TX Óptica de Alta Velocidade

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Transmissão óptica de alta velocidade em redes
ópticas de nova geração
Júlio César Rodrigues Fernandez de Oliveira*, Reginaldo Silva, Adolfo Fernandes Herbster,
Edson Porto da Silva, Luis Henrique H. de Carvalho, Anderson Cleyton Bravalheri, Vitor Bedotti
Ribeiro, Antonio Amauri Juriollo, Marcelo Lopes da Silva
 
Este trabalho apresenta um sumário das atividades em transmissão óptica realizadas no laboratório de
sistemas ópticos reconfiguráveis (LASOR) do CPqD. Sistemas de transmissão coerente operando a 112
Gb/s DP-QPSK e 224 Gb/s DP-16QAM com alta eficiência espectral são apresentados com capacidade
de transmissão de até 3.2 Tb/s (32x112 Gb/s), alcance de até 9.000 km além de eficiência espectral de
8,96 b/s/Hz. Uma metodologia de projeto de enlaces de longo alcance é detalhadamente descrita.
Palavras-chave: Transmissão óptica. Recepção coerente. Eficiência espectral. Processamento digital de
sinais. 
Introdução
A contínua evolução dos meios de comunicação,
impulsionada pela disseminação da Internet e
seus aplicativos, vem exercendo nas redes de
telecomunicações uma contínua necessidade de
aumento de capacidade (RENAUDIER et al.,
2010). Como os sistemas de comunicações
ópticas constituem a principal solução de
transmissão de alta velocidade capaz de atender
à crescente demanda, eles vêm passando por
profundas modificações tecnológicas ao longo
dos últimos anos. As redes ópticas evoluíram de
redes baseadas em sistemas ponto a ponto com
taxas de 2,5 Gb/s para redes ópticas
reconfiguráveis a 100 Gb/s (NAG; TORNATORE;
MUKHERJEE, 2010). Apesar de os sistemas de
transmissão óptica operarem a taxas de 10 Gb/s
e serem baseados em modulação de intensidade
(OOK), com o avanço das taxas de transmissão,
a ocupação espectral necessária para a
manutenção da grade DWDM (Dense
Wavelength Division Multiplexing) (50 GHz)
forçou a evolução das estruturas de transmissão
e recepção com o intuito de aumentar a
eficiência espectral. Nesse contexto, os sistemas
de 40 Gb/s passaram a operar, em sua maioria,
baseados em estruturas de transmissão com
modulação de fase e codificação diferencial com
dois bits por símbolo (DQPSK). Já a estrutura de
recepção passou a necessitar de um
interferômetro para a recepção diferenciada,
extraindo a informação da diferença de fase
entre bits sucessivos (CHANDRASEKHAR; LIU,
2010). Nesses sistemas, a eficiência espectral
evoluiu de 0,5 b/s/Hz (sistemas OOK) para
1 b/s/Hz, tornando possível a transmissão de
sinais a 40 Gb/s na grade DWDM. Porém, para
sistemas operando a 100 Gb/s, é necessária
uma eficiência espectral de 2 b/s/Hz para garantir
uma ocupação espectral de um sinal óptico
modulado a 100 Gb/s na grade DWDM. Para
obter tal eficiência espectral, os sistemas de
transmissão óptica atuais encontram-se em
evolução adotando um formato de modulação
baseado na multiplexação de polarização com
modulação em fase. A utilização da modulação
DP-QPSK (Dual Polarization Quadrature Phase
Shift Keying) induz os sistemas ópticos à
necessidade de detecção coerente, decorrente
da necessidade de recuperação da fase do sinal.
Por meio do uso de moduladores DP-QPSK em
conjunto com o mecanismo de detecção
coerente, torna-se possível a transmissão de
sinais a 100 Gb/s na grade DWDM. O uso da
detecção coerente, que possibilita a recuperação
integral do campo elétrico do sinal recebido,
torna possível o uso de forma off-line de
algoritmos de processamento digital de sinais
para minimização dos efeitos lineares e não
lineares do canal de comunicação (SAVORY,
2010). 
