BR102016030892A2 - processo heurístico de projeto de amplificação avançada aplicada a sistemas ópticos sem repetição - Google Patents

Abstract

novo processo heurístico de projeto de amplificação avançada aplicada a sistemas ópticos sem repetição, o qual prevê a heurística de um projeto para amplificação de sistemas ópticos sem repetição, consistindo em um método de projeto de amplificadores ópticos de bombeio remoto (remote optically pumped amplifier - ropa) em conjunto com o sistema de amplificação presente nos terminais dos sistemas ponto-a-ponto, sem elementos ativos de redes de comunicação óptica.

Description

(54) Título: PROCESSO HEURÍSTICO DE PROJETO DE AMPLIFICAÇÃO AVANÇADA APLICADA A SISTEMAS ÓPTICOS SEM REPETIÇÃO (51) Int. Cl.: H04B 10/25 (73) Titular(es): FUNDACAO CPQD - CENTRO DE PESQUISA E DESENVOLVIMENTO EM TELECOMUNICACOES (72) Inventor(es): JOÃO CARLOS SORIANO SAMPAIO JANUÁRIO (57) Resumo: Novo processo heurístico de projeto de amplificação avançada aplicada a sistemas ópticos sem repetição, o qual prevê a heurística de um projeto para amplificação de sistemas ópticos sem repetição, consistindo em um método de projeto de amplificadores ópticos de bombeio remoto (Remote Optically Pumped Amplifier - ROPA) em conjunto com o sistema de amplificação presente nos terminais dos sistemas ponto-a-ponto, sem elementos ativos de redes de comunicação óptica.

Figura 1

Figura 2

Figura 3

1/14 “PROCESSO HEURÍSTICO DE PROJETO DE AMPLIFICAÇÃO AVANÇADA APLICADA A SISTEMAS ÓPTICOS SEM REPETIÇÃO” [001]Trata o presente relatório da descrição detalhada acompanhada de figuras ilustrativas de um novo processo heurístico de projeto de amplificação avançada aplicada a sistemas ópticos sem repetição, o qual prevê a heurística de um projeto para amplificação de sistemas ópticos sem repetição, consistindo em um método de projeto de amplificadores ópticos de bombeio remoto (Remote Optically Pumped Amplifier ROPA) em conjunto com o sistema de amplificação presente nos terminais dos sistemas ponto-a-ponto, sem elementos ativos ao longo de redes de comunicação óptica.

Campo da Invenção [002]A presente invenção se aplica ao campo de Engenharia de Telecomunicações, mais precisamente a área de comunicações ópticas, e consiste na proposta de uma heurística de projeto de amplificação para sistemas que não possuem elementos ativos ao longo do seu caminho óptico. Particularmente, a invenção propõe uma metodologia de projeto de amplificadores ópticos de bombeio remoto (Remote Optically Pumped Amplifier - ROPA) em conjunto com o sistema de amplificação presente nos terminais.

Situação atual e problema a ser resolvido [003]O contínuo aumento do tráfego de internet é confirmado por diversas projeções a nível mundial que indicam a crescente conectividade de usuários (pessoas e máquinas) e a busca por serviços com alto consumo de banda, tais como o streaming de vídeos e comunicação entre data centers, e aplicações. O desenvolvimento de tecnologias que suportem todo esse crescimento é essencial, pois sem elas já é prevista uma saturação da capacidade das redes ópticas instaladas. Esse problema pode ser abordado por meio da evolução da arquitetura das redes ópticas, criação de transmissores mais eficientes, e o desenvolvimento de tecnologias de amplificação óptica avançada. Assim, pelo alto número de parâmetros envolvidos, o projeto de um sistema sem

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2/14 repetição é complexo e envolve uma solução de otimização multiobjetivo. A invenção propõe uma heurística de projeto que diminui a complexidade do problema, sem que para isso abra mão da solução ótima ou quase ótima.

