تکامل 6G و نیاز به مدل های مایکروویو

تقاضای بی وقفه برای نرخ داده های بالاتر، تاخیر فوق العاده آهسته و اتصال گسترده در حال هدایت توسعه ششمین نسل (6G) شبکه های بی سیم است، در حالی که 5G باند موج میلیمتری را معرفی کرد، 6G با هدف کار در زیر ترا هرتز و تراhertz انتقال فرکانس (100 گیگاهرتز به 1 هرتز)، که در آن اجزای الکترونیکی سنتی با محدودیت های فیزیکی بنیادی در این فرکانس ها، از فرکانس های پهنای باند الکترونیکی، آسیب پذیری بالا - و کاهش قابل توجهی از انرژی عکس.

فوتونیک چند وظیفه حیاتی را برای 6G فراهم می کند: تولید سیگنال فوق العاده باند، سنتز فرکانس دقیق، توزیع کم ضرر و پرتو سازی پیشرفته، بر خلاف راه حل های الکترونیکی، دستگاه های فوتونی می توانند سیگنال ها را با پهنای باند بیش از 100 گیگاهرتز و نرخ داده ها در محدوده ترابیت-پر ثانیه کنترل کنند.

تکنولوژی های اصلی در مدل های مایکروویو برای 6G

مدارهای Photonic

یکی از مهمترین پیشرفت ها توسعه مدارهای فوتونی یکپارچه (PICs) است که چندین عملکرد نوری را ترکیب می کند – مانند لیزرها، تنظیم کننده ها، فیلترهای و آشکارسازها – در یک تراشه واحد (FLT:0liLT: LT = ILTegrated Photonic مدارهای PLT[F1 به طور چشمگیری اندازه، وزن و مصرف سیستم های عکس مایکروویو را کاهش می دهد، و پیشگامی برای استفاده از سیستم های پردازش تصویری جدید مانند FTPFbs و فایل های تصویری، نشان داده اند.

سرعت بالا الکترو-Optic Modulator

اصلاح اپراتورهای نوری با سیگنال های الکتریکی با فرکانس بالا (FLT:0) اعتبارسنجی های نوری (FLT:0) مرکزی است بهبود چشمگیر را دیده اند، با غلظت لیتیوم (inLT 2:LT) و تنظیم کننده های پینمونیک دستیابی به پهنای باند های مد نظر فراتر از ۳۰۰ گیگاهرتز، این دستگاه ها قادر به بهبود مستقیم داده های تبدیل هستند (خطاب های نقطه ای در ۶ ترابایت دوم در یک ثانیه).

Photonic Beam Beam و Layerd Arrays

Beamification – هدایت سیگنال ها به کاربران خاص – به طور فزاینده ای در فرکانس های بالا به دلیل پرتوهای باریک و جذب اتمسفر چالش برانگیز است. Photonic {{FLT:1] از خطوط تاخیر زمان واقعی نوری برای هدایت آنتن با دقت بی سابقه و پهنای باند الکترونیکی استفاده می کند که از عملیات باریک باند رنج می برند، روش های عکسی نوری را با سرعت کار در فرکانس های گسترده ای در نوار 64G نشان می دهد.

فرکانس نوری احتراق

شانه های فرکانس نوری – محدوده خطوط لیزر به همان اندازه فضا – به عنوان حاکمان فرکانس دقیق برای فوتون های مایکروویو در 6G، آنها را قادر می سازد تا ultra-stable را به عنوان حکمرانان فرکانس دقیق برای نقاط اتصال الکترونی متصل کنند. [FLT 1] و هماهنگ سازی در سراسر ایستگاه های پایه توزیع شده با قفل کردن یک مرجع پایدار، شبکه ها می توانند انسجام فاز را در سراسر کیلومترها، هماهنگ سازی شده برای اندازه چند منظوره (Negr) به ویژه سیگنال های دسترسی سیگنال های هوشمند (به ویژه سیگنال های اتصال سیگنال های چند منظوره) به طور مستقیم) حفظ کنند.

موفقیت های اخیر و پروژه های تحقیقاتی Milestones

جامعه تحقیقاتی فوتونیک مایکروویو در دو سال گذشته به نقاط عطف قابل توجه رسیده است که به طور مستقیم بر امکان سنجی 6G تأثیر می گذارد.در سال 2024، یک تیم مشترک از آزمایشگاه های نوکیا بل و دانشگاه فنی دانمارک گزارش کرده است که یک پیوند بی سیم 250 Gbit / S را با استفاده از یک فرستنده عکس مبتنی بر فوتون جدا از یک تراشه ضبط کرده است.

یکی دیگر از پیشرفت ها شامل فوتونی به کمک آنالوگ به دیجیتال تبدیل (ADC) در فرکانس THz، نمونه برداری الکترونیکی با فرکانس j و پهنای باند با استفاده از لیزرهای قفل شده می تواند به وضوح موثر بیش از 10 بیت در نرخ نمونه گیری بالاتر از GS / S. چنین ADC پایه های حیاتی برای پردازش پهنای باند در ایستگاه های پهنای باند بزرگ آینده است که باید 6G را کنترل کنند.

به طور موازی، تحقیق در یکپارچه سازی بدون فیبر پیشرفت کرده است. مفهوم "برکت-to---the-antenna" (FTTA) در حال تکامل به "تخلاف نوری-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-بر-برک" (P-RoF)، که سیگنال های نوری به طور مستقیم از آنتن های بدون روش تبدیل الکتریکی پخش می شوند و به حداقل این پیچیدگی های یکپارچه سازی و یکپارچه در زمینه ثابت شده اند و یکپارچه در ژاپن نشان داده اند.

