全球宽带浪潮发展如火如荼，用户希望能在任意的时间、任意的地点享受到高速、可靠、无缝的通信，显然传统的移动通信网络已不能够满足日益增长的宽带和容量需求。为了增加无线带宽，现有的技术使无线载波向可用传输带宽更宽的射频微波、毫米波频段发展。更高的传输速率和载波频率会限制无线覆盖的范围，一方面，无线覆盖范围受限需要运营商加大基站部署的密度，另一方面，也需要基站加大发射功率来满足边缘用户的接入。这都会导致整个无线通信系统的成本、能耗问题。为了解决这些问题，人们开始关注融合了光纤通信技术和无线通信技术的光载无线技术（RoF），基于此种技术的移动通信网络使用光纤连接局端和远端基站，其中局端负责信号的集中处理，故在远端基站和局端之间传输的是射频数据，因此就省去了传统基站内部昂贵的上下变频模块和信号处理模块，并有效避免传统无线通信射频信号在空间传输和分配过程中产生的损耗和干扰，充分体现了光纤通信的“高速”和无线通信的“移动”技术特色，而且可以大幅度降低无线网络的能耗，代表了未来光网络与无线网络的发展方向。
近年来，在光学与电子信息学院邓磊副教授指导下，课题组在面向5G移动通信的光载无线技术（RoF）领域开展了研究工作，主要包括大动态范围高线性度光收发模块的设计与优化，基于OFDM/OQAM调制格式的RoF系统验证等。
在提升模拟光收发模块性能方面，课题组分别从硬件和算法方面提出了不同的解决方案。邓磊副教授指导的2016级博士生叶尧提出了一种基于推挽结构联合自适应后补偿算法的方法。与传统的技术方案相比，该方案能够同时自适应地抑制由于系统的非线性产生的偶数阶失真（如IMD2和HD2）、三阶交调失真（IMD3）以及三阶叉调失真（XMD3）。该方法通过推挽结构使得上下链路位相差维持在180°附近，接收端利用平衡探测以抑制所有偶数阶非线性失真，最后利用一种简单的自适应补偿算法来抑制主要的奇数阶失真。实验结果表明：该方法能够使系统线性度得到大幅度提升，其中SFDR2提升19.8dB，SFDR3提升12.4dB，与此同时EVM提升7.15%。这一工作已发表在IEEE Photonics Journal, Vol. 9, No. 3, 1-12, （2017）。
此外，在利用硬件提升系统线性度方面，邓磊副教授指导的2015级硕士研究生陈世超提出了一种基于多级预失真电路的方案。与传统的方案相比，该方案利用低成本的肖特基二极管实现对光模块的线性度提升。通过调节加在肖特基二极管上的偏置电压，调节二极管的非线性，进而抵消系统光模块产生的非线性。实验结果表明，该方案能够将自研光模块SFDR从 93.8 dB·Hz2/3提升到112.1 dB·Hz4/5，相应的20MHz-64QAM-OFDM@2GHz信号EVM减少7.21%。本方案具有频带宽、成本低、结构简单等优点。这一工作已发表在IEEE Photonics Journal, Vol. 9, No. 5, 1–12, （2017）。
为了满足未来大规模MIMO的RoF通信需求，邓磊副教授指导的2015级博士研究生何家乐利用多芯光纤搭建了2x2 MIMO OFDM/OQAM的RoF通信系统。与传统的OFDM相比，OFDM/OQAM在具有相近的传输性能条件下传输速率达到了4.42Gb/s，频谱效率提升了4.2%。此外，基于此系统还研究了多芯光纤的芯间串扰对RoF系统的影响。实验结果表明，在使用MIMO的情况下，OFDM/OQAM信号对芯间串扰的容忍度可以到-10dB，这表明，由于芯间串扰条件的放宽，可以设计出更大芯密度的多芯光纤，从而满足未来大规模MIMO无线传输的需求。这一工作已发表在Optics Express Vol. 24, No.12, 13418-13428(2016)。
何家乐同学还利用多芯光纤搭建了双向的MIMO-RoF通信系统。该系统充分利用了多芯光纤丰富的芯资源，采用远程注入光源的方式实现无色上行传输。该系统最终实现了4.42Gb/s速率的上下行RoF传输，该结果充分的验证了利用多芯光纤搭建RoF通信系统的可行性。这一工作已发表在IEEE Photonics Journal, Vol. 8, No. 5, 1-8 (2016)。
通过之前的研究发现，MIMO-RoF通信系统对光纤信道间的串扰有一定的容忍度。因此课题组使用了低串扰值的椭圆芯少模光纤，但是这种光纤模式之间会存在比较大的时延差，会给MIMO信号引入串扰。为了消除这个串扰，博士生何家乐提出了消除串扰的算法。该算法可以容忍信道间的最高到60ns的时延，同时也实现了4.42Gb/s速率2km少模光纤的传输。这一工作已发表在Optics Letters，Vol. 41, No. 19, 4546-4549（2016）。
无线通信另一重要方面是对多用户的支持，邓磊副教授指导的2015级硕士研究生刘畅使用多芯光纤搭建了基于SCMA OFDM/OQAM 4x4 MIMO的RoF通信系统。SCMA采用稀疏码分编码方式，在有限的子载波内塞入了更多的用户，从而可以提供对多用户的支持以及提升信号的频谱效率。基于SCMA OFDM/OQAM调制格式的信号具有13.363bit/s/Hz的频谱效率，与传统的OFDM相比，频谱效率提升了65.2%。这一工作已发表在Optics Express，Vol. 25, No. 15, 18431-18441（2017）。
以上研究工作得到了国家863项目（2015AA016904）、国家自然科学基金面上/青年项目（61675083, 61307091）的资助，并得到下一代互联网接入系统国家工程实验室各位老师的大力支持。
