Fibra óptica Multicore (vários núcleos): evoluindo do Terabits para Petabits

Fibra óptica Multicore (vários núcleos):
evoluindo do Terabits para Petabits

por Juliano Heinzelmann Reinert

Com o crescimento exponencial da demanda por conectividade e largura de banda, a busca por soluções inovadoras para redes de comunicação tornou-se prioridade. Nesse cenário, a Fibra Óptica Multicore (MCF) surge como uma tecnologia promissora, capaz de transformar a maneira como os dados são transmitidos. Ao incorporar múltiplos núcleos ópticos em uma única fibra óptica, oferece uma solução compacta, eficiente e de alta capacidade para os desafios atuais e futuros da comunicação óptica.

O que é a Fibra Óptica Multicore?

Tradicionalmente, as fibras ópticas possuem um único núcleo responsável por guiar a luz. A inovação da fibra multicore (MCF) está na integração de vários núcleos em uma única fibra, permitindo a transmissão simultânea de múltiplos sinais de dados, sem a necessidade de adicionar novas fibras ópticas ou novos cabos. Essa característica oferece ganhos consideráveis em largura de banda, eficiência e economia de espaço, tornando-a especialmente vantajosa em ambientes onde há limitações físicas para expansão da infraestrutura.

Vantagens

Entre os principais benefícios da fibra óptica multicore, destacam-se:

Aumento de Largura de Banda: A presença de múltiplos núcleos permite que mais dados sejam transmitidos simultaneamente, o que amplia significativamente a capacidade da rede sem a necessidade de mais fibras.

Eficiência da infra: Ao concentrar mais núcleos em uma única fibra, reduz-se a quantidade de cabos necessários, o que é crucial para data centers e redes urbanas com dutos congestionados. Como exemplo básico, o uso de um único cabo com um MCF de 4 núcleos para substituir quatro cabos de fibra monomodo individuais gera uma economia de 75% no espaço físico.

Redução de Custos Operacionais: A infraestrutura simplificada exige menos espaço e manutenção, resultando em economia de longo prazo.

Desempenho Superior: Reduzida perda de inserção, mantendo a qualidade do sinal mesmo em longas distâncias.

Design e Estrutura

O design é altamente versátil e adaptável a diversas aplicações. Como exemplos, os modelos desenvolvidos pela Lightera (OFS) incluem versões monomodo (SM) e multimodo (MM), com opções que variam entre 4 e 8 núcleos por fibra. Os núcleos podem ser organizados em arranjos circulares ou lineares, dependendo da necessidade do projeto.

Figura 1 – Tipos de fibras multicore da Lightera (OFS)

Existem dois tipos principais de fibras multicore:

MCF com Núcleos Acoplados (RC-MCF): Permite o acoplamento entre núcleos próximos, criando supermodos coletivos. Ideal para sistemas com multiplexação por divisão espacial (SDM).

MCF com Núcleos Desacoplados (UC-MCF): Os núcleos são suficientemente separados para operar de forma independente, reduzindo interferência. Essa configuração é preferida quando se busca alta capacidade com mínima interferência entre os canais.

Aplicações Estratégicas

A fibra óptica multicore já está sendo aplicada em diversas áreas estratégicas, como:

Data Centers: Fornece interconexões de alta densidade entre servidores e equipamentos de rede, aumentando a velocidade e eficiência das operações.

Redes de Comunicação: Utilizada para transmissão de voz, vídeo e dados em longa distância, garantindo alta qualidade de sinal.

Comunicações submarinas: onde o custo de instalação é muito elevado e o ganho de capacidade por fibra é extremamente vantajoso.

Ambientes Industriais: Serve como um elemento de sensoriamento compacto e robusto, capaz de monitorar diversos parâmetros com alta precisão. Por meio do sensoriamento distribuído, utilizando os núcleos independentes para monitorar diferentes parâmetros ambientais em tempo real — uma solução inovadora para setores como petróleo, gás, energia e infraestrutura civil.

Redes Ópticas Passivas (PON): Ajuda a aumentar a densidade das fibras e superar limitações estruturais em redes metropolitanas e de acesso.

