引用本文:

杨林婕,邵宇丰,王安蓉,等. 异构无源光接入网络中光纤传能技术的研究进展[J]. 光通信技术,2025,49(1):107-112.

异构无源光接入网络中光纤传能技术的研究进展

杨林婕1,邵宇丰2*,王安蓉1,朱耀东2,柳海楠1,李文臣1,胡文光1,陈 超1

(1.重庆三峡学院 电子与信息工程学院,重庆 404100;2.嘉兴大学 信息科学与工程学院,浙江 嘉兴 314001)

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摘要:为了提升信息接入容量和信号收发质量,异构无源光接入网络中的远端基站单元越来越趋于微型化和密集化。光纤传能(PWoF)技术通过光纤将能量输送至远端单元,有望成为接入端供电的首选方案。在无源光接入网络中集成PWoF技术,可在单根光纤上同时传输信息与能量,具有一定的实际应用价值。综述了在无源光接入网络中应用不同波分复用、空分复用结构的PWoF方案,并比较分析了各技术方案的应用特点、实现功能和研究进展,最后探讨了PWoF在其演进过程中遇到的挑战以及前景展望。

关键词:无源光网络;光纤传能;远端单元;传输效率;研究进展

中图分类号:TN929.1 文献标志码:文章编号:1002-5561(2025)01-0107-06

DOI:10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2025.01.018

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这篇文章主要探讨了异构无源光接入网络中光纤传能(PWoF)技术的研究进展,详细分析了不同波分复用(WDM)和空分复用(SDM)结构下的PWoF方案,并讨论了其挑战与前景。以下是核心内容总结:

  1. PWoF技术背景与意义

    • 5G时代基站部署密集化:随着5G时代的到来,基站部署趋向密集化和小型化,传统供电方式面临挑战。

    • PWoF技术简介:PWoF技术通过光纤同时传输信息与能量,成为接入端供电的优选方案,可降低建设与运营成本。

  2. WDM-PWoF技术原理与发展

    • 多模光纤WDM-PWoF方案:2008WAKE D团队提出,使用WDM设备将供电光与信号光耦合至多模光纤,光功率传输效率达48%

    • 家庭网络WDM-PWoF方案:2012LETHIN C等人设计,支持能量自给自足,误码率接近10^-12

    • OLCL技术WDM-PWoF实验系统:2018KUBOKI H等人建立,采用OLCL技术控制光信号模式,2 km传输距离下功率传输效率高达75%

  3. SDM-PWoF技术原理与发展

    • 多芯光纤(MCFSDM-PWoF方案:2017UMEZAWA T等人利用七芯光纤实现信息与能量传输,获取50 mW电能。

    • 共享与专用SDM-PWoF方案:2019VAZQUEZ C等人提出,处理馈电光和数据信号在共享及专用环境下的传输问题。

    • 双包层光纤(DCFSDM-PWoF方案:2013MATSUURA M等人提出,利用DCF内包层传输馈电光,验证数据信号与能量同时传输的可行性。

    • 光纤环形器SDM-PWoF方案:2015年起,研究团队利用光环形器构建全双工PWoF系统,提高光功率传输效率。

  4. 实验对比与性能分析

    • WDMSDM结构对比:2022WANG S等人探讨弱耦合七芯光纤在SDM-PWoF中的应用,发现SDM结构总收集光功率是WDM结构的4.6倍,但光功率传输效率较低。

    • 各典型案例性能比较:总结不同案例中PWoF方案的性能,包括光信号复用方式、光纤类型、传输距离、HPLD输出功率、光传输效率、光/电转换效率及获得的总电力。

  5. 挑战与展望

    • 现有挑战:光功率传输效率较低,远距离传输高功率光信号需进一步研究;复用设备和耦合器件带来耦合损耗;光/电转换效率影响最终获取的电力大小。

    • 未来展望:PWoF技术具有广泛应用前景,可用于室内网络、军事、灾害救援等领域;未来需提高光功率传输效率和光/电转换效率,并引入监控技术监测光功率传输状况。

  6. 结束语

    • 技术优劣势分析:WDMPWoF系统适用于低功耗接入应用,能有效保障数据信号质量;SDM型系统提高了输入功率但易造成较大传输损耗;DCF-SDM方案综合了两者优点。

    • 研究重点:提高光功率传输效率、光电转换器转换效率,保证信号质量和减少损耗仍是PWoF技术的研究重点。