התקדמות ב- Photonic Technologies 6g העברת נתונים במהירות גבוהה

The Photonic Revolution Drive 6G Networks

תקשורת אלחוטית מתקרבת לנקודה בסיסית בהשתקפות.עם 5G עדיין מתגלגל, החוקרים כבר מגדירים את הדרישות של 6G, אשר מבטיח לספק שיעורי נתונים עד 1 Tbps, עצלות תת-מילות, וקישוריות מסיבית עבור מיליארדי מכשירים אינטרנט של דברים (IoT) פגישה זו דורשת שינוי פרדיגמטי משיטות אלקטרוניות טהורות לטכנולוגיות פוטוניות המנצלות את האור לדור, להתאמה, שידור, וגילוי רוחב פסים (G גבוה) רק על פני רוחב פסים (ת) ו-טרנטיבות רוחב פסים 6G).

מערכות מבוססות פוטוניקה משתמשות באור במקום זרמים חשמליים כדי לשאת מידע, יורשות את היתרונות הפיזיים של סיבים אופטיים - רוחב פס עצום, השפלה אות נמוכה ודור חום מינימלי - תוך התאמה אותם לקישורים אלחוטיים וקישורים אחוריים. על ידי שילוב מרכיבים פוטוניים ישירות לתחנות בסיס, אנטנה ומרכזי נתונים, 6G רשתות יכולות לתמוך בתקשורת הולוגרפית בזמן אמת, כלי רכב אוטונומיים, וחוויות מעורבות.

התפקיד הבסיסי של Photonics ב 6G אדריכלות

שלא כמו דורות ניידים קודמים, 6G תפעל על פני ספקטרום רחב מ- sub-6 GHz באמצעות גלימטר (mmWave) לתוך טווח THz (מעל 100 GHz) מעגלים אלקטרוניים נאבקים לייצר ולעבד אותות בתדרים גבוהים כאלה עקב קפיקט קצבי פרזיטי, פירוק חשמל ופסיבי רוחב פס מוגבל.

למה אור בחוץ אלקטרונים

היתרון העיקרי של photonics ב 6G הוא ביכולת ליצור ולתפעל אותות בתדרים הרבה מעבר להישג של אלקטרוניקה מבוססת סיליקון.לדוגמה, heterodyning אופטי - ערבוב שני טון לייזר מעט מכוונן - יכול לייצר אותות גליים רציף ממספר GHz עד כמה tHz, המאפשר מוביל מדויק עבור מערכות רדיו בעלות גבוהה.

מפתח 6G השתמש במקרים הדורשים Photonics

ללא פוטוניקה, יישומים אלה לא יהיו בלתי אפשריים ליישום בקנה מידה בשל מגבלות הכוח והפספר של רשתות רדיו אלקטרוניות (RF).

תוצאות חיפוש ב Photonic Components for 6G

התקדמות משמעותית בחמש השנים האחרונות הניעה רכיבים פוטוניים מתחנות מעבדה לאבטיפוס תת-מערכתי בר-קיימא.ארבעה אזורים בולטים: מעגלים פוטוניים משולבים, מודולרים מהירים אולטרה-גבוהים, מתגי פוטוניקה ומערךי מערכי כפייה המבוססים על פוטוניקה.

מעגלים פוטוניים משולבים (PICs)

אנליזה מעגלים משולבים אלקטרוניים, מעגלים משולבים פוטוניים משלבים לייזרים, מודטורים, מגבר, גלאיים, ומספרים של שבב אחד.השימוש בפוטניקה סיליקון כפלטפורמה התבגר במהירות כי היא ממנת את תהליכי ייצור מתכת-פחמיטרמי (CMOS) המסוגלים לצמצום עלויות ומאפשרת ייצור בקנה מידה גלקטי של הדגמה לאחרונה ממוסדות כגון 112GLTD קומפלקסים של תחנות טיפול 6GDRD (CMGLT) של פונקציות רלוונטיות של GLTC) של פונקציות של ניהול 6GLT3 של GLTCDRD (CMOS) CMGLTCERD) CMGLTD (CMGLTD) CMGLT3) CMGLT3) של תהליכי ייצור GLTD) של פונקציות ניהול פונקציונליות של ניהול 6GLTDECTS) של GLT3 CMOS) של פונקציות ניהול 4GLTDECTS (CMOS) של ניהולית 1D.

