Xu thế phát triển công nghệ truyền tải quang (phần 1)

Giới thiệu

Sự phát triển của Internet, tốc độ phổ biến của điện thoại di động và điện thoại di động thông minh cùng với nhiều dịch vụ truyền thông mới khác như mua sắm trực tuyến, phân phối video (Youtube, IPTV,…) và cả chính phủ điện tử hiện đang vượt quá dự báo và góp phần tích cực thúc đẩy nhu cầu truy cập băng rộng trong các mạng viễn thông đồng thời khiến cho lưu lượng truyền tải trong mạng đường trục tăng lên nhanh chóng. Trong các loại hình dịch vụ viễn thông, dịch vụ hướng video đang dần dần chiếm ưu thế so với các loại dịch vụ truyền thống khác và được dự đoán là sẽ thống trị lưu lượng mạng trong tương lai gần.

Theo dự báo phát triển lưu lượng IP (Internet Protocol) toàn cầu từ năm 2010 đến 2015, lưu lượng IP toàn cầu trong năm 2010 dừng ở mức 20.2 Exabytes/tháng và sẽ được gấp bốn lần tại thời điểm năm 2015, đạt mức 80.5 Exabytes/tháng. Tốc độ phát triển hằng năm dự đoán vào khoảng 32%, trong đó các dịch vụ chia sẻ file và video băng rộng phát triển mạnh mẽ và chiếm đa số. Do đó, các hạn chế về thông lượng và năng lượng tiêu thụ của các bộ định tuyến IP điện hiện đang được triển khai rộng khắp trên mạng truyền tải sẽ trở nên ngày càng trầm trọng hơn. Sự không hiệu quả của giao thức TCP/IP hiện nay sẽ trở nên rõ nét hơn khi các dịch vụ hướng video được phát triển và khi đó sẽ hạn chế sự mở rộng của Internet về phương diện băng thông và số lượng người dùng. Do vậy, cách tiếp cận chỉ dựa trên sự hội tụ IP sẽ không phải là cách tốt nhất để tạo ra một mạng truyền thông băng thông không hạn chế đáp ứng cách nhu cầu dịch vụ trong tương lai. Xu hướng phát triển các mạng truyền thông hướng video với yêu cầu băng thông lớn, độ tin cậy cao và tiêu thụ ít năng lượng đang được quan tâm đầu tư và phát triển.

Với những ưu điểm vượt trội so với các công nghệ khác, truyền tải quang đã và đang khẳng định vai trò quan trọng của mình và trở thành công nghệ nền tảng để xây dựng mạng truyền tải có khả năng cung cấp dung lượng cực lớn và tiết kiệm năng lượng nhằm đáp ứng sự bùng nổ của nhu cầu lưu lượng hiện tại và tương lai. Từ những hệ thống truyền dẫn quang điểm-điểm đơn giản tốc độ thấp, với sự hỗ trợ của những tiến bộ mang tính đột phá về kỹ thuật và công nghệ trong thời gian qua, mạng truyền tải quang đã dần hình thành và phát triển với kiến trúc và chức năng ngày càng phức tạp hơn và dung lượng truyền tải liên tục được nâng cấp. Đồng thời, quá trình quang hóa không chỉ diễn ra ở các mạng đường trục mà còn đang dần lan đến tận nhà thuê bao.

Tiến trình phát triển công nghệ truyền tải quang

Với khởi đầu là sự phát triển thành công công nghệ laser và được tiếp nối bằng những tiến bộ trong công nghệ vật liệu và xử lý quang học, truyền tải quang trong mạng viễn thông đã sớm trở thành hiện thực từ những năm 1980. Trong hơn ba mươi năm vừa qua, công nghệ truyền tải quang đã được phát triển nhanh chóng, dung lượng truyền tải tăng lên hơn 10 ngàn lần. Quá trình phát triển của công nghệ truyền tải quang được chia thành ba thời kỳ (thế hệ) tương ứng với ba xu hướng tiến bộ công nghệ chính bao gồm:

-          Thế hệ thứ nhất - Công nghệ ghép kênh theo thời gian TDM: được dựa trên kỹ thuật ghép kênh trong miền điện.

-          Thế hệ thứ hai - Công nghệ khuếch đại quang kết hợp với công nghệ ghép kênh theo bước sóng quang WDM: đang được ứng dụng rộng khắp trong các mạng truyền tải

-          Thế hệ thứ ba - Công nghệ coherent số: là công nghệ hiện mới trong quá trình nghiên cứu phát triển.

Thế hệ truyền dẫn quang thứ nhất bắt đầu từ năm 1980 đến những năm đầu của thập kỷ 90. Trong giai đoạn này, ghép kênh theo thời gian TDM là công nghệ truyền tải chính trong các hệ thống truyền dẫn sợi quang. Các hệ thống này, các thiết bị điện và quang tốc độ cao cũng như các bộ khuếch đại quang là chìa khóa để hiện thực các hệ thống truyền dẫn quang đường trục tốc độ cao. Các hệ thống này thực hiện ghép kênh TDM lên một bước sóng quang và có khả năng hỗ trợ truyền tải với dung lượng 10 Gbps.

Từ cuối những năm 1990 đến nay, những tiến bộ vượt bậc trong công nghệ truyền dẫn quang như công nghệ laser, công nghệ khuyếch đại quang và đặc biệt là công nghệ ghép kênh theo bước sóng WDM đã góp phần tạo ra sự đột phá trong quá trình phát triển dung lượng của hệ thống truyền tải quang. Tương tự với kỹ thuật ghép kênh theo tần số trong miền tín hiệu điện, nguyên lý cơ bản của công nghệ WDM là thực hiện truyền đồng thời các tín hiệu quang thuộc nhiều bước sóng khác nhau trên cùng một sợi quang. Do đó, công nghệ WDM cho phép xây dựng những hệ thống truyền tải thông tin quang có dung lượng lớn hơn nhiều so với hệ thống thông tin quang đơn bước sóng. Không những thế, công nghệ WDM hiện nay còn có khả năng cho phép mỗi sợi quang mang đồng thời hàng trăm hoặc thậm chí hàng ngàn bước sóng (sử dụng DWDM hay ultra-DWDM) và mỗi bước sóng lại có thể truyền dẫn với tốc độ rất cao. Hệ thống truyền dẫn WDM mới nhất với 40 bước sóng ở tốc độ 40 Gbps/bước sóng đã bắt đầu được triển khai trong một số mạng lõi, và dung lượng truyền dẫn tổng đạt đến 1.6 Tbps. Công nghệ truyền dẫn WDM hiện đang là và trong tương lai gần vẫn sẽ là công nghệ truyền dẫn nền tảng cho mạng toàn quang.

 Tuy nhiên, để bắt kịp với sự phát triển nhanh chóng của lưu lượng truyền tải trong tương lai, các công nghệ mới hỗ trợ các hệ thống truyền tải quang 10 Tbit/s dựa trên tốc độ 100 Gbps/kênh đang được hướng đến. Một trong các công nghệ ứng cử viên hấp dẫn cho các hệ thống WDM tốc độ truyền dẫn nối tiếp 100 Gbps là truyền dẫn coherent số quang trong đó kết hợp tách quang coherent và xử lý tín hiệu số quang.

(Còn nữa)