[004]Parte das soluções propostas às redes ópticas para diminuir a sua complexidade, visa o aumento da capacidade de transmissão e do alcance. Relativamente às redes de alta capacidade com multiplexação por comprimento de onda (Wavelength Division Multiplexing, WDM), que transportam canais de 100 Gb/s e que utilizam tecnologia de transmissão coerente conjuntamente com processamento digital de sinais (Digital Signal Processsing, DSP) em circuitos integrados para aplicações específicas (Application Specific Integrated Circuits, ASIC), é previsto que já a partir de 2018 haja instalações em campo de transceptores capazes de operar, de forma flexível, em 400 Gb/s. Por outro lado, uma alternativa ao aumento da capacidade das redes ópticas e a melhora do alcance dos sistemas ópticos passa pelo desenvolvimento de novas tecnologias de amplificadores que proporcionem uma maior banda de amplificação e alto ganho com baixa inserção de ruído, pois habilitarão a viabilidade de sistemas coerentes de nova geração para aplicações de longo alcance (>1000 km) e alta capacidade.

[005]Além das redes de longo alcance, outra crescente demanda que pode ser suportada pela evolução das tecnologias de amplificação óptica são os sistemas pontoa-ponto que necessitam eliminar os elementos ativos entre seus terminais. Esses sistemas são chamados de sistemas sem repetição e sua importância é comprovada nas implantações de links ópticos em áreas de difícil acesso, como na conexão entre ilhas, ilhas-continente, ou comunidades isoladas como as existentes no interior de florestas tropicais, como é o caso da floresta Amazônica no Brasil.

[006]A crescente demanda por dados impulsiona os sistemas sem repetição a também aumentar sua capacidade, migrando das usuais soluções comerciais de 10 Gb/s, 40 Gb/s e 100 Gb/s para taxas de 200 Gb/s, 400 Gb/s e além. Entretanto, enquanto aumenta a eficiência espectral, formatos de modulação avançados reduzem drasticamente o alcance do sistema, o que requer uma evolução ainda mais eficaz dos amplificadores ópticos e do processamento digital dos sinais realizado no receptor.

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O projeto deste tipo de sistema sem repetição pode envolver diversos tipos de tecnologias, tais como amplificadores ópticos à fibra dopada com terras raras, usualmente o érbio, ROPA, amplificação Raman distribuída de primeira ordem ou ordem superior, uso de fibras ópticas de área larga e baixa atenuação, mecanismos de compensação de não linearidades. Pelo alto número de parâmetros envolvidos, o projeto de um sistema sem repetição é complexo e envolve uma solução de otimização multiobjetivo. A invenção propõe uma heurística de projeto que diminui a complexidade do problema, sem que para isso abra mão da solução ótima ou quase ótima.

Objetivos da Invenção [007]Tendo em vista o acima exposto, é o objetivo principal do processo heurístico de projeto de amplificação avançada aplicada a sistemas ópticos sem repetição, objeto da presente invenção, prover uma heurística para o projeto de amplificadores aplicado a sistemas ópticos sem repetição que garanta uma solução ótima ou quase ótima em termos da qualidade do sinal recebido.

[008]É ainda outro objetivo da presente invenção focar a otimização do sinal sempre a partir do canal com pior desempenho no receptor. Dessa forma, o comportamento dos demais canais será tratado de maneira indireta.

[009]É ainda outro objetivo da presente invenção utilizar os estágios de amplificação remota, ROPA, para prover a correção de ganho necessária a fim de garantir o desempenho do pior canal.

[010]É ainda outro objetivo da presente invenção prover um arranjo de disposição entre diferentes tipos de fibras ópticas de forma a balancear a relação custo-benefício em sistemas ópticos sem repetição com uso de fibras do tipo apagada para transporte de bombeio.

Estado da Técnica [011]Diferentes abordagens para a otimização de sistemas sem repetição são encontradas na literatura técnica, desde o uso de diferentes tecnologias de

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4/14 amplificação óptica, até propostas de processamento digital de sinais no receptor para mitigar efeitos indesejáveis que acometem o sinal ao longo do caminho óptico. [012]Estão compreendidos no estado da técnica diversos documentos de patente que mencionam tecnologias ou métodos para melhorar o desempenho de sistemas sem repetição. Contudo nenhuma dessas técnicas ou métodos possui a configuração e o funcionamento do Processo heurístico de projeto de amplificação avançada aplicada a sistemas ópticos sem repetição, objeto da presente patente. Dentre esses documentos podem-se destacar os seguintes:

