Soluções para redes ópticas avançadas: Projeto GIGA

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1 Soluções para redes ópticas avançadas: Projeto GIGA Miriam Regina Xavier de Barros *, Mônica de Lacerda Rocha, Fábio Donati Simões, João Batista Rosolem, Sandro Marcelo Rossi e Tânia Regina Tronco Fudoli Este documento apresenta os resultados obtidos na pesquisa e desenvolvimento de soluções para redes ópticas com tecnologia IP/WDM, realizados no escopo do projeto GIGA. As soluções, em forma de protótipos, buscam atualizações e melhorias no desempenho das redes, sejam de longa distância, metropolitanas e de acesso. Um testbed experimental de alta velocidade conectando três redes metropolitanas foi projetado e implantado para validação em campo dos protótipos desenvolvidos tanto no CPqD como em universidades e centros de pesquisa brasileiros. As tecnologias associadas às soluções desenvolvidas estão sendo transferidas para indústrias brasileiras, buscando a melhoria da capacidade industrial do Brasil e um aumento da oferta de produtos de telecomunicações no país. Palavras-chave: Rede Óptica Experimental. Testbed. IP/WDM. 1. Introdução Projetos de redes experimentais ou testbeds têm sido conduzidos em vários países para realizar testes pré-comerciais de produtos e serviços de empresas operadoras de telecomunicações e de seus fornecedores [1-9]. Estas iniciativas têm como principal benefício a criação de um ambiente para o desenvolvimento integrado das tecnologias de redes de nova geração, bem como das tecnologias de serviços que trafegarão por essas redes. Isso propiciará competitividade para os vários atores envolvidos na cadeia de valor das telecomunicações. Essas redes consistem num teste de campo em condições reais de uso para a avaliação de componentes, equipamentos, sistemas, serviços e aplicações avançadas de telecomunicações. O Projeto GIGA representa uma iniciativa nacional de implantação e operação de uma Rede Experimental de Alta Velocidade. O projeto é coordenado conjuntamente pelo CPqD e pela RNP e tem o apoio do Ministério das Comunicações e do Ministério da Ciência e Tecnologia, por meio do FUNTTEL e FINEP [10-12]. O objetivo deste projeto é desenvolver novas soluções para redes IP/WDM. Um novo impulso para a convergência entre telecomunicações e tecnologia da informação vem sendo dado pela integração das tecnologias das Redes Ópticas WDM e da tecnologia de protocolo de Internet. Além disso, a crescente disponibilidade de banda larga estimula o desenvolvimento de serviços e aplicações baseadas nos protocolos de Internet. As soluções para a Rede Experimental de Alta Velocidade do Projeto GIGA são obtidas por meio de subprojetos de P&D selecionados e acompanhados por quatro Coordenações Temáticas. A Coordenação Temática de Redes Ópticas, tratada neste artigo, tem por objetivo gerar soluções e tecnologias inovadoras para a camada óptica da rede IP/WDM e suas atualizações. A capacidade, alcance geográfico, integração, flexibilidade, reconfigurabilidade, confiabilidade, robustez frente a falhas e funcionalidades oferecidas são tópicos especialmente considerados. As soluções desenvolvidas estão sendo testadas nos laboratórios de pesquisa e validadas na Rede Experimental de Alta Velocidade. As soluções desenvolvidas no contexto dos subprojetos de P&D visam ao desenvolvimento de protótipos de hardware e software. As especificações desses protótipos foram feitas com base em um levantamento do estado da arte em comunicações ópticas, com foco nas necessidades do mercado atual de telecomunicações. Do total de subprojetos de P&D da Coordenação Temática de Redes Ópticas, 11 são realizados * Autor a quem a correspondência deve ser dirigida: mbarros@cpqd.com.br.

2 no CPqD. Eles buscam a obtenção de sistemas e subsistemas para a camada óptica da rede. Os outros 21 são realizados pelas parcerias entre o CPqD, universidades e outros centros de pesquisa, de forma a obter simulações, algoritmos, protocolos, sistemas de software de controle, dispositivos e subsistemas para a camada óptica da rede. As tecnologias dos sistemas, subsistemas e dispositivos ópticos desenvolvidos estão sendo transferidas para indústrias brasileiras. O CPqD tem o papel de integrar os resultados obtidos nos diversos subprojetos de P&D e também de desenvolver novas soluções e coordenar as atividades dos grupos de P&D, estabelecendo uma ponte com as indústrias brasileiras e operadoras de telecom. O CPqD também realiza testes laboratoriais sistêmicos e testes de validação dos resultados na Rede Experimental de Alta Velocidade do Projeto GIGA. A Coordenação Temática de Redes Ópticas é composta por quatro áreas de P&D, as quais oferecem soluções para: - Transmissão Ponto a Ponto de Longa Distância - Rede IP/WDM com Plano de Controle - Redes Ópticas Metropolitanas - Rede de Acesso Cada uma das áreas aborda questões específicas relacionadas às redes ópticas. A área de Transmissão Ponto a Ponto de Longa Distância está focalizada no desenvolvimento de soluções para aumentar o alcance e a capacidade de transmissão. A área de Rede IP/WDM com Plano de Controle está focalizada no desenvolvimento de soluções para prover uma camada óptica dinâmica reconfigurável para a rede. A área de Redes Ópticas Metropolitanas está focalizada no desenvolvimento de soluções de baixo custo para uma rede metropolitana flexível. A área de Rede de Acesso está focalizada no desenvolvimento de soluções de baixo custo para uma rede de acesso faixa larga. Neste trabalho, apresenta-se uma síntese dos resultados obtidos nas diversas áreas da Coordenação Temática de Redes Ópticas. Tais resultados foram divulgados recentemente em trabalhos publicados em periódicos e conferências [10-12,14-30,34-36,49-53] (CPqD) e [25-28,37,47] (Universidades). 2. A Rede Experimental de Alta Velocidade A Rede Experimental de Alta Velocidade do Projeto GIGA (ou Rede GIGA) é o testbed que permite o desenvolvimento e a demonstração das novas tecnologias, técnicas, produtos e serviços [13] para redes do tipo IP/WDM. A Rede GIGA começou a operar em maio de 2004 como uma operadora experimental com alcance de aproximadamente 700 km. As fibras ópticas usadas são cedidas pelas operadoras locais e operadoras de longa distância, de forma similar a outros testbeds [2]. Embora de porte reduzido, a Rede GIGA tem grau de funcionalidade e inovação superior ao das redes existentes nas operadoras. Tem também uma gama de facilidades em hardware e software que são um componente importante atuando como um mapeamento das diversas estratégias de transição tecnológica. O tráfego na Rede GIGA está restrito às atividades dos subprojetos de P&D aprovados no âmbito do Projeto GIGA, para evitar que testes experimentais afetem o tráfego comercial. A rede óptica IP/WDM conecta os estados de São Paulo e Rio de Janeiro, conforme Figura 1(a). A rede inclui três sub-redes ópticas metropolitanas (Campinas, São Paulo e Rio de Janeiro) conectadas por dois enlaces de longa distância (Campinas-São Paulo e São Paulo-Rio de Janeiro). As sub-redes metropolitanas apresentam topologia em anel com tecnologia CWDM e os enlaces de longa distância usam tecnologia DWDM, com 8 canais Gigabit Ethernet. Os anéis metropolitanos e os enlaces de longa distância são exibidos na Figura 1(b). Exibem-se também na figura as instituições interligadas pela Rede GIGA. Em cada uma das cidades foi instalado um roteador Ethernet de núcleo. Esses roteadores/ comutadores possuem três portas DWDM para enlace interurbano e algumas portas CWDM para interligação das universidades e centros de pesquisa. Nessas instituições também foram instalados roteadores/comutadores de borda. Dentro das instituições, cada departamento está interligado através de um roteador/comutador de acesso. Os roteadores/comutadores Ethernet da Rede GIGA permitem a criação de redes locais virtuais, Virtual Local Area Networks (VLANs), para cada usuário. Com a identificação das VLANs, a rede poderá ser dividida em sub-redes, associando-se o endereço de rede à identificação da VLAN. Esses equipamentos podem rotear pacotes IP para as VLANs correspondentes. Através dos níveis de prioridade associados às VLANs poderão ser criadas conexões com qualidade de serviço (QoS) adequadas às aplicações e aos serviços que serão testados nesta rede. 38

