北京大学电子学院微波光子团队与合作者在光载无线领域取得重要进展

编者按

近期，同属区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室的北京大学电子学院微波光子团队与上海交通大学电子工程系新型光网络研究团队合作，针对后5G时代光载无线接入网容量和信噪比受限的挑战，创造性地提出了基于克隆光梳的数字模拟混合前传接入架构，实现了超大容量和超高制式的无线信号前传接入。8月17日，相关研究成果以《克隆光梳赋能大容量高调制格式数字模拟前传》(“Clone-comb-enabled high-capacity digital-analogue fronthaul with high-order modulation formats”)为题，在线发表于《自然·光子学》(Nature Photonics)。

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当前，全球数十亿移动终端用户依赖于无线网络和光纤骨干网的高速信息传输，以接入互联网。前传链路作为光纤-无线融合接入的“最后一公里”，被广泛部署，并直接联接移动终端用户，对无线信号的容量和保真度具有决定性影响。随着无线业务的不断扩展，前传接入带宽和信噪比亟需提高。数模混合光载无线前传架构作为一种新兴技术，可通过降低有限的带宽来实现信噪比指数级提升，兼具数字和模拟前传系统各自的优势，并克服传统数字接口频谱效率低下和模拟接口信噪比不足的弊端。与此同时，应用相干技术是光通信发展的大势所趋。然而，由于载波相位估计环节的瓶颈，将相干检测应用于数字模拟混合光载无线技术面临着巨大的挑战。

基于克隆光梳的数模混合光载无线前传接入网

为了解决相干检测应用的瓶颈，并在带宽和信噪比方面同时实现数量级提升，联合研究团队发挥在光频梳领域多年积累的研究基础，提出将克隆光梳应用于数模混合光载无线前传的思路，即：通过在远端克隆一个与发端光梳完全相同的再生光梳，可以直接略去载波相位估计环节，并同时支持多个信道的自零差相干检测。在此基础上，他们构建了一个具有12个通道的数模混合光载无线波分复用链路，并在240GHz载波聚合无线带宽下实现了1024-QAM制式信号的传输。实验结果表明，单通道的1.17 Tb/s通用公共无线接口等效速率已超过6G前传接入网的容量需求。同时，联合研究团队还展示了更高阶调制格式的实验结果，实现了最高达65536-QAM制式信号的传输，较典型的模拟接口而言，信噪比提升了600倍以上。通过理论分析和实验验证克隆光频梳的拓展能力，联合研究团队实现了创纪录的32.8Tb/s前传接入，可以支持5600个5G NR用户同时使用。与已公开报道的光载无线前传接入领域其他技术相比，联合研究团队在带宽和信噪比方面均取得了数量级的提升，位居行业国际领先地位。这一突破性成绩意义重大，有望推动下一代移动接入网的发展。

65536-QAM制式信号实验结果和研究成果对比(研究团队的成果见红色和紫色标记)

文章信息

该论文的共同第一作者为北京大学电子学院2019级博士研究生张宸博和上海交通大学电子工程系副教授朱逸萧（北京大学电子学系2019届博士毕业生）。共同通讯作者为电子学院助理教授解晓鹏和朱逸萧。北京大学微波光子团队陈章渊教授、胡薇薇教授及博士研究生何必博、林菁菁、刘容玮，上海交通大学新型光网络研究团队胡卫生教授、义理林教授、诸葛群碧副教授及博士研究生徐翌程也参与了研究工作和论文撰写。这项工作是区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室北京实验区（依托北京大学）和上海实验区（依托上海交通大学）合作完成的重要成果。

自2022年9月以来，联合研究团队在光载无线接入领域还取得了其他多项重要进展，并在光通信领域的国际顶级会议European Conference on Optical Communication（ECOC）和Optical Fiber Communication Conference（OFC）上作了报告。这些进展包括单波1024-QAM信号自零差数模混合光载无线前传架构（ECOC Post-deadline Paper, 2022），基于光梳克隆的自零差数模混合光载无线前传架构（OFC Top Scored Paper, 2023）, 以及基于光梳的波分-空分联合复用数模混合光载无线前传架构（OFC Post-deadline Paper, 2023）。

上述成果得到国家重点研发计划、国家自然科学基金等支持。

来源：北京大学电子学院、北京大学新闻网

转自：“北大科研”微信公众号

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