在多芯光纤上同时传输射频参考和数据信号

为什么更好的定时对你未来的互联网至关重要

流媒体、云游戏、自动驾驶和 6G 无线都依赖于数据不仅传输迅速，而且步调完全一致。然而在当今的数据中心中，负责同步设备的数字“时钟”已开始捉襟见肘。这项研究展示了一种新方法，能够在同一条先进光纤上既传输海量数据，又传输超稳的定时信号，承诺实现更快的网络并使设备之间的协调更加紧密。

为数据与精密时间共享通道

现代通信系统依赖光纤承载巨量信息，并依靠射频（RF）参考信号将所有硬件保持同步。像精密时间协议（PTP）这样的标准已被 5G 和更加苛刻的未来 6G 网络推向极限。传统的定时方法通常使用独立链路或额外波长，且容易被光纤中的微小延迟与噪声干扰。作者们探讨了一种更高效的思路：使用一种包含多个光传输芯的特殊光纤，让一个光学通道同时承载高速数据流和低频时钟参考。

一种新的光纤“高速公路”

团队使用七芯光纤，在单一玻璃包层内捆绑了七条独立的光路。这种设计显著提高了容量，并且更重要的是，使得不同方向的信号经历几乎相同的传播条件更容易。在他们的架构中，两个芯用作机架之间的“上行”和“下行”通道。一台主激光器提供一个超洁净的光载波，被多个单元共享，因此所有发射器和接收器都从相同的光学参考开始。在该载波上，研究人员调制出 224 吉比特每秒的数据，并在相同光谱中嵌入一个简单的 10 兆赫射频音调，作为共同时钟。

一束光如何承担两项任务

在发射端，数据使用一种先进的调制格式编码到光上，这种格式能在每个符号中高效承载多位信息。10 MHz 的射频参考被作为窄带“导频”音调插入到信号光谱的特定位置，其功率仅约占数据功率的百分之一，因此对通信质量几乎没有扰动。经过 1 或 10 公里七芯光纤传输后，复合信号到达一种称为射频与数据信号解复用（RFDSD）的专用接收模块。在那里，相干光学前端将高速数据和低频音调分离、转换为电信号，并将射频音调送入反馈环路以测量并校正缓慢的频率与相位漂移。

在实验室中验证稳定性与速率

研究人员在 1 公里和 10 公里链路上测试了他们的方案，这些距离代表大型数据中心机架或建筑间的连接。他们通过跟踪 10 MHz 时钟随时间的微小频率波动来测量到达端的稳定性。启用反馈系统后，定时稳定性相比不受控链路提高了四到五个数量级，并且优于商用铷原子钟——这些设备已被用作可信的时间参考。与此同时，224 Gb/s 的数据流在四个独立支路中被干净恢复，误码率均低于现代前向纠错能够舒适修正的阈值，即使在相对较低的接收光功率下也是如此。

这对未来网络意味着什么

对非专业读者来说，结论是：同一段玻璃现在可以承担双重职责，既传输海量信息，又提供异常精确的共享时钟。通过使用多芯光纤和无需大量数字信号处理的全光接收器，作者展示了通向短距离链路皮秒级定时——万亿分之一秒——的实用路径。这种精度能够简化网络设计、改善服务器间的协调，并支撑 5G+、6G 及更高标准所要求的紧张时序预算。换句话说，这种方法可助力未来数据中心运行得更快、更高效、同步性更好。

引用: 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

关键词: 多芯光纤, 光学定时, 数据中心网络, 射频时钟传输, 相干光通信