Mạng cáp quang tiêu chuẩn đạt kỷ lục thế giới về băng thông, vượt qua tổng lưu lượng truy cập internet toàn cầu.

Một nhóm nghiên cứu từ Viện Nghiên cứu Mạng thuộc Viện Công nghệ Thông tin và Truyền thông Quốc gia Nhật Bản (NICT) đã đạt được kỷ lục băng thông thế giới mới với 1,53 Pbit/giây trên một sợi quang có đường kính tiêu chuẩn. Điều này có nghĩa là toàn bộ lưu lượng truy cập internet toàn cầu có thể nằm gọn trong đó.
Một bước đột phá tương tự đã được báo cáo hai tuần trước: băng thông 1,84 Pbit/s đã đạt được với một laser và một chip quang học duy nhất, một giá trị cao hơn so với các công nghệ ICT, nhưng vấn đề là nó vẫn đang trong giai đoạn thử nghiệm. Các chip quang tử đang trong giai đoạn thiết kế; do đó, nghiên cứu về ICT này có thể được triển khai sớm hơn.

01

Công nghệ ghép kênh: đạt băng thông kỷ lục 1,53 Pbit/s
Các nhà nghiên cứu đã đạt được băng thông xấp xỉ 1,53 Pbit/giây bằng cách mã hóa thông tin trên 55 tần số quang khác nhau (một kỹ thuật được gọi là ghép kênh). Băng thông này đủ để truyền tải toàn bộ lưu lượng truy cập internet trên thế giới (ước tính dưới 1 Pbit/giây) thông qua một cáp quang duy nhất — hiệu quả hơn gấp triệu lần so với kết nối gigabit (tốt nhất) mà người bình thường sử dụng.
Công nghệ này hoạt động bằng cách khai thác các tần số ánh sáng khác nhau trên toàn phổ. Vì mỗi "màu" trong phổ (ánh sáng nhìn thấy và không nhìn thấy) đều có tần số riêng, không giống như tất cả các tần số khác, nó có thể mang một luồng thông tin độc lập. Các nhà nghiên cứu đã đạt được hiệu suất quang phổ là 332 bit/giây/Hz (bit mỗi giây trên Hertz), cao gấp ba lần so với thành tích tốt nhất trước đó vào năm 2019, đạt hiệu suất quang phổ là 105 bit/giây/Hz.

02
Thiết lập thí nghiệm: Truyền thông tin băng tần C ở 184 bước sóng khác nhau.
Các nhà nghiên cứu đã truyền thành công thông tin băng tần C trên 184 bước sóng khác nhau: các tần số độc lập, không chồng chéo này được sử dụng để truyền thông tin đồng thời trong cáp quang. Ánh sáng được điều chế để truyền 55 luồng (mẫu) dữ liệu riêng biệt trước khi được gửi qua cáp quang. Sau khi được điều chế (giống như hầu hết các cáp quang hiện đang được sử dụng), nó cần một lõi thủy tinh để mang tất cả dữ liệu. Khi dữ liệu (trải rộng trên 184 bước sóng và 55 chế độ) được gửi đi, bộ thu sẽ giải mã các bước sóng và chế độ khác nhau để thu thập dữ liệu. Trong thí nghiệm, khoảng cách giữa bộ phát và bộ thu được cố định ở mức 25,9 km.

① Nguồn lược quang: 184 sóng mang được tạo ra trong nguồn lược quang. ② Điều chế tín hiệu: Sóng mang được điều chế bằng 16 tín hiệu QAM và phân cực ghép kênh. ③ Tạo tín hiệu song song: Các tín hiệu cho mỗi chế độ được tách ra và độ trễ đường truyền được áp dụng để mô phỏng các luồng dữ liệu độc lập. ④ Bộ ghép kênh chế độ: Mỗi tín hiệu được chuyển đổi thành một chế độ không gian khác nhau và được gửi đến sợi quang 55 chế độ. ⑤ Sợi quang 55 chế độ: Tín hiệu truyền trong sợi quang 55 chế độ dài 25,9 km. ⑥ Bộ tách kênh chế độ: Tại bộ thu, tín hiệu được tách thành từng chế độ không gian và chuyển đổi thành chế độ cơ bản. ⑦ Bộ thu song song tốc độ cao: Tín hiệu đã được tách kênh chế độ được tách kênh theo bước sóng bằng bộ lọc và được chuyển đổi thành tín hiệu điện bởi bộ thu song song đồng bộ. ⑧ Xử lý tín hiệu ngoại tuyến. Xử lý MIMO để loại bỏ nhiễu tín hiệu trong quá trình truyền qua sợi quang.

Kết quả thực nghiệm cho thấy, mặc dù tốc độ truyền dữ liệu giảm nhẹ ở vùng bước sóng dài của băng tần C (khoảng 1565 nm), nhưng tốc độ truyền dữ liệu ổn định và gần như đồng đều được duy trì ở các vùng bước sóng khác, đạt tổng cộng 1,53 Pbit/s sau khi hiệu chỉnh lỗi.