Na direção de taxas de transmissão cada vez
maiores, além do 100 G DP-QPSK com detecção
coerente, outros formatos de modulação vêm
sendo explorados com o intuito de ampliar a
eficiência espectral para mais de 2 b/s/Hz
visando as gerações de 400 Gb/s e 1 Tb/s, que
deverão suceder os emergentes sistemas
operando a 100 Gb/s em um horizonte de
médio/longo prazo. Nesse sentido, formatos de
modulação N-QAM (Quadrature Amplitude
Modulation) e até OFDM (Orthogonal Frequency
Division Multiplexing) óptico vêm sendo utilizados
para demonstrar a viabilidade de transmissões a
taxas acima de 100 Gb/s em longas distâncias
(CAI et al., 2010; GNAUCK et al., 2010; SANO et
al., 2010; WINZER, 2010).
Neste trabalho são apresentados os últimos
resultados obtidos no CPqD na linha de
transmissão óptica de alta velocidade.
Na Seção 1, os resultados experimentais de
*Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: julioc@cpqd.com.br.
Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 7, n. 2, p. 31-42, jul./dez. 2011
Transmissão óptica de alta velocidade em redes ópticas de nova geração
transmissões monocanal e WDM a 112 e
224 Gb/s DP-QPSK e 224 Gb/s DP-16QAM,
assim como a validação do 112 G em uma rede
experimental, são apresentados. Na Seção 2, a
metodologia de projeto de redes de longo
alcance utilizada neste trabalho é apresentada
em detalhes, sendo executada em dois cenários.
1 Geração e transmissão de sinais em altas
taxas ≥ 100 Gb/s
Nesta seção serão descritos os experimentos de
transmissão óptica em altas taxas utilizando um
anel de recirculação óptica com chave seletora
de comprimento de onda (Wavelength Selective
Switch – WSS) para analisar o impacto dos
efeitos do meio na transmissão. Os principais
parâmetros de desempenho são obtidos com a
finalidade de caracterizar o sistema observado.
Os formatos de modulação e taxas dos sinais
analisados são apresentados na Tabela 1.
Tabela 1 Taxas e formatos de modulação
avaliados
NRZ RZ iRZ
28
GBd
DP-QPSK 112
Gb/s
DP-QPSK 112
Gb/s
DP-QPSK
112 Gb/s
DP-16 QAM
224 Gb/s
DP-16 QAM
224 Gb/s
56
GBd
DP-QPSK 224
Gb/s
Os sinais DP-QPSK em 112 Gb/s foram
analisados nas configurações monocanal e
WDM, e transmitidos através do anel de
recirculação óptica. Os canais 224 Gb/s
DP-16QAM foram transmitidos somente na
configuração monocanal através do anel e os
canais DP-QPSK a 224 Gb/s foram gerados e
recebidos em configuração back-to-back.
A Figura 1 ilustra a montagem da geração e
recepção dos canais em 28 GBd (Gigabaud) e a
Figura 2 ilustra a montagem experimental
utilizada na geração do canal em 56 GBd.
A montagem experimental de transmissão
ilustrada na Figura 1 consegue gerar tanto sinais
DP-QPSK como DP-16QAM a 28 GBd. Quatro
linhas de PRWS (Pseudo-Random Word
Sequences) não correlacionadas, com
comprimento de 215 -1, são geradas pela placa
MUX a 28 GBd. A saída de RF da placa MUX é
amplificada por drivers com largura de banda de
32 GHz, a fim de obter quatro sinais RF no
formato de pulso NRZ e com 7,0 Vpp. Esses
sinais são enviados para o modulador DP-QPSK
(Vπ = 3,5 V), que modula uma portadora laser
(ECL com 100 kHz de largura de linha).
