這些年的光通信技術

佚名

近年來隨著智能化的發(fā)展，一大批企業(yè)紛紛涉足通信行業(yè)，希望在通信市場中分得一杯羹。隨著越來越多的通信企業(yè)對行業(yè)應用領域的不斷發(fā)掘與拓展，各類前沿通信技術正在逐漸進入人們的日常生活。

5G信道編碼技術

靜止和移動場景、短包和長包場景的外場測試增益穩(wěn)定性能優(yōu)異，與高頻毫米波頻段上的組合測試實現(xiàn)了高達27Gbps的業(yè)務速率。5G要實現(xiàn)的10Gbps甚至20Gbps的峰值速率、千億的連接、1毫秒的時延能力，必須以革命性的基礎技術創(chuàng)新來提升網(wǎng)絡性能。

高效信道編碼技術以盡可能小的業(yè)務開銷增加信息傳輸?shù)目煽啃?，信道編碼效率的提升將直接反映到頻譜效率的改善。構造可達到信道容量或者可逼近信道容量（Shannon限）的信道編碼方法，以及可實用的線牲復雜度的譯碼算法一直是信道編碼技術研究的目標。

芯片光傳輸

頻寬密度增加10至50倍研究

半導體技術的精進讓芯片可執(zhí)行更多運算，但卻無法增加芯片間通訊的頻寬。目前芯片傳輸所消耗的功率已超過芯片功耗預算的20%，這項新技術在低功耗的情況下改善一個數(shù)量級的芯片通信頻寬，替目前面臨瓶頸的電晶體技術立下新的里程碑。使用光學元件進行芯片到記憶體的傳輸將可降低功耗并增加時脈，未來還可能協(xié)助達到百萬兆等級（Exascale）的運算。

光子神經(jīng)形態(tài)芯片

利用光子解決了神經(jīng)網(wǎng)絡電路速度受限這一難題。神經(jīng)網(wǎng)絡電路已在計算領域掀起風暴，科學家希望制造出更強大的神經(jīng)網(wǎng)絡電路，其關鍵在于制造出能像神經(jīng)元那樣工作的電路或稱神經(jīng)形態(tài)芯片，但此類電路的主要問題是要提高速度。

光子計算是計算科學領域的“明日之星”，與電子相比，光子擁有更多帶寬，能快速處理更多數(shù)據(jù)。但光子數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)制造成本較高，因此一直未被廣泛采用。

所以這將開啟一個全新的光子計算產(chǎn)業(yè)，硅光子神經(jīng)網(wǎng)絡可能會成為更加龐大的、可以擴展信息處理的硅光子系統(tǒng)家族的“排頭兵”。

利用城市現(xiàn)有光纖

實現(xiàn)遠距離量子傳輸技術

這是首次在現(xiàn)有的城市光纜中實驗量子傳輸。此前研究人員僅僅能夠在實驗室環(huán)境下實現(xiàn)這一距離的量子傳送，通過量子傳送的方式可以實現(xiàn)加密信息的絕對安全傳輸，其允許信息發(fā)送者將“無形信息”發(fā)送給接受者，而在量子網(wǎng)絡上是無法實現(xiàn)信息攔截的。

在實驗室外進行量子傳輸，涉及到一系列問題，是一個全新的挑戰(zhàn)，該實驗克服了這些問題，是未來量子互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的一個重要里程碑。

光纖傳輸技術

可供全球48億人通話

隨著AR/VR、4K高清等技術不斷涌現(xiàn)，在互聯(lián)網(wǎng)+、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、云計算、智慧城市等多個產(chǎn)業(yè)領域都依賴海量數(shù)據(jù)的高速傳輸，這就需要底層的信息高速公路越寬越好。多芯單模技術，就好比在一根光纖中開辟了多條并行道路，讓總運力大為提升。

芯片到芯片通信技術

該項目引入硅光電技術和WDM作為提升容量、降低功耗的路由機制，將分別在光引擎級和板級實現(xiàn)1.6Tb/s和25.6Tb/s的吞吐量。在服務器機架設計中采用芯片到芯片通信是目前高端服務器產(chǎn)業(yè)發(fā)展的熱點，可以有效增加數(shù)據(jù)吞吐能力，并減少物理空間、網(wǎng)絡復雜度、開關及線纜的用量和能耗。

