The Photonic Revolution Driving 6G Networks

فالتواصل اللاسلكي يقترب من نقطة انطلاق أساسية، إذ لا يزال عدد الباحثين 5 جي يتجهون نحو تحديد متطلبات الـ 6 جي، التي تعد بتسليم معدلات البيانات إلى 1 تيبس، ودرجة الطول الثانية، والوصل الهائل لمليارات أجهزة الإنترنت (IoT) التي تقدم نماذج متغيرة من الأساليب الإلكترونية البحتة إلى تكنولوجيات الكشف الضوئي التي تغذي الضوء على توليد الإشارات،

وتستخدم النظم القائمة على الصور ضوءا بدلا من التيارات الكهربائية لنقل المعلومات، ورثت المزايا المادية للألياف البصرية - وهي عرضية هائلة، وتدهور الإشارات المنخفضة، وقلة توليد الحرارة - مع تكييفها لوصلات الواجهة اللاسلكية والخلفية، ومن خلال إدماج المكونات الضوئية مباشرة في محطات الأساس، والهوائيات، ومراكز البيانات، يمكن لشبكات الغازات الست أن تدعم الاتصالات الهولندية التفرغية، وتنسيق المركبات بشكل مستقل.

الدور الأساسي للطوائف في 6G Architecture

وعلى عكس الأجيال المتنقلة السابقة، سيعمل فريق الخبراء على نطاق واسع من دون 6 غيغاهيرتز عبر موجة ميليتر (الناموس) إلى نطاق الترددات (فوق 100 غيغاهرتز) ويكافح الدوائر الإلكترونية لتوليد وتجهيز الإشارات في هذه الترددات العالية بسبب الكبسولة الطفيلية، وتفكك القوى، واتباع نطاق الترددات الضوئية المحدودة.

لماذا يُنفذ الضوء الإلكترون

وتتمثل الميزة الأساسية للصور الضوئية في 6G في القدرة على توليد وتلاعب الإشارات في الترددات التي تتجاوز نطاق الوصول إلى الإلكترونيات القائمة على السيليكون، وعلى سبيل المثال، فإن التحلل الضوئي - الذي يخلط بين طنين من الليزر مفصولة قليلا - يمكن أن ينتج إشارات الموجات المستمرة من بضعة جيهرتز إلى عدة ثيسات، مما يتيح توليد إشارات دقيقة عن أجهزة معالجة الترددات العالية القدرة على الصنع.

القضايا الرئيسية ذات الاستخدام 6G التي تتطلب الصور

  • Ultra-high-definition holographic calls] that require data rates exceeding 10 Gbps per user.
  • Massive sensor networks] for intelligence cities and factory autotency with sub —millisecond latency.
  • Distributed aerial and underwater communications] where electromagnetic attenuation is prohibitive, but laser —based free airspace optical links can operate.
  • Realtime digital twin coincidehronization across distributed edge data centers.

وبدون صور فوتوغرافية، سيكون من المستحيل تنفيذ هذه التطبيقات على نطاق واسع بسبب القيود الغامرة التي تفرضها سلاسل الترددات اللاسلكية الإلكترونية والقيود التي تفرضها النطاق الترددي.

المنجزات الأخيرة في المكونات الفوتونية لـ 6G

وقد نقلت أوجه التقدم الهامة التي تحققت خلال السنوات الخمس الماضية عناصر التصوير الضوئي من الفضول المختبرية إلى نماذج نظارة فرعية قابلة للاستمرار، وتبرز أربعة مجالات هي: دوائر التصوير المتكاملة، وأجهزة الناموسيات التي تعمل بالأشعة فوق البنفسجية، ومفاتيح التبريد الضوئية، وأجهزة التضليل الضوئية.

الدوائر الصوتية المتكاملة

ومثل الدوائر الإلكترونية المتكاملة، تجمع الدوائر المتكاملة الضوئية بين الليزر والمناقلات والمضخمات والآلات والكشفات والمضاعفات على رقاقة واحدة، وقد نضج استخدام صور السيليكون كمنبر بسرعة لأنه يُعزز عمليات النسيج المكملة للمعادن الفلزية، ويقلل من التكلفة ويمكِّن محطات الإنتاج بالأشعة فوق البنفسجية.

ومنبر واعد آخر هو فوسفيديد الصوديوم الذي يوفر توليداً خفيفاً فعالاً وصيغة عالية السرعة في رقاقة واحدة، وقد أدخلت شركات مثل Lumentum ] مراكز متقدمة متنامية في مجال التركيزات المحلية لإقامة وصلات بصرية متماسكة يمكن إعادة استخدامها في إطار واجهة لاسلكية.

محررين سريعين جداً

Encobandding data into a light beam at THz rates demands‐ modulators with electrooptic bandwidths exceeding 100 GHz. Traditional lithium‐niobate (LiNbO3) Mach‐Zehnder modulators are now being replaced by efficientfilm lithium niobate (TFLN) modulaages

ممرات فوتونية متقدمة

وفي شبكة من الشبكات ذات الـ 6G، يعتبر توجيه حركة السير وإعادة تشكيلها أمرا أساسيا، لا سيما في البيئات الحضرية الكثيفة والشبكات المتنقلة، ويمكن للمفاتيح الضوئية القائمة على النظم الميكانيكية الدقيقة والبلور السائل على السيليكون أن تعيد تشكيل المسارات البصرية في الحيز الميكروفوني دون تبديد حرارة الوصلات الإلكترونية (100) التي طورت في أحدث الأوقات التي استحدثت فيها أجهزة التبديل الضوئية.