O modulador tem largura de banda mínima de
23 GHz e é sintonizado por um controlador de
bias. O sinal óptico modulado DP-QPSK com
112 Gb/s (4 x 28 Gb/s) é conectado a um
controlador de polarização (Polarization
Controller – PC), seguindo para um modulador
de amplitude, ou pulse carver. Somente um
estado de polarização passa pelo pulse carver,
que funciona como um polarizador linear. Com o
PC, pode-se ajustar o ângulo espacial de
incidência entre as polarizações do sinal
DP-QPSK e a direção do polarizador de forma
que, pela superposição de duas polarizações, um
sinal 16QAM ou um sinal QPSK pode ser obtido
na saída do pulse carver. Se o pulse carver
estiver ligado, pulsos RZ são gerados na sua
saída em uma frequência de 28 GHz. Caso
contrário, o formato de pulso de saída será o
NRZ. Finalmente, um estágio de multiplexação
de polarização é utilizado para obter os sinais de
112 Gb/s DP-QPSK (NRZ/RZ) e 224 Gb/s
DP-16QAM (NRZ/RZ). A geraçãode sinais
DP-QPSK a 56 GBd é ilustrada na Figura 2.
O princípio de obtenção do sinal é praticamente o
mesmo do caso 28 GBd. A principal diferença é a
utilização de um MUX 2:1 para obter sinais RF a
56 GBd a partir da multiplexação de duas
entradas a 28 GBd. Obviamente, o aumento da
frequência de operação elétrica é um fator crítico,
quando se trata da operação dos dispositivos RF
em tão altas taxas, quase nos limites da
Microeletrônica. Um exemplo de anel de
recirculação pode ser visto na Figura 3.
Basicamente, cada anel consiste em uma
sequência de trechos, cada um com de dezenas
de quilômetros de fibra óptica e estágios de
amplificação do sinal óptico, realizados por
amplificadores a fibra dopada com érbio (EDFAs)
ou amplificadores Raman, que são posicionados
de maneira a compensar a atenuação do sinal ao
propagar por cada intervalo de fibra, além de
suprir, também, as perdas nos componentes de
acoplamento e controle de operação do anel.
No anel de recirculação se encontra uma WSS
que possui largura de filtro óptico selecionável
em 50 ou 100 GHz. Relativo à utilização da WSS,
são considerados três cenários:
a) anel de recirculação sem utilização de
filtragem ROADM WSS modo direto;
b) anel de recirculação utilizando ROADM
WSS com filtro selecionado em 50 GHz;
c) anel de recirculação utilizando ROADM
WSS com filtro selecionado em
100 GHz.
A utilização do anel de recirculação permite
observar o comportamento da propagação do
sinal óptico em enlaces de longo alcance,
possibilitando a avaliação dos fenômenos físicos
que mais impactam a transmissão, testes rápidos
de protótipos que devem ser instalados ao longo
de um enlace, além de utilizar menos
equipamentos e componentes, se comparado
com um enlace de longa distância real, com
milhares de quilômetros. No receptor, como
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ilustrado no RX da Figura 1, a detecção óptica
coerente é usada para recuperar dados
transmitidos. A parte óptica da recepção é
constituída de duas híbridas de 90°, nas quais o
sinal óptico recebido interfere com um laser, que
cumpre o papel de oscilador local sintonizável
(Local Oscillator – LO), de forma que nesse
processo o sinal modulado é trasladado para a
banda básica e as componentes de cada uma
das polarizações do sinal são separadas. 
As saídas das híbridas são detectadas com
quatro fotodiodos balanceados, que convertem a
informação do sinal óptico para o domínio
elétrico. Esses sinais elétricos são amostrados e
digitalizados por dois osciloscópios, cada um
possuindo duas portas de entrada
temporalmente sincronizadas com taxas de
amostragem de 80 Giga-amostras/s e largura de
banda elétrica de 30 GHz. Os dados
armazenados são processados off-line usando
um conjunto de algoritmos apropriados para cada
formato de modulação.