最高密度光纖傳輸技術

這一研發(fā)打破了光纖芯線的傳輸容量界限，在全球范圍內(nèi)開展起來。但若考慮實際可利用的光纖直徑的上限和芯線彎曲度分布控制性等問題，不僅芯線數(shù)量增加，如果模塊數(shù)量增加的話，1根光纖超越50個隧道相對比較困難。

NTT等公司將通過這項研究，隨著今后數(shù)據(jù)通信量的增加，多貝脫比特處，其1000倍的檢測點方面也可滿足信賴性較高的光纖，實現(xiàn)道路的開通。此次研發(fā)的光纖，將于2020年推向?qū)嵱没诔掷m(xù)增加的數(shù)據(jù)通信需求方面，有望持續(xù)滿足光纖傳輸基礎。

光子集成多光子糾纏量子態(tài)以及片上光頻梳研究

此次研究在Si3N4微環(huán)內(nèi)成功實現(xiàn)了可見光光頻梳，得到跨越S-C-L三個通信波段的頻率間隔為200GHz的糾纏光子對。這在大規(guī)模集成的片上糾纏光子源已成為量子應用技術發(fā)展的迫切需求。

該研究開創(chuàng)了片上產(chǎn)生和控制復雜量子態(tài)的時代，并提供了一個可規(guī)?；傻墓饬孔有畔⑻幚砥脚_。該工作是繼片上并行預報（Heraled）單光子源和片上交叉偏振糾纏光子對之后在光子集成片上量子光學研究上的又一重要進展。

光纖傳輸速率突破1Tb/s

2016年10月，諾基亞貝爾實驗室、德意志電信T-Lab實驗室以 及慕尼黑工業(yè)大學（TechnicalUniversityofMunich，TUM）在一次光纖通信現(xiàn)場試驗中，通過一項新的調(diào)制技術，研究人員達到了前所未有的傳輸容量和光譜效率。當可調(diào)傳輸速率隨著信道情況和通信量需求而進行動態(tài)適應的時候，光網(wǎng)絡的靈活性和性能可以得到最大化。

作為安全保障的歐洲路由技術（SafeandSecureEuropeanRouting，SASER）項目的一部分，這個在德意志電信已經(jīng)部署的光纖網(wǎng)絡上進行的實驗達到了1Tb/s的傳輸速率。PCS新調(diào)制方式的試驗，在給定的信道上達到更高的傳輸容量，顯著地改善了光通信的光譜效率。PCS聰明地以相比于小幅度的星座點更低的頻率來使用那些具有大幅度的星座點來傳輸信號，這樣平均來講對于噪聲和其他損傷具有更好的適應性，這使得能夠?qū)鬏斔俾蔬M行調(diào)整以完美地適應傳輸信道，從而得到30%的容量提升。德意志電信提供了一個獨特的網(wǎng)絡基礎設施來評估和演示類似此類的高度創(chuàng)新的傳輸技術。將來它還將支持更高層級的測試場景和技術，并在已經(jīng)鋪設的光纖基礎設施上增加容量、覆蓋距離以及靈活性。

基于LED實現(xiàn)610Mbps單路實時傳輸

2016年1月，中國科學院半導體研究所集成光電子學國家重點實驗室主持的北京市科技計劃課題“室內(nèi)高速可見光通信系統(tǒng)收發(fā)器件與越區(qū)切換技術研發(fā)”宣布已按計劃完成。

研究團隊委托中國泰爾實驗室對單路實時610Mbps的可見光通信進行了第三方測試，結(jié)果呈現(xiàn)良好，基于1瓦熒光型白光LED和PIN探測器在OOK調(diào)制下單路實時傳輸平均速率610Mbps，在傳輸距離為6.2米時，平均誤碼率為3.5e-5量級，遠低于前向糾錯的誤碼率上限要求3.8e-3。

可見光通信這項無線光通信新技術比傳統(tǒng)的無線電通信技術更加符合無線通信技術的發(fā)展方向（高速、大容量、安全），未來會催生很多創(chuàng)新應用。中國有眾多的LED企業(yè)和廣闊的半導體照明市場，這種基礎優(yōu)勢是其他國家難以企及的，可見光通信技術的實用化研究應該引起業(yè)界的充分重視。