engenheiro eletricista do CPqD e um dos autores do experimento.

As fibras ópticas utilizadas são mais espessas do que as usadas pelas empresas de telecomunicação em suas redes e com menor índice de atenuação do sinal. Cerca de 40% mais caros do que as fibras ópticas padrão, esses dispositivos são os mesmos usados em conexões submarinas entre continentes e reduzem a perda de energia do sinal durante o caminho.

Necessidades do mercado
Marcelo Martins Werneck, engenheiro eletricista que coordena o Laboratório de Instrumentação e Fotônica (LIF), da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ), avalia que a transmissão realizada pelo grupo do CPqD é inovadora pela alta velocidade de envio e pela distância alcançada. Werneck afirma que vários grupos de pesquisa perseguem resultados como esse porque o mercado precisa da tecnologia de transmissão sem amplificador eletrônico. Para uma ligação submarina entre continentes, por exemplo, é necessário instalar o amplificador no fundo do mar e ainda levar um cabo com energia elétrica para alimentar o aparelho, explica o engenheiro. A manutenção, em caso de defeito, é feita por um robô que busca o cabo no fundo do mar e o leva à superfície para que os técnicos realizem o reparo a bordo de um navio. O serviço sai por cerca de US$ 100 mil por dia. “Com a transmissão feita sem o uso de amplificadores eletrônicos, o risco de defeito seria menor. Existiriam menos equipamentos que poderiam apresentar problemas espalhados pelo caminho.”

Um possível mercado para esses aparatos de transmissão de dados ultrarrápidos por longas distâncias, segundo Sampaio, é o da exploração de petróleo em alto-mar. As empresas precisam conectar suas plataformas às bases em terra e a estratégia usada pelo CPqD permitiria eliminar os amplificadores – algumas plataformas da Petrobras, por exemplo, estão a mais de 200 km da costa. A Padtec, empresa de desenvolvimento, fabricação e comercialização de sistemas de comunicações ópticas instalada em Campinas e ligada ao CPqD, já provê o mercado com essa tecnologia de transmissão sem amplificadores eletrônicos, mas com alcance menor e velocidade mais baixa.

Além de aprimorar todo o aparato, os pesquisadores também usaram modelos matemáticos para analisar os fatores que poderiam influenciar a transmissão de informação. Formado por nove pesquisadores de diferentes especialidades, o grupo escolheu a melhor configuração das técnicas de transmissão, processamento digital de sinais e correção de erros para reproduzir o experimento no laboratório. Os sistemas de transmissão e de recepção, além dos 370 km de fibra óptica, enrolados em carretéis de 50 km, foram instalados em um laboratório do CPqD, em Campinas. O resultado desse experimento foi publicado on-line em 18 de julho no periódico IEEE Photonics Technology Letters. E os pesquisadores prometem não parar por aí. “Queremos enviar sinais com taxas de transmissão de dados maiores por distâncias ainda mais longas”, afirma Sampaio.

Artigo científico
Januário, J. C. S. S. et al. Unrepeatered transmission of 10×400G over 370 km via amplification map optimization. IEEE Photonics Technology Letters. On-line. 18 jul. 2016.

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