5G信道編碼技術

2016年10月，華為宣布繼今年4月份率先完成中國IMT-2020(5G)推進組第一階段的5G空口關鍵技術驗證和測試后，在5G信道編碼領域的極化碼(PolarCode)技術上再次取得最新突破。

【點評】靜止和移動場景、短包和長包場景的外場測試增益穩定性能優異，與高頻毫米波頻段上的組合測試實現了高達27Gbps的業務速率。5G要實現的10Gbps甚至20Gbps的峰值速率、千億的連接、1毫秒的時延能力，必須以革命性的基礎技術創新來提升了網絡性能。高效信道編碼技術以盡可能小的業務開銷增加信息傳輸的可靠性，信道編碼效率的提升將直接反映到頻譜效率的改善。構造可達到信道容量或者可逼近信道容量(Shannon限)的信道編碼方法，及可實用的線牲復雜度的譯碼算法一直是信道編碼技術研究的目標。

芯片光傳輸頻寬密度增加10至50倍研究

2016年3月，自然(Nature)雜志一篇由美國加州大學柏克萊分校、科羅拉多大學和麻省理工學院研究人員發表的論文，表示已成功利用現有CMOS標準技術，制作出一顆整合光子與電子元件的單芯片。這顆新芯片每平方毫米的頻寬密度達 300 Gbps，是目前市面上電子微處理器的10～50 倍。整合光子與電子元件的半導體微芯片可加快資料傳輸速度、增進效能并減少功耗。

【點評】半導體技術的精進讓芯片可執行更多運算，但卻無法增加芯片間通訊的頻寬。目前芯片傳輸所消耗的功率已超過芯片功耗預算的20%，這項新技術在低功耗的情況下改善一個數量級的芯片通訊頻寬，替目前面臨瓶頸的電晶體技術立下新的里程碑，使用光學元件進行芯片到記憶體的傳輸將可降低功耗并增加時脈。未來還可能協助達到百萬兆等級(Exascale) 的運算。

光子神經形態芯片

2016年11月，據《麻省理工技術評論》雜志網站報道，美國普林斯頓大學的科研團隊日前研制出全球首枚光子神經形態芯片，并證明其能以超快速度計算。該芯片有望開啟一個全新的光子計算產業。該光學設備的原理在于：系統中的每個節點都使用一定波長的光，這一技術被稱為波分復用。來自各個節點的光會被送入該激光器，而且激光輸出會被反饋回節點，創造出一個擁有非線性特征的反饋電路。關于這種非線性能模擬神經行為的程度，研究表明其輸出在數學上等效于一種被稱為“連續時間遞歸神經網絡(CTRNN)”的設備，這說明CTRNN的編程工具可以應用于更大的硅光子神經網絡。

【點評】利用光子解決了神經網絡電路速度受限這一難題。神經網絡電路已在計算領域掀起風暴?？茖W家希望制造出更強大的神經網絡電路，其關鍵在于制造出能像神經元那樣工作的電路，或稱神經形態芯片，但此類電路的主要問題是要提高速度。光子計算是計算科學領域的“明日之星”。與電子相比，光子擁有更多帶寬，能快速處理更多數據。但光子數據處理系統制造成本較高，因此一直未被廣泛采用。這將開啟一個全新的光子計算產業。硅光子神經網絡可能會成為更龐大的、可擴展信息處理的硅光子系統家族的‘排頭兵’。

利用城市現有光纖實現遠距離量子傳輸技術

2016年10月，據國外媒體報道，美國國家航空航天局相關研究人員日前使用城市光纜實現了遠距離量子傳輸，其通過“暗光纜”在加拿大卡爾加里市將激光光子傳送了3.7英里。研究人員采用未經使用過的“暗光纜”進行量子傳輸，同時通過特別設計的光子傳感器對傳輸光子進行檢測。