3 (a) (b) Figura 1(a) Abrangência geográfica da Rede Experimental de Alta Velocidade do Projeto GIGA, indicando as cidades conectadas à rede. (b) Topologia e instituições interligadas. Um módulo Multiprotocol Label Switching (MPLS) também foi inserido em cada roteador/ comutador do núcleo e da borda. Gradualmente, o MPLS traz as vantagens do ATM para o IP. O IP/MPLS é independente dos protocolos de camada 2, ou seja, pode operar sobre qualquer camada 2, desde Frame Relay, Ethernet até a óptica. O IP/MPLS/Ethernet/WDM possibilita custo competitivo, simplicidade e universalidade em função do Ethernet. O MPLS adiciona expansão em escala e flexibilidade ao Ethernet, sem desprezar as melhores características do protocolo, como velocidade, simplicidade e compatibilidade com o tráfego IP. O IP/MPLS/ Ethernet permite que provedores de serviço criem Label Switched Paths (LSPs) como reservas, os quais podem ser configurados para recuperação rápida, como em caso de quebra de fibra. Isso aumenta a confiabilidade do serviço como um todo e representa um grande aperfeiçoamento em relação à tecnologia spanning tree do Ethernet. O método utilizado pelo MPLS para conseguir recuperação do serviço geralmente depende de se estabelecer uma rota alternativa de reserva, em relação à rota principal. Se uma quebra de fibra ou uma falha ocorrer na rota principal, a rota reserva é acionada. Atualmente, a camada óptica da rede está operando de forma estática. Nessa fase, as conexões são configuradas manualmente e permanecem configuradas de forma semipermanente. Com a implementação de soluções 39

4 resultantes dos subprojetos de P&D, a rede deverá passar a operar de forma dinâmica nos enlaces interurbanos, ou seja, as conexões serão configuradas dinamicamente, através de um plano de controle. Isso permitirá aprovisionar caminhos e reconfigurar rotas ópticas de forma automática. Numa fase subseqüente, a rede deverá funcionar de forma dinâmica nas regiões metropolitanas. 3. Sistemas de Longa Distância O objetivo desta área é desenvolver tecnologias para o aumento do alcance geográfico e da capacidade dos sistemas ópticos ponto a ponto. O aumento da capacidade de sistemastronco é obtido pelo aumento da taxa de modulção do sinal e/ou do número de canais multiplexados em comprimento de onda. Atualmente, as soluções comerciais estão consolidadas para taxas de até 2,5 Gbit/s, porém são inadequadas para operação a 10 Gbit/s, que é necessária para atender o crescimento de demanda por banda larga. Nessa velocidade os produtos comerciais atualmente existentes não atendem satisfatoriamente todos os desafios tecnológicos, criando oportunidades para novas soluções. As atividades nesta área abrangem enlaces interurbanos ponto-a-ponto de longa distância, na taxa de 10 Gbit/s. Elas visam à criação de protótipos transferíveis para a indústria brasileira e à evolução da Rede GIGA de 2,5 Gbit/s para 10 Gbit/s. A fibra óptica permite transmissão de sinais a altas velocidades. Entretanto, apresenta sérias limitações causadas por geração de ruído e distorções que degradam a qualidade do sinal e restringem a máxima distância de propagação atingida. A partir de 10 Gbit/s, efeitos associados à dispersão cromática e à polarização óptica da luz na fibra tornam-se particularmente críticos. A solução mais comumente adotada para superar os efeitos da dispersão cromática é sua compensação pelo uso de elementos que introduzem atrasos temporais opostos ao gerado pela fibra transmissora. Similarmente, a compensação dos efeitos de polarização deve ser feita utilizando-se uma técnica com resposta em tempo real, considerando que o alargamento temporal causado pela dispersão dos modos de polarização varia temporalmente. O aumento do número de canais requer a utilização de amplificadores ópticos que, além de prover ganho (G), adicionam aos sinais flutuações indesejáveis de potência. Os efeitos desse ruído podem ser quantificados através da figura de ruído (NF), um parâmetro fundamental que permite avaliação do comportamento do ruído de amplificadores individuais e o projeto de sistemas com amplificadores em cascata. Os dados obtidos a partir de caracterizações experimentais dos parâmetros NF e G viabilizam o uso de simuladores numéricos no projeto, testes e implantação de sistemas e subsistemas ópticos. A escolha do método de caracterização mais adequado à aplicação sistêmica é essencial para a validade dos resultados da simulação. O grande número de subprojetos na área de Amplificação Óptica foi o motivador para a realização de um estudo de avaliação de erros que podem ser introduzidos por algumas simplificações ou aproximações de medida [14]. Foi utilizado um laser de cavidade externa (ECL), sintonizável na banda de operação dos amplificadores, na fibra dopada com Érbio, EDFAs. O erro resultante na medida de NF desprezando a emissão espontânea do sinal, na entrada do amplificador, está abaixo de 1,6 db para fonte com nível de ruído menor do que 45 dbm/nm. Ainda nesse experimento, foi substituído o laser de cavidade externa (fonte monocanal) por 16 lasers DFB (fonte multicanal), espaçados em 200 GHz (grade da Rede GIGA, de 1534,2 nm a 1558,14 nm), para caracterização de um EDFA projetado com um filtro do tipo aplaina-ganho. Para comparação das medidas multicanal e monocanal, as fontes DFB foram substituídas pelo laser de cavidade externa. Os resultados indicaram uma variação de ganho, nas medidas multicanal, não observada na montagem monocanal. A Figura 2(a) apresenta a variação de ganho, medido para o canal mais alto em relação ao ganho do canal mais baixo, em função da potência total de entrada. A variação do ganho está em torno de 0 db (amplificador de linha), de + 7,5 db (booster) e 9 db (préamplificador). Por outro lado, a Figura 2(a) mostra uma variação da ordem de 2 db (amplificador de linha) e praticamente nula (préamplificador) quando a caracterização é feita na configuração monocanal. Isso sugere que desconsiderar a variação de ganho em sistemas DWDM pode levar a um erro de projeto relevante, mesmo quando o amplificador incorpora técnicas para redução da variação espectral de ganho. O efeito dessa simplificação na medida de NF também pode induzir um erro significativo. Veja a Figura 2(b) para níveis de potência mais altos na entrada do amplificador. Para valores de mais baixa potência, o erro fica abaixo de 1 db, mas pode chegar a quase 3 db conforme o amplificador opere mais saturado. Esses resultados demonstram que o número de canais e o regime de saturação do 40

