Por Andrés Madero es CTO América Latina y el Caribe de Infinera
En la actualidad hay casi 450 cables submarinos de larga distancia operando en todo el mundo, y constituyen una maravilla de la ingeniería. Los cables individuales más largos pueden superar los 10.000 km de longitud, y están diseñados con una vida útil en ingeniería de más de 25 años, a pesar de estar desplegados en agua salada a profundidades que triturarían a un ser humano en una fracción de segundo. Pero en realidad, la vida económica de estos sistemas puede ser mucho más corta, ya que su rendimiento puede verse eclipsado por arquitecturas y despliegues de cables más novedosos.
Aun así, los nuevos cables submarinos cuestan decenas o incluso cientos de millones de dólares y pueden tardar muchos años en pasar del concepto a los servicios comerciales que circulan por un cable. Afortunadamente, es una práctica común actualizar el equipo terminal de la línea submarina (SLTE), el equipo colocado en las estaciones de desembarco en tierra en los extremos del cable, varias veces durante la vida de ingeniería del cable – especialmente los transpondedores.
Actualmente, el sector se encuentra en la quinta generación de transpondedores coherentes, y estos motores ópticos contienen una amplia gama de características diseñadas para extraer la máxima capacidad de todo tipo de cables. En la figura 1 se muestra una taxonomía de las mismas. Obsérvese que cada tipo de cable se diseñó utilizando la mejor información del momento tanto para la tecnología del cable como para las capacidades del transpondedor disponibles.
Figura 1: Taxonomía de los cables submarinos
Cables gestionados por dispersión (cables desplegados entre 1998 y 2012)
Hay cientos de ejemplos de cables gestionados por dispersión en todo el mundo, y estos cables se diseñaron originalmente para soportar transpondedores de detección directa con velocidades de datos de 2,5 Gb/s o 10 Gb/s por longitud de onda. Tenían que hacer frente al problema de la dispersión cromática (DC), y lo hacían alternando longitudes de fibras de dispersión positiva y negativa, manteniendo la magnitud de la DC dentro de los límites que un transpondedor de detección directa podía tolerar. Cuando los transpondedores coherentes estuvieron disponibles alrededor de 2010, la CD pudo entonces compensarse en los propios transpondedores. Al pasar a transpondedores coherentes con velocidades de transmisión de datos de 100 Gb/s, la capacidad se incrementó de la noche a la mañana hasta en un factor de diez, y las generaciones posteriores de transpondedores la han duplicado normalmente cada vez.
Aunque ésta ha sido una forma magnífica de prolongar la vida económica de estos cables más antiguos, la fibra que compensa la dispersión tiene un área efectiva baja, y combinada con un nivel generalmente bajo de CD, la penalización no lineal en estos cables tiende a ser alta. Esto se convierte en el factor limitante de la capacidad del par de fibras.
Algunos motores de quinta generación punteros son capaces de ampliar la capacidad aprovechando la potente tecnología ASIC emergente para implementar una mitigación y compensación no lineales aún más eficaces.
Cables de gran superficie y dispersión positiva (LA/D+, desplegados en 2012-2020)
Una vez que los transpondedores coherentes estuvieron disponibles, los diseñadores de plantas húmedas submarinas no tardaron en idear tipos de cables que pudieran aprovechar estas nuevas capacidades. Dicho sucintamente, crearon un diseño en el que se utilizaba fibra de dispersión positiva en toda la longitud del cable, y pudieron utilizar un tipo de fibra más nuevo que tenía un área efectiva mayor. La combinación de estas dos propiedades significó que la penalización no lineal en estos cables era mucho menor, y una consecuencia fue que los repetidores podían funcionar a niveles de potencia más altos. Esto, a su vez, significaba que se podían conseguir mayores eficiencias espectrales – de hecho, el cable transatlántico MAREA fue el primero en soportar modulación 16QAM y 200G por longitud de onda en una distancia de 6.600 km. Los cables LA/D+ se optimizaron para la capacidad por par de fibras, pero mantuvieron el enfoque tradicional de tener láseres de bombeo de reserva dedicados para cada repetidor. Esto significaba que había un límite en el número de pares de fibras que podía soportar un cable determinado, y para MAREA eso significaba ocho pares de fibras.
Los últimos transpondedores coherentes, como el ICE6 de Infinera, tienen tanto éxito en estos cables que ahora se sitúan a uno o dos dB de los límites prácticos de capacidad de la fibra para el sistema. Entonces, con los límites en los pares de fibras, ¿cómo pueden los cables futuros soportar aún más capacidad?
Cables de multiplexación por división espacial (SDM) (Desplegados en 2020)
La respuesta consiste en encontrar una forma de soportar más pares de fibras por cable, y para eso están diseñados los cables SDM. Un cable SDM incluye la capacidad de compartir los láseres de bombeo de reserva en los repetidores a través de múltiples fibras en lugar de tener láseres de reserva dedicados. Esto significa que hay suficiente potencia eléctrica para soportar más pares de fibras que con bombas de reserva dedicadas – por ejemplo, el cable SDM transatlántico de Dunant tiene casi la misma longitud que MAREA pero puede soportar 12 pares de fibras en lugar de ocho. El SDM también tiende a hacer funcionar los repetidores a niveles de potencia más bajos como otra forma de economizar energía eléctrica. Esto significa que las señales funcionan bien dentro del rango lineal de la fibra y que se puede utilizar fibra tradicional menos costosa en lugar de la fibra de gran área efectiva, más cara, utilizada anteriormente por cables como MAREA. La capacidad por par de fibras es menor, pero la capacidad sobre el conjunto del cable es mayor. Suponiendo que ambos cables utilicen los últimos transpondedores, MAREA puede soportar un total de 224 Tb/s, mientras que Dunant puede soportar 300 Tb/s.
Los cables con mayor número de fibras son un factor clave para optimizar la economía operativa, ya que los costes de mantenimiento marítimo se calculan sobre el cable en su conjunto, por lo que con más pares de fibras, el coste por par de fibras disminuye. Google ha anunciado un cable transatlántico de 16 pares basado en SDM, y la hoja de ruta tecnológica podría llevarnos a cables de 32 pares utilizando tecnologías y tipos de fibra ya probados.
Resumen
Los cables submarinos están diseñados para durar al menos 25 años, y durante este periodo habrá al menos un ciclo de evolución del cable, así como múltiples ciclos de evolución del transpondedor. Una vez desplegado un cable, la única forma de actualizar la capacidad es pasando a la siguiente generación de transpondedores. Dado que los nuevos cables submarinos pueden tardar años en desplegarse, prolongar la vida económica de estos cables de esta manera tiene un valor significativo.