Desafios Técnicos

Apesar dos benefícios, a adoção destas fibras apresenta desafios que devem ser considerados:

Complexidade de Fabricação: Produzir fibras com múltiplos núcleos exige altíssimo nível de precisão e controle de materiais.

Compatibilidade com Sistemas Existentes: A transição demanda a atualização de equipamentos e conectores, o que pode representar custos iniciais elevados.

Crosstalk e Acoplamento: Interferências entre os núcleos, se não gerenciadas adequadamente, podem comprometer a qualidade da transmissão.

Treinamento Especializado: Técnicos e engenheiros precisam de capacitação específica para instalação, manutenção e diagnóstico.

Maior taxa de transmissão já registrada

A maior taxa de transmissão já registrada utilizando fibras ópticas multicore foi de impressionantes 22,9 Petabits por segundo (Pb/s).

Para efeitos de comparação, 22,9 Petabits equivalem a:

- 22.900 Terabits (vinte e dois mil e novecentos Terabits)

- 22.900.000 Gigabits (vinte e dois milhões e novecentos mil Gigabits)

Esse marco foi alcançado por pesquisadores do Instituto Nacional de Tecnologia da Informação e Comunicações (NICT) do Japão, em colaboração com a Universidade de Tecnologia de Eindhoven e a Universidade de L’Aquila. A equipe combinou tecnologias avançadas, como Multiplexação por Divisão Espacial (SDM) e Multiplexação por Divisão de Comprimento de Onda (WDM).

Para alcançar essa velocidade, foi utilizado um cabo de 38 núcleos e três modos. Cada núcleo do cabo é capaz de transmitir dados numa faixa de 0,3 a 0,7 Pb/s. Com a otimização da codificação, velocidades de até 24,7 Pb/s podem ser teoricamente alcançadas.

Fibras ópticas Multicore e Outras Inovações

Outra tecnologia emergente em paralelo é a fibra óptica de núcleo oco (HCF), que substitui o núcleo sólido por ar. Embora ofereça vantagens como redução de latência e maior largura de banda em certas frequências, a MCF continua sendo a escolha preferencial para aplicações que exigem densidade de transmissão e escalabilidade.

Conclusão

A Fibra Óptica Multicore representa um salto tecnológico na evolução das redes de comunicação. Ao multiplicar a capacidade de transmissão dentro de uma única estrutura física, a MCF responde diretamente às exigências por maior desempenho, eficiência e escalabilidade.

"Esperamos que a fibra multi-core seja uma parte importante da infraestrutura global de telecomunicações. Esta é uma nova e animadora direção para o escalonamento da capacidade de cabos, abrindo caminho para novos aumentos no número de núcleos por fibra ao longo do tempo e assim satisfazer as necessidades por largura de banda da indústria", comentou o Google no site Teletime.

Embora existam obstáculos técnicos e de implementação, os avanços contínuos na engenharia de fibras e os crescentes investimentos no setor indicam que a MCF será protagonista na próxima geração de redes ópticas de alta capacidade. Em um mundo cada vez mais digital e conectado, tecnologias como a MCF não são apenas uma opção — são uma necessidade estratégica para sustentar o ritmo da inovação.

Referências:

https://www.ofsoptics.com/multicore-optical-fiber/?srsltid=AfmBOorTQP7ACcYZCTyIfl5WO4P2ZlfvLh8w7oUb0TjUxIFA6KD-khs7

https://www.sciencedirect.com/topics/engineering/multicore-fiber

https://www.m2optics.com/blog/emerging-trends-in-optical-fiber-hollow-core-and-multicore-fibers

https://www.mundoconectado.com.br/internet/recorde-transmissao-dados-fibra-optica/?utm_source=chatgpt.com

https://teletime.com.br/15/09/2023/google-e-nec-se-juntam-para-implantar-cabos-submarinos-com-fibra-multi-core/#:~:text=J%C3%A1%20a%20fibra%20multi%2Dcore,informou%20o%20Google%20em%20nota.