5 amplificador podem causar um forte impacto nos processos de equalização de canais, simulações numéricas e desempenho sistêmico. A montagem com a utilização de um só laser não é adequada para caracterização de amplificadores projetados para operação DWDM. Para superar várias limitações observadas nos EDFAs, novas técnicas de amplificação têm sido propostas e demonstradas, incluindo amplificadores a fibra dopada com outros elementos terra-rara, amplificadores semicondutores, amplificadores paramétricos e amplificadores Raman. Algumas dessas técnicas incluem funcionalidades adicionais, como o uso combinado de uma fibra compensadora de dispersão para prover ganho Raman, estendendo o alcance da banda convencional, C, sem aumento de penalidade por dispersão [15]. O uso de amplificadores favorece o surgimento de efeitos não-lineares, em decorrência de altas potências ópticas injetadas na fibra. Numa descrição simplificada, a alta potência por canal pode causar automodulação de fase e espalhamento Brillouin (SBS). A Figura 2(a) Variação do ganho entre o canal C#16 em relação ao C#1, em função da potência total na entrada do amplificador; (b) diferença entre as medidas de NF nas montagens monocanal (ECL) e multicanal (DFB), ambas considerando a emissão espontânea das fontes na entrada do amplificador. 41

6 Figura 3 Sistema ponto-a-ponto indicando os subprojetos de P&D na área de Longa Distância associação de alta potência óptica e baixa dispersão cromática (positiva) causa a ocorrência de instabilidade de modulação. A combinação de alta potência óptica com alta densidade de canais e baixa dispersão leva à mistura de quatro ondas e à modulação de fase cruzada. Finalmente, a incidência de alta potência óptica numa larga faixa espectral ocupada provoca o espalhamento Raman. Embora causem degradação, os efeitos não-lineares, quando bem controlados, podem atuar de modo a resolver problemas de degradação, o que constitui um campo a ser explorado em projetos sistêmicos. Os desafios descritos acima representam o cenário no qual os subprojetos de P&D da área de Longa Distância foram selecionados. As soluções propostas serão validadas em um sistema DWDM, em operação no CPqD, que reproduz as condições de campo. Num segundo estágio, serão testadas e validadas na própria Rede. Os subprojetos estruturados são: (i) montagem de um sistema NRZ (nãoretorno ao zero) 16 x 10 Gbit/s com alcance de até 670 km (CPqD) (ii) (iii) simulação e modelagem sistêmicas de transmissão 16 x 10 Gbit/s, modulação NRZ, com todos os subsistemas e efeitos de propagação necessários para alcances interurbanos, e possibilidade de inclusão de novos subsistemas (Universidade Presbiteriana Mackenzie e Instituto Militar de Engenharia, IME) transponder de 10 Gbit/s incorporando multiplexadores e demultiplexadores digitais 1:4 de alta velocidade, para múltiplos protocolos, e um módulo para correção de erro (FEC, Forward Error Corrector) (CPqD) (iv) (v) amplificadores Raman distribuídos com redução de transientes (Universidade Federal Fluminense UFF, Instituto Militar de Engenharia IME, Universidade Federal do Espírito Santo UFES e Universidade Presbiteriana Mackenzie) amplificadores Raman concentrados baseados em fibras microestruturadas (Universidade de São Paulo USP/ São Carlos e Universidade Estadual de São Paulo UNESP/Araraquara) (vi) amplificadores paramétricos (Universidade Estadual de Campinas Unicamp) (vii) compensadores de dispersão cromática baseados em fibras microestruturadas (USP/São Carlos e UNESP/ Araraquara) (viii) compensação de dispersão de modos de polarização (PMD) multicanal (Pontifícia Universidade Católica PUC /RJ) e (ix) fusível óptico para proteção do operador e de subsistemas, no caso de um pico de potência óptica (CPqD). A Figura 3 exibe o diagrama simplificado de um sistema ponto-a-ponto indicando os tópicos listados e a funcionalidade dos elementos no sistema. A seguir, são descritos alguns resultados recentes obtidos no subprojeto (i) Sistema 16 x 10 Gbit/s As características necessárias para o projeto sistêmico do sistema 16 x 10 Gbit/s são: (i) alcance compatível com as distâncias entre capitais vizinhas e grandes cidades; (ii) separação 42

