全球首创利用光纤无线技术将大容量太赫兹波V体育分配和传输到不同接入点的技术 - 有望为Beyond 5G时代无线系统的社会实施带来不间断的通信和节能 -

国立信息通信技术研究所
住友大阪水泥有限公司
V体育官方网站
早稻田大学教育法人

演示要点

〇世界首次成功将大容量太赫兹波V体育透明地分配和传输到不同的接入点
〇​利用新开发的太赫兹波光转换装置和光纤无线技术展示每秒32吉比特的高容量光接入通信
〇通过光波融合技术实现太赫兹波超越5G网络的重要一步

　

　日本国立信息通信技术研究所（NICT）、会长：德田英幸、住友大阪水泥株式会社（Sumitomo Osaka Cement、代表董事兼社长：诸桥刚典）、V体育官方网站（Nagoya Institute of Technology，社长：木下隆俊）、早稻田大学教育法人（早稻田大学，会长：田中爱二）共同努力透明地分发和传输285G频段每秒32G的大容量太赫兹无线信号发送到不同的接入点。^*1我们在世界上首次成功演示了一个系统。
　这是通过新开发的太赫兹波光转换装置和光纤无线技术实现的^*2此次研发的系统可以克服太赫兹波段无线电波“难以到达远方、覆盖范围广”等缺点，扩大无线V体育的覆盖范围，为太赫兹波通信在Beyond 5G网络中的部署铺平道路。
　该实验产生的论文在国际光纤通信会议（OFC 2023）上获得了非常高的评价，被选为最佳热点论文（Postdeadline Paper），并于当地时间2023年3月9日星期四公布。

背景

^*3由于其体积非常大，很难进行长距离传输或在有障碍物的环境中进行通信，例如从室外到室内。另外，由于太赫兹无线电波的覆盖范围较窄，用户移动时很难实现不间断通信。为了克服这些挑战，透明地分发和传输太赫兹波V体育非常重要，但到目前为止还没有技术可以有效地实现这一点。

这个结果

　NICT、住友大阪水泥公司、V体育和早稻田大学在世界上首次联合成功建立了一种将太赫兹波信号转换为光信号并将其透明地分配和传输到各种接入点的技术。
　第一项要素技术是共同开发的太赫兹波光转换器件，将太赫兹波转换为光信号，是使用铁电电光晶体（铌酸锂）的高速光调制器^*4（见图 1）。通过将晶体的厚度减少到100微米以下，不到传统产品厚度的五分之一，我们实现了可支持285吉赫兹太赫兹波的高速。

图1太赫兹波光转换装置的结构

　

　第二种是光纤无线技术，增加了可以改变太赫兹波V体育目的地的功能。为了传输太赫兹波V体育，我们使用了波长可调谐激光器产生的不同波长的激光束，通过切换波长，我们能够平滑地切换太赫兹波V体育。这允许根据分配的不同接入点以及用户的位置来分配特定波长。
　结合这些已开发技术的 4QAM 调制^*5，我们成功构建并演示了一个传输系统，可以将每秒32吉比特的大容量太赫兹波V体育直接转换为光V体育，并将其分配传输到不同的接入点。我们还展示了在不到 10 微秒的极短时间内切换太赫兹波V体育的可能性。
　通过应用这一结果，可以将太赫兹波V体育从一个接入点透明地传输到另一个接入点。此外，通过控制和切换接入点之间的太赫兹波V体育路径，可以实现不间断的通信并节省能源。

图2 利用太赫兹波光转换装置和光纤无线技术进行太赫兹波V体育分配和传输

未来展望

　未来，我们将利用本次建立的太赫兹波光转换器件和光纤无线技术，继续进行技术研究，旨在实现Beyond 5G时代无线系统的更高频率、更快速度和更低功耗。此外，在技术研究的同时，我们将推动国际标准化活动和社会发展活动。

　该实验产生的论文在光纤通信领域全球最大的国际会议之一的国际光纤通信会议（OFC 2023，3月5日星期日至3月9日星期四）上获得了非常高的评价，并被选为最佳热点论文（Postdeadline Paper），并于当地时间3月9日星期四发表。

角色分工

NICT：光/无线直传技术设计、技术开发、演示实验和标准化活动
住友大阪水泥：高速光调制器、将无线信号转换为光信号的设备的设计、技术开发和标准化活动
V体育：光站振荡器信号发生器和光纤无线技术的研究与开发
早稻田大学：光纤无线技术的研究与开发

已接受的论文

国际会议：第46届国际光纤通信会议（OFC 2023）最佳热点论文（截止日期后论文）
论文标题：利用光子技术实现 285 GHz 频段太赫兹波V体育的透明中继和切换
作者姓名：Pham Tien Dat、Yuya Yamaguchi、Keizo Inagaki、Shingo Takano、Shotaro Hirata、Junichiro Ichikawa、Ryo Shimizu、Isao Morohashi、Yuki Yoshida、Atsushi Kanno、Naokatsu Yamamoto、Tetsuya Kawanishi、Kouichi Akahane

