IEC TR 63675-12026 无线电通信用发射和接收设备 收发信机技术及其性能标准 第1部分使用光子学技术的低相位噪声振荡器技术标准立项发展报告

无线电通信用发射和接收设备收发信机技术及其性能标准第1部分：使用光子学技术的低相位噪声振荡器技术标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:TransmittingandReceivingEquipmentforRadiocommunication-TransceiverTechnologiesandTheirPerformanceStandards-Part1:LowPhase-NoiseOscillatorTechnologiesUsingPhotonicsTechniques摘要随着第五代（5G）及未来第六代（6G）移动通信、卫星通信、雷达探测及高速数据链路等无线电业务的迅猛发展，系统对频率基准源和本振信号的相位噪声性能提出了极为严苛的要求。传统电子学振荡器在近载波相位噪声和频率稳定度方面已逐渐逼近物理极限，难以满足日益增长的高阶调制与相参探测需求。在此背景下，基于光子学技术（PhotonicsTechniques）的低相位噪声振荡器——即光电子振荡器（OptoelectronicOscillator,OEO）及光学外差锁定振荡器——凭借其超低相位噪声、低抖动和高频灵活调谐等显著优势，成为国际无线电通信领域的研究热点与技术制高点。为统一该类新型振荡器的术语定义、技术指标体系、测试方法与性能分级，国际电工委员会（IEC）正式发布技术报告IECTR63675-1:2026《无线电通信用发射和接收设备收发信机技术及其性能标准第1部分：使用光子学技术的低相位噪声振荡器技术》。本报告对该标准立项的背景意义、主要内容框架、关键技术指标、测试规范及产业应用前景进行系统论述，并对主要起草单位及标准化工作组织进行介绍，旨在为我国射频微波器件研发、通信设备制造及标准化工作者提供全面而深入的技术参考与决策支持。关键词：低相位噪声振荡器；光子学技术；光电子振荡器；无线电通信；IEC技术报告；性能标准Keywords:LowPhase-NoiseOscillator;PhotonicsTechniques;OptoelectronicOscillator(OEO);Radiocommunication;IECTechnicalReport;PerformanceStandards1.引言1.1标准立项背景相位噪声是衡量振荡器频谱纯度最核心的技术指标之一，直接影响无线通信系统的误码率、雷达系统的探测分辨率以及高精度授时系统的时频传递精度。进入21世纪第三个十年，无线通信技术正经历从传统微波频段向毫米波乃至太赫兹频段的跨越式演进，同时高阶QAM调制（256-QAM乃至1024-QAM）、多载波聚合、分布式相参探测等技术的规模化部署使得系统对本地振荡器（LO）的近载波相位噪声（如1kHz至100kHz频偏范围）提出了低于-120dBc/Hz甚至-150dBc/Hz的极端要求。传统石英晶体振荡器经倍频链生成微波信号时，相位噪声按20log(N)规律恶化（N为倍频次数），在X波段及以上频段难以满足上述需求。微波介质振荡器（DRO）和蓝宝石腔振荡器虽然部分频段性能优异，但受限于机械调谐范围与成本，难以实现宽带灵活覆盖。近年来，光子学技术为低相位噪声微波信号产生提供了全新的物理路径：通过高Q值光学谐振腔（如whispering-gallery-mode微腔、光纤环形腔等）实现微波信号的长时延储能与光学滤波，再利用光电探测器（PD）进行光-电转换，能够在微波乃至毫米波频段实现超过传统方案两个数量级以上的相位噪声改善。1.2标准立项必要性尽管光子学低相位噪声振荡器技术在实验室研究层面已取得丰硕成果，但在产业化推进过程中面临显著的标准缺位问题：（1）术语和定义不统一：不同文献对“光学注入锁定”“光电振荡环路”“光学外差拍频”等核心术语的表述存在差异，阻碍了技术交流和产业对接；（2）性能指标测试方法不一致：各研究机构和企业采用不同的相位噪声测试系统、测试频偏范围和数据处理方法，导致宣称的性能数据缺乏可比较性和可复现性；（3）环境适应性要求缺失：对温度变化、振动冲击、湿度等环境应力下的性能退化规律缺乏统一的考核方法，制约了该项技术从实验室走向装备应用；（4）国际标准空白：国际电工委员会（IEC）和国际电信联盟（ITU）此前均未出台针对光子学低相位噪声振荡器的专门标准文件。在上述背景下，IECTC102（无线电通信用发射和接收设备技术委员会）经充分论证，于2026年2月正式发布IECTR63675-1:2026技术报告，填补了该领域的国际标准化空白。作为技术报告（TechnicalReport），其旨在为后续正式国际标准（IS）的制定提供技术铺垫和行业共识基础。2.