7 Figura 4 (a) Sinais gerados com mesma potência sofrem diferentes atenuações e (b) são equalizados após três iterações do algoritmo desenvolvido entre repetidores compatível com as distâncias entre estações existentes; (iii) implantação inicial com capacidade parcial e ativação de mais capacidade ao longo do tempo; (iv) inserção e derivação estáticas de tráfego ao longo dos enlaces para atendimento de demandas locais; (v) interfaces de entrada compatíveis com os protocolos e serviços existentes nas redes atuais; (vi) compatibilidade com alimentação elétrica disponível nas operadoras, e (vii) compatibilidade mecânica com soluções comerciais Equalização Automática de Canais O sistema visa implantação em enlaces de fibra monomodo convencional, que é a fibra disponível em campo. A separação de 100 GHz entre os 16 canais, alocados na banda C (1546,92 a 1558,98 nm), torna críticos vários parâmetros, como a estabilidade espectral nas interfaces ópticas, a multiplexação dos canais na transmissão, a filtragem para seleção de canais na recepção e o controle de efeitos de diafonia não-linear decorrentes da propagação do sinal na fibra. Para evitar flutuações espectrais e de amplitude do feixe DWDM, foi desenvolvido um algoritmo de controle dos lasers que garante a otimização, por canal, da relação sinal-ruído óptica. A Figura 4 ilustra sua funcionalidade mostrando o espectro DWDM antes e depois de três iterações do algoritmo. A partir de uma amostra do sinal, medida por um analisador de espectro óptico (OSA), a potência e freqüência de emissão dos canais são otimizadas, provendo equalização da relação sinal-ruído óptica, OSNR, com erro de ± 500 MHz e ± 0,1 db Anéis de Recirculação O sistema está sendo inicialmente montado e testado em laboratório com alcance menor, para depois ser completado. Assim, para transmissão por longas distâncias é utilizado um anel de recirculação que, através de um acoplador 3 db, permite recircular os canais por um conjunto componentes-fibra. Os canais são acoplados ao anel através de um par de chaves ópticas. A primeira chave carrega o anel com uma seqüência de bits e a segunda limita o tempo durante o qual essa seqüência de bits circula. Nesse anel os requisitos de balanço de potência, calibração e sincronismo entre as chaves são garantidos por um sistema de automação e aquisição de dados. Esse sistema permitiu demonstrar a precisão da técnica comparando-se os resultados obtidos em duas configurações equivalentes: (i) três enlaces de 25 km em cascata e (ii) um anel com 25 km, através do qual o sinal circulou três vezes. Os 43

8 resultados indicaram uma ótima concordância entre as duas montagens [16]. Anéis de recirculação são sensíveis ao acúmulo de efeitos de propagação, mas podem tornar-se ineficientes para simular fenômenos relacionados à polarização, devido às diferenças entre as naturezas periódica e aleatória da propagação em anel e em linha reta, respectivamente. Existem técnicas de embaralhamento (scrambling) dos estados de polarização, recentemente propostas, que solucionam esse problema. Isso permitiu a implementação nesse anel. Neste processo, foi observada a ocorrência de perda do grau de polarização da luz recirculada, possivelmente devido ao acúmulo de ruído, cujos mecanismos ainda não são bem compreendidos. Esta investigação permitiu propor um modelo matemático para a estatística de degree of polarization (DOP) em anéis de recirculação [17,18] que aumenta a precisão dos resultados que eles geram Demonstração em campo O alcance final previsto para o sistema 16 x 10 Gbit/s corresponde aproximadamente à distância especificada pelo ITU-T para sistema de longa distância com até 16 canais (640 km). Seguindo a estratégia de iniciar buscando soluções para enlaces de menor alcance, foi escolhido um enlace de 150 km, correspondente à distância entre Campinas e São Paulo na Rede GIGA. Nesta condição, foram analisadas várias configurações de amplificação e compensação de dispersão. A Figura 5 apresenta o diagrama da primeira demonstração de uma transmissão na Rede, onde dois canais (#3 e #4), modulados a 10 Gbit/s, viajaram 300 km entre Campinas e São Paulo, ida-e-volta, sem interrupção dos seis canais GbE restantes, permitindo o teste de diversos módulos comerciais compensadores de dispersão, projetados para compensar a dispersão de enlaces com diferentes comprimentos [19]. Em São Paulo, foi utilizada uma composição para compensação completa de 140 km. Em Campinas, foram testados os esquemas indicados na Figura 6. A Figura 6(a) indica que a compensação completa no canal #3 ocorreu com o uso, em CAS, de um módulo para 130 km, correspondendo à compensação completa de 270 km. Na realidade o enlace compreende 300 km. Além disso, para o canal #4, na Figura 6(b), a compensação ótima é obtida utilizandose, em CAS, um módulo para 100 km, ou seja, compensando-se completamente 240 km. Os diagramas de olho ilustram as mudanças no canal #4 para dois esquemas: a forma do pulso é mais afetada pela subcompensação, mas o fator Q é mais alto neste caso. As diferenças entre o esperado e o observado devem-se à presença de chirp nos moduladores Mach- Zehnder (MZ) em niobato de lítio. Por meio de simulações numéricas, moduladores de eletroabsorção (EAM) foram comparados em seus desempenhos com o de moduladores MZ [20]. Nos primeiros, o prechirping permite otimizar a transmissão, de forma controlada, para determinados mapas de dispersão. Isso permite reduzir penalidades e melhorar a tolerância a variações do mapa de dispersão. A utilização de um MZ permite Figura 5 Diagrama sistêmico para transmissão 2 x 10 Gbit/s e 6 x GbE pela Rede GIGA. 44

9 Figura 6 Compensação para os canais: (a) #3, indicando a definição do fator Q, e (b) #4, também mostrando os diagramas de olho para compensação completa em ( ) km e ( ) km. demonstrar a ocorrência de penalidades positivas e negativas associadas a interações entre a dispersão da fibra e o chirp induzido na modulação [21-23]. O controle exercido no transmissor para reduzir penalidades sistêmicas pode ser adicionado ao refinamento de funcionalidades do receptor, como demonstrado em um estudo da influência das características dos filtros de recepção, do tipo Bessel, Butterworth e Chebyshev, sobre a taxa de erros de um sistema NRZ. Por meio de simulações e com base nas características de freqüência de corte, ordem do filtro e relação sinal-ruído, ficou demonstrado como melhorar o desempenho sistêmico pela escolha apropriada das características do filtro [24] Simulação e Modelagem Sistêmica As atividades de simulação e modelagem sistêmica buscam a determinação da condição de operação do anel óptico de recirculação (RCL) e do sistema ponto-a-ponto ou em linha reta (LR) com o uso do simulador OptiSystem3.0 da empresa Optiwave e do simulador VPItransmission Maker da Virtual Photonics. Para cada elemento do sistema real, um modelo numérico é criado nos simuladores, de modo que estes estão ajustados para reprodução das configurações de campo e de laboratório Amplificador Raman distribuído com controle de transientes O subprojeto do amplificador Raman distribuído com redução de transientes obteve, em simulação, os parâmetros ótimos do amplificador, tais como o comprimento de fibra e potências e comprimento de onda de bombeio [25]. O protótipo do amplificador inclui fibras DCF e considera sua operação com equalização de ganho (controle automático de ganho AGC). As próximas etapas incluem o projeto, montagem 45

