Hỏi: Đề nghị cho biết nguyên lý cơ bản của kỹ thuật ghép bước sóng quang WDM?

Đáp: WDM là phương thức ghép kênh quang theo bước sóng (Wavelength Division Multiplexing). Thông thường trong tuyến thông tin quang điểm nối điểm, mỗi một sợi dẫn quang cho một tia laser với một bước sóng ánh sáng truyền qua, tại đầu thu, bộ tách sóng quang tương ứng sẽ nhận tín hiệu từ sợi này. Mỗi một sóng laser này mang một số tín hiệu điện với một phổ nhất định. Từ những năm 1980, công nghệ sợi quang có nhiều tiến bộ nên phương thức ghép kênh quang theo bước sóng được ứng dụng trong mạng viễn thông đường trục và quốc tế. ở đây, WDM cho phép ta tăng dung lượng kênh mà không cần tăng tốc độ bit của đường truyền và cũng không dùng thêm sợi dẫn quang.

Hình 1 minh hoạ cấu hình của hệ thống WDM. Trong đó các luồng tín hiệu quang từ các nguồn có các bước sóng khác nhau l1, l2,..., ln được ghép lại nhờ bộ ghép kênh MUX. Bộ ghép MUX phải đảm bảo ít suy hao và không cho sự xuyên nhiễu giữa các luồng. Các luồng tín hiệu sau khi ghép được truyền trên một sợi quang tới phía thu. Trên một tuyến đường có cự ly dài thì chùm sóng quang được khuếch đại nhờ các bộ khuếch đại.

Hình 1

Bộ chia luồng DEM, tại đầu thu sẽ tách các luồng sóng quang l1, l2,..., ln tới các bộ thu Rx tương ứng của từng luồng. Tiếp theo các bộ tách sóng quang trong thiết bị thu Rx, khôi phục lại các tín hiệu điện của từng luồng tương ứng với phía phát.

Như ta đã biết, ghép kênh là biện pháp ghép một số kênh tín hiệu điện thành một luồng chung có dung lượng thông tin lớn hơn. Trong những năm 1960, nói tới các hệ thống thông tin nhiều kênh ta quen nói tới các tín hiệu điện và có 2 cách ghép là ghép theo tần số FDM (trong hệ thống truyền dẫn analog, ta thường quen gọi là kỹ thuật tải ba) và ghép theo thời gian TDM.

Tại đây chúng ta hãy xem xét giữa WDM và FDM có gì giống nhau và khác nhau. Ta biết rằng bước sóng dao động l của ánh sáng là số nghịch đảo của tần số f nên WDM có phần tương tự như FDM tức là phổ tín hiệu phân bố theo trục tần số. Điểm khác nhau là các nguồn phát quang làm việc ở bước sóng nm (nanomet) tương ứng với tần số rất cao (hơn 200.000GHz). Các sóng quang này bị điều chế trực tiếp bởi tín hiệu thông tin điện. Tín hiệu điện này có dải phổ nhất định, nhưng so với dải phổ của nguồn phát quang thì chỉ sử dụng phần rất nhỏ băng tần truyền dẫn của sợi quang. Sơ bộ ta có thể biểu diễn các luồng tín hiệu quang như hình 1b.

Hệ thống truyền dẫn WDM theo hai hướng có thể như hình 2, không quy định phát ở một đầu và thu ở một đầu. Như vậy, ta có thể phát thông tin tại bước sóng l1 theo một luồng đồng thời cũng truyền thông tin theo hướng ngược lại tại bước sóng l2.

Hình 2

Cùng với sự phát triển nhanh chóng của hệ thống thông tin quang, kỹ thuật ghép kênh quang lại xuất hiện kỹ thuật ghép kênh quang theo thời gian OTDM (Optical Time Division Multiplexing) có rất nhiều triển vọng. Một kỹ thuật ghép kênh khác cũng được ứng dụng trong mạng thông tin quang là ghép kênh quang theo tần số OFDM (Optical Frequency Division Multiplexing). Kỹ thuật OFDM cho phép các luồng có tần số mang khác nhau được đồng thời truyền qua và chiếm một dải phổ nhất định trong luồng sóng ánh sáng. Công nghệ OFDM đang được triển khai thực nghiệm, số kênh có thể ghép trong một luồng quang có thể tới hàng trăm. OFDM được coi như là biện pháp ghép quang có mật độ dày đặc. Mỗi một kênh thông tin có tốc độ lớn hơn 1Gbyte nhờ ghép kênh quang theo tần số OFDM ta có thể thiết lập được tốc độ truyền dẫn cao hơn 1Tbit/s (1Tera=103Giga). Ghép theo WDM đã ảnh hưởng sâu sắc đến cấu trúc của hệ thống thông tin quang. Nó cho phép khai thác một cách đơn giản và kinh tế lượng thông tin vào một sợi quang đơn mode trên cự ly dài và tăng độ mềm dẻo của cấu trúc phân phối. Những đường truyền dẫn thử nghiệm đã đạt được tốc độ lưu lượng 160Gbit/s phân phối trên 8 kênh ghép theo bước sóng.

Hơn nữa, ghép theo WDM không chỉ giảm bớt ảnh hưởng của tán sắc mà còn chống được tổn hao do phân cực. Các hệ thống thông tin quang hiện đại có sử dụng bộ khuếch đại quang để ghép nhiều kênh theo WDM. Nếu với lưu lượng là 2,5Gbit/s, ghép theo WDM từ 8 đến 16 luồng thì ta thực hiện được một đường thông tin quang với lưu lượng là 20Gbit/s đến 40Gbit/s trên một sợi đơn mode mà vẫn dùng lại được các thiết bị ghép kênh và phân kênh hiện có. Nói một cách khác, WDM cho phép tăng tích số lưu lượng nhân với cự ly trên một sợi quang.