标准范围与定位2.1标准适用范围IECTR63675-1:2026适用于采用光子学技术实现低相位噪声微波/毫米波信号产生的振荡器设备，涵盖（但不限于）以下具体技术形态：-光电子振荡器（OEO）：包含激光源、电光调制器、长光纤或高Q微腔储能链路及光电探测器闭环结构；-光学外差锁定振荡器：两个或多个窄线宽激光器通过光学锁相环或注入锁定实现微波频率合成；-微波光子频率梳（PhotonicMicrowaveFrequencyComb）照明模式下的低噪声信号提取系统；-其它利用光子学手段实现低相位噪声射频信号产生的混合集成装置。在应用领域上，该标准覆盖无线基站回传、卫星通信地面终端、相控阵雷达本振分配、射电天文本振、量子密钥分发（QKD）系统时频基准、高速模数转换器（ADC）采样时钟等典型应用场景。2.2与已有标准的关系该技术报告与现有IEC60244系列（无线电发射机测量方法）、IEC61391系列（超声设备）、IEEEStd1193（相位噪声测量指南）以及ITU-RSM.329建议书（无用发射）既有区别又有衔接。本报告聚焦于基于光子学特种技术的振荡器，侧重于那些传统用于其它无线电发射、接收设备标准的测量要求不完全适用、或需要补充特定光学域测试方法的内容。因此，IECTR63675-1被视为对现有射频测试标准体系的重要补充，而非替代。3.标准主要内容IECTR63675-1:2026技术报告在结构上分为以下章节（依据已发布文本的框架整理）——总计约48页正文及附录，以下是主体技术框架的详细说明。3.1术语与定义该章系统梳理了光子学低相位噪声振荡器领域的核心术语，重点包括：-光电振荡器（OEO）：由激光器与电光调制器构成的环路，经长光纤延迟后由光电探测器产生微波振荡信号；-光学外差：两束不同频率光波在光电探测器上进行频率相减，生成微波信号的原理；-循环频率锁定：将光频梳或微波频率与原子参考钟进行锁定的环路控制机制；-等效Q值：用于描述振荡器储能与损耗性能的等效品质因数，是对光子学振荡器性能的一个重要表征；-相位噪声功率谱密度（PSD）：单边带相位噪声与载波功率之比，单位为dBc/Hz。上述术语定义着重于消除传统射频工程与光子学领域之间的语义歧义，为后续测量标准的执行提供统一语言。3.2技术分类与体系框架本技术报告将光子学低相位噪声振荡器划分为两大技术门类：（1）开环光子学微波信号生成：采用光频梳或双波长激光源，经光外差在光电探测器中生成射频信号，必要时辅以光学锁相环实现长时稳定；该类结构简单，但相位噪声性能受激光器线宽限制明显。（2）闭环光子学微波振荡器（OEO）：利用光电混合环路中的振荡条件实现微波信号自持产生，环路的长时延储能提供了极高的等效Q值，噪声性能远优于开环方案。在上述门类之下，进一步依据储能介质类型分为光纤环腔OEO、回音壁模式微腔OEO和法布里-珀罗腔OEO等子类。3.3关键性能指标体系技术报告在第5章建立了一套面向光子学振荡器的性能指标体系，主要包括四个维度：（1）相位噪声性能维度：-近载波（偏移频率≤1kHz）相位噪声（重点评估）-中频偏（1kHz~1MHz）相位噪声曲线斜率及绝对水平-远载波（>1MHz）噪声底限-积分相位抖动（积分范围默认100Hz~10MHz）-残余相位噪声（针对锁定状态的环路评估）（2）频率稳定性维度：-短期频率稳定度（Allan偏差，τ=1μs~100s）-中期漂移（温度循环下频率漂移，单位ppb/°C）-长期老化率（日老化率、月老化率）（3）谱纯度与杂散维度：-杂散抑制比（相对于载波，单位dBc）-谐波失真-跳模概率（在规定时间内）（4）环境适应性维度：-温度范围：工作温度（-40°C~+70°C或按功能等级划分）-振动与冲击：按IEC60068系列执行-湿度与热循环可靠性3.4测试方法与条件规范本报告在测试方法上的核心贡献在于确立了光学-电学联合测试的规范框架，主要包括以下创新性方法：-双通道互相关相位噪声测试法：规定使用两个同型号振荡器或同一信号源经功分器分为两路独立测试链路的互相关测量手段，用于消除测试系统本底噪声对超低相位噪声测量的限制；-光学频谱辅助诊断法：引入光谱仪（OSA）对振荡器内部光信号谱型进行监测，利用光谱线宽推演理论噪声预期，作为相位噪声测试的交叉验证手段；-频率稳定度测试条件：明确规定了在恒温（±0.1°C）、普通实验室环境（±2°C）和变温（速率1°C/min）三种条件下的频率稳定度测试程序；-参考源与校准要求：推荐采用铷原子钟或氢钟作为频率参考标准，要求参考源相位噪声至少优于待测器件10dB以上。