北京大学电子学院微波光子团队与合作者报道亚Pb/s级6G前传架构

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北京大学电子学院微波光子团队与上海交通大学、浙江大学、中科院半导体所、鹏城实验室等团队密切合作，面对6G时代光载无线接入网容量和信噪比受限的挑战，提出了多维复用-数字模拟混合-自零差相干前传接入架构，实现了超大容量和超高制式的无线信号前传接入。2024年8月5日，相关研究成果以《宽谱光梳赋能亚Pb/s高保真度自零差数字模拟前传》（“High-fidelity sub-petabit-per-second self-homodyne fronthaul using broadband electro-optic combs”）为题，在线发表于《自然·通讯》（Nature Communications）。

论文截图

前传是云无线接入网中连接光核心网和无线基站的关键桥梁。面向6G时代，前传直接连接大型商业中心、高密度生活区，以及海量机器物联场景的数十亿移动终端。针对这一愿景，下一代前传需要提供大量的并行通道，以获得超大带宽、超低时延、超高可靠性的专属用户体验。据思科视觉网络指数预测，全球的移动流量将达到796.8EB，并持续呈指数级增长；与此同时，1024-QAM等超高阶调制格式写入3GPP国际标准，对前传系统的容量和信噪比带来了双重挑战。

多维复用-数字模拟混合-自零差相干的前传接入网架构

为了突破上述瓶颈，联合团队提出了基于空间-波长超级信道的多维复用接入新架构。该架构通过构建多路并行通道实现超大容量、通过数模混合接口突破前传链路的信噪比瓶颈，通过电光梳共享光源线宽特性实现低功耗自零差相干检测，通过多芯光纤共享远端本振降低射频单元侧成本，达到一举多得的目的。

联合团队具体演示了基于三类电光梳的接入架构。第一类基于分立器件的级联电光梳，构建174路相位锁定的空间-波长超级信道，可支持203.6Tb/s的CPRI等效速率，所有通道支持1024-QAM无线信号；与此同时，利用级联型数模混合接口，演示了在百Tb/s级接入容量下，调制格式从256-QAM至1048576-QAM的灵活、大范围扩展。面向更大带宽，联合团队进一步演示了基于高非线性光纤的扩谱电光梳，配合周期性法铂腔滤波器提升信噪比，构建750路超级信道，实现了创纪录的0.879Pb/sCPRI等效速率，可同时支持150,000个5GNR用户的高性能连接，开启Pbit/s前传时代。面向低功耗、小型化基站的发展趋势，联合团队还演示了基于薄膜铌酸锂片上电光梳为光源的前传接入系统，验证了芯片级光源应用在高性能前传系统的可行性。

研究成果对比（研究团队的成果见红色标记）

北京大学电子学院2019级博士毕业生张宸博、上海交通大学电子工程系朱逸萧副教授、北京大学电子学院2022级博士研究生林菁菁是该论文的共同第一作者。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为共同通讯作者。北京大学电子学院微波光子团队陈章渊教授、胡薇薇教授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。近年来，联合研究团队在光载无线接入领域取得了多项重要进展。