基于简化并行Kramers-Kronig接收器的光纤-太赫兹集成系统实现超60G SSB-FBMC信号传输

为解决光子辅助太赫兹通信系统中相干检测技术成本高、信号-信号拍频干扰(SSBI)降低信噪比的问题，研究人员提出简化并行Kramers-Kronig(SP-KK)接收器方案，通过泰勒展开近似和免乘法器有限脉冲响应(MF-FIR)滤波器实现希尔伯特变换低复杂度硬件实现。实验证明该方案在0.1 THz频段下可实现63.1 Gb/s 16-QAM FBMC信号10公里有线及3米无线传输，性能与传统HT-KK接收器相当，为6G前传/回传提供了高性价比解决方案。

　　

随着6G通信技术发展，太赫兹(THz)频段因其超大带宽资源成为突破无线传输容量瓶颈的关键。然而传统相干检测系统存在接收端复杂度高、成本昂贵的问题，而直接检测(DD)系统又面临信号-信号拍频干扰(SSBI)导致信噪比下降的挑战。特别是在光子辅助太赫兹通信场景中，如何平衡系统性能与实现复杂度，成为制约该技术走向实际应用的核心难题。

针对这一挑战，国内某研究团队在《Optics 》发表论文，创新性地提出简化并行Kramers-Kronig(SP-KK)接收器方案。该研究通过三大技术突破：采用泰勒展开替代传统非线性运算避免频谱展宽、设计免乘法器有限脉冲响应(MF-FIR)滤波器实现希尔伯特变换(HT)硬件简化、构建光子辅助W波段传输系统，成功在0.1 THz频段实现63.1 Gb/s 16-QAM滤波器组多载波(FBMC)信号的10公里光纤与3米无线混合传输。实验数据显示，SP-KK接收器的误差矢量幅度(EVM)性能与基于传统希尔伯特变换的KK(HT-KK)接收器相当，误码率(BER)可达20%软判决前向纠错(FEC)阈值，同时硬件资源消耗显著降低。

技术方法
研究团队建立光子辅助W波段光纤-太赫兹集成实验系统，采用16-QAM调制格式的SSB-FBMC信号，通过伪随机二进制序列(PRBS)生成、符号映射和FBMC调制等数字信号处理(DSP)流程。关键创新在于SP-KK接收器设计：用泰勒展开近似替代对数运算，采用基于移位相加的MF-FIR实现HT滤波，并优化上采样(US)/下采样(DS)流程。系统测试涵盖不同载波信号功率比(CSPR)、接收光功率(ROP)等参数对传输性能的影响。

研究结果
The principle of SSB-FBMC based on SP-KK receiver
提出SP-KK接收器理论框架，证明泰勒展开至三阶即可满足相位重建精度要求，MF-FIR滤波器在保持HT精度的同时将乘法器数量减少83%。

Experimental Setup
构建包含马赫-曾德尔调制器(MZM)、掺铒光纤放大器(EDFA)和UTC-PD光电探测器的混合传输平台，实现16.4 Gbaud的FBMC信号生成与检测，核心器件参数经优化匹配。

Experimental Results and Discussions
在CSPR为9 dB时，SP-KK方案使EVM改善3.2 dB，接近HT-KK性能。无线传输场景下，SP-KK的接收灵敏度较传统方案提升2.1 dB，验证其对多径干扰的鲁棒性。

Conclusion
SP-KK方案首次实现KK接收器的低复杂度硬件实现路径，支持16-QAM高阶调制在光子辅助THz系统的应用，为5G/B5G/6G移动前传提供实测数据支撑。

这项研究的突破性在于，通过算法-硬件协同创新，将原本依赖复杂数字信号处理的KK接收器简化为可实际部署的方案。特别是MF-FIR滤波器的设计，解决了HT在实时系统中的实现难题，而泰勒展开近似则有效规避了传统非线性运算带来的频谱效率损失。研究成果不仅推动太赫兹通信向实用化迈进，更为未来无线光融合网络提供了新的技术选项，对实现Tbps级移动前传/回传具有重要指导价值。