混合光学/毫米波接入网中基于多芯光纤传输的50 GHz光学真时延波束成形

近年来全球数据流量大幅增长,这意味着未来的网络接入架构亟待修改。与有线网络相比,无线网络的灵活性使它们在多种情境中更为适用且成本更低。因此,为了不产生容量瓶颈,高容量无线接口必须与光网络集成。毫米波(30-300 GHz)由于其高度可用的带宽资源被视为扩展无线接口容量的主要频段。然而,在这个频段必须使用具有波束控制能力的高增益定向天线,以克服信号在自由空间传播时较大的衰减。

荷兰埃因霍温理工大学(Eindhoven University of Technology)和瑞典泰克公司(Tektronix AB)的研究人员提出,在混合毫米波/光子系统中,光纤真时延波束成形技术是向毫米波天线阵提供波束控制能力的最佳方案。该方案使光分配网络具有高宽带、低损耗和直接集成等特性。传统上,波束成形器网络位于天线单元处。该研究团队则将此功能转移到控制中心,来远程控制波束成形的配置,并将信号的不同副本通过多芯光纤传输到每个阵列单元,以保持不同副本之间的相对时延。该研究团队还测量了信号在多芯光纤中传输超过2 km后的相对延迟,并实验验证了该系统。相关研究结果发表于Chinese Optics Letters 2018年第4期第16卷(Álvaro Morales et al., 50 GHz optical true time delay beamforming in hybrid optical/mm-wave access networks with multicore optical fiber distribution)。

波束成形网络转移到远程控制中心的策略与传统方法完全不同。其主要优势在于对不同天线单元的波束成形器配置进行集中管理,并降低新基站的部署成本。该项研究成果为设计具有集中波束成形能力的混合光学/毫米波接入网提供了工程指导。 荷兰埃因霍温理工大学光子集成技术中心太赫兹系统与指示器系统的Idefonso Tafur Monroy教授指出:“大多数学者认为,下一代无线接入网将依赖于大量无线电台、多天线系统和毫米波通信的部署。该团队提出的想法与这一理念不谋而合。”

今后的研究工作将集中于射频段的端到端设计和波束成形器的可重构性,以使提出的系统便于实现。

A)具有波束成形能力的混合光学/毫米波接入网。 B)具有多芯光纤分布的线性相控天线阵列中光学真时延波束成形的原理。 C)实验装置的示意图。