פלטפורמה מבטיחה נוספת היא Indium phosphide (InP), המציעה דור אור יעיל ומודולציה מהירה במהירות גבוהה בתוך שבב יחיד.חברות כגון FLT:0LumentumFLT:1 הציגה בוגר InPICs עבור קישורים אופטיים קוהרנטי שניתן יהיה repurposed עבור חזית אלחוטית THz-band.

אלקטרו-אופטימיים High-Speed Electro-Optic Modulators

נתונים על קרן אור בשיעורי THz דורשים מודולרים עם רוחב פס אלקטרו-אופטי מעל 100 GHz. . Lithium-niobate (LiNbO3) Mach-Zehnder Modulators עכשיו מוחלפים על ידי אדפטיום דק-סרט ניטמפט (TFLN) מודולטורים, אשר משיגים רוחב פס מעל 170 GHz עם דחף נמוך, כפי שמוכיחים תגובה אופטית של סיליקון מוגבל (Fentialwave-R) כולל GHz) של סיליקון (Dulators (Flastimpulators) כולל סיליקון) כולל GHz) GHz (Flastulators (Fentiulators) מראה גם מ-J) מ-GHz) מ-GHz) מ-Judentdulators (Fentiulators (Fentiulators (Fentiulators) מראה גם מ-GHz) מ-R) מ-R) מ-R) מ-Jintd) מ-R) מ-Jintulators (Fentiulators (Fentiulators (Fentiulators (TF-R) מ-J) מ-Jintulators (TFN) מ-J) מ-Jintulation

תצלומים מתקדמים

ברשת 6G, הנעה דינמית והגדרה מחדש הם חיוניים, במיוחד בסביבה עירונית צפופה ורשתות סלולריות. מתגי Photonic המבוססים על מערכות מיקרו-אלקטרוניקה (MEMS) ו גביש נוזלי על סיליקון (LCoS) יכולים לשנות נתיבים אופטיים במיקרו-שניות ללא פיזור החום של צלב אלקטרונים.

צילום: THz Antennas

שימוש בדבורים THz צר דורש אנאנטנות בשלב עם אלמנטים רבים, כל אחד הדורש שליטה בשלב אלקטרוני משמרות שלב אלקטרוני מציג הפסדים בלתי אפשריים וצריכת חשמל בתדרים THz. Photonic beamforming, אשר משתמש עיכובים אופטיים והזרקות אופטיות נעילה כדי ליצור שינויים שלב מבוקרים, הוכחו ב-FLT:020 מחקר ב- OpticaFLT3 עם 64 גרם מרכזי של תצורה של סגסוגת מספר טבולית (Gim) עם סגסוגת משמעותית ב-MIX.

אינטגרציה ואתגרי סביבה

למרות אבני דרך מעבדה מרשימים, פריסה מעשית של מערכות פוטוניקה 6G ניצבת בפני כמה מכשולים החוקרים מטפלים באופן פעיל.

שילוב עם CMOS אלקטרונית

רכיבים פוטוניים חייבים לממשק בצורה חלקה עם יחידות עיבוד בסיס אלקטרוניות אשר מטפלות במודולציה דיגיטלית, קידוד ופרוטוקול ערימה של ערימה שבב היברידי (שם מת פוטוני הוא ספין-צ'יפ מחובר ל- ASIC אלקטרוני) ושילוב מונוליטי (הגדלה 3-Vnic חומרים ישירות על סיליקון).האחרון נשאר מאתגר בגלל ערפל, אבל לאחרונה באמצעות לייזר קוונטי מראה על ידי פרק זמן:

ניהול

מעגלים פוטוניים אינם חסינים מפני חום. לייזרים מייצרים עומסים תרמיים משמעותיים, ואת הביצועים של מודולים וגלאים מתפתלים עם טמפרטורה. פתרונות תרמיים מתקדמים כגון קירור מיקרו-השפעה ומפיצים חום היהלום נחקרים.