10 e caracterização do protótipo, utilizando bombeio co-propagante e contrapropagante e a determinação da técnica de AGC a ser implementada. Estudos de efeitos transientes e da dinâmica de ganho nos amplificadores Raman distribuídos (DRAs) também serão realizados antes do projeto de eletrônica de controle do AGC Amplificadores paramétricos Na atividade de desenvolvimento de amplificadores paramétricos, várias técnicas de amplificação paramétrica (FOPA) são estudadas teoricamente por meio de modelagem matemática. Isso inclui os efeitos de flutuação de parâmetros de dispersão ao longo da fibra. A validação desse modelo é feita experimentalmente e por meio da comparação com resultados de sistemas de software comerciais. O desempenho sistêmico de dispositivos paramétricos está sendo avaliado em laboratório, de forma a otimizar soluções para contornar SBS, PDG e diafonia, o que definirá as especificações do protótipo montado, caracterizado e testado no sistema DWDM Amplificador Raman concentrado com compensação de dispersão No subprojeto de amplificador Raman concentrado e compensador de dispersão baseados em fibra microestruturada, duas atividades podem ser agrupadas em uma única: o estudo de fibras microestruturadas objetivando o desenvolvimento de um amplificador Raman concentrado e um compensador de dispersão [26] Compensador de PMD Multicanal Para o desenvolvimento do compensador de PMD multicanal, realizou-se a modelagem da PMD com base na variação aleatória da birrefringência ao longo de uma fibra óptica. O modelo foi validado pela comparação com os resultados previstos na modelagem convencional, que usa a variação espectral [27,28]. A partir daí foi estudada a distorção do sinal em função do canal WDM por simulação. Realizaram-se medidas de distorção de sinal de RF para comparação com os resultados simulados. A atividade em medidas experimentais de DOP, em andamento, busca avaliar a possibilidade de se compensar a PMD para todos os canais simultaneamente, ao longo do enlace. A partir dessas medidas serão testados os protótipos para compensação parcial da PMD, o que deverá resultar numa tecnologia inovadora, pois a compensação multicanal ainda não foi demonstrada Fusível óptico O objetivo do subprojeto de fusível óptico é desenvolver um dispositivo que bloqueia rapidamente a passagem do sinal, quando sua potência aumenta acima de um limiar definido. Essa solução deverá proteger os subsistemas e fibras sensíveis de altas potências presentes na rede. 4. Rede IP/WDM com Plano de Controle O objetivo desta área é desenvolver tecnologias e mecanismos que permitam o aprovisionamento sob demanda e recuperação automática de falhas de rotas ópticas de forma integrada com as camadas IP e de Gerência. Trata-se da área de maior desafio do projeto, Figura 7 Tópicos abordados na área de Rede IP/WDM com Plano de Controle. 46

11 em termos de dificuldade e esforço, pois envolve a concepção e o desenvolvimento de arquiteturas e protótipos de hardware e software que têm funções e papéis distintos, mas que deveriam trabalhar em conjunto para atingir um objetivo único. Para isso estão sendo desenvolvidos subprojetos de P&D nos seguintes tópicos (Figura 7): Cross-connect óptico (OXC): subsistema de hardware necessário para comutar de forma dinâmica e totalmente transparente os sinais ópticos, sem conversão de comprimento de onda, através da rede WDM Amplificador óptico com controle automático de ganho (OA-AGC) [29,30]: subsistema de hardware necessário para amplificar os sinais ópticos e conter os efeitos de saturação cruzada de ganho, os quais podem ocorrer quando os comprimentos de onda são inseridos ou derivados dinamicamente [31,32]. Tais efeitos podem levar a altas taxas de erro (BER) ou até completa falha de sinal nos receptores ópticos Equalizador dinâmico de potência óptica de canais (EDPO): subsistema de hardware necessário para combater o desbalanceamento de potência do sinal óptico nos diferentes comprimentos de onda. Esse desbalanceamento pode ocorrer quando os comprimentos de onda se propagam através de enlaces de fibra óptica e atravessam dispositivos ópticos com diferentes valores de atenuação, ou quando os comprimentos de onda são inseridos ou derivados dinamicamente [31]. Tal desbalanceamento pode levar a altas BERs ou até à completa falha de sinal nos receptores ópticos Plano de controle da rede óptica e integração com plano de controle da rede IP [33]: sistema de software necessário para coordenar o estabelecimento e encerramento de rotas ópticas, em resposta às requisições da Gerência, e a recuperação automática de falhas nessas rotas. A seguir, descreve-se cada um dos subprojetos em desenvolvimento Cross Connect Óptico A principal função do OXC é permitir a reconfiguração da camada óptica por meio do chaveamento espacial dos canais presentes na rede. A Figura 8 (a) mostra a arquitetura do OXC em desenvolvimento no CPqD, composto de chaves termo-ópticas e multiplexadores/demultiplexadores ópticos passivos. Este tem suporte para até três pares de portas de fibra (entrada/saída), para interconexão com os OXCs vizinhos, e mais um par de portas para inserção/ derivação (add/drop) dos canais ópticos. Cada porta de fibra pode transportar até oito comprimentos de onda na banda C. Também foi desenvolvida uma placa eletrônica de controle que permite a configuração remota das chaves ópticas através de uma porta Ethernet conforme mostra a Figura 8(b). (b) Figura 8 (a) Arquitetura do Cross-connect óptico (OXC) em desenvolvimento; (b) protótipo da placa eletrônica de controle do OXC. 47

12 4.2. Amplificador óptico com controle automático de ganho Como a reconfiguração dos caminhos ópticos envolve alteração do número de canais e, por conseqüência, da potência óptica em cada enlace de fibra, é essencial que os amplificadores ópticos possuam controle automático de ganho, para compensar as variações de ganho decorrentes desta reconfiguração. O AO-AGC sendo desenvolvido no CPqD em parceria com a Unicamp utiliza fibra dopada com Érbio e um laser de bombeio para fornecer ganho ao sinal óptico. Várias soluções para o controle automático de ganho estão sendo consideradas: controle totalmente óptico, controle eletrônico e controle híbrido óptico-eletrônico 1. O primeiro protótipo desenvolvido utiliza o controle totalmente óptico, que é baseado em um mecanismo de realimentação do ruído de emissão espontânea estimulada (ASE), formando uma cavidade laser conforme indicado na Figura 9. Com um ajuste adequado do atenuador variável (VOA) e do filtro óptico sintonizável, é possível manter o ganho do amplificador em um valor predeterminado. Estudos e experimentos foram realizados até que se obtivesse o valor ótimo do atenuador e do filtro óptico para diferentes ganhos e potência de sinal na entrada do amplificador [34,35]. Na referência [36], apresentam-se o projeto e os resultados de caracterização do OA- AGC totalmente óptico utilizando um VOA com tempo de resposta rápido. Os resultados obtidos mostram que um alto nível de equalização do ganho (variação abaixo de 0,8 db em toda banda C), baixa figura de ruído (~ 5,3 db) e praticamente ausência de oscilações de relaxação podem ser obtidos para ganhos entre 16 e 23 db. A Figura 10 exibe os resultados da caracterização do amplificador óptico (para um ganho G = 21 db) no pior caso, ou seja, quando 31 dos 32 canais na sua entrada são retirados (desligados). Na Figura 10 (a) pode-se observar o espectro do sinal óptico na saída do amplificador quando os 32 canais estão presentes (curva em azul) juntamente com 16 espectros ópticos para diferentes posições (canais ímpares) do canal sobrevivente (curvas em vermelho). O pico de potência mais à esquerda é o canal de controle gerado a partir do ruído ASE do amplificador. A Figura 10 (b) mostra o ganho e variação de ganho do amplificador quando 31 dos 32 canais são retirados. Pode-se observar que a máxima variação de ganho ficou abaixo de 0,8 db ao longo de praticamente toda a banda C. Se considerarmos a banda ocupada pelos canais na Rede GIGA, de 1546,92 a 1558,98 nm, a máxima variação do ganho do amplificador fica abaixo de 0,4 db. A Figura 11 mostra uma foto do amplificador com controle automático de ganho totalmente óptico desenvolvido no CPqD. O amplificador é dividido em dois módulos. O módulo da esquerda é o módulo eletrônico, para alimentação e controle dos lasers de bombeio e para monitoração das potências ópticas envolvidas. O módulo da direita é o módulo óptico, que provê o ganho para os canais WDM. Figura 9 Diagrama esquemático do amplificador a fibra dopada com Érbio com controle automático de ganho totalmente óptico 1 Pedido de patente em submissão. 48