[013]O documento de US20050025501A1 de Scott R. Bickham, intitulado de “UNREPEATERED OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM WITH SUPPRESSED SBS”, que revela uma proposta de projeto de sistema sem repetição, capaz de estender o limiar de potência lançada no arranjo óptico, sem que isso eleve a maiores degradações de efeitos não lineares. No entanto, não é abordado o projeto dos amplificadores do projeto;

[014]O documento de patente US20080145055A1 de Philippe A. Perrier et al. intitulado de “SYSTEMAND METHOD FOR IMPLEMENTING A HIGH CAPACITY UNREPEATERED OPTICAL COMMUNICATION SYSTEM”, que revela detalhes da implementação de um sistema sem repetição. Contudo, não é explicitada nenhuma heurística de projeto para os demais parâmetros que caracterizam um sistema sem repetição;

[015]O documento de patente US20100183305 de Do-Il Chang et al. intitulado de “OPTICAL COMMUNICATION USING COUPLED OPTICALLY PUMPED AMPLIFIERS”, que revela uma abordagem de projeto conjunto dos amplificadores de bombeio remoto, ROPA, em links ópticos bidirecionais, ainda propõe o uso da construção em um mesmo módulo o par ROPA Tx e Rx de links ópticos bidirecionais. Neste cenário é reivindicada a possibilidade de reaproveitar os bombeios residuais dos ROPAS através do uso de componentes ópticos que direcionam este bombeio para o ROPA pertencente ao link óptico em direção contrária. Contudo, não é explicitada nenhuma heurística de projeto para os demais parâmetros que caracterizam um sistema sem repetição.

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Descrição das Figuras.

[016]A seguir faz-se referência às Figuras que acompanham este relatório descritivo, para melhor entendimento e ilustração do mesmo, onde se vê:

[017]A Figura 1 ilustra um arranjo de um sistema sem repetição sem a presença de fibra dedicada para bombeio, com destaque para os amplificadores ópticos nos terminais de transmissão e recepção, e dois estágios de amplificação remota identificados pelos blocos ROPA Tx e ROPA Rx. As fibras ópticas usadas neste arranjo são identificadas a partir do transmissor para o receptor pelas indicações F1, F2 e F3. [018]A Figura 2 ilustra um arranjo de um sistema sem repetição com a presença de fibras dedicadas para bombeio, com destaque para os amplificadores ópticos nos terminais de transmissão e recepção, e dois estágios de amplificação remota identificados pelos blocos ROPA Tx e ROPA Rx. As fibras ópticas presentes no caminho do sinal usadas neste arranjo são identificadas a partir do transmissor para o receptor pelas indicações F1, F2 e F3. As fibras dedicadas para bombeio são identificadas por FD1 e FD2.

[019]A Figura 3 ilustra um arranjo de um sistema sem repetição com a presença de fibras dedicadas para bombeio, da forma como apresentado na Figura 2. Contudo, nesta figura é destacado o circuito equivalente de entrada na posição A e saída na posição B, considerado no cálculo da figura de ruído equivalente da heurística proposta da invenção.

[020]A Figura 4 apresenta um gráfico do comportamento da potência de canal ao longo dos primeiros 110 km do link óptico para diferentes configurações de sistemas sem repetição. Cada uma dessas configurações é otimizada para um respectivo valor de limiar de não linearidades (LNL), o que impõe uma mudança na potência de lançamento (PLANÇ) para cada caso. Onde as configurações do sistema sem repetição relacionadas às curvas desta Figura 4 estão descritas na Tabela 2 Para os diferentes limiares LNL é possível identificar os valores definidos para PLANÇ, posição em que o ROPA Tx é posicionado (POSropa) e seu respectivo comprimento de EDF.

[021]A Figura 5 apresenta os valores de figura de ruído para um circuito equivalente cuja entrada e saída, são, respectivamente, sinais provenientes de um ponto

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6/14 intermediário do link óptico e da entrada do receptor, conforme a Figura 3. Esses valores de figura de ruído estão dispostos em função da distância de posicionamento do ROPA Rx e correspondem a diferentes configurações nas quais o comprimento da EDF do ROPA Rx é variado. A partir da análise da condição que minimiza a figura de ruído nestas condições, é possível otimizar todo o estágio de amplificação relacionado a recepção.

