近期，同屬區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室的北京大學(xué)電子學(xué)院微波光子團隊與上海交通大學(xué)電子工程系新型光網(wǎng)絡(luò)研究團隊合作，針對后5G時代光載無線接入網(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)，實現(xiàn)了超大容量和超高制式的無線信號前傳接入。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)。

當(dāng)前，全球數(shù)十億移動終端用戶依賴于無線網(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-無線融合接入的“最后一公里”，被廣泛部署，并直接聯(lián)接移動終端用戶，對無線信號的容量和保真度具有決定性影響。隨著無線業(yè)務(wù)的不斷擴展，前傳接入帶寬和信噪比亟需提高。數(shù)�；旌瞎廨d無線前傳架構(gòu)作為一種新興技術(shù)，可通過降低有限的帶寬來實現(xiàn)信噪比指數(shù)級提升，兼具數(shù)字和模擬前傳系統(tǒng)各自的優(yōu)勢，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，應(yīng)用相干技術(shù)是光通信發(fā)展的大勢所趨。然而，由于載波相位估計環(huán)節(jié)的瓶頸，將相干檢測應(yīng)用于數(shù)字模擬混合光載無線技術(shù)面臨著巨大的挑戰(zhàn)。

基于克隆光梳的數(shù)�；旌瞎廨d無線前傳接入網(wǎng)

為了解決相干檢測應(yīng)用的瓶頸，并在帶寬和信噪比方面同時實現(xiàn)數(shù)量級提升，聯(lián)合研究團隊發(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無線前傳的思路，即：通過在遠端克隆一個與發(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環(huán)節(jié)，并同時支持多個信道的自零差相干檢測。在此基礎(chǔ)上，他們構(gòu)建了一個具有12個通道的數(shù)模混合光載無線波分復(fù)用鏈路，并在240GHz載波聚合無線帶寬下實現(xiàn)了1024-QAM制式信號的傳輸。實驗結(jié)果表明，單通道的1.17 Tb/s通用公共無線接口等效速率已超過6G前傳接入網(wǎng)的容量需求。同時，聯(lián)合研究團隊還展示了更高階調(diào)制格式的實驗結(jié)果，實現(xiàn)了最高達65536-QAM制式信號的傳輸，較典型的模擬接口而言，信噪比提升了600倍以上。通過理論分析和實驗驗證克隆光頻梳的拓展能力，聯(lián)合研究團隊實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的32.8Tb/s前傳接入，可以支持5600個5G NR用戶同時使用。與已公開報道的光載無線前傳接入領(lǐng)域其他技術(shù)相比，聯(lián)合研究團隊在帶寬和信噪比方面均取得了數(shù)量級的提升，位居行業(yè)國際領(lǐng)先地位。這一突破性成績意義重大，有望推動下一代移動接入網(wǎng)的發(fā)展。

65536-QAM制式信號實驗結(jié)果和研究成果對比(研究團隊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朱逸蕭。北京大學(xué)微波光子團隊陳章淵教授、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)研究團隊胡衛(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。這項工作是區(qū)域光纖通信網(wǎng)與新型光通信系統(tǒng)國家重點實驗室北京實驗區(qū)（依托北京大學(xué)）和上海實驗區(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，聯(lián)合研究團隊在光載無線接入領(lǐng)域還取得了其他多項重要進展，并在光通信領(lǐng)域的國際頂級會議European Conference on Optical Communication（ECOC）和Optical Fiber Communication Conference（OFC）上作了報告。這些進展包括單波1024-QAM信號自零差數(shù)模混合光載無線前傳架構(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無線前傳架構(gòu)（OFC Post-deadline Paper, 2023）。

上述成果得到國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金等支持。

相關(guān)鏈接：https://www.nature.com/articles/s41566-023-01273-2