13 Figura 10 (a) Espectros do sinal óptico na saída do amplificador para 32 canais e para os canais sobreviventes em diferentes posições; (b) ganho e variação de ganho do amplificador quando 31 de 32 canais na sua entrada são retirados (desligados). Potência de entrada Pin = -25 db/canal e ganho G = 21dB Figura 11 Protótipo do amplificador óptico com controle automático de ganho (OA-AGC) totalmente óptico 4.3. Equalizador dinâmico de potência óptica de canais As alterações do número de canais em cada enlace e as diferentes atenuações sofridas por cada canal ao longo de sua propagação pelos diferentes trechos de fibras e dispositivos ópticos produzem variações espectrais das potências ópticas. Essas variações devem ser compensadas, canal a canal, por um equalizador dinâmico de potência óptica. O EDPO está sendo desenvolvido pelo CEFET-PR e é composto de um array de oito atenuadores ópticos variáveis (VOA), um para cada canal, os quais serão 49

14 Figura 12 Diagrama esquemático do Equalizador Dinâmico de Potência Óptica [37]. Figura 13 Modelo de arquitetura da Rede Óptica mostrando a interconexão com a Rede IP dinamicamente ajustados para manter a potência óptica de saída continuamente no valor desejado [37]. A Figura 12 exibe um diagrama esquemático do EDPO Plano de controle da rede óptica Os projetos de P&D devem seguir os padrões já definidos por órgãos de padronização, tais como Internet Engineering Task Force (IETF) e Optical Internetworking Forum (OIF). Garante-se, assim, uma maior interoperabilidade entre equipamentos de diferentes fabricantes e diminui-se o tempo de desenvolvimento e colocação do produto no mercado. Foi definido que o plano de controle da rede óptica deveria ser desenvolvido seguindo a arquitetura Generalized Multiprotocol Label Switching (GMPLS) [38,39]. Devido à complexidade deste tópico, este subprojeto está sendo desenvolvido em parceria com várias universidades, a saber, Unicamp, UFES, USP- São Carlos e UFPE. A implementação deste modelo envolve os seguintes componentes: Interface de serviço da rede óptica (UNI) [40] através da qual a rede IP solicita serviços da rede óptica WDM Protocolo de gerenciamento de enlaces (LMP) [41], cujas principais funções são o gerenciamento do canal de controle e a correlação das propriedades do enlace. Além destas, duas outras funções opcionais são definidas: a verificação da conectividade do enlace e o gerenciamento de falhas Protocolos de sinalização e recuperação de falhas (RSVP-TE) [42] Protocolos de roteamento (OSPF-TE) [43-45] para descoberta automática de topologia e recursos da rede, além de divulgação de informações de alcance Algoritmos de roteamento e alocação de comprimento de onda (RWA) que considerem os requisitos do cliente, as políticas definidas pela gerência e as limitações da camada física [46,47]. A interconexão entre os planos de controle da rede óptica e da rede IP cliente segue o 50

15 modelo de serviço overlay. Neste modelo, as redes de borda agem como redes clientes da rede óptica de transporte. A comunicação entre as duas redes é realizada através da interface de serviço (UNI). O protocolo de roteamento Border Gateway Protocol (BGP) será usado para descoberta de vizinhos e o RSVP-TE para GMPLS [48], para a sinalização entre os lados cliente (UNI- C) e provedor (UNI-N) da interface usuário-rede [36]. Devem ser consideradas as características e limitações dos equipamentos da Rede GIGA, uma vez que os subsistemas desenvolvidos deverão ser validados nesta rede. A Figura 13 exibe o modelo de arquitetura da rede que foi definido como guia das atividades desta área. Os equipamentos exibidos estão em desenvolvimento em subprojetos associados de P&D, com exceção dos equipamentos clientes IP e os computadores que conterão, respectivamente, as instâncias da UNI-C e UNI-N. Os roteadores IP não possuem implementação da UNI-C, por isso será utilizado um servidor (PC de alto desempenho) como roteador entre a rede IP e a rede óptica, onde será implementada a UNI-C. Uma vez que os roteadores IP tenham implementado a UNI-C, este servidor não será mais necessário. A UNI-N, bem como os outros protocolos do plano de controle, serão implementados na unidade de controle (PC industrial) situada na borda da rede óptica. 5. Redes Ópticas Metropolitanas O objetivo desta área de trabalho é o desenvolvimento de soluções de baixo custo para redes ópticas metropolitanas que apresentem flexibilidade das interfaces quanto aos serviços e protocolos para uso em nós de sistemas ópticos metropolitanos baseados em DWDM e CWDM. Do ponto de vista de aplicações, as redes metropolitanas se dividem em redes núcleo (core) e redes de borda (edge). As redes metropolitanas núcleo são as redes utilizadas para transporte de tráfego entre estações, ligações entre operadoras, além de fazer a conexão entre as redes interurbanas de longa distância e o acesso. Seu perímetro máximo é cerca de 300 km. Nas redes metropolitanas núcleo os sistemas DWDM são mais utilizados. As redes metropolitanas de borda são as redes utilizadas para transporte de tráfego entre estações e grandes clientes, tais como bancos, shopping-centers, grandes empresas, além de fazer a conexão entre as redes metropolitanas núcleo e o acesso. Seu perímetro máximo é de aproximadamente 150 km. Nas redes metropolitanas de borda os sistemas CWDM são mais utilizados. A Figura 14 mostra a topologia em anel destas redes. As seguintes linhas de desenvolvimento estão em andamento na área metropolitana do projeto GIGA. Interfaces de entrada óptica variável e saída óptica na grade CWDM (transponders). Amplificação óptica banda larga para CWDM cobrindo as bandas S, C e L. Amplificação de baixo custo para a banda C para DWDM. Analisadores de canais ópticos. Analisadores de diagrama de olho. Figura 14 Redes metropolitanas DWDM e CWDM na topologia em anel 51

