Escrito por Geoff Bennett
Director, Soluciones y Tecnología de nuestra representada Infinera

Los sistemas de cable submarino son un milagro de la tecnología. Por ejemplo, un cable como MAREA puede transportar más de 24 Tb / s por par de fibras a lo largo de 6.640 km del océano Atlántico. Con más de 400 cables submarinos operativos en todo el mundo, realmente ayudan a conectar el mundo a la velocidad de la luz.

A lo largo de estos cables encontramos una protuberancia reveladora: los amplificadores ópticos, que parecen pequeños animales que acaban de ser tragados por una boa constrictor. Al igual que los amplificadores en los sistemas terrestres, estos dispositivos aumentan la potencia de la señal óptica lo suficiente, pero no tanto como para crear efectos no lineales no deseados.

Una cosa clave para entender acerca de los amplificadores submarinos es que operan en modo de potencia constante, a diferencia de una cadena de amplificadores terrestres típica que opera en modo de ganancia constante. Cada una de estas aplicaciones tiene sus razones para operar de esta manera. En una red terrestre, puede haber varias rutas de malla óptica en la red con un conjunto complejo de niveles de potencia por fibra, con el riesgo de que una rotura de enlace desequilibre esos niveles de potencia. Afortunadamente, las distancias suelen ser mucho más cortas que en una red submarina, con más tolerancia a los cambios rápidos de configuración, y esto nos permite implementar lazos de control dentro de los propios amplificadores.

En una red submarina, el énfasis está en la administración de energía de la cadena de amplificador, con una ventana de amplificador comparativamente estrecha que está balanceada con precisión para una relación óptima señal / ruido óptica (OSNR) sin exceder el umbral no lineal.

La desviación de este equilibrio en una cadena de amplificadores submarinos tendría un impacto grave en la calidad de la señal. Además, en condiciones de falla donde los cables se empalman, este equilibrio preciso debe restablecerse, y esta es la base de la gestión de energía submarina.

La figura 1 muestra una de las principales consecuencias de esto.

Figura 1: Operación de potencia constante en amplificadores submarinos

La Figura 1A muestra un conjunto de ocho longitudes de onda que han sufrido atenuación y se encuentran en niveles de potencia óptica bajos.

Después de pasar por el amplificador, cada longitud de onda habrá experimentado un cierto nivel de ganancia (la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada) del amplificador. La línea de puntos representa el umbral no lineal para esta fibra, lo que significa que si aumentamos la ganancia de cualquier longitud de onda, o de varias longitudes de onda, por encima de este umbral, experimentarán penalizaciones no lineales y un rendimiento óptico reducido.

En la Figura 1B vemos el mismo amplificador, pero tres de las ocho longitudes de onda han desaparecido por las razones que explicaré a continuación, por lo que ahora solo hay cinco longitudes de onda en la fibra. Supongamos que el amplificador está configurado para entregar la misma potencia total que antes, pero ahora se distribuye en menos longitudes de onda y, por lo tanto, producirá más ganancia, lo que puede resultar en penalizaciones no lineales.

Entonces, ¿qué podría causar que un cable submarino “pierda” longitudes de onda como vemos en la Figura 1? La figura 2 muestra una posible causa.

Figura 2: Ejemplo de pérdida de longitud de onda en la red de backhaul terrestre

En este caso, el operador de cable ha optado por “atravesar el vidrio” en la estación de aterrizaje del cable y seguir hacia la red de retorno terrestre. Este término se refiere al uso de un ROADM en la estación de aterrizaje de cable en lugar de una terminación digital como un conmutador OTN. El backhaul ahora es parte de la ruta óptica para todo el cable y una rotura de fibra, como se muestra en la red de backhaul, conducirá a una pérdida de ondas que pasan a la sección submarina del cable.

El vidrio en la estación de aterrizaje es una opción de diseño esencial para el operador de cable, ya que puede evitar el costo de instalar un conmutador OTN, que puede ser significativo a medida que nos acercamos a niveles de capacidad en decenas de terabits. El tráfico terminado digitalmente en las estaciones de aterrizaje también puede ser extremadamente útil, pero probablemente representa una pequeña fracción del tráfico en algunos cables, por lo que los conmutadores OTN actúan como una función local de agregar / quitar y la mayor parte del tráfico se expresa a través del ROADM.

¿Qué se puede hacer para mantener la estabilidad de potencia en las cadenas de amplificadores submarinos?

Idlers y ruido ASE

Desde los albores de la transmisión óptica submarina, un par de fibras submarinas típico se ha llenado de tráfico a lo largo del tiempo, en lugar de todo a la vez. Para garantizar que la cadena de amplificadores submarinos pueda mantener la estabilidad de ganancia a medida que el cable se llena gradualmente, es común instalar dispositivos que generen potencia óptica en una banda de espectro configurable. Un enfoque consiste en utilizar un amplificador de fibra dopado con erbio especialmente configurado que funcione en modo ASE (amplificador de emisión espontánea).

La Figura 3 muestra cómo se puede utilizar ASE para estabilizar el problema que destaqué en la Figura 1.

Figura 3: Restauración de la estabilidad de la potencia óptica con generadores de ruido ASE

En la Figura 3B, cuando se pierde la mitad de los portadores de datos, se encienden dos bandas de ASE a niveles de potencia altos, en realidad, por encima del umbral no lineal. El resultado es que los soportes de datos permanecen por debajo del umbral no lineal, independientemente del nivel de dispersión en esa parte de la fibra.

Los niveles de energía de ASE se configuran y monitorean a través del controlador de administración de energía inteligente de Infinera y la red ROADM flexible. Con estas herramientas, un operador de cable puede administrar eficazmente la potencia óptica en todo el espectro de fibra y, por lo tanto, mantener la estabilidad del servicio en una variedad de condiciones desafiantes. En los próximos blogs, me gustaría explicar cómo podemos usar Intelligent Power Management para ayudar a automatizar el aprovisionamiento de servicios, habilitar esquemas de protección avanzados y hacer realidad el uso compartido confiable del espectro en el mismo par de fibra.