[022]A Figura 6 mostra o perfil da potência por canal ao longo da fibra de transmissão. [023]A Figura 7 apresenta a relação sinal ruído óptica ao fim de um sistema sem repetição no qual os amplificadores presentes nos terminais já estão definidos, contudo é variado a posição de instalação do ROPA próximo ao transmissor (ROPA Tx) e o ROPA próximo ao receptor (ROPA Rx).

[024]A Figura 8 mostra um fluxograma ilustrativo da heurística de otimização do Processo heurístico de projeto de amplificação avançada aplicada a sistemas ópticos sem repetição, objeto da presente invenção.

Descrição da Invenção.

[025]Dentre os diversos tipos de tecnologias utilizadas para estender o alcance de sistemas ópticos sem repetição as mais comumente utilizadas são amplificadores híbridos com estágio de amplificação EDFA e Raman distribuído de primeira ordem, ROPA, fibras ópticas de área larga e baixa atenuação e processamento digital de sinais para mitigar efeitos indesejáveis inseridos no canal ao longo da transmissão. A Figura 3 descreve um sistema sem repetição com estas tecnologias, evidenciando a possibilidade de arranjo sem e com fibra dedicada, também chamada de fibra apagada, para transporte de bombeio para os ROPAs.

[026]Tendo como base o sistema descrito pela Figura 3 e considerando que os ROPAs são formados por um único estágio de amplificação e sem uso de filtros aplainadores de ganho (Gain Flattening Filter, GFF), é possível identificar um grande número de variáveis que precisam ser alvo de otimização tendo em vista o desempenho sistêmico. Essas variáveis são: para ambos amplificadores híbridos, a configuração do estágio EDFA e os comprimentos de onda dos lasers de bombeio do estágio Raman

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7/14 distribuído; para os ROPAs, o comprimento da fibra dopada com érbio (Erbium Doped Fiber, EDF) e a distância a ser instalado o amplificador em relação ao respectivo terminal que provê o bombeio.

[027]Mesmo desconsiderando a otimização dos amplificadores híbridos, ainda resta o projeto dos ROPAs que demanda a análise de ao menos quatro parâmetros, podendo gerar milhares de combinações e possíveis soluções para o problema. Ainda que tratado em simulação, as avaliações sistêmicas exigem um alto grau de esforço computacional e, por isso, reduzir a quantidade de possíveis soluções torna o projeto viável e prático.

[028]Para contornar esse problema, a invenção prevê separar o projeto em dois estágios. O primeiro estágio sendo responsável pela definição dos amplificadores que caracterizam o sinal transmitido, ou seja, o amplificador híbrido e o ROPA mais próximos do terminal de transmissão, doravante aqui referenciado como ROPA Tx. E o segundo estágio responsável pelos amplificadores que garantem a recepção do sinal transmitido: ROPA, doravante aqui referenciado como ROPA Rx, e amplificador híbrido.

[029]Apesar de haver um alto grau de dependência entre os conjuntos de amplificadores citados, esta invenção sugere que apesar de tratar o problema em partes a solução ótima ou quase ótima ainda é garantida. Desta forma, considerando o número de variáveis já citado, é possível reduzir a complexidade computacional desta otimização de O(n4) para O(n2).

[030]A definição deste tipo de sistema se assemelha àqueles com cascata de amplificadores. Neste cenário é conhecido que a figura de ruído dos amplificadores do início da cascata tem maior peso que a dos últimos. Sendo assim, é indicado que os amplificadores posicionados no início do link óptico tenham a menor figura de ruído possível, o que não é exigido dos últimos, cuja influência na figura de ruído equivalente do sistema é baixa e, portanto, podem abrir mão desta figura de mérito para priorizar um alto ganho. Contudo, para sistemas sem repetição esta lógica de projeto não se apresenta como ótima.

