面向5G和B5G的高效模拟光载无线移动前传关键技术研究

Due to its high spectral efficiency, analog radio-over-fiber mobile fronthaul (A-RoF MFH) is able to overcome the data-rate bottleneck involved in the digital RoF (D-RoF) MFH, and thus become a hot research topic in current optical fiber communications. However, some of key technical issues are still obstructing the A-RoF MFH development, including the channel aggregation-induced high computational complexity, high-cost directly modulated lasers and the limited budgets of the signal to noise ratio over the links. To resolve the above-mentioned issues, this project innovatively proposes the digital orthogonal filtering-based channel aggregation, colorless weak-resonant cavity Fabry–Perot laser diodes (WRC-FPLDs) and the phase modulation in the digital domain. Meanwhile, the theoretical investigations, optimum designs and experimental demonstrations are undertaken of the digital orthogonal filtering techniques with low computational complexity, self-seed WRC-FPLD-based colorless optical transmitters, and the high-performance schemes of phase modulation and demodulation. Afterwards, a low-latency and high-fidelity A-RoF MFH is achievable, which can support ≥48 component carriers to transmit over a 20-km single mode fiber. The studies of this project are extremely significant for driving the A-RoF MFH development and also making our country to be leading the world in the 5G and B5G evolutions, occupying the technical height and obtaining the independent intellectual property rights.

模拟光载无线移动前传（A-RoF MFH）由于具有高频谱效率的特点，能够解决传统数字光载无线（D-RoF）MFH面临的数据速率瓶颈问题，已成为当前光纤通信领域的研究热点。然而，信道聚合的高运算复杂度、高成本的直调光源和有限的链路信噪比预算等关键技术问题仍阻碍着A-RoF MFH的发展。为解决上述问题，本项目创新性地提出基于数字正交滤波的信道聚合、无色的弱共振腔法布里-珀罗激光器（WRC-FPLD）和数字域相位调制方法。同时，本项目将对低运算复杂度的数字正交滤波技术、基于自注入WRC-FPLD的无色光发射机和高性能的相位调制解调方案进行深入理论研究、优化设计和实验验证。进而在实验上实现低时延高保真的A-RoF MFH，能够支持≥48个载波单元在单模光纤中传输20公里。项目的研究对推动A-RoF MFH发展，使我国在5G和B5G的演进中走在世界前列，占领制高点，取得自主知识产权均具有重要意义。

模拟光载无线移动前传（A-RoF MFH）能够解决传统数字光载无线（D-RoF）MFH面临的数据速率瓶颈问题，但是信道聚合缺乏灵活性、有限的链路信噪比预算和亟待提高的物理层安全性等关键技术问题仍阻碍着A-RoF MFH的发展。本项目紧紧围绕解决上述问题而展开，主要研究内容包括：.(1) 基于数字正交滤波的信道聚合技术和算法研究：提出了基于数字正交滤波信道聚合技术的A-RoF MFH体系架构。对该架构进行了理论分析、数值仿真和实验验证，进而获得最佳的数字滤波器设计指南。其次，针对A-RoF MFH与传统通用公共无线接口的兼容问题，提出了满足3GPP标准的控制字和无线基带信号同步传输方案。最后，研究了数字正交滤波信道聚合信号在强度调制直接检测（IMDD）网络节点的上/下路调度灵活性和鲁棒性，表明了基于数字正交滤波的信道聚合技术在云接入网中的巨大应用潜力。.(2) 模拟IMDD光链路中数字相位调制/解调与保密传输研究：针对A-RoF MFH中无线基带信号SNR劣化的问题，提出了数字域相位调制方案，有效降低幅度调制导致的SNR代价。提出一种新的多路宽带复杂激光混沌信号产生方案，可以提高A-RoF MFH的信息保密性。针对传统混沌光通信所面临的传输速率和安全性限制，提出了基于混沌同步调控的多信道混叠加密通信方案。.(3) 基于轨道角动量（OAM）模式的光传输技术研究：提出了一种新颖的涡旋阵列相位光栅构建方案，可灵活产生功率可控的涡旋阵列。提出通过控制传统OAM光束的径向相位分布产生环形艾里轨道角动量光束，进而提高传输性能。提出了多OAM模式发射分集技术，有效减轻光信号的信道损伤。. 通过本项目的资助，项目组在A-RoF MFH的信道聚合灵活性、背向兼容性、抗噪声性和安全性，以及基于OAM模式的光传输技术等方面取得了重要研究成果，成功申请自然科学基金青年项目2项，发表论文17篇，申请发明专利2项。目前相关研究还在继续，在未来2-3年还将有后续研究成果推出。