Có thể nói, Nhật Bản là cường quốc hàng đầu thế giới của ngành công nghiệp quang tử, trong đó có ngành viễn thông quang đang trên đà phát triển mạnh mẽ. Bài viết này tóm tắt những hoạt động chính trong nghiên cứu và phát triển của mạng viễn thông quang thế hệ mới ở nước này [1]. Đồng thời đề cập đến những chính sách hỗ trợ của nhà nước Nhật trong việc thúc đẩy quá trình triển khai của FTTx.

Giới thiệu

Mặc cho sự khủng hoảng của thị trường thiết bị viễn thông trên thế giới trong những năm đầu của thế kỉ 21, lượng tin truyền tải qua Internet đang phát triển ngày một mạnh hơn với tốc độ chóng mặt. Điều này có thể được lí giải bởi ba yếu tố: sự tăng trưởng của các nội dung trực tuyến có dung lượng lớn (như phim, ảnh, âm nhạc...), sự phổ biến rộng rãi của các mạng Access băng thông rộng, và cuối cùng là việc giá thành giảm.

Thực tiễn mạng viễn thông quang băng thông rộng ở Nhật được làm nổi bật bởi sự tăng trưởng nhanh chóng của số lượng đăng kí dịch vụ FTTH (Fiber-To-The-Home). Các chương trình nghiên cứu và phát triển (Research & Development - R&D) cho mạng viễn thông thế hệ mới đang được triển khai mạnh mẽ ở các khối công nghiệp, các trường đại học và các viện nghiên cứu của chính phủ.

Tổng quan

Trong 10 năm trở lại đây, chính phủ Nhật Bản chủ động giữ vai trò chỉ đạo trong việc phát triển khoa học và công nghệ. Một kế hoạch phát triển (Science and Technology Basic Plan - S&T Plan) được định từ ra năm 1996 với những kế hoạch năm năm cho chiến lược R&D. Kế hoạch này bao phủ hầu hết các lĩnh vực, trong đó công nghệ thông tin và viễn thông được nằm trong top 8 các lĩnh vực ưu tiên trong hai S&T Plan đầu tiên (FY1996 và FY2001), và nằm trong top 4 các lĩnh vực ưu tiên của kế hoạch năm năm lần thứ ba (FY2006).

Theo các chính sách cấp quốc gia, chính phủ Nhật đề ra kế hoạch "e-Japan Strategy" để xây dựng cơ sở hạ tầng viễn thông bắt đầu từ FY2001 (Hình 1). Mục tiêu của kế hoạch này là trở thành quốc gia dẫn đầu thế giới về cơ sở hạ tầng viễn thông vào năm 2005, và mục tiêu này đã thành công mĩ mãn. "e-Japan Strategy" được nối tiếp bởi "u-Japan Strategy", thành tố "u-" ám chỉ "ubiquitous" có nghĩa là "khắp nơi". Kế hoạch này có mục tiêu đưa Nhật Bản trở thành một cường quốc dẫn đầu thế giới về triển khai mạng và dịch vụ viễn thông thế hệ mới vào năm 2010. Theo báo cáo "Next-Generation Broadband Concept 2010" của Bộ nội vụ và truyền thông (Ministry of Internal Affaires and Communications - MIC) [2], NTT (Nippon Telegraph and Telephone)-- tập đoàn viễn thông Nhật Bản công bố chiến lược phát triển trung hạn với mục tiêu "30 triệu đăng kí mạng quang vào năm 2010" [3].

Với những cố gắng này, số lượng đăng kí mạng băng thông rộng ở Nhật tăng lên nhanh chóng từ năm 2001 (Hình 2). Sự tăng trưởng của FTTH được dự tính kéo dài ổn định đến ít nhât là năm 2010.

Các hoạt động R&D trong các trường đại học

Sự tăng trưởng của mạng băng thông rộng tạo áp lực lớn cho việc phát triển khả năng đường truyền và khả năng xử lí dữ liệu. Theo các chương trình phát triển của chính phủ, các bộ ngành Nhật Bản cùng đổ vốn đầu tư vào phát triển ngành viễn thông và các ngành liên quan.