16 Multiplexadores Ópticos de Inserção/ Derivação para CWDM (OADM). Conversores de comprimentos de onda totalmente ópticos baseados em amplificadores semicondutores (SOA). Atenuadores ópticos variáveis Interfaces de entrada óptica variável e saída óptica na grade CWDM As interfaces de entrada óptica variável e saída óptica CWDM estão sendo desenvolvidas no CPqD e são constituídas por um sistema de até 16 transponders CWDM para operação em até 2,5 Gbit/s. O sistema é baseado na tecnologia de tranceivers Small Form Pluggable (SFP). A unidade de transmissão de estação é baseada em um gabinete 19" x 1U (1" ¾), que abriga até 16 transceivers SMA CWDM, além de duas fontes e uma placa de supervisão. Um módulo de multiplexação óptica para até 16 canais em empacotamento 1 U deverá na estação receber os 16 canais e multiplexá-los em uma única fibra, que levará o sinal de descida para os clientes. A unidade de acesso é composta por um subbastidor de 19" x 3 U (5" ¼) que abriga até 8 tranceivers de acesso e até 8 OADMs CWDM, além de duas fontes e uma placa de supervisão. A Figura 15 (a) exibe um detalhe da placa do módulo de transmissão contendo 16 tranceivers SFP e a Figura 15 (b) o espectro de saída dos 16 lasers CWDM multiplexados Amplificação óptica para CWDM e DWDM Na área de Redes Metropolitanas do projeto GIGA, vários tipos de amplificadores ópticos estão sendo desenvolvidos. No CPqD, desenvolve-se o amplificador óptico baseado somente em fibras dopadas com Érbio para operar entre 1490 e 1610 nm, cobrindo sete canais da grade CWDM 2 [49-52]. Na Figura 16(a), exibe-se o empacotamento mecânico desse amplificador e, na Figura 16(b), uma curva espectral da saída do amplificador. Outros projetos de amplificadores estão sendo desenvolvidos em universidades associadas. A USP de São Carlos em parceria com a UNESP de Araraquara desenvolve um amplificador óptico em fibras de germanato. Esse desenvolvimento está atualmente na fase de obtenção de fibras de germanato com baixas Figura 15 (a) Transceivers SFP CWDM do módulo de transmissão CWDM e (b) espectro de saída dos 16 lasers multiplexados Figura 16 (a) Empacotamento mecânico do amplificador óptico para CWDM e (b) curva espectral da saída do amplificador 2 Pedido de patente depositado. 52

17 perdas para posterior dopagem com o material Túlio. A Universidade Presbiteriana Mackenzie de São Paulo desenvolve o amplificador Raman para uso em redes CWDM. O uso de amplificação em sistemas CWDM permite a extensão destas redes a distâncias superiores a 100 km, compensando ainda as perdas dos dispositivos de remoção ou inserção de sinal (AODMs). A UFPE desenvolve o amplificador em guias dopados com Érbio (EDWA) para aplicações de baixo custo em DWDM Monitoração da qualidade de sinal Dois módulos de monitoração da qualidade de sinal de baixo custo para aplicações em redes DWDM estão sendo desenvolvidos no CPqD. O primeiro é o Analisador de Canais Ópticos (OCA) que permite a varredura no espectro óptico da banca C ou L (1520 a 1600 nm), informando a potência de cada canal, a relação sinal/ruído e o desvio de comprimento de onda. O segundo é o Analisador de Diagrama de Olho (ADO) [53] que permite a visualização do sinal no domínio elétrico, informando eventuais distorções e aferindo a taxa de erro de bit em taxas de até 10 Gbit/s. No OCA, o componente estratégico é um filtro óptico sintonizável de grande estabilidade baseado na tecnologia MEMS. No ADO, a técnica utilizada baseia-se na reconstrução do diagrama de olho por meio do uso de um sinal assíncrono e posterior tratamento matemático. Ambos os monitores podem operar sem causar interrupção da rede óptica. A Figura 17(a) exibe uma foto do protótipo obtido até o momento do OCA e a Figura 17(b), uma curva espectral também obtida do OCA. A Figura 18(a) exibe uma foto do protótipo obtido até o momento do ADO e a Figura 18(b), telas dos diagramas de olho sem processamento matemático e com processamento matemático. Figura 17 (a) Foto do protótipo do OCA e (b) uma curva espectral obtida do OCA Figura 18 (a) Protótipo do ADO e (b) telas do diagrama de olho antes e depois do processamento matemático 53

18 5.4. OADM Ainda para redes CWDM estão sendo desenvolvidos pelo CEFET do Paraná OADMs baseados no uso de fibras com grade de Bragg [54]. Esse desenvolvimento contempla não somente a tecnologia de OADMs fixos, mas também OADMs configuráveis para futuras topologias de redes CWDM Conversores de comprimento de onda Para redes metropolitanas baseadas em DWDM, outros três projetos estão sendo desenvolvidos. Na Unicamp estão sendo desenvolvidos conversores de comprimentos de onda totalmente ópticos baseados em amplificadores semicondutores (SOA). Neste projeto, duas técnicas serão testadas: a técnica baseada na modulação do ganho do SOA e a técnica baseada na modulação cruzada de fase. A PUC/ Campinas também desenvolve o conversor de comprimento de onda. Essa universidade utiliza, porém, a técnica da mistura de quatro ondas. Esse dispositivo tem aplicações em redes ópticas em anel, para alocação de canais já em uso em certos segmentos da rede Atenuador Óptico Variável A PUC/Rio desenvolve um atenuador óptico variável para aplicações de controle do nível dos canais em redes DWDM. A técnica utilizada baseia-se no uso do interferômetro de Sagnac composto por fibras ópticas especiais que são polarizadas quando submetidas à alta voltagem na presença de alta temperatura. A polarização induz uma não-linearidade óptica de segunda ordem que é o efeito básico para o funcionamento do dispositivo eletroóptico. 6. Redes de Acesso O objetivo desta área é o desenvolvimento de soluções de baixo custo para uma rede de acesso faixa larga para a prestação de serviços do tipo triple play (voz, vídeo e dados). A utilização dos meios de acesso metálicos da telefonia tradicional busca dotar o usuário da capacidade de usufruir aplicações de voz, vídeo e dados, em equipamentos de acesso de nova geração que oferecem maior largura de banda. Além disso, esses equipamentos devem possuir novas qualificações, entre as quais está contemplada a Quality of Service (QoS). O número de canais de vídeo broadcast e de padrão MPEG2 (com possibilidade de evolução para MPEG4) que as operadoras aspiram poder oferecer, em média, é 3. Adicionados aos de voz e dados, passam a exigir entre 20 a 25 Mb/s de taxa de transmissão de cada usuário. As tecnologias Digital Subscriber Line (DSL) utilizam os pares de cobre das linhas telefônicas tradicionais para transportar, através de modems, dados de alta velocidade, tais como multimídia e vídeo, oferecendo serviços de banda larga aos assinantes. Os dados dos modems são então agrupados nos Digital Subscriber Line Access Multiplexers (DSLAMs) e enviados à rede de longa distância através de interfaces Gigabit Ethernet ópticas, como ilustra a Figura 19. Figura 19 Rede de Acesso acoplada à Rede GIGA. 54

