该文档由Rubén Altuna、Yongmin Jung、Periklis Petropoulos和Carmen Vázquez等作者共同完成，分别来自西班牙马德里卡洛斯三世大学的显示与光子学应用小组以及英国南安普顿大学的光电子研究中心。该研究于2024年发表在《Laser & Photonics Reviews》期刊上，题为《Power over Fiber and Analog Radio over Fiber Simultaneous Transmission over Long Distance in Single Mode, Multicore, and Hollow Core Fibers》。该研究探讨了在空芯光纤（Hollow-Core Fiber, HCF）、多芯光纤（Multicore Fiber, MCF）和单模光纤（Single Mode Fiber, SMF）中同时传输光纤供电（Power over Fiber, PoF）和第五代新无线（5G NR）模拟光纤无线电（Analog Radio over Fiber, AROF）信号的可行性。

学术背景

随着第五代移动通信技术（5G）的快速部署，网络对延迟和能源效率的要求日益严格，推动了光纤通信技术的进一步发展。第六代移动通信技术（6G）的目标是实现Tbps级的传输速率和超低延迟，这要求高容量移动网络能够连接大量节点。为了满足这些需求，研究者提出了在集中式/云无线接入网络（C-RAN）架构中使用模拟光纤无线电（AROF）技术，通过光前传网络传输数据。此外，通过波分复用（WDM）技术，可以在同一光纤中结合高功率光信号和数据信号，实现光纤供电（PoF）功能，为网络中的远程无线电头端（RRH）提供电力。

然而，传统光纤中的非线性效应（如受激拉曼散射，SRS）会导致高功率信号向数据信号的噪声传递，影响信号质量。空芯光纤（HCF）由于其空气核心结构，具有较低的非线性效应和更高的损伤阈值，能够传输更高功率的光信号，同时降低延迟。因此，该研究旨在探讨在长距离空芯光纤中同时传输PoF和5G NR AROF信号的可行性，并与多芯光纤和单模光纤进行比较。

研究流程

该研究分为以下几个主要步骤：

1. 实验设计与设备
   研究使用了两种光源：1480 nm连续波高功率激光器（HPL）和1550 nm激光二极管（LD）。通过实验装置，研究者在不同光纤（HCF、MCF和SMF）中传输PoF和5G NR AROF信号，并测量信号质量。实验装置包括偏振控制器、多路复用器、解复用器、光滤波器、光电探测器和示波器等。

2. 噪声传递与拉曼增益测量
   研究者首先在背对背（B2B）场景下测量了HPL和LD的相对强度噪声（RIN）。随后，在共享传输场景下，测量了SRS引起的噪声传递和拉曼开关增益（Raman On-Off Gain, Ga）。通过时间域信号和频谱分析，评估了噪声传递对信号质量的影响。

3. 5G NR信号传输实验
   研究者通过实验装置传输了三种不同调制格式的5G NR信号（QPSK、64QAM和256QAM），并测量了接收信号的误差矢量幅度（EVM）。实验结果表明，在HCF和MCF中，5G NR信号质量未受PoF信号影响，而在SMF中，SRS引起的噪声传递显著降低了信号质量。

4. PoF能量传输效率测量
   研究者测量了PoF链路的能量传输效率，包括光功率传输效率（OPTE）、系统能量效率（SEE）和全局能量效率（GEE）。结果表明，HCF和MCF的PoF效率较低，而SMF的效率较高。此外，研究者还通过PoF为低功耗蓝牙（BLE）设备供电，验证了PoF的实际应用能力。

主要结果

1. 噪声传递与拉曼增益
   在HCF和MCF中，SRS引起的噪声传递几乎可以忽略，而在SMF中，噪声传递显著增加了LD信号的RIN。拉曼开关增益在SMF中随HPL功率增加而显著增加，而在HCF和MCF中几乎为零。

2. 5G NR信号质量
   在HCF和MCF中，5G NR信号的EVM未受PoF信号影响，且低于标准限值。而在SMF中，EVM随PoF功率增加而显著恶化，甚至超过标准限值。

3. PoF能量传输效率
   HCF的PoF效率较低，11.1 km HCF的SEE仅为0.9%，而3.3 km SMF的SEE达到20.4%。MCF的PoF效率介于两者之间。研究者还成功通过PoF为BLE设备供电，验证了PoF的实际应用能力。

结论

该研究首次证明了在长距离空芯光纤和多芯光纤中同时传输PoF和5G NR AROF信号的可行性。与单模光纤相比，空芯光纤和多芯光纤能够显著降低非线性效应的影响，确保数据信号质量不受高功率PoF信号的影响。尽管空芯光纤的衰减较高，但其在非线性效应和延迟方面的优势使其成为未来5G和6G移动网络中光前传解决方案的有力候选者。该研究为高功率光纤传输和低延迟通信提供了新的技术路径，具有重要的科学价值和应用前景。

研究亮点

1. 创新性：首次在长距离空芯光纤中同时传输PoF和5G NR AROF信号，并进行了系统性的比较研究。
2. 非线性效应控制：通过空芯光纤和多芯光纤有效抑制了SRS引起的噪声传递，为高功率光纤传输提供了新思路。
3. 实际应用验证：成功通过PoF为低功耗设备供电，验证了该技术的实际应用潜力。

其他价值

该研究为未来光纤通信技术的发展提供了重要参考，特别是在高功率传输和低延迟通信领域。空芯光纤的独特优势使其在数据中心和其他对延迟敏感的环境中具有广阔的应用前景。此外，该研究还为光纤供电技术在5G和6G网络中的实际部署提供了技术支持和实验依据。