Mạng truyền tải quang dung lượng Terabit/s
-- Cập nhật : 22 thg 7, 2008 --
Truyền dẫn quang dung lượng cực cao 14 Terabit trên giây (Tera là một nghìn tỷ) đã được thực hiện thành công qua một sợi quang dài 160 km. Giá trị 14 Tbit/s (111 Gb/s ´ 140 kênh) vượt xa kỷ lục hiện nay (khoảng 10 Tbit/s) và do đó tạo ra một kỷ lục thế giới mới về dung lượng truyền dẫn.
1. Tổng quan
Mạng lõi quang hiện nay là mạng truyền tải quang (Optical Transport Network - OTN) với dung lượng khoảng 1 Tbit/s. Mạng này dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng (Wavelength Division Multiplexing - WDM) các kênh tín hiệu có dung lượng 10 Gbit/s cùng với việc sử dụng các bộ khuếch đại quang có độ rộng băng tần khoảng 4 THz. Việc lưu lượng số liệu tăng gấp đôi sau mỗi năm do sự mở rộng của mạng truy nhập đòi hỏi các nhà cung cấp phải giảm chi phí và tăng dung lượng của mạng lõi trong khi vẫn duy trì được độ tin cậy của mạng.
Truyền dẫn 10 Tbit/s qua một sợi quang đã đạt được trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, để đạt được điều đó cần phải sử dụng các bộ khuếch đại quang phức tạp hơn. Các bộ khuếch đại quang này bao gồm hai hoặc ba băng tần khuếch đại vì băng thông của bộ khuếch đại bị hạn chế. Để tăng dung lượng truyền dẫn, chúng ta phải đạt được đồng thời hai mục đích: truyền dẫn WDM với hiệu suất phổ cao và đơn giản hóa bộ khuếch đại quang với băng tần khuếch đại được mở rộng hơn.
2. Nguyên tắc chung của thí nghiệm
Thí nghiệm của NTT sử dụng phương thức điều chế khóa dịch pha cầu phương vi sai trở về không nén sóng mang (CSRZ-DQPSK) và các bộ khuếch đại quang có độ rộng băng tần cực rộng. CSRZ-DQPSK là phương thức điều chế sử dụng kết hợp điều chế xung có trở về không (Return to Zero - RZ) nén sóng mang (Carrier Suppressed - CS) với điều chế điều chế pha cầu phương (vuông góc) vi sai. 70 bước sóng với khoảng cách giữa các bước sóng là 100 GHz được điều chế ở tốc độ kênh 111 Gbit/s sử dụng phương thức điều chế CSRZ-DQPSK và sau đó được ghép và khuếch đại trong độ rộng băng tần 7 THz. Thêm vào đó, mỗi tín hiệu 111 Gbit/s được ghép kênh phân chia theo phân cực nên số lượng kênh được tăng lên gấp đôi thành 140 kênh. Do đó dung lượng tổng được tạo ra là 14 Tbit/s (Hình 1). Truyền dẫn qua sợi quang dài 160 km đã thực hiện thành công nhờ sử dụng các bộ khuếch đại quang được phát triển gần đây.