Figura 1 Montagem experimental utilizada na geração dos sinais; NRZ/RZ/iRZ DP-QPSK em 112 Gb/s e
NRZ/RZ DP-16 QAM em 224 Gb/s com 28 GBd. Telas dos equipamentos para: diagramas de olho, espectros
e constelação de recepção dos respectivos canais transmitidos
Figura 2 Montagem experimental utilizada na geração dos sinais; NRZ DP-QPSK em 224 Gb/s com 56 GBb
Figura 3 Montagem do anel de recirculação óptica
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Figura 4 Dados recebidos em geração monocanal com 112 Gb/s em DP-QPSK NRZ em 9.353 km
1.1 Testes em campo
Após a consolidação do conhecimento teórico e
experimental sobre a geração e recepção dos
canais em 112 Gb/s, efetuou-se um teste de
transmissão em campo, por uma rede WDM
experimental real, a Rede GIGA, que estabelece
um link óptico entre Campinas e Rio de Janeiro,
ilustrado na Figura 5. A primeira transmissão a
112 Gb/s foi feita entre Campinas e São Paulo,
totalizando um percurso 330 km. A Figura 6
ilustra os equipamentos da rede, assim como o
diagrama sistêmico do setup.
1.2 Resultados
Nesta seção serão apresentados alguns
resultados referentes às medições efetuadas em
laboratório e à transmissão em campo pela Rede
GIGA.
1.2.1 Resultados monocanal
Nesta subseção são apresentados os resultados
do primeiro trabalho de transmissão em canal de
100 Gb/s efetuado pelo grupo LASOR. Os dados
levantados em laboratório permitiram avaliar
parâmetros tais como: 
a) variação de OSNR em função da
distância percorrida pelo sinal óptico;
b) penalidades por variação nas potências
de transmissão e recepção; e
c) uma estimativa de erro para essas
situações. 
Também foram obtidos espectros ópticos e os
diagramas das constelações demonstrando o
impacto da filtragem no canal. A Figura 4 ilustra
as constelações recebidas após 9.353 km com
uma taxa de erro de bit (Bit Error Rate – BER)
abaixo do limite do código corretor de erro
(Forward Error Correction – FEC), representando
uma comunicação bem-sucedida. Esse é o
melhor resultado atingido até então, mostrando
grande avanço nos trabalhos efetuados, dado
que a primeira transmissão se limitou em
300 km.
Figura 5 Mapa geográfico com a representação da
Rede GIGA de Campinas ao Rio de Janeiro
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Transmissão óptica de alta velocidade em redes ópticas de nova geração
Figura 6 Equipamentos e diagrama sistêmico do teste realizado em campo
1.2.2 Resultados WDM
Aqui são apresentados os resultados
experimentais obtidos nos testes de transmissão
WDM. A Figura 7 ilustra os desempenhos para
as penalidades na recepção, em função do erro –
Figura 7 (a) – e em função da degradação de
OSNR – Figura 7 (b). É verificado um alcance
máximo de 4.000 km com possibilidade de se
recuperar o sinal com aplicação de FEC para o
sistema operando sem filtragem óptica no anel
de recirculação. Quando operando com filtragem
óptica de 100 GHz, um desempenho muito
semelhante é verificado, como esperado, por
conta da perda de componentes espectrais, uma
vez que o cascateamento de filtros de 100 GHz
não é capaz de penalizar o sinal que se encontra
na grade de 50 GHz com uma ocupação
espectral compatível com essa grade. Porém,
utilizando filtros ópticos mais estreitos (ROADMs
operando na grade de 50 GHz), verifica-se que, a
Figura 7 (a) Representação do desempenho para
três configurações, sem filtro, com filtro de 50 GHz
e filtro de 100 GHz; (b) Degradação de OSNR em
função do número de voltas no loop
partir de 11 voltas no anel (2.500 km), a
penalidade imposta pela filtragem está presente,
limitando o alcance máximo do sistema em
3.600 km. 
Para os valores analisados, apresentam-se na
Tabela 2 algumas constelações obtidas para as
configurações apresentadas no gráfico da Figura
7. É possível visualizar a degradação da
constelação recebida em função do número de
voltas e o impacto gerado pela filtragem óptica.
