Dual user wired or 60 GHz wireless selective access link with 10Gbit/s 4-QAM signal based on the upper and lower single sideband modulation
本文提出了一种利用上边带和下边带单边带调制的混合光链路，通过有线或 60 GHz 无线连接，为两名用户实现选择性的 10 Gbit/s 4-QAM 接入，并证明了在无需色散补偿的情况下，在 20 km 单模光纤上具有稳健的传输性能。
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在现代世界中，我们对数据的需求是无穷无尽的。我们观看高清视频、进行复杂的科学研究以及在线购物，所有这些都需要能够快速且可靠地传输海量信息的网络。目前，我们依赖两种主要的连接方式来满足这些需求。第一种是光纤电缆，它是一种细长的玻璃纤维，可以跨越长距离以惊人的速度传输海量数据，但它是僵硬的；一旦电缆铺设完成，连接就固定在了特定位置。第二种是无线接入，它提供了在一定范围内随处连接的自由，但往往难以应对下一代服务所需的庞大数据量。工程师面临的挑战是将这两个世界融合在一起：创造一个既能提供光纤容量，又具备无线接入灵活性，并允许用户在两者之间切换或同时使用，且无需复杂基础设施变更的系统。
华北水利水电大学与北京信息科技大学的研究人员提出了一种实现这种融合的新方法。他们设计了一个系统，可以向两个不同的用户传输数据，让每位用户都有权选择通过有线连接或通过高速无线信号来接收信息，而这一切都是通过在光纤电缆中传输的单路光流实现的。其核心思想涉及一种称为单边带调制的技术。想象一下，携带数据的光束就像是一个载波。研究人员并没有以产生杂乱宽泛信号的方式发送数据，而是对光进行了整形，使信息整齐地落在载波频率的一个特定侧面。他们针对两路独立的数据流进行了这样的处理，将其中一路放在一个光频率的“上侧”，另一路放在另一个光频率的“下侧”。随后，这两路经过整形后的信号被合并成一束统一的光束。
这束统一的光束沿着标准光纤传输长达20公里。在线路末端，信号到达一个配备了两种不同接入点的接收站，以供两个不同的用户使用。该设计的精妙之处在于信号在目的地是如何被拆分和处理的。根据用户的需求，系统可以通过两种方式之一过滤光线以提取数据。如果用户想要有线连接，系统会隔离一组特定的光调频，并将其直接转换为通过电缆传输的电信号。如果用户偏好无线接入，系统则会选择另一组特定的光调频。当这两组特定的调频信号撞击探测器时，它们相互作用产生一个高频无线电波，即60吉赫兹（GHz）的毫米波信号，从而可以无线广播到设备中。这种被称为“外差拍频”（heterodyne beating）的过程，有效地在交付点将光信号转换成了无线电信号。
研究人员使用复杂的计算机模拟测试了这个概念，以观察它在现实世界条件下的表现。他们模拟了传输10吉比特每秒（Gbps）数据流的过程——这一速度足以满足现代高需求应用——并使用了名为4-QAM的调制格式。这种格式通过改变信号的相位来编码数据，从而实现带宽的高效利用。模拟结果显示，即使光线在光纤中传输了20公里，系统仍能成功分离出两个用户的信号。无论是作为有线连接交付，还是转换为60吉赫兹无线信号，其质量都保持得很高。研究人员通过观察被称为“星座图”和“眼图”的信号视觉表示来检查数据的清晰度。这些图像显示，即使在长途旅行之后，数据点依然清晰可辨，信号路径保持畅通，这表明该系统可以在无需额外设备纠正信号衰减的情况下处理传输。
研究结果表明，这种方法为下一代网络提供了一条灵活且高效的路径。通过在光纤传输过程中保持信号统一，并在最后阶段才决定是以有线还是无线方式发送，该系统简化了网络架构。它消除了建立复杂、独立的有线与无线服务的需求。模拟结果显示，这种方法可以同时支持两名用户，让每位用户都能在不牺牲速度或可靠性的情况下，自由选择其偏好的接入模式。尽管这项工作目前仍处于模拟阶段，尚未建成物理原型，但其理论性能证明了这种混合网络的可行性。它为未来——一个有线与无线连接界限模糊、能够为日益增长的数据驱动型社会提供高速且具适应性接入的时代——提供了一个充满前景的解决方案。
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