چالش های در Deployment

علی رغم وعده، چندین مانع باید قبل از اینکه فوتون های مایکروویو به یک جزء استاندارد از زیرساخت های 6G تبدیل شوند، برطرف شوند.

ادغام با زیرساخت های الکترونیکی موجود

ایستگاه های پایه فعلی به مدارهای الکترونیکی بسیار بهینه شده متکی هستند. یکپارچه سازی اجزای فوتونیک - مانند لیزرها، تنظیم کننده ها و فتوکپی - با لوازم الکترونیکی کنترل CMOS نیاز به بسته بندی دقیق و مدیریت حرارتی دارد. Hybrid ادغام [FLT 1 پیشرفت کرده است، اما دستیابی به اتصالات ارزان قیمت قابل اعتماد بین تراشه های عکس و RF به عنوان مثال کاهش هزینه، به افزایش تقاضاهای کوچک مونتاژ، ادامه می دهد.

پارچه سازی و محدودیت های مواد

بسیاری از دستگاه های عکسی با عملکرد بالا به مواد عجیب و غریب مانند لیتیوم niobate، indium فسفاتide یا پلیمر ها متکی هستند. فرآیندهای ساخت و ساز قابل تنظیم برای این مواد کمتر بالغ از سیلیکون CMOS، یکنواختی، و ثبات بلند مدت باید برای گسترش توده، علاوه بر این، قدرت کنترل و تنظیم کننده عکس برای انتقال دقیق در قدرت های غیر سیم کشی برای جلوگیری از انتقال نور و بی سیم.

هزینه و بهره وری انرژی

سیستم های عکسی مایکروویو می توانند گران تر از همتایان الکترونیکی خود باشند، به ویژه هنگامی که از اجزای گسسته استفاده می کنند، مدارهای عکسی یکپارچه هدف کاهش هزینه هر تابع هستند، اما هزینه های اولیه سرمایه برای خطوط تولید فوتونیک بالا است. بهره وری انرژی یکی دیگر از نگرانی ها است: لیزرها و کولرهای برقی مصرف انرژی پیشرفته، به طور بالقوه سودهای انتقال داده های انرژی را نادیده می گیرند.

مسیر های آینده و تاثیر بالقوه

در جستجوی دهه ۲۰۳۰، فوتون های مایکروویو انتظار می رود که فراتر از ایستگاه های پایه گسترش یابند.[۳] برنامه های بالقوه شامل تصویر برداری ترشتز ارتباطات ماهواره ای (به ویژه برای چهره های کم زمین و یا بیت)، و توزیع شبکه های سنجش توزیع شده [FLT: اطلاع رسانی به عنوان مثال پردازش نور الکترونی برای پردازش اطلاعات تصویری فعال برای تجزیه و پردازش تصاویر نوری برای یک نمونه پردازش تصاویر.

نهادهای استاندارد مانند ]GPP و ITU-R شروع به مطالعه الزامات IMT-2030 می کنند و فناوری های فوتونی مایکروویو به عنوان بخشی از ابزار فیزیکی لایه ای در سال 2025 به عنوان بخشی از ابزار تست 6G اول شامل پرتوی و فرکانس نوری مورد انتظار می رود که توسط پروژه اروپایی (FIRIPH6) نشان داده شود.

یکی دیگر از جهت های هیجان انگیز استفاده از اپتیک کوانتومی در فوتون های مایکروویو است، با استفاده از حالت های فشرده و درهم تنیده شدن، ممکن است ایجاد کانال های ارتباطی امن با ایمنی ذاتی برای حذف - یک نیاز کلیدی برای اهداف امنیتی 6G است.

نتیجه گیری

فوتونیک در تقاطع اپتیک و مهندسی رادیو ایستاده است، ارائه یک مسیر قانع کننده برای پاسخگویی به اهداف عملکرد شدید 6G است. پیشرفت های اخیر در مدارهای عکسنیک یکپارچه، تنظیم کننده های با سرعت بالا، پرتوی عکسی و فرکانس نوری این تکنولوژی را از کنجکاوی آزمایشگاهی به یک کاندیدای جدی برای سیستم های تجاری منتقل کرده اند، در حالی که چالش های ادغام، ساخت و هزینه، سرعت توسعه سریع تر و ارتباطات الکترونیکی را افزایش می دهد، و سرعت ارتباطات با سرعت ارتباطات با سرعت بالا، و ارتباطات تصویری بالا، سرعت بالا، و سرعت بالا، سرعت ارتباطات تصویری سریع، و سرعت ارتباطات با سرعت ارتباطات تصویری سریع، و سرعت بالا، سرعت بالا، و سرعت ارتباطات با سرعت ارتباطات با سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت ارتباطات تصویری، و سرعت ارتباطات با سرعت ارتباطات با سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت ارتباطات با سرعت ارتباطات تصویری، سرعت بالا، سرعت ارتباطات با سرعت ارتباطات تصویری فنی، و ارتباطات تصویری فنی و ارتباطات تصویری فنی، سرعت 6G 6G 6G 6G، سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت ارتباطات با سرعت ارتباطات تصویری سریع، سرعت بالا، سرعت ارتباطات تصویری فنی و سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت بالا، سرعت بالا