Tabela 2 Constelações resultantes da análise de
filtragem na transmissão 32x112 G NRZ-DP-QPSK
coerente
1 volta 9 voltas 18 voltas
Sem filtro
Filtro 50
GHz
Filtro 100
GHz
O comportamento apresentado na análise de
filtragem é apresentado na Figura 8, na qual é
possível confirmar o comportamento verificado
na transmissão de 32 canais em 112 Gb/s
NRZ-DP-QPSK. É demonstrado que o consumo
de banda é o mesmo independentemente da
banda do filtro. Nesse caso, para 5 voltas, foi de
12,5 GHz (0,1 nm). Sendo assim, é
compreensível que o canal modulado a
112 Gb/s, que ocupa 56 GHz, espectralmente,
seja bem mais penalizado quando transmitido na
grade de 50 GHz que na de 100 GHz. Para a
WSS com filtragem em 50 GHz, o
cascateamento dos filtros impõe uma redução de
Cad. CPqDTecnologia, Campinas, v. 7, n. 2, p. 31-42, jul./dez. 2011 35
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banda a 3 dB após 5 filtragens, o que resulta em
uma filtragem de 37,5 GHz. A redução de banda
a 10 dB resulta em uma filtragem de 33,75 GHz
exibindo uma diminuição de 16,25 GHz. Para a
WSS operando em 100 GHz, resultados
semelhantes são verificados, sendo que a
redução espectral verificada até 30 voltas não
chega a eliminar componentes espectrais do
sinal que ocupa a banda de 56 GHz.
(a)
(b)
Figura 8 (a) 50 GHz e (b) 100 GHz – Representação
do impacto da filtragem gerada pela WSS, para 1,
5, 15 e 30 em loop
A Figura 9 (a), (b) e (c) ilustra os espectros
ópticos resultantes da propagação após 9 voltas
(2.025 km) de 32x112 G NRZ-DP-QPSK nas três
configurações realizadas (sem filtragem, 50 GHz
e 100 GHz). 
A partir da análise da Figura 9, com a
comparação dos níveis de potência e OSNR dos
canais, podemos verificar que o perfil espectral
para o sistema sem e com filtragem de 100 GHz
é semelhante, exceto para o canal filtrado antes
da recepção. Já para o espectro de 50 GHz,
Figura 9 (b), verificamos que a filtragem óptica
mais estreita, apesar de apresentar inicialmente
um fator negativo, pode ser benéfica por conta
da minimização do ruído ASE nos canais
adjacentes, elevando a relação sinal-ruído óptica
e a potência dos canais recebidos. Porém, esse
ganho introduzido pela filtragem em 50 GHz é
inferior à penalidade inserida pelo consumo de
componentes espectrais, tornando o sistema que
opera nessa grade mais penalizado que na grade
de 100 GHz ou com ausência de filtragem.
1.3 Resultados Rede GIGA
Após avaliados os dados obtidos com a
transmissão pela Rede GIGA, pôde-se comparar
o desempenho obtido do teste de campo com o
desempenho dos testes realizados pelos
principais fornecedores de tecnologia de
transmissão óptica do mundo. A Tabela 3 ilustra
o posicionamento do CPqD em relação a outros
centros de pesquisa e empresas da área de
telecomunicações.
