A evolução dos cabos ópticos submarinos

A evolução dos cabos ópticos submarinos

A comunicação por fibra óptica é uma tecnologia que utiliza pulsos de luz para transferir informações através de um meio óptico. As informações são digitais e são geradas por sistemas telefônicos, empresas de televisão e sistemas de computador.

Basicamente, a estrutura da fibra é formada por um guia de onda cilíndrico isolante, geralmente feito de sílica. Ademais, o núcleo possui um índice de refração maior que o do revestimento, de forma que os feixes são guiados no interior da fibra por meio da reflexão interna. Os cabos são ultrafinos e flexíveis e são capazes de conduzir pulsos de luz que representam bits. Deste modo, um único fio possui altas taxas de transmissão que pode chegar a centenas de Gbps, porém, sem sofrer interferência eletromagnética.

O sistema de comunicação por fibra óptica consiste em um transmissor óptico, que converte o sinal elétrico em sinal óptico, um cabo com feixes de fibra óptica, amplificadores, que aumentam a potência do sinal óptico, e um receptor óptico que converte o sinal para elétrico novamente.

A utilização desta tecnologia possui alguns benefícios intrínsecos, como a alta confiabilidade em longas distâncias, a baixa atenuação, a baixa interferência, a alta segurança, a alta capacidade de informação, e uma maior vida útil e facilidade de manutenção. 

Evolução da Tecnologia

Os primeiros cabos submarinos surgiram no ano de 1850 e conectavam a Inglaterra e a França. Já em 1858, com cerca de 4 mil quilômetros de comprimento e 1,5 cm de largura, foram instalados outros cabos entre a América do Norte e a Europa. A instalação se deu um pouco após a criação do telégrafo, que é um aparelho de transmissão e recepção de mensagens à distância por meio de sinais elétricos de longa ou curta duração (código Morse). 

A primeira tentativa de instalação dos cabos entre América do Norte e Europa foi frustrada. Isso porque se esperava que a iniciativa de colocar os cabos a partir da estação e depois emendá-los no meio do oceano fosse bem sucedida, contudo, houve perda de cabos no meio do oceano. O êxito veio através da implantação a partir de navios que saíram de um ponto de encontro no meio do Atlântico em direção à costa. Com o sucesso, a primeira mensagem a ser enviada foi a frase Glory to God in the highest, and on Earth, peace, good will to men (“Glória a Deus nas alturas, e paz na terra entre os homens a quem ele quer bem”), mensagem da rainha Vitória da Grã-Bretanha para o presidente americano James Buchanan. Com uma transmissão limitada a duas palavras por minuto, os dados demoraram cerca de 17 horas para chegar em seu destino final. Entretanto, pouco tempo depois, por conta de vários problemas, falhas e sobrecarga de energia, o cabo foi desativado.

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Instalação de cabos submarinos nos anos XX.

No ano de 1868, outro cabo submarino inglês foi instalado. Como a Inglaterra possuía colônias no Oriente, em 1870, a instalação destes cabos se espalharam pelo globo. Deste modo, ao final do século XIX existiam 10 cabos no oceano Atlântico. 

Devido ao crescimento da tecnologia de cabos, era esperado que passassem a transportar além de sinais elétricos, sinais de voz através do oceano. Em 1919, a American Telephone and Telegraph Company iniciou estudos acerca do telefone submarino. Assim, em 1921 foram instalados cabos nas águas entre Key West e Havana. Posteriormente, com o trabalho de Oliver Heaviside sobre o benefício do carregamento indutivo, aliado a um melhor isolamento e a um equipamento de transmissão e recepção automático, em 1928  foi possível obter uma velocidade de 400 palavras por minuto no sistema de comunicação submarino. 

Nos anos 30, com os avanços da eletrônica foi possível viabilizar repetidores de sinal para realizar a transmissão dos dados, entretanto eles apresentavam grandes desafios, entre eles o funcionamento de baixo d’água. Como solução, foram projetados tubos a vácuo confiáveis, testados durante 18 anos, para protegerem os componentes. Já para preservar a vida útil do sistema, os níveis de sinal foram controlados cuidadosamente. Deste modo, com a chegada da Segunda Guerra Mundial, os cabos submarinos passaram a ser utilizados para telefonia. 

