انقلاب فوتونی که 6G شبکه را هدایت می کند

ارتباطات بی سیم نزدیک به یک نقطه عطف اساسی است.با 5G هنوز هم در حال گسترش است، محققان در حال حاضر تعریف الزامات برای 6G، که وعده می دهد تا نرخ داده ها را به 1 Tbps، تاخیر زیر میلی ثانیه، و اتصال گسترده برای میلیاردها اینترنت اشیا (IoT) ارسال کند، این نیاز به یک تغییر پارادایم از روش های الکترونیکی خالص به فن آوری های پهنای باند عکس است که انتقال سیگنال و فقط به فرکانس های تشخیص عکس، و فرکانس های صوتی (IPG) و ساده و ساده (IPS) و ساده).

سیستم های مبتنی بر عکس به جای جریان های الکتریکی برای حمل اطلاعات، به ارث بردن مزایای فیزیکی فیبرهای نوری - پهنای باند عظیم، تخریب سیگنال پایین و حداقل تولید گرما - در حالی که آنها را برای جلو بی سیم و لینک های backhaul سازگار می کند.با ادغام اجزای فوتونی به طور مستقیم به ایستگاه های پایه، آنتن ها و مراکز داده، 6G شبکه می تواند از ارتباطات واقعی، هماهنگی خودرو، و واقعیت های ترکیبی پشتیبانی کند.

نقش اساسی فوتونیک در معماری 6G

بر خلاف نسل های موبایل قبلی، 6G در سراسر طیف گسترده ای از زیر 6 گیگاهرتز از طریق موج میلیمتری (mmWave) به محدوده THz (بالای 100 گیگاهرتز) فعالیت خواهد کرد (بالاتر از 100 گیگاهرتز) مدارهای الکترونیکی برای تولید و پردازش سیگنال ها در چنین فرکانس های بالا به دلیل خازن انگل، اتلاف برق و پهنای باند محدود است. Photonic بر این محدودیت ها با استفاده از منابع نوری، تنظیم کننده ها و پهنای باندهای صوتی که می توانند سیگنال های بسیار عالی را کنترل کنند، و فرکانس های سیگنال های صوتی را به سرعت.

چرا Light Outperforms Electrons

مزیت اصلی فوتونیک در 6G در توانایی تولید و دستکاری سیگنال ها در فرکانس های بسیار فراتر از دسترس الکترونیک مبتنی بر سیلیکون است، به عنوان مثال، نور نوری سنگین - مخلوط کردن دو تا تن لیزر کمی کم شده - می تواند سیگنال های موج مداوم از چند گیگاهرتز تا چندین THz تولید کند، و تولید دقیق حامل برای پیوندهای رادیویی با ظرفیت بالا، علاوه بر فاصله های تقویت کننده، و سیگنال های الکترونیکی را جلوگیری از حفظ کند.

Key 6G از مواردی استفاده می کند که از Photos استفاده می کنند.

  • تماس های هولوگرافیک با کیفیت بالا که نیاز به نرخ داده بیش از 10 گیگابیت در ثانیه در هر کاربر.
  • شبکه های سنسور بزرگ برای شهرهای هوشمند و اتوماسیون کارخانه با تاخیر زیر میلی ثانیه.
  • توزیع ارتباطات هوایی و زیرزمینی [FLT 1] که در آن نقطه عطف الکترومغناطیسی ممنوع است، اما پیوندهای نوری آزاد مبتنی بر لیزر می تواند کار کند.
  • هماهنگ سازی دوقلوی دیجیتال زمان واقعی [FLT 1] در سراسر مراکز داده لبه توزیع شده است.

بدون فوتونیک، این برنامه ها به دلیل محدودیت های شدید قدرت و پهنای باند زنجیره های فرکانس رادیویی الکترونیکی (RF) در مقیاس غیر ممکن خواهد بود.

پیشرفت های اخیر در اجزای Photonic برای 6G

پیشرفت های قابل توجهی در طول پنج سال گذشته قطعات فوتونی را از کنجکاوی های آزمایشگاهی به نمونه های زیر سیستم قابل اعتماد منتقل کرده اند. چهار منطقه ایستاده اند: مدارهای عکسی یکپارچه، تنظیم کننده های فوق العاده سریع، سوئیچ های فوتونیک و آرایه های پرتوی مبتنی بر فوتون.