Canal 
analisado C41
(a)
Canal filtrado 
em 50GHz
(b)
Canal filtrado 
em 100GHz
(c)
Figura 9 Espectro recebido após a propagação de
32x112 Gb/s NRZ-DP-QPSK por 2.025 km (9
voltas), no anel de recirculação: (a) sem filtro; (b)
com filtro de 50 GHz; e (c) com filtro de 100 GHz
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Transmissão óptica de alta velocidade em redes ópticas de nova geração
Tabela 3 Testes em campo efetuados pelas maiores empresas de telecomunicações
Siemens &
AT&T & other
(US)
Alcatel Lucent
Deutsche
Telecom (GER)
Ciena &
Caltech (US)
Nokia Siemens
& Verizon (US)
Alcatel Lucent &
Verizon (US)
CPqD
(BRA)
Distância 160 km 500 km 80 km 1.040 km 504 km 330 km
Formato de
modulação
107G VSB-
OOK
107G VSB-OOK 112 G DP-
QPSK
111 G PDM-
QPSK
107 G DQPSK 112 G NRZ DP-
QPSK
Taxa de símbolo 107 Gbaud 107 Gbaud 28 Gbaud 28 Gbaud 53.5 Gbaud 28 Gbaud
WDM 8 x 107 G 10/40/100 G 10/100 G 6x10G/112G
Tempo real OK OK OK NOK OK NOK
Recepção DD DD DD w/poltrack Coherent DD Coherent
ano 2007 2009 2008 2008 2007 2011
Fonte: RAYBON et al., 2010 e CPqD
Nos testes realizados na Rede GIGA, podemos
destacar o fator estabilidade do sistema. A Figura
10 ilustra o resultado do teste.
Figura 10 Gráfico da análise temporal de variação
da qualidade do sinal recebido na primeira etapa
dos testes realizados na Rede GIGA com loopback
em São Paulo 
1.3.1 Resultados dos canais 224 Gb/s com
DP-16 QAM
Em 2011, um passo importante foi dado pelo
LASOR na direção do progresso da área de
transmissão óptica em altas taxas,
vislumbrando-se as tecnologias que podem, num
futuro próximo, suceder os sistemas a 112 Gb/s.
Nesse contexto, foram implementados os
primeiros conjuntos de algoritmos de
processamento digital de sinais e realizados os
primeiros testes experimentais para a
transmissão com um novo formato de modulação
– o DP-16QAM – elevando, dessa maneira, a
taxa transmitida de 112 para 224 Gb/s. A Figura
11 apresenta um resultado experimental de
transmissão em back-to-back obtido em
laboratório. Observa-se, detalhadamente, o
resultado de cada etapa do tratamento digital do
sinal recuperado até a obtenção das
constelações 16QAM de cada polarização do
sinal. O trabalho, nessa linha de pesquisa em
particular, demanda um pouco mais de
engenhosidade e improviso dos pesquisadores,
uma vez que as restrições físicas para a
realização da transmissão nesse formato de
modulação são significativamente maiores do
que as impostas ao DP-QPSK. Contudo, a
equipe do LASOR rapidamente obteve resultados
próximos daqueles recentemente publicados por
outros pesquisadores da mesma área (GNAUCK
et al., 2010) e contribuiu também com análises
adicionais já submetidas para publicação em
uma das principais conferências mundiais
voltadas a sistemas de comunicações ópticas e
fotônica.
1.3.2 Resultados dos canais 224 Gb/s com
56 GBd
Com essa configuração, o alcance em fibra foi
verificado, sendo necessária a inserção de
amplificadores ópticos, degradando o sinal.
O comprimento do enlace testado foi de 40,0 km
na configuração de geração ilustrada pela Figura
2. Os resultados obtidos em termos de
constelação e BER são apresentados na Figura
12.
Figura 11 Resultado de uma transmissão
experimental back-to-back 28 GBd DP-16QAM
Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 7, n. 2, p. 31-42, jul./dez. 2011 37
Transmissão óptica de alta velocidade em redes ópticas de nova geração
Figura 12 Constelações recebidas em uma
configuração Tx/Rx (sem propagação por fibras),
em um canal DP-QPSK 224 Gb/s com 56 GBd
2 Projeto de sistemas ópticos de longo
alcance – Anel de recirculação
O primeiro passo neste projeto foi a definição do
comprimento do enlace entre cada amplificador.
Ao considerar enlaces idênticos e amplificadores
com mesmo desempenho óptico, é possível
estimar a OSNR no final do sistema de
transmissão.
Com os requisitos dos amplificadores, partiu-se
para o projeto óptico. Parâmetros ópticos do
amplificador, a exemplo figura de ruído e
desequalização, são obtidos por meio de testes
ópticos.