Thí nghiệm này, lần đầu tiên, cho thấy rằng có thể truyền tín hiệu 100 Gbit/s cùng với các byte sửa lỗi trước và các byte mào đầu quản lý của khung OTN qua một khoảng cách dài. Điều này cho phép xây dựng mạng quang dung lượng lớn có tốc độ 10 Tbit/s hoặc hơn
3. Các công nghệ chính
3.1 Phương thức điều chế CSRZ-DQPSK và các công nghệ linh kiện quang điện tử tốc độ cao (Hình 2)
Các công nghệ này cho phép tạo ra tín hiệu WDM mật độ cao (Dense WDM) với tốc độ bit mỗi kênh hơn 100 Gbit/s và truyền chúng qua một khoảng cách lớn. DQPSK là phương thức điều chế pha bốn trạng thái với ưu điểm là hiệu suất phổ cao và độ nhậy thu tốt, cả hai tham số trên đều vượt xa so với phương thức điều chế cường độ thông thường (khóa đóng mở). Việc kết hợp phương thức này với với điều chế xung (CSRZ), phát triển bởi NTT (công ty điện thoại và điện báo Nhật Bản), cho phép cải thiện độ nhậy và truyền dẫn DWDM qua cự ly dài. Để tạo ra tín hiệu CSRZ-DQPSK ở tốc độ bit 100 Gbit/s (hoặc hơn 100 Gbit/s) cần phải vượt qua các vấn đề về cấu trúc phức tạp của khối phát và khó khăn trong việc nâng tốc độ điều chế. Bộ điều chế Lithium niobate (LiO3), kiểu giao thoa kế Mach-Zehnder, đã được sử dụng như một bộ điều chế cường độ nhị phân hoặc điều chế pha. Tuy nhiên do quan hệ giữa điện áp điều khiển và độ rộng băng tần nên gần như không thể nâng tốc độ hoạt động lên tới 100 Gbit/s.
Để vượt qua vấn đề này, NTT đã phát triển mới công nghệ tổ hợp lai ghép, công nghệ này có thể tích hợp nhiều phần tử quang thụ động phức tạp và các ống dẫn sóng quang trong một diện tích nhỏ để tạo ra các vi mạch quang dựa trên silic. Các vi mạch quang này giúp đơn giản hóa cấu trúc và hỗ trợ tốc độ điều chế lên tới 111 Gbit/s.
Trong khi phương thức điều chế cường độ nhị phân thông thường sử dụng một diode tách sóng quang ở phía thu, máy thu DQPSK cần một cặp diode tách sóng quang cân bằng. Cặp diode tách sóng quang này thường được tạo ra nhờ tích hợp hai diode tách sóng quang tốc độ cao. Tuy nhiên, phương thức này gây khó khăn trong việc đạt được đồng thời hoạt động tốc độ cao, độ nhậy cao và hiệu suất chuyển đổi đồng nhất. NTT đã cải tiến cấu trúc của diode tách sóng quang với kết quả là máy thu cân bằng mới có khả năng hoạt động ở tốc độ cao (khoảng 50 GHz) và độ nhậy cao.
Các vi mạch tổ hợp InP có thể hoạt động ở tốc độ khoảng hơn 50 Gbit/s được sử dụng trong các mạch ghép, tách kênh và khối tạo dạng sóng để tạo ra tín hiệu DQPSK tốc độ 111 Gbit/s chất lượng cao.
3.2 Công nghệ khuếch đại quang băng tần mở rộng
Để khuếch đại tín hiệu 10 Tbit/s hoặc lớn hơn trên đường truyền quang cần phải mở rộng băng tần của bộ khuếch đại quang. Trong khi phần lớn các sợi quang có băng tần vượt quá 10 THz thì các bộ khuếch đại quang thông thường lại có độ rông băng tần chỉ khoảng 4 THz. Điều đó có nghĩa là cần phải chia các kênh thành hai băng (băng C và băng L) hoặc ba băng (băng S, C và L) để khuếch đại mỗi băng một cách riêng rẽ sau đó ghép các băng lại.
NTT đã thành công trong việc mở rộng băng tần của bộ khuếch đại băng L lớn gấp 1,75 lần bộ khuếch đại thông thường (7 THz). Nhờ cải tiến môi trường khuếch đại và cấu trúc của bộ khuếch đại, NTT có thể đạt được đặc tính nhiễu thấp.
4. Kế hoạch trong tương lai
NTT đang có kế hoạch xây dựng mạng lõi quang dung lượng lớn cỡ 10 Tbit/s dựa trên cơ sở mạng truyền tải quang vượt trội hơn các mạng hiện tại về mặt kinh tế và chất lượng. Mạng này sẽ thúc đẩy việc hiện thực hóa hệ thống truyền dẫn cự ly dài có thể hỗ trợ truyền tải tín hiệu tốc độ cao với tốc độ kênh vượt quá 100 Gbit/s.
