上海交大光纤国重未来光网络团队在光载无线领域合作取得重要进展

　　

近日，区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室的上海交通大学电子信息与电气工程学院电子工程系胡卫生教授未来光网络团队与北京大学电子学院微波光子团队密切合作，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，成功实现了超大容量和超高制式的无线信号前传接入。相关研究成果以“Clone-comb-enabled high-capacity digital-analogue fronthaul with high-order modulation formats”（克隆光梳赋能大容量高阶调制格式数字模拟前传）为题，在线发表于《Nature Photonics》(自然·光子学)。

研究背景

当前，全球数十亿移动终端用户依赖于无线通信和光纤通信的高速信息传输，光纤和无线融合的通信架构成为一个具有挑战性的前沿方向。其中，前传接入作为光纤和无线融合接入的“最后一公里”，直接连接移动终端用户，对无线信号的容量和保真度具有决定性影响。随着无线业务的全球化普及和代际化演进，前传接入带宽和信噪比亟需进一步提高。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偏低和模拟接口信噪比不足的弊端。与此同时，高速相干检测成为光纤通信的主流发展方向。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技术和成本挑战。

创新成果

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，光纤国重两个实验区的研究团队充分发挥各自在光载无线和光频梳技术上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，成功构建了一个具有12通道的数模混合光载无线波分复用链路，并在240 GHz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32.8 Tb/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它技术相比，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)

论文信息

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信息与电气工程学院电子工程系朱逸萧副教授。共同通讯作者为北京大学电子学院解晓鹏助理教授和上海交大电院朱逸萧副教授。上海交通大学未来光网络研究团队胡卫生教授、义理林教授、诸葛群碧副教授、博士研究生徐翌程，北京大学微波光子团队陈章渊教授、胡薇薇教授、博士研究生何必博、林菁菁、刘容玮均参与了研究工作和论文撰写。该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上海实验区（依托上海交通大学）和北京实验区（依托北京大学）合作完成的重要成果。

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41566-023-01273-2

期刊信息：《Nature Photonics》是一本国际同行评议的光学顶级期刊，致力于发表涵盖光的产生、操纵和探测等所有光子学领域的高质量研究成果，2022年影响因子35.0。

作者：

电子信息与电气工程学院

供稿单位：

电子信息与电气工程学院