【點評】這是首次在現有的城市光纜中實驗量子傳輸。此前研究人員僅僅能夠在實驗室環境下實現這一距離的量子傳送。通過量子傳送的方式可以實現加密信息的絕對安全傳輸，其允許信息發送者將“無形信息”發送給接受者，而在量子網絡上無法實現信息攔截。在實驗室外進行量子傳輸，涉及到一系列問題，是一個全新的挑戰。該實驗克服了這些問題，是未來量子互聯網發展的一個重要里程碑。”

光纖傳輸技術(可供全球48億人通話)

2016年8月，武漢郵科院在全省科技大會上透露，該院實驗室近日再次刷新光傳輸世界紀錄，達到每秒400T。一根頭發絲粗細的光纖，可容納全球48億人同時在線通話。這是郵科院3年來第五次成功沖擊世界紀錄。據測算，一部普通高清電影數據大小約為2G，一部藍光高清電影約10G，以郵科院最新的光傳輸速度，1秒鐘可傳輸4萬部藍光高清電影。

【點評】隨著AR/VR、4K高清等技術不斷涌現，在互聯網+、物聯網、大數據、云計算、智慧城市等多個產業領域，都依賴海量數據的高速傳輸，這就需要底層的信息高速公路越寬越好。多芯單模技術，就好比在一根光纖中開辟了多條并行道路，讓總運力大為提升。

芯片到芯片通信技術

2016年7月，據報道，歐盟已啟動ICT-STREAMS項目，研發電路板級高速芯片到芯片通信的收發機和路由技術，目標是將先進刀片服務器密度提升4倍，吞吐量增加16倍，功耗降為原來的1/10。ICT-STREAMS項目計劃使用硅光電技術、緊湊型密集波分復用(DWDM)系統、高信道數和密集嵌入式光引擎，使電路板級總數據吞吐量超越25Tb/s。該項目包含：50Gb/s高效能光電和電子收發機器件、支持DWDM光互連的硅基Ⅲ-Ⅴ硅基激光器和納米放大器、帶有非侵入式集成監控器的熱偏移補償子系統、低損耗和低成本單模光電印刷電路板、低成本光電集成工藝、由軟件控制的、高能效WDM嵌入式光引擎、采用EOPCB貼裝的16×16 WDM主平臺幾個項目。

【點評】該項目引入硅光電技術和WDM作為提升容量、降低功耗的路由機制，將分別在光引擎級和板級實現1.6Tb/s和25.6Tb/s的吞吐量。在服務器機架設計中采用芯片到芯片通信是目前高端服務器產業發展的熱點，可以有效增加數據吞吐能力，并減少物理空間、網絡復雜度、開關及線纜的用量和能耗。

最高密度光纖傳輸技術(容量擴大100倍)

2016年5月，NTT、藤倉和北海道大學發布消息稱，研發出全球最高密度光纖，實現250微米以下的細徑。6種光同時運輸的光纖通道以19個進行配置，1根線上有114條信息路徑。NTT和北大為了250微米以下的光纖直徑實現100以上的隧道多重化，使得3或6種模塊能運輸的芯線彎曲分布率適宜化，使用最適宜的芯線構造。結果證明： 6個模塊可以導波的核心以19個蜂窩狀排列，不足25微米的光纖直徑上，全球最大的114信道實現多重化。

【點評】這一研發打破了光纖芯線的傳輸容量界限，在全球范圍內開展開來。但若考慮實際可利用的光纖直徑的上限和芯線彎曲度分布控制性等問題，不僅芯線數量增加，如果模塊數量增加的話，1根光纖超越50個隧道就比較困難。NTT等公司將通過這項研究，隨著今后數據通信量的增加，多Petabit處，其1000倍的Exa bit方面也可滿足信賴性較高的光纖，實現道路的開通。此次研發的光纖，將于2020年推向實用化，在持續增加的數據通信需求方面，有望持續滿足光纖傳輸基礎。