No terceiro passo, é estimada a distância
máxima teórica, considerando as perdas dos
componentes ópticos responsáveis pelo controle
do anel de recirculação, como, por exemplo, a
chave óptica e o atenuador monitor. Com um
projeto-modelo do anel de recirculação, é
determinada a potência ótima de transmissão,
considerando um modelo de simulação, em que
se extrai a BER em função da potência de
transmissão. No quarto passo, o limite de não
linearidade é obtido e considerado na análise dos
resultados.
Embora o projeto do amplificador contemple
requisito de planicidade de ganho, após várias
amplificações no enlace óptico, a desequalização
do espectro do sinal é superior a 1 dB, por conta
da desequalização residual presente em cada
amplificador, tornando o desempenho do sistema
aquém do máximo. Dessa maneira, a quinta
etapa consiste na equalização do sinal óptico
após a passagem pelo enlace óptico, que, por
sua vez, consiste em uma volta através do anel
de recirculação. A equalização é realizada por
meio de um filtro óptico dinâmico.
No sexto e último passo, os resultados obtidos
por meio de simulação do sistema são
analisados, considerando: o comprimento do
enlace especificado, o projeto do amplificador, as
perdas dos componentes ópticos do anel de
recirculação, o comprimento por volta do anel e a
potência óptica de transmissão ótima.
O fluxograma da metodologia proposta é
ilustrado na Figura 13. É importante observar
que, nesse fluxograma, a metodologia é um
processo contínuo de melhoramento, em que os
resultados obtidos são os mais próximos dos
requisitos inicialmente especificados. Casoos
requisitos não sejam atendidos nos passos
intermediários, é necessário iniciar todo o
processo com a finalidade de obter bons
resultados.
2.1 Simulação do sistema óptico
É considerado um anel de recirculação composto
por sete enlaces de 40 km. São utilizados oito
amplificadores ópticos a fibra dopada com érbio
para compensar as perdas acumuladas (fibra e
componentes de controle do anel de
recirculação), utilizando, dessa forma, um enlace
de 280 km. 
Figura 13 Fluxograma que descreve a
metodologia para projeto de um anel de
recirculação
O primeiro resultado apresentado é o valor da
OSNR em função da distância percorrida pelo
sinal, conforme ilustra a Figura 14. De acordo
com o resultado apresentado na Tabela 5, em
7.713 km, considerando perdas adicionais de
13,5 dB, a OSNR do sinal óptico é de 20 dB.
Conforme ilustrado na Figura 15, a OSNR média
do sinal óptico será de 20 dB em 6.160 km. 
38 Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 7, n. 2, p. 31-42, jul./dez. 2011
Transmissão óptica de alta velocidade em redes ópticas de nova geração
Figura 14 OSNR em função da distância
percorrida pelo sinal óptico composto por
32 canais modulados a 112 Gb/s
Há, portanto, um erro que representa 20% do
valor obtido por meio da simulação. Essa
discrepância dos valores analíticos é
consequência da simplificação analítica realizada
para estimar a OSNR, visto que a expressão
utilizada considera um sinal óptico com apenas
um canal e sem nenhum tipo de efeito
degenerativo, apenas a adição de ruído óptico
decorrente do processo de amplificação.
Nessa simulação, a OSNR de entrada é de
aproximadamente 37 dB. É observado que a
redução da OSNR na primeira volta do anel é
mais acentuada que nas demais voltas.
Há três curvas ilustradas na Figura 14 que
representam os valores máximos, mínimos e
médios de OSNR para todos os 32 canais
ópticos utilizados. Como a diferença de valores
entre os máximos e mínimos é pequena, a
desequalização do sinal óptico é baixa, conforme
ilustra a Figura 16. Durante toda a propagação
óptica, a desequalização é abaixo de 0,5 dB no
sinal do anel de recirculação.