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8/14 [031]O processo heurístico de projeto de amplificação avançada aplicada a sistemas ópticos sem repetição, objeto da presente invenção, propõe que para os amplificadores próximos do terminal de transmissão o foco seja apenas o ganho, ou seja, garantir que o canal transmitido permaneça com o maior nível de potência possível, sendo respeitado o limitar de não linearidade a ser imposto pelo o projeto. Já para o lado da recepção, a invenção propõe que os amplificadores sejam projetados com foco na minimização da figura de ruído.

[032]Especificamente, esta proposta de projeto considera que em função da alta potência de lançamento e alta relação sinal ruído óptica característica do sinal transmitido o valor da figura de ruído dos amplificadores não tem uma influência significativa. Contudo, para o sinal recebido, devido à baixa potência de entrada nos amplificadores e, consequentemente, alto ganho, a figura de ruído ganha relevância e tem papel fundamental no desempenho sistêmico.

[033]A invenção ainda trata da possibilidade dos estágios de amplificação remota, ROPA, servirem como elementos equalizadores de ganho. A fim de executar esta função, no projeto dos ROPAs pode-se abrir mão da otimização do perfil de ganho em função do ajuste da desequalização de potência do sistema. Apesar deste efeito não ser tão crítico quanto em sistemas ópticos de longo alcance, os sistemas sem repetição exigem certo grau de equalização tendo em vista o canal com menor potência e a sensibilidade do receptor.

[034]O uso de fibras dedicadas para o transporte de bombeio para os ROPAs é uma estratégia que visa estender o alcance do sistema óptico sem repetição, pois evita a ação de efeitos que degradam a qualidade do sinal transmitido e preserva a potência de bombeio. A principal desvantagem desta abordagem é o viés econômico, já que torna a solução mais cara para implantação. Este empecilho apesar de importante não é impeditivo para certas aplicações, pois pode ser preferível abrir mão de uma solução econômica por uma mais eficiente. Neste contexto, a presente invenção propõe um arranjo conjunto de fibras especiais de área larga e baixa atenuação e fibras padrão. Essa mescla de fibras de custo elevado com outras de preço mais acessível visa atingir uma solução mais eficiente em desempenho e custo. É evidente que o uso de apenas

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9/14 fibras de área larga e baixa atenuação é a melhor opção em termos sistêmicos. Contudo, esta invenção prevê que a adição de trechos de fibras padrão reduzirá os custos da solução sem que para isso gere significativas perdas a performance do sistema.

[035]A Figura 7 apresenta a relação sinal ruído óptica ao fim de um sistema sem repetição no qual os amplificadores presentes nos terminais já estão definidos, sendo, portanto, avaliados as posições de instalação e os comprimentos da EDF do ROPA Tx e ROPA Rx. Enquanto que o eixo das abscissas indica as posições do ROPA Tx e ROPA Rx, respectivamente, o eixo das ordenadas apresenta os valores de OSNR correspondentesa diferentes comprimentos de EDFs dos ROPAs. Nesta figura é destacado por um círculo o caso selecionado pela heurística proposta nesta invenção. [036]A Tabela 1 apresenta diferentes arranjos combinando o uso de fibras especiais de área larga e baixa atenuação (Especial) com fibras padrão (Padrão). Para cada um dos arranjos é apresentado o valor da relação sinal ruído óptica obtida no receptor para um alcance de 400 km.

Tabela 1

Caso	F1	F2	F3	FD1	FD2	OSNR mínima @400km
1	Especial	Especial	Especial	Especial	Especial	21.27
2	Padrão	Especial	Padrão	Especial	Especial	20.89
3	Especial	Especial	Padrão	Padrão	Especial	20.16
4	Especial	Especial	Especial	Padrão	Padrão	18.18
5	Especial	Padrão	Especial	Especial	Especial	15.58
6	Especial	Padrão	Padrão	Especial	Especial	15.32
7	Especial	Padrão	Especial	Padrão	Especial	14.70
8	Especial	Padrão	Padrão	Padrão	Especial	14.38
9	Padrão	Padrão	Padrão	Padrão	Padrão	11.04

[037]A Figura 8 é um fluxograma ilustrativo da heurística de otimização proposta na invenção. Assim o processo heurístico de projeto de amplificação avançada aplicada a