光子集成多光子糾纏量子態以及片上光頻梳研究

2016年3月，Science 雜志刊登了中國科學院西安光學精密機械研究所研究員Brent E. Little與加拿大魁北克國立科學研究所等單位合作發表的題為Generation of multiphoton entangled quantum states by means of integrated frequency combs 的研究論文。其中利用微環諧振腔中的自發四波混頻效應，以時域分離、相位可調的光脈沖對為泵浦源，得到跨越S-C-L三個通信波段的頻率間隔為200GHz的糾纏光子對。多光子糾纏態是量子通信、量子計算和超越經典極限的超高分辨率傳感及成像技術的基石，同時在探索量子物理基本問題方面有著極為重要的應用。該糾纏光子源是迄今為止帶寬最寬的量子頻梳，其量子干涉條紋可見度達到93.2%。通過在兩個不同的諧振波長上同時提取兩對光子，得到四光子糾纏態，其量子干涉條紋可見度達到89%。

【點評】此次研究在Si3N4微環內成功實現了可見光光頻梳，得到跨越S-C-L三個通信波段的頻率間隔為200GHz的糾纏光子對。這在大規模集成的片上糾纏光子源已成為量子應用技術發展的迫切需求。該研究開創了片上產生和控制復雜量子態的時代，并提供了一個可規?；傻墓饬孔有畔⑻幚砥脚_。該工作是西安光機所繼片上并行預報(Heraled)單光子源和片上交叉偏振糾纏光子對之后在光子集成片上量子光學研究上的又一重要進展。

光纖傳輸速率突破1Tb/s

2016年10月，諾基亞貝爾實驗室，德意志電信的T-Lab實驗室以及慕尼黑工業大學(TechnicalUniversityofMunich，TUM)在一次光纖通信現場試驗中，通過一項新的調制技術，研究人員達到了前所未有的傳輸容量和光譜效率。當可調傳輸速率隨著信道情況和通信量需求而進行動態適應的時候，光網絡的靈活性和性能可以得到最大化。作為安全保障的歐洲路由技術(SafeandSecureEuropeanRouting，SASER)項目的一部分，這個在德意志電信已經部署的光纖網絡上進行的實驗達到了1Tb/s的傳輸速率。

【點評】PCS新調制方式的試驗，在給定的信道上達到更高的傳輸容量，顯著地改善了光通信的光譜效率。PCS聰明地以相比于小幅度的星座點更低的頻率來使用那些具有大幅度的星座點來傳輸信號，這樣平均來講，對于噪聲和其他損傷具有更好的適應性。這使得能夠對傳輸速率進行調整以完美的適應傳輸信道，從而得到30%的容量提升。德意志電信提供了一個獨特的網絡基礎設施來評估和演示類似此類的高度創新的傳輸技術。將來，它還將支持更高層級的測試場景和技術，并在已經鋪設的光纖基礎設施上增加容量，覆蓋距離以及靈活性。

基于LED實現610Mbps單路實時傳輸

2016年1月，中國科學院半導體研究所集成光電子學國家重點實驗室研究員陳雄斌主持的北京市科技計劃課題“室內高速可見光通信系統收發器件與越區切換技術研發”(執行年限2014年1月至2015年12月)宣布已按計劃完成。研究團隊委托工信部的中國泰爾實驗室對單路實時610Mbps的可見光通信進行了第三方測試，結果呈現良好，基于1瓦熒光型白光LED和PIN探測器在OOK調制下單路實時傳輸平均速率610Mbps，在傳輸距離6.2米時，平均誤碼率為3.5e-5量級，遠低于前向糾錯的誤碼率上限要求3.8e-3。

【點評】可見光通信這項無線光通信新技術比傳統的無線電通信技術更加符合無線通信技術的發展方向(高速、大容量、安全)，未來會催生很多創新應用。中國有眾多的LED企業和廣闊的半導體照明市場，這種基礎優勢是其他國家難以企及的?？梢姽馔ㄐ偶夹g的實用化研究應該引起大家重視。