Samöverföring av radiofrekvensreferens och datasignal över flerkärnig fiber

Varför ditt framtida internet beror på bättre tidsbestämning

Strömningstjänster, molnspel, självkörande fordon och 6G-trådlöst är alla beroende av att data inte bara rör sig snabbt utan också i perfekt synkronisering. Inom dagens datacenter börjar de digitala ”klockor” som håller utrustningen synkroniserad dock att få problem. Denna forskning visar ett nytt sätt att skicka både mycket stora datamängder och en ultrastabil tidsreferens längs samma fibersträng i en avancerad optisk fiber, vilket kan ge snabbare nätverk med betydligt tajtare koordinering mellan enheter.

Att dela vägen för data och exakt tid

Moderna kommunikationssystem förlitar sig på optiska fibrer för att bära enorma informationsmängder och på radiofrekvens(RF)-referenssignaler för att hålla all hårdvara synkroniserad. Standarder som Precision Time Protocol pressas redan till gränsen av 5G och de ännu mer krävande framtida 6G-näten. Traditionella tidsmetoder använder ofta separata länkar eller extra våglängder och kan påverkas av mycket små fördröjningar och brus i fibern. Författarna undersöker en mer effektiv idé: använd en specialfiber med flera ljusbärande kärnor och låt en optisk kanal bära både en höghastighetsdataström och en lågfrequent klockreferens samtidigt.

En ny typ av fiberlandsväg

Teamet använder sjukärnig fiber, som samlar sju individuella ljusvägar i ett enda glasomhölje. Denna design ökar kapaciteten dramatiskt och gör, viktigt nog, att signaler i olika riktningar utsätts för i stort sett identiska förhållanden. I deras arkitektur fungerar två av kärnorna som ”uplink” och ”downlink” mellan datacenterrackar. En masterlaser tillhandahåller en ultraren optisk bärare som delas av flera enheter, så att alla sändare och mottagare utgår från samma optiska referens. På denna bärare lägger forskarna en 224‑gigabit-per-sekund datasignal och, inbäddad i samma optiska spektrum, en enkel 10‑megahertz RF-ton som fungerar som gemensam klocka.

Hur en ljusstråle utför två uppgifter

Vid sändaren kodas data på ljuset med en avancerad modulationsform som effektivt packar flera bitar i varje symbol. 10‑MHz RF-referensen sätts in som en smal ”pilot”-ton på en bestämd punkt i signalens spektrum, med bara ungefär en procent av datapowern så att den knappt stör kommunikationskvaliteten. Efter att ha färdats 1 eller 10 kilometer genom den sju‑kärniga fibern når den kombinerade signalen en specialiserad mottagarmodul kallad RF- och datasignaldemultiplexern (RFDSD). Där separerar en koherent optisk front-end höghastighetsdata och lågfrequenstonen, konverterar dem till elektrisk form och leder RF-tonen in i en återkopplingsloop som mäter och korrigerar långsamma drift i frekvens och fas.

Visar stabilitet och hastighet i labbet

Forskarna testade sitt system över länkar på 1 kilometer och 10 kilometer, avstånd som representerar förbindelser mellan rack eller byggnader i stora datacenter. De mätte hur stabilt 10‑MHz‑klockan anlände i andra änden genom att följa små frekvensfluktuationer över tid. Med återkopplingssystemet aktivt förbättrades tidsstabiliteten med fyra till fem storleksordningar jämfört med en okontrollerad länk och överträffade kommersiella rubidium-atomklockor — enheter som redan används som betrodda tidreferenser. Samtidigt återhämtades den 224‑Gb/s dataströmmen rent i fyra separata tributärer, alla under felnivån som modern framåtriktad felkorrigering bekvämt kan rätta, även vid relativt låga mottagna optiska effekter.

Vad detta betyder för framtida nätverk

För icke-specialisten är slutsatsen att samma glasstång nu kan göra dubbelt arbete: den kan transportera enorma mängder information samtidigt som den levererar en exceptionellt precis delad klocka. Genom att använda flerkärnig fiber och en heloptisk mottagare som inte kräver tung digital signalbehandling visar författarna en praktisk väg mot korta länkar med pikosekundnivåns tidsnoggrannhet — biljondelar av en sekund. Sådan noggrannhet kan förenkla nätverksdesign, förbättra koordineringen mellan servrar och stödja de strikta tidbudgetar som krävs av 5G+, 6G och därefter. Med andra ord kan detta tillvägagångssätt hjälpa framtida datacenter att köra snabbare, mer effektivt och i mycket bättre synk.

Citering: Liu, L., Liu, F., Jin, Z. et al. Co-transmission of radio frequency reference and data signal over multi-core fiber. Sci Rep 16, 5286 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36283-x

Nyckelord: flerkärnig fiber, optisk tidsbestämning, datacenternätverk, RF-klocköverföring, koherent optisk kommunikation