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10/14 sistemas ópticos sem repetição, objeto da presente invenção, possui essencialmente seis etapas envolvendo ao menos quatro estágios de amplificação, a seguir: (I) inicialmente define-se o conjunto Ponto de Operação (PO) dos primeiros amplificadores; (II) em seguida selecionam-se os Pontos de Operação que garantam o maior nível de potência possível; (III) verifica-se se a potência máxima por canal (Pmax PO) ao longo do caminho óptico é menor que o limite de não linearidade (LNL) considerado no projeto; se a potência for menor define-se o conjunto de Pontos de Operação para os próximos amplificadores dos demais estágios; (IV) e em seguida selecionam-se o PO que apresenta a menor figura de ruído equivalente (PONFeq min), terminado o processo; mas, se a potência for maior, elimina-se o conjunto selecionado e selecionam-se novos Pontos de Operação que garantam o maior nível de potência possível, retomando o processo.

Forma preferencial de realização da invenção [038]As demais vantagens e características da invenção tornar-se-ão mais evidentes a partir da descrição da forma preferencial de realização, a seguir descrita a título de exemplo e não de limitação, e esquematizada pelas figuras e tabelas que a elas se referem, nas quais:

[039]Como indicado na Figura 1, o projeto de um sistema óptico sem repetição envolve ao menos quatro estágios de amplificação: (I) o amplificador tipo booster presente no terminal do transmissor e que pode vir acompanhado de mais um estágio de amplificação Raman de primeira ordem ou ordem superior; (II) primeiro ROPA, ROPA Tx, instalado a certa distância do terminal de transmissão; (III) segundo ROPA, ROPA Rx, localizado a certa distância do terminal do receptor; (IV) amplificador tipo pré acompanhado ou não de estágio de amplificação Raman de primeira ou alta ordem e posicionado antes do receptor.

[040]É dito como ponto de operação (PO) do sistema o conjunto de parâmetros que definem os estágios de amplificação. A escolha do PO consiste em um problema de otimização multiobjetivo, pois define, conjuntamente, diversas variáveis de um mesmo sistema tendo como alvo a redução de uma única função custo.

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11/14 [041]De acordo com a invenção, para os amplificadores que caracterizam o sinal transmitido, ou seja, os estágios de amplificação (I) e (II), o melhor PO é aquele que garante para uma determinada distância fixa após o ROPA Tx o maior nível de potência possível, sem que para isso a potência do canal ao longo do caminho óptico supere o limiar de não linearidade imposto pelo projeto. Já para os estágios de amplificação relacionados ao receptor, (III) e (IV) a escolha do PO é feita de forma a reduzir a figura de ruído equivalente do conjunto, o que representa maximizar a relação sinal ruído óptica na recepção.

[042]Baseado na Figura 8, a invenção propõe como o primeiro passo da heurística de projeto de sistemas sem repetição é definir um conjunto de POs para os amplificadores relacionados ao transmissor. Em seguida, seleciona-se o PO (POsel) que garante o maior nível de potência possível para uma determinada distância após o ROPA Tx. Feito isso, verifica-se a potência máxima por canal (Pmax PO) ao longo do caminho óptico é menor que o limite de não linearidade (LNL) considerado no projeto. Se a potência máxima obtida for maior que o LNL, o POSEL é eliminado do conjunto, reiniciando o processo. Depois de encontrada a configuração ótima para os estágios de amplificação em questão, define-se um conjunto de POs para os demais estágios, relacionados ao receptor, selecionando aquele que apresente a menor figura de ruído equivalente (PONFeq min).

[043]Para sistemas WDM a heurística de projeto é focada no desempenho do pior canal, pois este é o que define o alcance do sistema sem repetição. Dessa forma, tratar o comportamento dos demais canais de maneira indireta sugere que apesar da busca pela equalização de potência não ser um dos objetivos da heurística, a escolha do Psel evitará soluções com alto valor de desequalização, pois o desempenho do pior canal está estritamente relacionado a esta condição. Os parâmetros dos estágios de amplificação remota podem ser selecionados para executar este papel.