(T.T)
1. Tổng quan
Mạng lõi quang hiện nay là mạng truyền tải quang (Optical Transport Network - OTN) với dung lượng khoảng 1 Tbit/s. Mạng này dựa trên công nghệ ghép kênh phân chia theo bước sóng (Wavelength Division Multiplexing - WDM) các kênh tín hiệu có dung lượng 10 Gbit/s cùng với việc sử dụng các bộ khuếch đại quang có độ rộng băng tần khoảng 4 THz. Việc lưu lượng số liệu tăng gấp đôi sau mỗi năm do sự mở rộng của mạng truy nhập đòi hỏi các nhà cung cấp phải giảm chi phí và tăng dung lượng của mạng lõi trong khi vẫn duy trì được độ tin cậy của mạng.
Truyền dẫn 10 Tbit/s qua một sợi quang đã đạt được trong phòng thí nghiệm. Tuy nhiên, để đạt được điều đó cần phải sử dụng các bộ khuếch đại quang phức tạp hơn. Các bộ khuếch đại quang này bao gồm hai hoặc ba băng tần khuếch đại vì băng thông của bộ khuếch đại bị hạn chế. Để tăng dung lượng truyền dẫn, chúng ta phải đạt được đồng thời hai mục đích: truyền dẫn WDM với hiệu suất phổ cao và đơn giản hóa bộ khuếch đại quang với băng tần khuếch đại được mở rộng hơn.
2. Nguyên tắc chung của thí nghiệm
Thí nghiệm của NTT sử dụng phương thức điều chế khóa dịch pha cầu phương vi sai trở về không nén sóng mang (CSRZ-DQPSK) và các bộ khuếch đại quang có độ rộng băng tần cực rộng. CSRZ-DQPSK là phương thức điều chế sử dụng kết hợp điều chế xung có trở về không (Return to Zero - RZ) nén sóng mang (Carrier Suppressed - CS) với điều chế điều chế pha cầu phương (vuông góc) vi sai. 70 bước sóng với khoảng cách giữa các bước sóng là 100 GHz được điều chế ở tốc độ kênh 111 Gbit/s sử dụng phương thức điều chế CSRZ-DQPSK và sau đó được ghép và khuếch đại trong độ rộng băng tần 7 THz. Thêm vào đó, mỗi tín hiệu 111 Gbit/s được ghép kênh phân chia theo phân cực nên số lượng kênh được tăng lên gấp đôi thành 140 kênh. Do đó dung lượng tổng được tạo ra là 14 Tbit/s (Hình 1). Truyền dẫn qua sợi quang dài 160 km đã thực hiện thành công nhờ sử dụng các bộ khuếch đại quang được phát triển gần đây.
Hình 1. Phổ quang 14 Tbit/s và biểu đồ mắt đã giải điều chế CSRZ-DQPSK sau 160 km
Thí nghiệm này, lần đầu tiên, cho thấy rằng có thể truyền tín hiệu 100 Gbit/s cùng với các byte sửa lỗi trước và các byte mào đầu quản lý của khung OTN qua một khoảng cách dài. Điều này cho phép xây dựng mạng quang dung lượng lớn có tốc độ 10 Tbit/s hoặc hơn
3. Các công nghệ chính
3.1 Phương thức điều chế CSRZ-DQPSK và các công nghệ linh kiện quang điện tử tốc độ cao (Hình 2)
Các công nghệ này cho phép tạo ra tín hiệu WDM mật độ cao (Dense WDM) với tốc độ bit mỗi kênh hơn 100 Gbit/s và truyền chúng qua một khoảng cách lớn. DQPSK là phương thức điều chế pha bốn trạng thái với ưu điểm là hiệu suất phổ cao và độ nhậy thu tốt, cả hai tham số trên đều vượt xa so với phương thức điều chế cường độ thông thường (khóa đóng mở). Việc kết hợp phương thức này với với điều chế xung (CSRZ), phát triển bởi NTT (công ty điện thoại và điện báo Nhật Bản), cho phép cải thiện độ nhậy và truyền dẫn DWDM qua cự ly dài. Để tạo ra tín hiệu CSRZ-DQPSK ở tốc độ bit 100 Gbit/s (hoặc hơn 100 Gbit/s) cần phải vượt qua các vấn đề về cấu trúc phức tạp của khối phát và khó khăn trong việc nâng tốc độ điều chế. Bộ điều chế Lithium niobate (LiO3), kiểu giao thoa kế Mach-Zehnder, đã được sử dụng như một bộ điều chế cường độ nhị phân hoặc điều chế pha. Tuy nhiên do quan hệ giữa điện áp điều khiển và độ rộng băng tần nên gần như không thể nâng tốc độ hoạt động lên tới 100 Gbit/s.
