Fibra óptica: de la evolución "suave" a la multiplexación espacial

Fibra óptica: de la evolución “suave” a la multiplexación espacial

Los grandes operadores de telecomunicaciones se enfrentan al desafío de incrementar la capacidad en sus redes metropolitanas y de larga distancia debido a la fuerte demanda de capacidad de clientes y servicios. De hecho, Orange en España ya ha demostrado comercialmente que, en enlaces de larga distancia, puede transportar 200 Gbps a través más de 2.000 kilómetros de fibra óptica sin regeneración eléctrica, o bien transmitir 400 Gbps en entorno metropolitano limitado a unas decenas de kilómetros.

Juan María Hernández, Ingeniería y Arquitectura de Transporte de Orange

Esta última prueba supone un gran paso para Orange, ya que permitirá duplicar la capacidad de la red de transporte y prepararse para el crecimiento del tráfico previsto en el futuro, así como para nuevas tecnologías como el 5G, que precisarán de enlaces de fibra de alta capacidad. De esta manera, será posible ofrecer accesos de súper banda ancha en fijo-móvil y habilitar la capacidad de transmisión de datos necesario para aplicaciones como los coches autónomos, la realidad virtual y aumentada, etc.

una demanda manejable

En el pasado, el crecimiento de la capacidad que demandaban los servicios de telecomunicaciones era más o menos manejable, ya que se lograron evoluciones de velocidades en cada una de las longitudes de onda transmitida en las fibra óptica de forma más o menos “suave”. Se fueron aumentando desde velocidades de 2.5 Gbps hasta los 400 Gbps actuales, con diversos pasos intermedios (10 Gbps, 40 Gbps, 100 Gbps…).

Sin embargo, los servicios FTTx (Fiber-to-the-X) recientemente ofertados a clientes residenciales, empresas, etc. hacen que las redes metropolitanas tengan que actualizar su capacidad disponible y, además de garantizar que el retardo y la sincronización, mejoren con respecto a servicios más antiguos. Si esto no fuera suficiente, también hay restricciones físicas que no se pueden superar, como es el caso del límite de Shannon, sobre todo cuando se comienzan a producir efectos no lineales en la transmisión.

Este límite establece la máxima cantidad de datos digitales que pueden ser transmitidos sin error (esto es, información) sobre dicho enlace de comunicaciones con un ancho de banda específico y que está sometido a la presencia de la interferencia del ruido.

innovación en fibra óptica

Aproximadamente en 2012 se comienza, a nivel no comercial, a estudiar y a probar soluciones de I+D para mejorar la capacidad de la fibra óptica, incluso cambiando su configuración y fabricación. Soluciones como las que se describen en el modelo SDM (Space-division multiplexing) intentan superar el “capacity crunch” que se preveía para 2020.

capacidad de redes

En el artículo “Optical Networking Beyond WDM”, Peter J. Winzer (actualmente Director de Investigación en los NOKIA Bell Labs) expone que los sistemas de telecomunicación WDM explotan todas las dimensiones físicas posibles: Tiempo, Cuadratura, Frecuencia, Polarización, excepto la del espacio. La dimensión espacial es clave para entender la SDM (Space-Division Multiplexing).

redes de telecomunicaciones

VIDEO SDM Space-division-multiplexing Technologies for 1Pbit/s Transmission
              FUENTE: NTT Network Innovation Laboratories (2013)

Como conclusión de ese artículo, Peter J. Winzer afirmaba que la tecnología SDM podría superar el límite de capacidad a la que se ven abocados las operadoras. Sin embargo, estamos en 2019 y aún no hay ningún sistema comercial SDM desplegado, y el incremento de capacidad se está logrando con la construcción o alquiler de nueva fibra óptica monomodo comercial tipo G.652 que, actualmente, es la más extendida.

Los procesos de fabricación de soluciones de fibra óptica para SDM, los componentes a desplegar, etc.. hacen que hoy en día estemos lejos aún de poder utilizar el “espacio” como un nuevo elemento en la transmisión de información.

multiplexación espacial

Los próximos pasos en la tecnología WDM nos habla de un futuro cercano con transporte totalmente coherente con portadoras superiores a 200Gbps, con rejillas de transmisión flexible, y con el objetivo de transmisión por canal de 1 Tbps en los próximos años.

Hay artículos, como World’s Highest Density Optical Fiber for Space Division Multiplexing with Deployable Reliability, en el que sus autores (Taiji Sakamoto, Takashi Matsui, Shinichi Aozasa, Kyozo Tsujikawa, y Kazuhide Nakajima, de NTT) refuerzan la idea de que la capacidad de un par de fibras ópticas monomodo se sitúa en 100 Tbit/s, y que hay que buscar una solución tecnológica para multiplicar por 1000 esta capacidad en los próximos 20 años, y esa solución pasa por la multiplexación espacial.

Las soluciones en las que se basan las soluciones SDM utilizarán fibras ópticas Single-Mode Core, Multi-Mode Core y Multi-Mode Multi-core tal y como se muestra en la siguiente figura.

Si bien el despliegue de SDM pudiera ser viable antes de 2021, la inversión que llevará asociada será bastante elevada, y el retorno de la inversión se debe sustentar en productos y servicios que ofrezcan rentabilidad al operador. Es una ecuación muy compleja y que hace que los operadores sean conservadores en la introducción de nuevas tecnologías de fibra óptica.

innovación para el futuro que mejora el presente

A partir de 2021-2025 los usuarios disfrutarán de servicios que consumirán gran ancho de banda y, de esa necesidad, surgirán aproximaciones para proporcionar esas capacidades a través de nuevas tecnologías o evoluciones de las actuales.

Puede que las soluciones basadas en SDM no sean las más eficientes a día de hoy, pero quizás sí en 6 años, y esta discusión tecnológica de cómo evolucionar el medio físico (fibra óptica monomodo, por ejemplo, para redes de larga distancia y metropolitanas) y adecuarlas a una realidad cambiante cobrará fuerza de nuevo.

Mientras tanto, los desarrollos de I+D en este campo ya son útiles para los componentes ópticos que se utilizan hoy en día en los equipos DWDM actuales.