مدارهای عکسی یکپارچه (PICs)

شبیه مدارهای یکپارچه الکترونیکی، مدارهای یکپارچه فوتون ترکیبی از لیزر، تنظیم کننده ها، تقویت کننده ها، آشکارسازها و مولتیونرها در یک تراشه واحد است.استفاده از فوتونیک سیلیکون به عنوان یک پلت فرم به سرعت بالغ شده است زیرا از فرآیندهای ساخت فلزی مکمل 112Goxidesemior (CMOS) استفاده می کند، کاهش هزینه و فعال کردن تظاهرات های مقیاسی مانند مدیریت پیچیده (1F) استفاده می کند.

یکی دیگر از پلتفرم های امیدوار کننده در دانشگاه سفاید (InP)، که تولید نور کارآمد و سرعت بالا را در یک تراشه واحد ارائه می دهد، شرکت هایی مانند Lumentum ، InP PICs بالغ را برای پیوندهای نوری منسجم معرفی کرده اند که می توانند برای جلو بی سیم T-band دوباره هدف قرار گیرند.

سرعت بالا الکترو-Optic Modulator

رمزگذاری داده ها بر روی یک پرتو نور در نرخ THz خواستار تنظیم کننده با پهنای باند الکترو نوری بیش از 100 گیگاهرتز سنتی (LiNbO3) تنظیم کننده های موج Mach-Zehnder اکنون با وضوح محدود از لینوکس و تنظیم کننده های فعلی (TFLN) جایگزین می شوند، که به وضوح پهنای باند بالاتر از 170GHz با فرکانس های پایین (FIEF) می رسند، اما ثابت می کنند که هنوز هم از واکنش های نوری (FFFACEFFFFFF) نشان داده شده اند:

سوئیچ های پیشرفته Photonic Switch

در یک شبکه 6G، فرمان ترافیک پویا و پیکربندی مجدد ضروری است، به ویژه در محیط های متراکم شهری و شبکه های تلفن همراه. سوئیچ های Photonic بر اساس سیستم های میکرو الکترومکانیکی (MEMS) و کریستال مایع در سیلیکون (LCoS) می توانند مسیرهای نوری را در میکرو ثانیه بدون جدا کردن حرارت از نوار الکترونیکی انتقال نانو (FLTI) به اندازه کافی توسعه یابند.

Photonic Beam Beam Beam Beam Beam برای آنتن های THz

استفاده از پرتوهای باریک THz نیاز به آنتن های موجی فاز با بسیاری از عناصر، هر کدام نیاز به کنترل فاز، سوئیچ های فاز الکترونیکی زیان های غیر قابل قبول و مصرف برق را در فرکانس های THz معرفی می کنند. Photonic-روشن سازی، که از تاخیر نوری و قفل تزریق نوری برای ایجاد تغییرات فاز قابل کنترل استفاده می کند، در یک مطالعه (FLT023 در پیکربندی [F] پیکربندی نور (F1) با آرایه ای که می تواند با استفاده از یک آرایه ی فرکانس های متعدد و محدودیت های متعدد در این آرایه های مختلف، در این آرایه 6GHz، در این 6، و محدودیت های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانسی که می تواند در یک بار، در یک آرایه را در یک آرایه را در یک آرایه را در یک آرایه را فعال کند، نشان داده شده در یک آرایه را فعال کند، در یک آرایه را در یک آرایه را در یک آرایه را در یک آرایه ی فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس های فرکانس 6G6G هدایت کند، نشان داده شده در یک آرایه ی فرکانس های فرکانس های متعدد (6G6

ادغام و چالش های زیست محیطی

علی رغم نقاط عطف آزمایشگاهی، استقرار عملی سیستم های Photonic 6G با موانع متعددی مواجه است که محققان به طور فعال به آن توجه می کنند.

اشتراک گذاری با e CMOS

اجزای Photonic باید به طور یکپارچه با واحدهای پردازش پایه الکترونیکی که تنظیم مجدد دیجیتال، کد نویسی و پشته های پروتکل را اداره می کنند، ترکیب تراشه های هیبریدی را شامل شوند (جایی که یک فوتون می میرد، به یک ASIC الکترونیکی پیوند خورده است) و یکپارچه سازی یکپارچه سازی مونولیتیک (افزایش مواد عکس IIIV به طور مستقیم در سیلیکون) است) چالش برانگیز است، اما کار اخیر (Flithwave مداوم نشان داده شده است.