Nhiều lĩnh vực nghiên cứu được chú trọng liên quan đến mạng viễn thông quang thế hệ mới. Như công nghệ truyền thông với tốc độ siêu cao qua sợi quang (Ultra-high-speed optical fiber transmission technology) bằng phương pháp biến đổi Fourier theo miền thời gian ở Đại học Tohoku. Công nghệ này cho phép truyền tín hiệu quang ở tốc độ 40 hay 160 Gbps mà không làm biến dạng tín hiệu. Các nghiên cứu về mạng viễn thông quang tử được thực hiện bởi đại học Tokyo, dưới sự hợp tác với các trường đại học và công ty công nghiệp khác. Chương trình nghiên cứu này tập trung vào các thiết bị viễn thông quang thế hệ mới, như: bộ chuyển mạch quang (optical switch) mới dùng các bộ khuyếch đại quang dùng điểm lượng tử bán dẫn (Quantum Dot - Semiconductor Optical Amplifier), tinh thể quang tử (photonic crystal), bộ chuyển mạch WDM (Wavelength Division Multiplexing), Optical Add-Drop Multiplexing,...

Mới đây nhất là dự án INGOC (Innovation for New-Generation Optical Communications) của Bộ giáo dục, văn hóa, thể thao, khoa học và công nghệ (Ministry of Education, Culture, Sports, Science and Technology - gọi tắt là MEXT), với sự tham gia của Đại học Osaka, Đại học National Yokohama, Đại học Tokyo, Học viện công nghệ Tokyo, và nhiều Đại học khác. Dự án này nhằm tạo ra một lĩnh vực khoa học và công nghệ hoàn toàn mới, và nhằm nâng cao khả năng truyền thông tin cũng như xử lí thông tin nhờ những phát minh mang tính đột phá trong thiết bị quang tử (Hình 3).

Những hoạt động R&D trong công nghiệp

NTT đã công bố chiến lươc phát triển trung hạn vào năm 2004 [4], một trong những mục tiêu quan trọng của chiến lược này là đạt "30 triệu đăng kí mạng quang vào năm 2010" [3]. Để đạt được những mục tiêu này, một phạm vi rộng các lĩnh vực R&D đã được khởi động, như các bộ lọc quang (optical filter), bộ chia tín hiệu quang (optical spliter) dùng các mạch quang phẳng (planar lightwave circuit - PLC), sợi quang cho các mạng Access, optical add-drop multiplexers, các bộ định tuyến quang theo bước sóng(optical wavelenght routers) cho mạng core networks, và các ứng dụng khác [5].

Các lĩnh vực nghiên cứu cao cấp như an ninh hệ thống truyền thông bằng mật mã lượng tử (Quantum Cryptography) bởi NEC [6], Laser điểm lượng tử bán dẫn (Quantum Dot Laser) bởi các phòng thí nghiệm của Fujitsu [7], và xử lí tín hiệu toàn quang (All Optical Signal Processing) bởi các phòng thí nghiệm của KDDI [8].

Kết luận

Với những nỗ lực của chính phủ, của nền khoa học công nghệ trong nước, ngành công nghiệp viễn thông quang của Nhật Bản giờ đây đã có được sự phát triển khá toàn diện, từ vật liệu, đến thiết bị và hệ thống. Kết quả nghiên cứu mới đây cho thấy, Nhật Bản là nước đứng thứ ba thế giới về triển khai FTTx với 16,3 % số hộ dân (sau Hồng Kông và Hàn Quốc theo nghiên cứu của FTTH Council tháng 06/2007), và là nước chiếm thị phần ngành quang tử lớn nhất thế giới với 32 % (theo nghiên cứu của Photonic21).

Tham khảo

[1] Kohroh Kobayashi, "R&D on Next-Generation Optical Communications and Broadband Access in Japan", European Conference on Optical Communication, We 1.1.1, 2006.

[2] MIC Press release 2005.

[3] O. Yamaguchi, NTT Tech. Rev. 4(2006).

[4] N. Wada, NTT Tech. Rev., 3 (2005).

[5] NTT Photonics Labs http://www.phlab.ecl.ntt.co.jp/eng/index.html

[6] NEC Japan http://www.nec.co.jp/rd/Eng/Topics/index.html

[7] Fujitsu Labs http://www.fujitsu.com/global/news/awards/labs/20060912qdlaser.html

[8] KDDI Labs http://www.kddi.com/english/corporate/r_and_d/index.html