Em 1956 o primeiro sistema de cabo telefônico transatlântico submarino, o TAT-1, foi instalado entre Oban na Escócia e Clarenville, na Terra Nova. Ele entrou em serviço transportando 36 canais telefônicos, com uma banda entre 20 e 164 kHz, operando durante 22 anos sem uma única falha no tubo, devido ao seu projeto citado anteriormente. Suas ligações possuíam aproximadamente 1950 milhas com 51 repetidores, oito equalizadores submarinos na ligação Leste-Oeste e mais seis na ligação Oeste-Leste, estes últimos serviam para corrigir o desalinhamento acumulado na banda de frequência. Dez anos depois, o TAT-6, o sexto cabo telefônico transatlântico submarino, possuía 4000 canais. 

Em 1980 surgiu a tecnologia da fibra óptica e no ano de 1988 foi lançado o TAT-8, o primeiro cabo submarino de fibra óptica, que fornecia 40.000 canais telefônicos e operava a uma taxa de 280 Mbps. Em 1992 foi instalado o TAT-9 que passou a funcionar com uma taxa de 580 Mbps.

Por conta do grande volume de tráfego, os sistemas de cabos ópticos mais recentes precisam ser redundantes. Assim, eles costumam ser instalados com a topologia em anel, com dois cabos separados bidirecionais. Outros dois elos realizam a conexão terrestre em cada lado do oceano. Assim, quando ocorre problema em algum cabo, o anel é auto-regenerativo, garantindo conectividade e proteção do tráfego da rede. Porém, ultimamente, a topologia em malha tem sido enxergada como uma opção interessante, visto que uma rede em malha pode conectar estações diretamente. 

Evolução de cabos submarinos

Os primeiros cabos submarinos utilizados para transmissão de sinais elétricos eram protegidos por uma mistura de cânhamo alcatroado e látex de gutta-percha, uma árvore nativa da Península Malaia. Essa borracha é termoplástica, amolece em altas temperaturas e volta a sua forma inicial quando resfriada, o que facilita a extrusão sobre condutores. Quando colocada na água, sob condições de pressão e temperatura, as propriedades isolantes melhoram, e torna-se perfeita para cabos submarinos. Isso permitia que os cabos condutores de energia ficassem isolados, resistentes e protegidos em meio subaquático. A guta-percha foi utilizada como isolante de cabos submarinos até o ano de 1933 quando se descobriu o polietileno. 

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Comparação entre cabos de 1858 e 2008.

Com o surgimento da tecnologia óptica em 1980, a comunicação de dados via cabos submarinos também migrou para a nova tecnologia, em 1988. Hoje em dia, os cabos submarinos são responsáveis por cerca de 99% da comunicação mundial, que é realizada entre locais separados por um oceano. São mais de 1,2 milhões de quilômetros de cabos e inúmeros repetidores de sinais instalados nos fundos dos oceanos. Contudo, o número de cabos não é constante, está sempre em mudança devido a acidentes, rompimentos, manutenção, desativação por tempo de uso e novos operadores de serviços de comunicação. 

Mapa de cabos submarinos ao redor do mundo.

Os cabos que antigamente eram protegidos por látex, hoje são produzidos para suportar as intempéries do ambiente marítimo, as fibras são revestidas de camadas de plástico e metal. Quanto mais perto da costa, mais proteção é necessária, o que faz com que os cabos fiquem mais espessos. Quando em águas mais rasas, os cabos podem receber camadas a mais de proteção, por conta de animais ou outras interferências humanas. Além disso, eles são construídos para suportar uma pressão de até mil metros de profundidade e sua vida útil é de aproximadamente 25 anos.  A escolha do cabo utilizado pode variar de acordo com análises prévias de características como profundidade e condições do leito. 

Com uma indústria em constante evolução, a comunicação por fibra óptica tem crescido muito nas duas últimas décadas. Não muito diferente, as tecnologias em cabos submarinos também têm crescido, e buscam responder às necessidades e demandas mundiais atuais. Como a evolução das tecnologias de transmissão de dados acontece muito rápido, espera-se que surjam novidades em pouco tempo. A velocidade está cada vez mais rápida e a quantidade de informações cada vez maior em espaços menores. 

Com muito trabalho ainda a ser feito para suportar a demanda atual de taxas cada vez mais rápidas, ainda é preciso buscar arquiteturas, topologias, processos e tecnologias  mais eficazes e inteligentes.

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Kássia Carvalho

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