近期，同屬區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的北京大學(xué)電子學(xué)院微波光子團(tuán)隊(duì)與上海交通大學(xué)電子工程系新型光網(wǎng)絡(luò)研究團(tuán)隊(duì)合作，針對(duì)后5G時(shí)代光載無(wú)線接入網(wǎng)容量和信噪比受限的挑戰(zhàn)，創(chuàng)造性地提出了基于克隆光梳的數(shù)字模擬混合前傳接入架構(gòu)，成功實(shí)現(xiàn)了超大容量和超高制式的無(wú)線信號(hào)前傳接入。2023年8月17日，相關(guān)研究成果以“克隆光梳賦能大容量高調(diào)制格式數(shù)字模擬前傳”(Clone-comb-enabled high-capacity digital-analogue fronthaul with high-order modulation formats)為題，在線發(fā)表于《自然·光子學(xué)》(Nature Photonics)。
文章截圖
當(dāng)前，全球數(shù)十億移動(dòng)終端用戶依賴于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和光纖骨干網(wǎng)的高速信息傳輸，以接入互聯(lián)網(wǎng)。前傳鏈路作為光纖-無(wú)線融合接入的“最后一公里”，被廣泛部署，并直接聯(lián)接移動(dòng)終端用戶，對(duì)無(wú)線信號(hào)的容量和保真度具有決定性影響。隨著無(wú)線業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)展，前傳接入帶寬和信噪比亟需提高。數(shù)?；旌瞎廨d無(wú)線前傳架構(gòu)作為一種新興技術(shù)，可通過(guò)降低有限的帶寬來(lái)實(shí)現(xiàn)信噪比指數(shù)級(jí)提升，兼具數(shù)字和模擬前傳系統(tǒng)各自的優(yōu)勢(shì)，并克服傳統(tǒng)數(shù)字接口頻譜效率低下和模擬接口信噪比不足的弊端。與此同時(shí)，應(yīng)用相干技術(shù)是光通信發(fā)展的大勢(shì)所趨。然而，由于載波相位估計(jì)環(huán)節(jié)的瓶頸，將相干檢測(cè)應(yīng)用于數(shù)字模擬混合光載無(wú)線技術(shù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。
基于克隆光梳的數(shù)?；旌瞎廨d無(wú)線前傳接入網(wǎng)
為了解決相干檢測(cè)應(yīng)用的瓶頸，并在帶寬和信噪比方面同時(shí)實(shí)現(xiàn)數(shù)量級(jí)提升，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)發(fā)揮在光頻梳領(lǐng)域多年積累的研究基礎(chǔ)，提出將克隆光梳應(yīng)用于數(shù)?；旌瞎廨d無(wú)線前傳的思路，即：通過(guò)在遠(yuǎn)端克隆一個(gè)與發(fā)端光梳完全相同的再生光梳，可以直接略去載波相位估計(jì)環(huán)節(jié)，并同時(shí)支持多個(gè)信道的自零差相干檢測(cè)。在此基礎(chǔ)上，成功構(gòu)建了一個(gè)具有12個(gè)通道的數(shù)?；旌瞎廨d無(wú)線波分復(fù)用鏈路，并在240 GHz載波聚合無(wú)線帶寬下實(shí)現(xiàn)了1024-QAM制式信號(hào)的傳輸。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，單通道的1.17 Tb/s通用公共無(wú)線接口等效速率已超過(guò)6G前傳接入網(wǎng)的容量需求。同時(shí)，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)還展示了更高階調(diào)制格式的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，實(shí)現(xiàn)了最高達(dá)65536-QAM制式信號(hào)的傳輸，較典型的模擬接口而言，信噪比提升了600倍以上。通過(guò)理論分析和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證克隆光頻梳的拓展能力，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的32.8 Tb/s前傳接入，可以支持5600個(gè)5G NR用戶同時(shí)使用。與已公開報(bào)道的光載無(wú)線前傳接入領(lǐng)域其他技術(shù)相比，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在帶寬和信噪比方面均取得了數(shù)量級(jí)的提升，位居行業(yè)國(guó)際領(lǐng)先地位。這一突破性成績(jī)意義重大，有望推動(dòng)下一代移動(dòng)接入網(wǎng)的發(fā)展。
65536-QAM制式信號(hào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果和研究成果對(duì)比(研究團(tuán)隊(duì)的成果見紅色和紫色標(biāo)記)
該論文的共同第一作者為北京大學(xué)電子學(xué)院2019級(jí)博士研究生張宸博和上海交通大學(xué)電子工程系副教授朱逸蕭(北京大學(xué)電子學(xué)系2019屆博士畢業(yè)生)。共同通訊作者為電子學(xué)院助理教授解曉鵬和上海交通大學(xué)副教授朱逸蕭。北京大學(xué)微波光子團(tuán)隊(duì)陳章淵教授、胡薇薇教授，及博士研究生何必博、林菁菁、劉容瑋，上海交通大學(xué)新型光網(wǎng)絡(luò)研究團(tuán)隊(duì)胡衛(wèi)生教授、義理林教授、諸葛群碧副教授，及博士研究生徐翌程也參與了研究工作和論文撰寫。該項(xiàng)工作是區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京實(shí)驗(yàn)區(qū)(依托北京大學(xué))和上海實(shí)驗(yàn)區(qū)(依托上海交通大學(xué))合作完成的重要成果。
自2022年9月以來(lái)，聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在光載無(wú)線接入領(lǐng)域還取得了其他多項(xiàng)重要進(jìn)展，并在光通信領(lǐng)域的國(guó)際頂級(jí)會(huì)議European Conference on Optical Communication (ECOC)和Optical Fiber Communication Conference(OFC)上做了報(bào)告。這些進(jìn)展包括單波1024-QAM信號(hào)自零差數(shù)模混合光載無(wú)線前傳架構(gòu)(ECOC Post-deadline Paper, 2022)，基于光梳克隆的自零差數(shù)模混合光載無(wú)線前傳架構(gòu)(OFC Top Scored Paper, 2023),以及基于光梳的波分-空分聯(lián)合復(fù)用數(shù)?；旌瞎廨d無(wú)線前傳架構(gòu)(OFC Post-deadline Paper, 2023)。
上述成果得到國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃、國(guó)家自然科學(xué)基金等支持。
