Kỹ thuật ghép kênh truyền dẫn sợi quang
Trong truyền thông cáp quang, ghép kênh được coi là phương tiện chính để mở rộng kỹ thuật mạng cáp quang hiện có. Do dữ liệu quang học có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các kích thước vật lý khác nhau, chẳng hạn như thời gian, tần số, không gian, cực tính, v.v., nên có thể sử dụng các kỹ thuật ghép kênh khác nhau để tăng khả năng mang dữ liệu của một sợi quang. Hiện tại, một số kỹ thuật ghép kênh đã được sử dụng trong tiến trình đổi mới quang học và một số phương pháp được cho là có tiềm năng mang lại nhiều cải tiến hơn trong việc tăng tốc nhiều thông tin hơn. Bài viết này sẽ thảo luận về hai kỹ thuật ghép kênh chính - ghép kênh phân chia bước sóng (WDM) và ghép kênh phân chia thời gian quang (OTDM) - được sử dụng và các kỹ thuật ghép kênh tiềm năng - ghép kênh phân chia không gian (SDM) và ghép kênh phân chia sóng mang con - đã được sử dụng rộng rãi trong giao tiếp quang.
Kỹ thuật ghép kênh hiện tại đang sử dụng
Hiện tại các công nghệ ghép kênh đã sử dụng nhiều kích thước để tăng dung lượng hệ thống truyền dẫn quang trên một băng thông cố định. Hai phương thức chính là WDM và OTDM.
Ghép kênh bước sóng
WDM là một trong những kỹ thuật ghép kênh giúp tăng băng thông bằng cách ghép nhiều loại tín hiệu sóng mang khác nhau lên một sợi quang bằng cách sử dụng các bước sóng khác nhau. Mỗi tín hiệu ở bước sóng WDM không phụ thuộc vào bất kỳ giao thức và tốc độ nào. Công nghệ WDM cho phép truyền thông hai chiều đồng thời qua một sợi quang. Nền tảng của WDM đơn giản hóa mạng thành một mạng cáp quang ảo duy nhất thay vì sử dụng nhiều dạng tín hiệu với các sợi và dịch vụ khác nhau. Theo cách này, WDM tăng băng thông và giảm chi phí mạng bằng cách giảm các sợi cần thiết. Có hai mẫu bước sóng khác nhau của các hệ thống WDM, thô (CWDM) và dày đặc (DWDM). CWDM và DWDM dựa trên cùng một khái niệm sử dụng nhiều bước sóng ánh sáng trên một sợi quang, nhưng khác nhau về khoảng cách của bước sóng, số kênh và khả năng khuếch đại tín hiệu được ghép trong không gian quang. Trong hệ thống WDM, các tín hiệu quang khác nhau được kết hợp (ghép kênh) với nhau ở một đầu của sợi quang và được tách (tách kênh) thành các kênh khác nhau ở đầu kia.
WDM sóng mang thường được coi là một kỹ thuật tương tự của ghép kênh phân chia tần số, thường áp dụng cho sóng mang. Tuy nhiên, không có sự khác biệt thiết yếu giữa chúng vì chúng truyền đạt cùng một thông tin.
Ghép kênh phân chia thời gian quang
OTDM là một kỹ thuật ghép kênh về cơ bản ghép một số kênh quang tốc độ bit thấp trong miền thời gian. Một số kênh quang tốc độ thấp được ghép vào một chu kỳ đồng hồ điện cố định, do đó làm tăng tốc độ truyền. Mỗi tín hiệu được truyền qua một kênh liên lạc duy nhất bằng cách chia khung thời gian thành các khe - một khe cho mỗi tín hiệu tin nhắn. Dựa trên thời gian, mỗi kênh tốc độ thấp được phân bổ cho một vị trí cụ thể, tại đó kênh hoạt động ở chế độ đồng bộ. Điều đó có nghĩa là, bộ ghép kênh và bộ tách kênh được đồng bộ hóa kịp thời và đồng thời chuyển sang kênh tiếp theo.
Thông thường độ rộng xung quang được rút ngắn để ghép nhiều kênh hơn trong khoảng thời gian đồng hồ cố định. Ngoài ra, độ rộng xung rút ngắn có thể làm giảm nhiễu xuyên âm giữa các kênh do có nhiều khoảng trống hơn trong tốc độ bit. Tuy nhiên, độ rộng xung ngắn dẫn đến sự phân tán nặng khi khoảng cách di chuyển tăng. Do đó, kỹ thuật bù xung biến đổi và độ dốc phân tán cần được sử dụng để giảm hiệu ứng phân tán trên OTDM.
Kỹ thuật ghép kênh tiềm năng trong tương lai
Mặc dù hai kỹ thuật ghép kênh ở trên đã được sử dụng trong giao tiếp quang để tối ưu hóa hiệu suất của sợi quang, nhưng vẫn còn những hạn chế của các công nghệ hiện tại và với nhu cầu dữ liệu tăng liên tục, cần có kỹ thuật ghép kênh mới.
Ghép kênh không gian
SDM là một công nghệ sử dụng kích thước không gian để phân phối các luồng dữ liệu khác nhau đồng thời bằng cách tạo các kênh không gian song song. Công nghệ này thường được sử dụng trong hệ thống đa đầu ra (MIMO) đa đầu vào. MIMO kết hợp ít nhất hai ăng ten ở phía máy phát và ít nhất hai ăng ten ở phía máy thu. Và xử lý tín hiệu MIMO đã được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền dẫn quang kết hợp hiện tại với ghép kênh phân chia phân cực (PDM) trên các sợi đơn mode tiêu chuẩn. Người ta tin rằng bằng cách áp dụng các chiến lược sử dụng sợi đa lõi và chế độ đa biến, có thể đạt được khoảng cách truyền đường dài và tốc độ dữ liệu tốc độ cao với SDM mật độ cao.
Phần kết luận
Trong số tất cả các công nghệ ghép kênh, WDM được sử dụng rộng rãi nhất trong giao tiếp quang. Vì các kỹ thuật ghép kênh khác nhau có những hạn chế ở một số khía cạnh, nên thường sử dụng nhiều hơn một kỹ thuật trong mạng cáp quang để có hiệu suất truyền tốt nhất.
