Kỹ thuật xử lý tín hiệu mới có thể tăng gấp đôi cự ly truyền dẫn dữ liệu trên hệ thống cáp quang

Một phương pháp xử lý tín hiệu mới qua sợi cáp quang đã được các nhà nghiên cứu phát triển thành công và phương pháp này có thể tăng đáng kể cự ly truyền dẫn dữ liệu không sai sót (error-free) bằng cáp ngầm trên biển mà không cần đến các bộ khuếch đại tín hiệu.

>> Cáp quang nhanh ngang ngửa... tốc độ ánh sáng

>> Đột phá mới trong công nghệ cáp quang

Kỹ thuật xử lý tín hiệu mới làm tăng dung năng của các đường truyền cáp quang

Được biết ngoài khả năng sửa chữa sai sót dữ liệu đang được truyền dẫn qua sợi cáp, kỹ thuật mới còn có thể tăng dung năng của tất cả các đường truyền cáp quang.

Để đáp ứng nhu cầu sử dụng Internet tốc độ cao đang ngày một tăng, các nhà nghiên cứu đã tập trung tăng số lượng các kênh tần số sẵn có trong đó dữ liệu được mã hóa dưới dạng tín hiệu ánh sáng được truyền dẫn thay vì lắp đặt thêm sợi cáp quang. Điều này đã được thực hiện qua một số nghiên cứu như công nghệ mã hoá dữ liệu mới của Trung tâm các thiết bị băng thông siêu cao cho các hệ thống quang (CUDOS) của Úc hay công nghệ hồng ngoại cải tiến của viện Fraunhofer cũng như nhiều phương pháp được thiết kế để khắc phục tình trạng không tuyến tính xảy ra khi tín hiệu được truyền đi quá dài trong sợi cáp quang.

Tuy nhiên, cho dù các kỹ thuật nói trên đã đạt đến giới hạn về khả năng truyền tải và tiếp nhận ánh sáng mà không gây giao thoa với các tín hiệu ánh sáng kế cận thì dữ liệu vẫn bị sai sót biến dạng (distortion error).

Để giải quyết vấn đề này, các nhà nghiên cứu tại đại học London (UCL) đã tạo ra một phương pháp ngăn ngừa giao thoa bằng cách sử dụng một bộ tần số được mã hoá bằng biên độ, pha và tần số đặc biệt để tạo ra một tín hiệu quang học chất lượng cao và dung lượng cực lớn.

Chi tiết hơn, nhóm nghiên cứu đã sử dụng một tia laser để tạo ra một phần tử vận chuyển quang học và đưa phần tử này qua một máy phát tín hiệu lược (comb generator - chiếc máy này có thể tạo ra nhiều tín hiệu đầu vào điều hoà và tín hiệu đầu ra hiển thị dạng quang phổ trên màn hình phân tích khá giống với các răng lược). Từ máy phát, phần tử hình thành 7 tần số khoảng cách đều nhau dưới dạng QAM, cụ thể là một siêu kênh 16 QAM (QAM - Quadrature Amplitude Modulation - điều chế biên độ cầu phương hay điều chế biên độ vuông góc). Tín hiệu siêu kênh sau đó được đưa vào một đầu của sợi cáp quang và được thu lại ở đầu kia với một bộ thu nhận tốc độ cao. Sử dụng kỹ thuật xử lý tín hiệu mới được phát triển đặc thù bởi nhóm nghiên cứu, tín hiệu dữ liệu được truyền đi trong tất cả các kênh được thu nhận vẫn giữ nguyên chất lượng và không bị sai sót.

Tiến sĩ Robert Maher đến từ khoa kỹ thuật điện và điện tử tại UCL cho biết: "Bằng cách loại bỏ sự tác động qua lại giữa các kênh quang học, chúng tôi đã có thể tăng gấp đôi khoảng cách tín hiệu có thể được truyền dẫn mà không gặp sai sót, từ 3190 km đến 5890 km, đây cũng là cự ly lớn nhất đạt được trên kiến trúc hệ thống. Thử thách ở đây là tìm ra một kỹ thuật để thu nhận đồng thời một nhóm các kênh quang học được biết đến với tên gọi siêu kênh bằng một đầu thu duy nhất."

Sử dụng băng thông 70 GHz có sẵn trên một siêu kênh quang học, cự ly truyền dẫn tối đa mà hệ thống đạt được trong thí nghiệm được xác nhận là 5890 km. Đây cũng là cự ly lớn nhất từng đạt được khi khai thác kỹ thuật truyền ngược kỹ thuật số (digital back-propagation - một kỹ thuật bù trừ tất cả các sai sót của sợi cáp trong các hệ thống truyền tải quang học, sử dụng thuật toán truyền ngược kỹ thuật số).

Nối tiếp thành công trong quá trình thử nghiệm phương pháp mới, các nhà nghiên cứu hiện tại đang có ý định tích hợp các kỹ thuật này vào các siêu kênh mật độ dày hơn thường được sử dụng trong các đường truyền như truyền hình cáp kỹ thuật số, modem và kết nối Ethernet.

Giáo sư Polina Bayvel - thành viên nhóm nghiên cứu cho biết: "Chúng tôi rất phấn khích khi thông báo rằng phát hiện quan trọng này sẽ cải thiện đáng kể đường truyền bằng sợi quang. Phương pháp của chúng tôi sẽ tăng hiệu suất truyền dẫn dữ liệu, tăng gần gấp đôi cự ly truyền dẫn có thể đạt được và tiềm năng sẽ tiết kiệm được rất nhiều chi phí trên các hệ thống cáp quang thương mại mới nhất hiện nay. Một trong những thử thách lớn nhất mà chúng tôi phải đối mặt là làm sao duy trì kết nối với nhu cầu Internet đang ngày một bùng nổ và việc khắc phục giới hạn dung năng của các sợi cáp quang là một cách để đối đầu với thử thách này."