19 No laboratório de serviços instalado no CPqD, haverá uma plataforma para distribuição de conteúdo e um sistema de gerência objetivando o provimento de serviços triple play (broadcast TV, vídeo sob demanda, Internet e telefonia) sobre ADSL. A rede de transporte utilizará a tecnologia WDM da Rede GIGA como meio físico, conforme Figura 19. A plataforma será composta dos seguintes elementos: Headend: conjunto de equipamentos destinados à recepção, codificação e distribuição de sinais de vídeo. O headend é composto dos seguintes equipamentos: codificador de vídeo, servidor de vídeo sob demanda, middleware e sistema de gerência. O middleware é um sistema que integra os vários elementos responsáveis pelo controle da distribuição de conteúdo. Rede de Transporte: conjunto de equipamentos de rede para transportar os sinais de vídeo do headend até o usuário final. Rede de Agregação: conjunto de equipamentos que agregam o tráfego oriundo dos modems DSL instalados nas residências dos usuários numa interface de rede (DSLAMs). Modems DSL: trata-se de um equipamento que permite a transferência digital de dados em alta velocidade por meio de linhas telefônicas comuns. Set Top Boxes: equipamento instalado no ambiente do usuário que permite a seleção do conteúdo e que adapta o sinal recebido do headend para TV. O termo xdsl compreende várias formas similares de tecnologias DSL que apresentam características ligeiramente diferentes e que competem entre si, dependendo da aplicação [55]. Dentre as tecnologias xdsl, destacam-se as seguintes: ADSL (G.dmt) - Opera com transmissões assimétricas com velocidades downstream que variam de 32 kb/s até 8 Mb/s (em múltiplos de 32 kb/s) para o usuário e upstream de 32 kb/s até 800 kb/s (em múltiplos de 32 kb/s) para o backbone da rede, cobrindo distâncias de até 6 km. Utiliza o código de linha DMT, que usa múltiplas freqüências portadoras ou subportadoras. Utiliza técnicas de processamento digital de sinais, como a transformada rápida de Fourier, para modular dados, de 256 a 4096 subportadoras, conforme a versão de tecnologia em questão. Os dados são divididos nas subportadoras, modulados em Quadrature Amplitude Modulation (QAM) e enviados através de cada subcanal. O ADSL é padronizado pela norma International Telecommunications Union Telecommunication (ITU-T) G e American National Standards Institute (ANSI) T ADSL (G.lite) Trata-se de uma variação do ADSL que oferece capacidade máxima de download de 1,536 Mb/s. Essa taxa é muito menor que o full rate ADSL e taxa máxima de upstream 512 kb/s, em múltiplos inteiros de 32 kb/s. A idéia deste padrão é ser out of the box, sem separter e ser padrão para PCs, ou seja, de fácil instalação na casa do usuário. É padronizada pela norma ITU- T G ADSL2 (G.dmt.bis e G.lite.bis) Este padrão dobra a taxa downstream e melhora o alcance do ADSL padrão em até 200 metros. Isto é obtido através de uma melhor eficiência de modulação, redução do overhead do quadro, alto ganho de codificação, algoritmos de processamento de sinal sofisticados e melhorias na initialization state machine. Além disso, possui as funções de economia de energia que reduz o consumo de energia, adaptação dinâmica de taxa e enlace estendido. Duas normas foram aprovadas recentemente pelo ITU-T para este padrão: a G e a G ADSL2+ É compatível com o ADSL e ADSL2 e eleva a taxa downstream para 24 Mb/s. É padronizada pela norma G do ITU-T. ADSL2++ Um modo opcional que quadruplica a taxa do ADSL para 50 Mb/s (ainda em padronização). A Figura 20 ilustra a taxa e o alcance do ADSL2 comparados ao ADSL padrão. Em linhas telefônicas longas, o ADSL2 provê um aumento de taxa de 50 kb/s, o que é significativo para alguns tipos de usuários. Esse aumento de taxa resulta num aumento de alcance de 200 metros aproximadamente, provocando um aumento da área de cobertura de cerca de 6%. Os transceivers ADSL2 incluem também funcionalidades para diagnósticos de problemas durante e depois da instalação e monitoração de 55

20 Figura 20 Comparação de taxas e alcance entre o ADLSL2 e o ADSL [55]. Tabela 1 Padrões ADSL Tabela 2 Anexos do ADSL [55] O uso de tons aplica-se apenas às máscaras non-overlapped PSD * apenas ADSL2+ ** Nem todos os tons são usados desempenho em serviço. Informações sobre a qualidade da linha e condições de ruído nas duas extremidades da linha podem ser interpretadas por software e utilizadas pelo provedor de serviço para monitorar a qualidade da conexão ADSL e prevenir falhas futuras. Podem também ser utilizadas para o provedor determinar se um usuário pode receber altas taxas ou não. A Tabela 1 ilustra um resumo dos padrões ADSL [55]. As normas ADSL possuem anexos que especificam a operação do ADSL para aplicações particulares e certas regiões do mundo. Vários anexos do ADSL padrão também se aplicam à família ADSL2, incluindo ADSL2+. De modo geral, os anexos especificam as subportadoras e os níveis de potência associados para transmissão upstream e downstream. A Tabela 2 sumariza os anexos do ADSL. O padrão Alcance Estendido (Reach Extended ADSL2 RE-ADSL2), definido no Anexo L, provê aumento de desempenho sobre linhas longas sob várias condições de crosstalk e topologias de loop. A Figura 21 compara o desempenho do ADSL padrão com o RE-ADSL2. 56