术语表

*1 透明地分发和发送
如果有墙壁或其他屏蔽物阻挡太赫兹波，则通过在该位置将太赫兹波转换为光V体育，通过光纤传输，然后将其转换回太赫兹波，可以基于太赫兹波已穿过屏蔽物的假设构建系统。为了实现这一目标，需要一个能够在光V体育和太赫兹V体育之间来回切换的多级RoF系统。^*2需要构建一个具有简单配置的系统。

*2 光纤无线 (RoF： 光纤无线电）
一种通过用无线V体育调制光V体育，直接通过光纤传输无线V体育的技术。它已被用于防止移动电话和数字地面广播的无线电波盲区。
NICT 报道了利用该技术和高速光接收设备实现了检测机场跑道异物的雷达系统以及向高速铁路发送毫米波V体育的系统。

过去的 NICT 新闻稿
·2021年7月15日成功演示简化毫米波无线接收器的光/无线直传技术
　
·2018 年 4 月 26 日我们有望创建一个即使在 500 公里/小时的速度下也不会断开的网络
　

*3 传播损耗
当无线电波穿过大气层时，它们会被空气和空气中的水分吸收或散射。结果，无线电波的强度逐渐减弱。这称为传播损耗。

*4 光调制器
将输入电V体育叠加到光V体育上的设备。用于核心光纤通信等。它不仅用于转换数字数据V体育，还用于将无线V体育等转换为光V体育。
此次，通过铁电电光材料（铌酸锂）的减薄以及优化电极结构，我们实现了285GHz的高速光无线转换。

图3新开发的薄板铌酸锂光调制器的概念

*5 正交幅度调制 (QAM：正交幅度调制）
一种使用光的相位和幅度来表达多个位的方法（多级调制）。开关键控（好的)开启和关闭的2两种状态 (1位) 含信息 (2¹=24QAM是1符号可以采用的相空间上的点是4碎片1带符号2位信息(2²=4)可以同时传输好的方法2可以传输两倍的信息。

1. 本次开发的系统基本配置

图4传输系统示意图

　

图4显示了新开发的传输系统的示意图。
通过以下步骤，我们实现了 285 GHz、每秒 32 GB 的太赫兹波无线V体育传输。

(1)光纤无线V体育发射器
使用了频率间隔为2752 GHz的两种波长，其中一种波长用98 GHzV体育进行调制，另一种则保持未调制。将调制V体育和未调制V体育重新组合，生成频率间隔为285 GHz（=2752+98 GHz）的RoFV体育（见图4（1）右上图）。

(2)太赫兹波无线发射器
通过光纤传输后，RoFV体育通过太赫兹波转换部分中基于高速光电探测器的光电转换器转换为285GHz太赫兹波V体育，并经过功率放大器放大。

(3)中继节点
使用射频探头将接收到的V体育连接到新开发的高速光调制器，并将其转换为光V体育。使用配备控制电路的波长可调谐激光器来调制和切换太赫兹波V体育。调制V体育被放大，连接到波长路由器，并转发到不同的接入点。

(4) 接入点
接收到的光V体育被输入到另一个高速光电二极管，并转换回285吉赫兹的太赫兹波V体育。该V体育经过放大并使用 48 dBi 透镜天线传输到自由空间。

(5)太赫兹波V体育接收器
发射约5 m后，由另一个透镜天线接收、放大，然后通过分谐波混频器变频至102 GHz。最后，V体育被放大，发送到实时示波器，并离线解调。

2。实验结果

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　图5(a)改变285GHz太赫兹波V体育数据速率时的传输性能
(b) 在接收器处执行每秒 32 吉比特V体育的星座
(c) 太赫兹波V体育切换时间10微秒或更短

　

　图5的实验结果图显示了不同波长发送V体育的误码率。尽管误码率随着比特率的增加而增加，但事实证明，高达每秒 32 GB 的数据传输速度是可能的。纠错前的误差矢量幅度（EVM，相当于传输误差）。在 4QAM 中，相当于 32 GB 带宽，但开销为 20%。
　(b)是接收时的4QAMV体育，四个符号越清晰可见，V体育质量越好（需要更少的纠错）。
　(c)是太赫兹V体育切换的可视化图，其中横轴是时间，纵轴是V体育强度。中间的空心部分是发生切换的地方（数据停止的地方），我们已经证明可以在不到10微秒的时间内切换太赫兹波V体育。

联系信息

研究相关

国立信息通信技术研究所
网络研究所光子ICT研究中心
光接入实验室
Phan Tien Dato、Yuya Yamaguchi、Koichi Akabane
电子邮件：ldp-inquiry[at]mlnictgojp

住友大阪水泥有限公司
新技术研究院光电课题组
清水亮
电子邮件：rshimizu[at]soccojp

V体育官方网站工学研究生院
工程系（电气/机械工程领域）
菅野敦
电子邮件：kannoatsushi[at]nitechacjp

早稻田大学教育法人
科学与工程学院
川西哲也
电子邮件：kawanishi[at]wasedajp

公共关系很重要

国立信息通信技术研究所
公共关系部新闻室
电子邮件：publicity[at]nictgojp

住友大阪水泥有限公司
规划部规划IR组
电子邮件：hokubo[at]soccojp

V体育
企划公关部
电子邮件：pr[at]admnitechacjp

早稻田大学教育法人
公共关系办公室公共关系科
电子邮件：koho[at]listwasedajp

请将 *[at] 替换为 @。