[044]Como sugere a Tabela 1, mais acima, diferentes arranjos contemplando o uso de fibras especiais de área efetiva larga e baixa atenuação (Especial) e fibras padrão (Padrão) são possíveis de serem implementados em cenários com o uso de fibras dedicadas para bombeio em sistemas sem repetição e o uso de tecnologia Raman

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12/14 distribuído a partir do terminal de recepção. Contudo, esta invenção prevê que há um ganho na relação custo x benefício se ao invés de instalar apenas fibras especiais, fibras padrão sejam usadas para transportar o bombeio para o ROPA Tx e conectar o ROPA Rx ao receptor. Como visto na Tabela 1, em termos de OSNR há uma perda de apenas 1.1 dB entre essas propostas. O que pode ser justificado pela economia em se usar fibras padrão. Ainda há outra opção com menor perda de desempenho, com uso de fibras padrão nos links de acesso e saída dos ROPA Tx e Rx, respectivamente, vide caso 2 Tabela 1. Contudo, não para mitigar a ação de efeitos não lineares é recomendado o uso de fibras especiais de área de larga no link de lançamento de potência, pois é onde se verifica os maiores valores de potência no sistema óptico. [045]A pequena perda de desempenho ao se usar fibras padrão dos links indicados se explica pela operação em estado de saturação do ROPA Tx e o maior coeficiente de ganho Raman que as fibras padrão possuem em relação a fibras especiais de área larga. Amplificadores em estado saturado são menos sensíveis a variações de potência de bombeio, sendo assim, apesar do aumento de atenuação causado pela substituição de fibras especiais de baixa atenuação por fibras padrão, a perda em ganho não se refletirá na mesma proporção. Para o link óptico que entra no receptor, a maior atenuação das fibras padrão é compensada pelo maior ganho proporcionado pelo efeito Raman distribuído que se intensiva em fibras de menor área efetiva.

[046]A Figura 4 é um gráfico do comportamento da potência de canal ao longo dos primeiros 110 km do link óptico para diferentes configurações de sistemas sem repetição. Cada uma dessas configurações é otimizada para um respectivo valor de limiar de não linearidades (LNL), o que impõe uma mudança na potência de lançamento (PLANÇ) para cada caso.

[047]A Tabela 2 descreve as configurações do sistema sem repetição, relacionadas às curvas da Figura 4. Para os diferentes limiares LNL é possível identificar os valores definidos para PLANÇ, posição em que o ROPA Tx é posicionado (POSROPA) e seu respectivo comprimento de EDF.

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Tabela 2

Legenda	nlth [dBm]	P|_ANÇ [dBm]	POSrqpa [km]	EDF [m]
-Θ--	2	-0.02	65	12
---	3	-0.02	60	12
-B--	4	1.86	60	12
—Θ-	5	3.04	55	12
-V--	6	4.11	50	12
-&--	7	5.32	50	12
—¢3-	8	6.11	45	12
—b-	9	6.11	35	13

[048]Embora a presente invenção tenha sido descrita em conexão com modalidades preferenciais de realização, deve ser entendido que não se pretende limitar a invenção àquelas modalidades particulares. Ao contrário, pretende-se cobrir todas as alternativas, modificações e equivalentes possíveis dentro do espírito e do escopo da invenção.

[049]Desta forma, o Processo heurístico de projeto de amplificação avançada aplicada a sistemas ópticos sem repetição, objeto da presente invenção, conforme descrito acima, apresenta uma metodologia nova e única que lhe configura grandes vantagens em relação aos métodos e processos atualmente utilizados para a mesma finalidade. Dentre essas vantagens podem-se citar: a possibilidade de poder utilizar diferentes arranjos contemplando o uso de fibras especiais de área efetiva larga e baixa atenuação e de fibras padrão sem comprometimento da eficiência e sem elevação extra dos custos, resultando em um ganho na relação custo x benefício; e fato de o projeto garantir uma solução ótima ou quase ótima em termos da qualidade do sinal recebido.

[050]Assim, pelas características de configuração e funcionamento, acima descritas, pode-se notar claramente que o PROCESSO HEURÍSTICO DE PROJETO DE AMPLIFICAÇÃO AVANÇADA APLICADA A SISTEMAS ÓPTICOS SEM

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REPETIÇÃO, trata-se de um método para o Estado da Técnica o qual reveste-se de condições de inovação, atividade inventiva e industrialização inéditas, que o fazem merecer o Privilégio de Patente de Invenção.

