光电共同传输（Power over Fiber）技术

逍遥设计自动化

引言
随着5G技术的发展，数据传输速率和能耗方面提出了新的要求。将光电共同传输技术（Power over Fiber，PoF）与数据传输相结合的创新解决方案，正在成为网络基础设施效率提升的重要方向。本文探讨了一种通过多芯光纤同时传输光功率和数据的新型技术方案[1]。

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网络架构和基本概念
# W5 w  ?. w% r# x: Q* B: P* G3 w云化/集中式无线接入网络（C-RAN）是网络架构的重要进展。在这种配置中，三个主要组件协同工作：中央单元（CU）负责控制网络资源，分布式单元（DU）在CU监督下处理网络数据，无线单元（RU）管理网络的物理和数字层。这种架构实现了资源的高效分配和网络性能的提升。

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图1展示了C-RAN架构，说明了数据和PoF链路的集成方式，展示了高功率激光器（HPL）如何产生光功率，以及光伏功率转换器（PPC）如何将光能转换为电能。

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; h# M% D2 l' l5 T1 ?  Y光电传输技术
光电传输技术通过光纤传输功率来供给网络组件。系统效率通过两个关键参数来衡量：光功率传输效率（ηOPTE）表示输出与输入光功率的比值，反映了系统在传输过程中保持功率的能力；系统能量效率（ηSEE）衡量电输出功率与光输入功率的比值，表明了系统在功率转换和传输方面的整体效能。

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5 o4 N4 J. k! g. i/ y实验设置与实现
/ T& l- W5 k" g7 ~8 |实验系统整合了多个精密组件，实现了功率和数据的同时传输。系统使用四个不同的激光二极管，生成波长为1310nm、1530nm、1550nm和1570nm的光载波，每个载波都由独立的偏振控制器控制。调制方案采用马赫-曾德尔调制器进行精确的信号控制。
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图2展示了完整的实验设置，包括载波组件、粗波分复用器、扇入扇出模块等功率和数据传输的核心元件。
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/ V, |6 f) A8 k) {" [3 f6 R性能分析与结果
系统在多个参数上展现出优异的性能。光功率传输效率稳定保持在50%到53%之间，距离增加时性能衰减极小。电功率传输达到了688.8mW（光输入功率为3463.2mW），标志着功率传输能力的显著提升。

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2 {0 Z" Z; D+ u  `1 }图3展示了不同芯的光功率传输效率与多芯光纤输入功率之间的关系。
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# @! q3 G+ Q' x" h  @* g& z9 r图4展示了光伏功率转换器的电流-电压和功率-电压特性曲线。

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数据传输质量
系统在5G NR和数字传输上都实现了优异的信号质量指标。5G NR信号的误差矢量幅度（EVM）测量结果始终低于4.5%的标准要求，证明了信号完整性。数字传输也显示出同样出色的结果，在大多数配置中误码率（BER）达到了可忽略的水平。

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/ |; Z, d: z) Z# x7 q% [* |- M& I, D图5显示了5G NR传输的误差矢量幅度结果，表明信号质量优异。
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) U  P  R8 d2 B图6显示了数字信号传输的误码率测量结果，证明了传输的可靠性。

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& ~4 \1 S9 u3 }) a技术成就与应用展望
系统实现了39.5Gbps的总数据率，同时保持稳定的功率传输。这一性能相比之前的实现方案有显著提升，特别是在通过同一光纤基础设施实现高速数据传输和功率传输方面。这项技术对未来6G网络具有重要意义，因为功率效率和高数据率在未来网络中将更加重要。系统在各种传输距离和多种传输模式下都能保持良好性能，显示了在多样化网络部署中的应用潜力。

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结论
光电共同传输技术与高速数据传输的成功集成展现了通信基础设施的重要进展。实验结果证明了使用多芯光纤同时传输功率和数据的可行性，为网络效率和性能设立了新的基准。这项技术将支持未来网络发展，特别是在向6G系统演进的过程中发挥重要作用。
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4 _. g2 F" x/ E: {- p6 A' n! c参考文献
[1] R. Altuna, J. Barco-Alvárez, and C. Vázquez, "Power Over Fiber Co-Transmission With 39.5 Gpbs Mixing 5G NR Analog Radio Over Fiber and NRZ Signals Over Multicore Fiber," Journal of Lightwave Technology, vol. 14, no. 8, pp. 1-7, Jan. 2025, doi: 10.1109/JLT.2025.3534921.
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