Figura 15 OSNR em função da distância
percorrida pelo sinal óptico composto por
32 canais modulados a 112 Gb/s para vários
comprimentos de enlaces ópticos
A Figura 15 ilustra a OSNR em função da
distância percorrida pelo sinal óptico para
diversos comprimentos do anel de recirculação.
Entretanto, à medida que a distância total
percorrida é elevada, os valores de OSNR para
as diferentes condições (280, 360, 440, 520 e
600 km) são bastante distintos, conforme pode
ser verificado pelos resultados apresentados na
Tabela 4.
Tabela 4 Desempenho da OSNR média do sinal
óptico para diferentes comprimentos de enlaces
Distância do
enlace (km)
Distância total
(km)
@ OSNR = 20 dB
Distância total
(km)
@ OSNR = 19 dB
 Valor Erro Valor Erro
280 5880 23,77 7402 4,03
360 6120 25,89 7626 7,65
440 6699 22,15 8408 2,29
520 6703 24,74 8412 5,55
600 6716 25,54 8424 6,61
Sem perdas 7188 - 9020 -
Considerando a OSNR-alvo de 20 dB, há erro
máximo de 25,89% entre os valores obtidos de
forma analítica e por meio de simulação
sistêmica. Considerando uma variação de 5% da
OSNR, ou seja, uma OSNR-alvo de 19 dB, o erro
máximo é de 7,65%, de acordo com os dados
apresentados na Tabela 4.
Figura 16 Desequalização do sinal óptico em
função da distância percorrida pelo sinal óptico
A Figura 17 ilustra a BER em função da distância
percorrida pelo sinal óptico. Foram analisadas as
voltas 5, 10, 15, 20, 25, 30 e 35, totalizando,
respectivamente, 1.400, 2.800, 4.200, 5.600,
7.000, 8.400 e 9.800 km. O aumento da BER é
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Transmissão óptica de alta velocidade em redes ópticas de nova geração
semelhante à redução da OSNR em função da
distância percorrida pelo sinal óptico. Conforme
ilustra a Figura 17, para 9.800 km, a taxa de erro
obtida é de 4,06e-3.
Figura 17 BER em função da distância percorrida
pelo sinal óptico composto por 32 canais
modulados a 112 Gb/s
Conclusão
Neste trabalho foram apresentados os últimos
resultados em transmissão óptica de alta
velocidade realizados no CPqD. Foram feitos
experimentos laboratoriais com transmissões a
taxas de 112 Gb/s e 224 Gb/s por até 9.000 km e
até 3,2 Tb/s de capacidade agregada na fibra.
Esses resultados demonstram a viabilidade
técnica de se transmitir sinais com taxas
superiores a 100 Gb/s por longas distâncias e
com alta eficiência espectral, tanto em laboratório
como em fibras comerciais em operação, sem
grandes mudanças no enlace. A base
tecnológica adquirida habilita o desenvolvimento
de produtos e equipamentos baseados em altas
taxas em um futuro próximo vislumbrado pelo
CPqD.
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Tabela 5 Distância total considerando o
comprimento do anel de recirculação e as
perdas dos componentes de controle
Comprimento
do anel (km)
Distância total (km)
Pior caso
(13,5 dB)
Melhor caso
(11,0 dB)
200 6734 7369
280 7713 8168
360 8258 8611
440 8605 8893
520 8906 9090
600 9020 9232
Transmissão óptica de alta velocidade em redes ópticas de nova geração
Abstract
This work presents a summary of the optical transmission activities performed in the Reconfigurable
Optical Systems Laboratory (LASOR) at CPqD. Coherent transmission systems operating at 112 Gb/s
(DP-QPSK) and 224 Gb/s (DP-16QAM) with high spectral efficiency are presented with transmission
capacity, reach and spectral efficiency up to 3.2 Tb/s (32x112 Gb/s), 9000 km and 8.96 b/s/Hz,
respectively. A long haul systems project metodology is described in detail. 
Key words: Optical transmission. Coherent reception. Spectral efficiency.Digital Signal Processing.
Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 7, n. 2, p. 31-42, jul./dez. 2011 41