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Claims (4)

1. REIVINDICAÇÕES

   1 - PROCESSO HEURÍSTICO DE PROJETO DE AMPLIFICAÇÃO AVANÇADA APLICADA A SISTEMAS ÓPTICOS SEM REPETIÇÃO, método que prevê a heurística de um projeto para amplificação de sistemas ópticos sem elementos ativos entre terminais, consistindo em um método de projeto de amplificadores ópticos de bombeio remoto (Remote Optically Pumped Amplifier - ROPA) em conjunto com o sistema de amplificação presente nos terminais dos sistemas ponto-a-ponto, caracterizado por apresentar o método do projeto em dois estágios; sendo o primeiro estágio responsável pela definição dos amplificadores que caracterizam o sinal transmitido, o amplificador híbrido e o ROPA (ROPA Tx); e sendo o segundo estágio responsável pela implantação dos amplificadores que garantem a recepção do sinal: ROPA (ROPA Rx), e amplificador híbrido; onde são utilizados arranjos de conjuntos de fibras especiais de área larga e baixa atenuação e fibras padrão.
2. 2 - PROCESSO HEURÍSTICO DE PROJETO DE AMPLIFICAÇÃO AVANÇADA APLICADA A SISTEMAS ÓPTICOS SEM REPETIÇÃO, método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por processo heurístico de projeto responsável pela definição dos amplificadores possuir ao menos quatro estágios, a seguir: (I) inicialmente define-se o conjunto do Ponto de Operação (PO) dos primeiros amplificadores; (II) em seguida selecionam-se os Pontos de Operação que garantam o maior nível de potência possível; (III) verifica-se se a potência máxima por canal (Pmax po) ao longo do caminho óptico é menor que o limite de não linearidade (LNL) considerado no projeto; se a potencia for menor define-se o conjunto de Postos de Operação para os próximos amplificadores dos demais estágios; (IV) e em seguida selecionam-se o PO que apresenta a menor figura de ruída equivalente (PONFeq min), terminado o processo; mas, se a potência for maior , elimina-se o conjunto selecionado e selecionam-se novos Pontos de Operação que garantam o maior nível de potencia possível, retomando o processo; e uma vez encontrada a configuração ótima para os estágios de amplificação, define-se um conjunto de POs para os demais estágios, relacionados ao receptor, selecionando aquele que apresente a menor figura de ruído equivalente (PONFeq min).
3. 3 - PROCESSO HEURÍSTICO DE PROJETO DE AMPLIFICAÇÃO AVANÇADA APLICADA A SISTEMAS ÓPTICOS SEM REPETIÇÃO, método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por

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   2/2 implantação do projeto responsável pelos amplificadores do sistema óptico sem repetição consistir ao menos quatro estágios, onde: (I) o amplificador tipo booster presente no terminal do transmissor podendo vir acompanhado de mais um estágio de amplificação Raman de primeira ordem ou ordem superior; (II) primeiro ROPA, ROPA Tx, instalado a certa distância do terminal de transmissão; (III) segundo ROPA, ROPA Rx, localizado a certa distância do terminal do receptor; e (IV) amplificador tipo pré acompanhado ou não de estágio de amplificação Raman de primeira ou alta ordem sendo posicionado antes do receptor.
4. 4 - PROCESSO HEURÍSTICO DE PROJETO DE AMPLIFICAÇÃO AVANÇADA APLICADA A SISTEMAS ÓPTICOS SEM REPETIÇÃO, método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por uso de fibras especiais de área efetiva larga e baixa atenuação em sistemas ópticos sem repetição com fibras do tipo apagada para transporte de bombeio, exceto nos links para transporte de bombeio para o ROPA Tx e para conexão do ROPA Rx ao receptor, nos quais é usado fibra padrão. Esta estratégia de disposição entre diferentes tipos de fibras ópticas é feita tendo em vista a relação custo-benefício.

   Petição 870160080001, de 29/12/2016, pág. 19/33

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