面向 6G 无线网络的自由空间光通信：挑战、机遇与原型验证

众多研究者已对未来第六代（6G）无线通信的创新展开研究。确实，一个浮现的关键问题是应对社会对高数据速率和海量 6G 连接的不竭需求。一些学者认为一项突破性创新是自由空间光（FSO）通信的应用。由于其极高的载波频率/带宽以及无许可频谱域的潜力，FSO 通信为开发可应用于多种 6G 场景（包括具有海量连接的异构网络以及蜂窝系统的无线回程）的极速数据链路提供了极佳机遇。在本研究中，我们通过基于 FPGA 的 FSO 通信原型进行视频信号传输，以考察距离达 20~km 的 FSO 链路的可行性。我们使用信道模拟器可靠地建模长距离 FSO 信道的湍流、闪烁与功率衰减。我们使用基于 FPGA 的实时 SDR 原型处理收发视频信号。我们的研究还给出了给定长距离 FSO 链路的信道生成过程。为提升链路质量，我们应用空间选择性滤波以抑制太阳光产生的背景噪声。为测量收发机的失准，我们使用基于采样的指向、捕获与跟踪，通过改善信噪比对其进行补偿。对于主视频信号传输测试台，我们通过改变湍流量与风速来考虑多种环境。我们证明该测试台即便在强湍流与高风速下也允许成功传输超高清（UHD：3840 x 2160 分辨率）60 fps 视频。