北科大首創簡化5G雙向通訊系統 助力高科技產業發展

北科大光電系終身特聘教授呂海涵（左三）研發成果登上《自然》系列期刊《通訊工程》。（北科大提供）

臺北科技大學光電工程系終身特聘教授呂海涵率領跨校研究團隊，領先全球首創利用偏極化正交調變技術建構雙向光纖寬頻／無線光通訊（FSO）／5G無線通信系統，研發成果發表於國際頂尖《自然》系列期刊《通訊工程》（Communications Engineering），可大幅降低5G雙向系統建構的複雜度，力助電信產業、光通訊產業、高速無人機／自駕車、工業自動化及智慧醫療產業。

呂海涵指出，偏極化正交調變技術一般用於加倍傳輸容量，只能做單向傳輸、不能做雙向傳輸，因爲回傳時上行光載波將會同時載送上行和下行光調變信號，會有上行光調變信號與下行光調變信號互相干擾引起的失真，就像同時戴着近視眼鏡和老花眼鏡，焦距不在同一處、影像模糊失真。

呂海涵在系統架構上創新，利用馬赫陳爾德調變器-光電振盪器（MZM-OEO）的物理特性─x軸光載波調變所需偏壓爲y軸光載波調變所需偏壓的3.58倍，在下行傳輸時供應較低的偏壓，載送y軸光調變信號及x軸光載波，並在下行接收端將x軸光載波作爲上行傳輸光載波、並予以載送上行光調變信號，「就像雙焦眼鏡一樣、同時具備兩種用途，不需要輪流戴着近視眼鏡和老花眼鏡」，藉此簡化5G雙向系統建構，具備極大的市場應用潛力。

呂海涵表示，此方法可有效抑制下行y軸光調變信號和上行x軸光調變信號交互作用引起的交錯極化干擾，進一步優化系統傳輸性能。同時，在寬頻異質整合接取網路上傳送雙向5G Sub-6GHz及MMW信號，可兼顧5G不同頻段的屬性，較低傳輸速率需求的郊區提供低載波頻率的5G Sub-6GHz信號，而較高傳輸速率需求的城市及特定垂直應用場域，則提供高載波頻率的5G MMW信號。團隊也成功利用雙合透鏡建置長達1公里的FSO鏈路，可取代數十到數百座5G基地臺，降低基地臺建設成本。

北科大表示，該研究的相關技術已技轉給通訊設備供應商，未來可運用於電信產業，支持4K／8K超高畫質影音串流、互動式XR等多媒體高頻寬應用；以及FSO、高速無人機／自駕車、工業自動化及智慧醫療等產業。

北科大提到，呂海涵投入教職已達30年，累計發表約250篇專業SCI期刊論文，同時爲美國光學學會（OPTICA）會士、國際光電工程學會（SPIE）會士及國際工程與科技學會（IET）會士，曾獲中國工程師學會傑出工程教授獎、中山學術著作獎，最近十年連年獲得北科大特殊優秀研究人才獎。