مدیریت حرارتی

مدارهای Photonic در برابر گرما ایمنی ندارند. لیزرها بارهای حرارتی قابل توجهی ایجاد می کنند و عملکرد تنظیم کننده ها و آشکارسازها با دما کاهش می یابد. راهکارهای حرارتی پیشرفته مانند خنک کننده های میکروفلوئیدیک و پخش کننده های حرارتی الماس مورد مطالعه قرار می گیرند.محافظه کردن قطعات فوتونی به طور مستقیم به ماژول های آنتن با بسترهای مقاومت پایین می تواند دمای اتصال را در محدوده های مجاز حفظ کند.

هزینه و ساخت Yield

فوتونیک سیلیکون به دلیل اکوسیستم فعلی CMOS، سرب کاهش هزینه را در نظر می گیرد، اما فرآیندهای تخصصی برای لیتیوم-niobate و InP گران هستند. این صنعت در حال کار بر روی کاهش چند پروژه مبتنی بر Findry است که اجازه می دهد محققان و استارتاپ ها به نمونه اولیه با هزینه پایین تر. AIM] برنامه در ایالات متحده است که سرعت انتقال از یک آزمایشگاه به چنین انتقال از طریق ساخت یک برنامه است.

قابلیت سیگنال و نویز در محدوده THz

در فرکانس های بالای 100 گیگاهرتز، اجزای نوری باید نویز را از نوسانات فاز لیزر و نویز شدت نسبی (RIN) کاهش دهند که به طور مستقیم از لیزرهای پهنای باند باریک و طرح های تشخیص متعادل در حال تبدیل شدن به استاندارد هستند، علاوه بر این، مبدل های آنالوگ مبتنی بر فوتونی (ADCs) که به طور مستقیم نمونه THz را در دامنه نوری بررسی می کنند تا چندین مرحله معکوس را از بین ببرند، بنابراین کیفیت سیگنال حفظ می شود.

مسیرهای آینده: Quantum-Enhanced فوتونیک و ادغام AI

با نگاهی به فراتر از سال 2030، دو روند در حال ظهور نقش فوتونیک را در 6G تقویت می کند.

توزیع کلید کوانتومی و پردازش

ارتباطات امن در 6G احتمالا شامل توزیع کلیدی کوانتومی (QKD) یکپارچه در زیرساخت های فوتونیک است. پردازنده های Photonic که می توانند فوتون های تک را برای اصلاح خطای کوانتومی دستکاری کنند و مبادله درهم تنیده شدن در حال توسعه است، این در نهایت می تواند هر دو قابلیت ارتباطی و محاسباتی را در همان پارچه نوری فراهم کند، و 6G شبکه های به طور ذاتی در برابر حملات کوانتومی امن باشند.

یادگیری ماشین برای کنترل شبکه Photonic

پیچیدگی مدیریت هزاران پرتو THz و جریان های ترافیکی پویا نیاز به بهینه سازی خودکار دارد (هوش مصنوعی و الگوریتم های یادگیری ماشین در پارامترهای سیستم فوتونیک آموزش دیده اند – مانند حرکت لیزر، عدم وضوح فیبر و اختلال فاز آنتن – برای فعال کردن بازیابی زمان واقعی از نورنیک.

نتیجه گیری

فن آوری های Photonic صرفا یک بهبود تدریجی برای 6G نیست؛ آنها فعال کننده ضروری برای انتقال داده های تراhertz، تاخیر فوق العاده آهسته، و اتصال گسترده است که نسل بعدی شبکه های بی سیم نیاز است.پیشرفت در مدارهای عکسنیک یکپارچه، تنظیم کنندگان سریع، سوئیچ های عکس، و آرایه های پرتوی از قبل موانع فنی باقی مانده - از طریق کاهش یکپارچه، و تلاش های فنی، و متمرکز، مقابله با کاهش هزینه های فنی، و کاهش هزینه های فنی، و مبارزه با تلاش های فنی.

به عنوان اجزای فوتونیک بالغ و حرکت از نمونه های آزمایشگاهی به ماژول های ماهرانه، ما می توانیم انتظار داشته باشیم که 6G شبکه ها بر وعده خود را از یک تجربه دیجیتال کاملا متصل، با رضایت بالا، ازدواج ارتباطات مبتنی بر نور با سیستم های کنترل هوشمند برنامه هایی را که امروزه تنها در داستان علمی وجود دارد، از جلسات htime واقعی تا جراحی از راه دور و فراتر از انقلاب عکس برداری، باز خواهد شد و در حال حاضر برای تاثیر آن 6G در حال حاضر 6G است.