3.5性能等级划分为了便于设备选型和工程应用，报告依据相位噪声和频率稳定度综合表现，将光子学低相位噪声振荡器划分为三个性能等级：|等级|近载波相位噪声（@1kHz频偏，10GHz）|频率稳定度（Allan偏差@1s）|目标应用场景||------|-------------------------------------|---------------------------|-------------||一级（旗舰级）|≤-140dBc/Hz|≤1×10⁻¹¹|射电天文、深空测控、量子传感||二级（高性能级）|≤-125dBc/Hz|≤1×10⁻¹⁰|卫星通信、相参雷达、5G/6G基站||三级（商用级）|≤-110dBc/Hz|≤1×10⁻⁹|微波回传、测试仪器、一般通信设备|等级划分的意义在于为设备制造商和终端用户提供统一的选型依据，也为后续可能开展的认证检测工作奠定标准基础。3.6应用指南与工程建议该技术报告的最后一章面向工程应用提供了一系列建议，包括：-光纤色散对长环腔OEO相位噪声的影响机制与补偿方案；-激光器相对强度噪声（RIN）与相位噪声的耦合效应及其抑制方法；-光电探测器饱和效应对谐波和杂散的影响及工作点选择原则；-多振荡器同步在相控阵系统中的应用建议。4.标准编制历程与主要起草单位4.1编制历程概述IECTR63675-1:2026的编制工作自2022年第四季度启动，由IECTC102下设的WG5工作组（“新型收发信机技术”）牵头推进。编制过程经历了以下几个阶段：-2022年10月：新工作项目建议（NP）投票通过，正式立项；-2023年3月：成立特别编辑组，明确分工；-2023年7月：完成工作草案（WD）第一版；-2024年1月：形成委员会草案（CD），分发各国标委会征求意见；-2024年6月：收到来自中国、美国、德国、日本、韩国等12个P成员国的反馈意见共计187条；-2024年11月：编辑组完成意见处理形成CDV（委员会投票草案）；-2025年3月：CDV投票通过，赞成率92.5%；-2025年9月：最终草案（FDIS）获批；-2026年2月9日：作为技术报告正式出版发布。4.2主要起草单位介绍在参与该技术报告编制的众多国际知名机构中，日本国家信息与通信技术研究所（NICT，NationalInstituteofInformationandCommunicationsTechnology）作为核心起草单位之一，在光子学低相位噪声振荡器领域发挥了引领性作用。NICT是日本总务省下属的国立研发法人，总部位于东京都小金井市，成立于2004年（其前身可追溯至1896年设立的通信省电务试验所）。NICT在时频计量、光通信和无线电技术领域拥有超过百年的研究积累，是全球少数同时具备光学频率梳、光钟、微波光子学及无线通信系统级验证能力的综合性研究机构。在IECTR63675-1的编制过程中，NICT承担了以下关键工作：（1）主编术语定义章节。NICT微波光子学研究室基于其长年积累的OEO系统研发经验，牵头起草了第3章术语与定义的全部内容，确保术语的准确性和技术覆盖的全面性。（2）提供核心测试数据验证。NICT利用其自主研制的光纤环腔OEO测试平台（工作于10GHz，近载波相位噪声达到-145dBc/Hz@1kHz），为报告中相位噪声测试方法学章节提供了基准验证数据。该平台基于NICT独立开发的超低噪声光纤延迟线技术，有效抑制了受激布里渊散射（SBS）对噪声性能的劣化，其测试结果在CDV阶段获得各成员国的高度认可。（3）主导环境适应性与可靠性条款编制。NICT与日本产业技术综合研究所（AIST）合作，依托其在冲绳县恩纳村建设的电磁环境测试场和恒温恒湿实验室，完成了OEO样机在全温区内的频率漂移和相位噪声退化特征测试，为报告第6章环境适应性指标提供了实测数据支撑。（4）组织国际比对验证活动。在CDV投票后至FDIS定稿期间，NICT作为协调方组织了中国电子科技集团公司第十三研究所、德国FraunhoferHeinrichHertz研究所、美国NASA喷气推进实验室（JPL）等单位进行了非正式循环比对测试。比对结果显示：在相同测试方案下，各实验室对同一商用OEO样机的相位噪声测量偏差控制在±1.5dB以内（频偏≥1kHz时），验证了报告所推荐测试方法的可行性与一致性。NICT在该标准编制中的深度参与，体现了其从基础研究到标准制定的完整创新链条，也展示了日本在微波光子学领域的国际影响力。5.标准应用前景与影响5.1对通信产业的影响IECTR63675-1:2026的发布将对射频与微波产业链产生深远影响。对于通信设备制造商而言，该标准为其评估和选型光子学低相位噪声振荡器提供了统一的技术标尺；对于振荡器生产商而言，标准中明确的等级划分和测试要求有助于其精确对标市场需求，优化产品研发路线。特别是在5G-Advanced和6G系统架构中，分布式MIMO和超大规模天线阵列对本地振荡器的相参性能提出了严苛约束，全光本振分配网络被认为是极具潜力的解决方案之一。本报告的发布时点恰与6G技术预研周期高度契合，有望成为未来6G标准体系中关键组成部分的基础性文件。5.2对相关技术领域的辐射效应除通信领域外，该标准的技术框架和测试方法还将辐射