أشعة مصورة لـ (ثز)

(ب) يتطلب استخدام شعاعات ثلاثية ضيقة أطواراً ذات عناصر عديدة، ويحتاج كل منها إلى مراقبة تدريجية، ويدخل المتحولون الإلكترونيون خسائر غير مقبولة واستهلاكاً للطاقة في ترددات ثلاثية الأبعاد، وقد ثبتت حالة الأشعة المفاجئة، التي تستخدم حالات تأخير بصرية وحبس بصريعة من أجل إحداث تحولات في مرحلة يمكن التحكم فيها، في إطار دراسة 30023 في أوبكتيكا(1).

Overcoming Integration and Environmental Challenges

ورغم المعالم المختبرية المثيرة للإعجاب، فإن النشر العملي لنظم التصوير الضوئي 6G يواجه عقبات عديدة يتصدى لها الباحثون بفعالية.

Co-Integration with Electronic CMOS

Photonic components must interface seamlessly with the electronic baseband processing units that handle digital modulation, coding, and protocol stacks. Current approaches include hybrid fr stacking (where a photonic die is impchip bonded to an electronic ASIC) and monolithic integration (growing IIItempV photonic materials directly on silicon).

الإدارة الحرارية

فالدوائر الهوائية ليست محصنة من الحرارة، فالأجهزة الملاحية تولد حمولات حرارية كبيرة، وتتدهور درجة الحرارة في أداء الموصلات والكشافات، ويجري حاليا دراسة حلول حرارية متقدمة مثل التبريد الميكروبيليكي ونشرات حرارة الماس، مما يؤدي إلى إدخال المكونات الضوئية مباشرة في وحدات قياسية ذات درجات حرارة منخفضة الحرارة الحرارية داخل نطاق درجات الحرارة المنخفضة.

التكلفة والصناعة التحويلية

وتأخذ صور السيليكون في مقدمة عملية خفض التكاليف بسبب النظام الإيكولوجي الحالي لدائرة الرصد والمراقبة، ولكن العمليات المتخصصة المتعلقة بأجهزة العصيوم والشبكة الداخلية للبترول لا تزال باهظة التكلفة، وتعمل الصناعة على تشغيل مضخة متعددة المشاريع القائمة على أسس تتيح للباحثين والبدء في النموذج الأولي بتكلفة أقل.

النزاهة والإلمام في راندغ

وفي حالات التردد فوق 100 غيغاهرتز، يجب أن تخفف العناصر البصرية من التقلبات في مرحلة الليزر والضوضاء النسبية للكثافة، كما أن استخدام الليزر الضيق النطاق والخطط المتوازنة للكشف أصبح معياريا، وبالإضافة إلى ذلك، يجري استكشاف محولات مسببة للأشعة المصورة التي تُعين مباشرة صور الموجات الفوقية في المجال البصري من أجل القضاء على مراحل متعددة من التحويل إلى الترددات.

الاتجاهات المستقبلية: عدد المتفوقين في الطبقات الهوائية والإدماج في الأنشطة المنفذة تنفيذاً مشتركاً

وبعد النظر إلى ما بعد عام 2030، سيزيد اتجاهان مستجدان من تفاقم دور الصور الفوتوغرافية في 6 زاي.

التوزيع الرئيسي وتجهيزه

ومن المرجح أن يشمل ضمان الاتصال في 6 زاي التوزيع الرئيسي الكمي الذي يدمج في البنية التحتية للصور الضوئية، ويجري حاليا تطوير مجهزات للصور الفوتونية التي يمكن أن تتلاعب بصور واحدة لتصحيح الأخطاء الكمية وتبادلها، ويمكن أن توفر في نهاية المطاف قدرات الاتصالات والحساب في نفس النسيج البصري، مما يجعل شبكات الغازات المتوسطة الحجم آمنة من الهجمات الكمية.

تعليم الآلاتين من أجل مراقبة الشبكة الهوتونية

وتعقيد إدارة آلاف الحزمة وتدفقات الحركة يتطلب تحقيق الاستخدام الأمثل آلياً، ويجري تدريب أجهزة الاستخبارات الفنية وأجهزة التكليف الآلي على معايير نظام التصوير - مثل الانحراف الليزري، وعدم الليزر، وعدم الليفي، وعدم التأقلم في المرحلة المحيطة - للتمكين من إعادة التوازن في الوقت الحقيقي، وعلى سبيل المثال، استخدمت التعابير في تطويع مفاتيح البحث الضوئية في إطار الحد الأدنى من التحميل

خاتمة

والتكنولوجيات الملاحية ليست مجرد تحسين تدريجي بالنسبة لـ 6G؛ فهي الميسر الأساسي لنقل البيانات من التاهرتزرات، والارتفاع المفرط في التردد، والربط الهائل الذي يتطلبه الجيل القادم من الشبكات اللاسلكية، وقد أدت التطورات في الدوائر المتكاملة للصور، والدوائر الأكاديمية ذات السرعة العالية، والمفاتيح الضوئية، والصفائف الإلكترونية المدمجة إلى إزالة العقبات التقنية الرئيسية المتبقية.

ومع نضج العناصر الضوئية والانتقال من النماذج الأولية للمختبرات إلى وحدات قابلة للنشر في الميدان، يمكننا أن نتوقع من 6 جي أن تفي بوعدها بخبرة رقمية عالية الجودة ومرتبطة ارتباطا كاملا، وسيؤدي زواج الاتصالات القائمة على ضوء نظم المراقبة الذكية إلى فتح تطبيقات لا توجد اليوم إلا في الخيال العلمي، من الاجتماعات الهوائية الحقيقية إلى العمليات الجراحية النائية وما بعدها، والثورة الضوئية التي شهدتها ست جي بالفعل، إلى الآن.