עלויות וייצור

פוטוניקה של הסיליקון לוקחת את ההובלה בהפחתת עלויות בגלל מערכת האקולוגית הקיימת של CMOS, אך תהליכים מיוחדים ל- Lithium-niobate ו-InP נשארים יקרים.התעשייה עובדת על מוליכים מרובים-פרופור המבוססים על ה-CMOS, המאפשרים לחוקרים ולסטארט-אפים לא-טיפוס בעלות נמוכה יותר.

אותות אינטגרity ו Noise בטווח THz

בתדרים מעל 100 GHz, רכיבים אופטיים חייבים להפחית רעש מתנודות שלב לייזר ורעש אינטנסיבי יחסית (RIN) שימוש בלייזרים צר-linedth ותכניות זיהוי מאוזנות הופך סטנדרטי.בנוסף, ממירים אנלוגיים מבוססי פוטוניקה-לדיגיטליים (ADCs) שמדגימים ישירות THz גלפורים בתחום אופטי נחקרים כדי לחסל מספר שלבים של ירידה, ובכך לשמר את האיכות.

כיוונים עתידיים: קוונטים-Enhanced Photonics ו- AIאינטגרציה

במבט מעבר ל 2030, שתי מגמות מתעוררות יגבירו עוד יותר את התפקיד של פוטוניקה ב-6G.

הפצה ותהליכים

תקשורת בטוחה ב-6G תעסוק ככל הנראה בהתפלגות מפתח קוונטית (QKD) המשולבת בתשתיות פוטוניקה. מעבדי Photonic שיכולים לתמרן פוטונים בודדים לתיקון שגיאות קוונטיות והחלפת סבך נמצאים תחת פיתוח.אלה בסופו של דבר יכולים לספק הן יכולות תקשורת והן חישוביות בתוך אותו הבד האופטי, מה שהופך 6G רשתות מאובטחות באופן מאובטח מפני התקפות קוונטיות.

Machine Learning for Photonic Network Control

המורכבות של ניהול אלפי דבורים וזרימת תנועה דינמיים דורש אופטימיזציה אוטומטית. A בינה מלאכותית ואלגוריתמי למידת מכונה מאומנים על פרמטרים מערכת פוטוניקה - כגון סחף לייזר, סיבים לא לינאריות, ובשלב אנטנה לא נכון - כדי לאפשר החלמה בזמן אמת-זמן אמת.לדוגמה, למידה חיזוק שימש כדי לכוון מתגי צילום עבור מינימום משתנה תחת עומס, כמו מוצג בתחנות ריכוזיות של AIF: 1.FDen אפקטים סטנדרטיים אלה יהפכו ל-Dicial-AI-D.

מסקנה

טכנולוגיות Photonic הן לא רק שיפור מצטבר עבור 6G; הם מאפשרים חיוני עבור העברת נתונים טרה-ראט ראטנץ, מהירויות אולטרה-נמוכות, וקישוריות מסיבית כי הדור הבא של רשתות אלחוטיות דרישות.מתקדמים במעגלים פוטוניים משולבים, ממודולים מהירים במהירות גבוהה, מתגי פוטוניקה, ומדפי beamforming כבר לנקות גדול טכני גדול.

כמו רכיבים פוטוניים הבוגרים ועוברים מטיפוסי מעבדה למודולים הניתנים לתחום, אנו יכולים לצפות שרשתות 6G יספקו את הבטחתם לחוויה דיגיטלית מחוברת, גבוהה נאמנות גבוהה.נישואים של תקשורת המבוססת על אור עם מערכות בקרה חכמות יפתחו יישומים הקיימים כיום רק במדע בדיוני, מפגישות הולוגרפיות בזמן אמת ועד לניתוח מרוחק ומעבר למהפכת הצילום עבור 6G כבר נמצאת, ויתחילתה לעשרות שנים רבות.