Để vượt qua vấn đề này, NTT đã phát triển mới công nghệ tổ hợp lai ghép, công nghệ này có thể tích hợp nhiều phần tử quang thụ động phức tạp và các ống dẫn sóng quang trong một diện tích nhỏ để tạo ra các vi mạch quang dựa trên silic. Các vi mạch quang này giúp đơn giản hóa cấu trúc và hỗ trợ tốc độ điều chế lên tới 111 Gbit/s.
Trong khi phương thức điều chế cường độ nhị phân thông thường sử dụng một diode tách sóng quang ở phía thu, máy thu DQPSK cần một cặp diode tách sóng quang cân bằng. Cặp diode tách sóng quang này thường được tạo ra nhờ tích hợp hai diode tách sóng quang tốc độ cao. Tuy nhiên, phương thức này gây khó khăn trong việc đạt được đồng thời hoạt động tốc độ cao, độ nhậy cao và hiệu suất chuyển đổi đồng nhất. NTT đã cải tiến cấu trúc của diode tách sóng quang với kết quả là máy thu cân bằng mới có khả năng hoạt động ở tốc độ cao (khoảng 50 GHz) và độ nhậy cao.
Các vi mạch tổ hợp InP có thể hoạt động ở tốc độ khoảng hơn 50 Gbit/s được sử dụng trong các mạch ghép, tách kênh và khối tạo dạng sóng để tạo ra tín hiệu DQPSK tốc độ 111 Gbit/s chất lượng cao.
Hình 2. Phương thức điều chế CSRZ-DQPSK và công nghệ linh kiện tốc độ cao
để đạt được khả năng nén băng tần và độ nhậy cao
3.2 Công nghệ khuếch đại quang băng tần mở rộng
Để khuếch đại tín hiệu 10 Tbit/s hoặc lớn hơn trên đường truyền quang cần phải mở rộng băng tần của bộ khuếch đại quang. Trong khi phần lớn các sợi quang có băng tần vượt quá 10 THz thì các bộ khuếch đại quang thông thường lại có độ rông băng tần chỉ khoảng 4 THz. Điều đó có nghĩa là cần phải chia các kênh thành hai băng (băng C và băng L) hoặc ba băng (băng S, C và L) để khuếch đại mỗi băng một cách riêng rẽ sau đó ghép các băng lại.
NTT đã thành công trong việc mở rộng băng tần của bộ khuếch đại băng L lớn gấp 1,75 lần bộ khuếch đại thông thường (7 THz). Nhờ cải tiến môi trường khuếch đại và cấu trúc của bộ khuếch đại, NTT có thể đạt được đặc tính nhiễu thấp.
Hình 3. Công nghệ mở rộng băng tần khuếch đại trong bộ khuếch đại quang băng L
4. Kế hoạch trong tương lai
NTT đang có kế hoạch xây dựng mạng lõi quang dung lượng lớn cỡ 10 Tbit/s dựa trên cơ sở mạng truyền tải quang vượt trội hơn các mạng hiện tại về mặt kinh tế và chất lượng. Mạng này sẽ thúc đẩy việc hiện thực hóa hệ thống truyền dẫn cự ly dài có thể hỗ trợ truyền tải tín hiệu tốc độ cao với tốc độ kênh vượt quá 100 Gbit/s.
(T.T)
BÀI MỚI NHẤT:
Trang trước
