6g高周波通信用マイクロ波フォトニクスの進歩

6Gの進化とマイクロ波フォトニクスの必要性

大容量の通信速度、超低遅延、および大容量の接続が、6世代(6G)ワイヤレスネットワークの開発を促進しています。 5Gがミリ波帯域を導入した一方で、6Gは、サブテラヘルツおよびテラヘルツ周波数(100 GHzから1 THz)で動作するのを目標としています。従来の電子機器部品は、基本的な物理的限界に直面しています。これらの周波数では、電子回路は、高歩留まり損失、帯域幅制限、および電力量を克服するマイクロ波、およびマイクロ波帯域幅の電力を変化させることが期待されます。

マイクロ波フォトニクスは、6Gの複数の重要な機能を可能にします:超広帯域信号生成、正確な周波数合成、低損失分布、および高度なビームフォーミング。純粋に電子ソリューションとは異なり、フォトニクスデバイスは、100GHzを超える帯域幅とテラビット/秒範囲内のデータレートをサポートして信号を処理することができます。これは、マイクロ波フォトニクスは、増分的な改善だけでなく、高周波通信システムが6Gに導入するための基礎的なアクセパを生成します。

マイクロ波フォトニクスのコア技術 6G

統合された光回路

最も重要な進歩の1つは、単一のチップでレーザー、変調器、フィルター、ディテクタなどの複数の光学機能を組み合わせた統合フォトニクス回路(PIC)の開発です。 [一体化されたフォトニクス回路[[]]は、マイクロ波フォトニクスシステムのサイズ、重量、電力消費量を劇的に低減し、商用展開に有効にします。シリコンフォトニクスとインジウムリンプラットフォームを使用して最近のデモは、トランスポート[FLTFLT:]を生成できるトランジスタ信号[FLT:]を生成し、GREF]を生成します。 [FLTF] と、GATEF] PIF] は、の生成する。 [F] との生成する。 [FLTF] [F] は、の生成のトランジスタは、のトランジスタ信号を、とのトランジスタを、とのトランジスタのトランジスタのトランジスタを、を生成します。 [FLTFLTFLTFLTFLTFLTF] のトランジスタのトランジスタ

高速電気光学変調器

高周波電気信号を備えた光学キャリアをマイクロ波フォトニクスに集中しています。 [] エレクトロオプトインモジュレータ]は、リチウムニオブベーブ(シンフィルム)と、300 GHzを超える変調帯域を達成する血漿調節器で、劇的な改善が見られました。これらのデバイスは、各波長2023 GHzの1秒あたりの複数のテラブイブを超過する速度でベースバンドデータを直接変換することができます。 [FLTF] 測定器は、GBT: [F] 測定器は、GBT: [F] 測定器は、GBT: [G] 測定器は、G] 測定器は、GBT: [G] 測定器は、GBT: [G] 測定器は、GBT: [F] 測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、測定器は、

光子ビームフォーミングとフェーズドアレイ

ビームフォーミング - 特定のユーザーに信号を転送する - 狭いビーム幅と大気吸収による高周波でますます挑戦する。 [フォトニックビームフォーミングは、光学リアルタイム遅延線を使用して、非前例のない精度と帯域幅を備えたステアアンテナ。狭い帯域操作に苦しむ電子フェーズのシフトとは異なり、フォトニックアプローチは周波数に依存しないステアリングビームを提供し、6GHzのスタリング信号の動作を最大6GHzの動作させる、複数のパラガスを瞬時に動作させることができる。

光学周波数コンブ

光学周波数コンブ - 均等に間隔をあいたレーザーラインのスペクトラム - マイクロ波フォトニクスの正確な周波数の定規として保存します。 6Gでは、それらは]ultra-stable信号生成を有効にし、分散基地局を渡る同期。安定した参照にコンブをロックすることにより、ネットワークは、調整されたマルチポイント伝送のために不可欠であるキロ全体で相共和性を維持することができます。マイクロコンブ(統合ケラコンブ)は、特に、RFFLTFLTFを提示するようなパワーを低減します。最近のネットワークは、それらが、RFFNを監視するような、それらが、RFF[F]と、従来のRFF]を、および、および、および、および、および、および、RFFORFORFORFORFORFORFORFは、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、および、

最近のブレークスルーと研究マイルストーン

マイクロ波フォトニクス研究コミュニティは、6Gの実現可能性を直接影響する最後の2年で注目すべきマイルストーンを達成しました。2024年に、ノキア・ベル・ラボとデンマークのテクニカル・ユニバース・チームは、フォトニクスベースの送信機を使用して、300 GHzのレコード250 Gbit/sワイヤレス・リンクを報告しました。このシステムは、ユニ・トラベリング・キャリア・フォトダイオードを、共鳴アンテナと統合し、フォトニック・エンディング・プレミクター・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー・テクノロジー

別のブレークスルーには、光度測定アナログ対デジタル変換(ADC)が含まれます。 THz周波数では、電子ADCはジッタと帯域幅制限に直面しています。モードロックされたレーザーを使用してフォトニックスサンプリングは、100 GS /秒を超えるサンプリング速度で10ビットを超える効果的な解像度を達成することができます。このようなADCは、将来の6G帯域幅でベースバンド処理のために不可欠です。

並列では、【FLT:0】の繊維無線統合の研究開発が進んでいます。「ファイバー・ツー・アンテナ」(FTTA)の概念は、「光通信ラジオ・オーバー・ファイバー」(P-RoF)に進化し、モジュレーションされた光信号は、電気変換なしでアンテナ配列から直接放射されます。このアプローチは損失と複雑性を最小限にし、日本におけるフィールド試験は、受動ネットワークとシームレスな統合を実証しています。

展開の課題

約束にもかかわらず、マイクロ波のピクニックが6Gインフラの標準的なコンポーネントになる前に、いくつかの障壁は克服しなければなりません。

既存電子インフラとの統合

現在の基地局は、高度に最適化された電子回路に依存しています。CMOS制御電子機器とレーザー、モジュレータ、フォトダイオードなどのフォトニクスコンポーネントを統合することで、慎重にパッケージングと熱管理が必要です。 ハイブリッド統合[]]]]]は進行をしましたが、フォトニックチップとRFフロントエンド間の信頼性の高い低コスト接続は非トリバイアルのままです。例えば、小さな導波路に光を結合することにより、サブミクロンアライメントを要求し、アセンブリコストを増加させます。

製造および材料の限界

多くの高性能フォトニックデバイスは、リチウムニオベート、インジウムリン化物、またはポリマーなどのエキゾチックな材料に依存しています。 ]]]のスケール加工プロセスは、シリコンCMOSよりも成熟する材料です。収量、均一性、および長期的安定性は、量産のために改善する必要があります。さらに、ワイヤレス伝送のための高光電器のパワー処理は、非線形変調器を避けるために慎重な設計が必要です。

コストとエネルギー効率

マイクロウェーブ光子システムは、特に、その電子カウンターパートよりも高価なことができます。統合された光子回路は、機能ごとにコストを削減することを目的としていますが、フォトニック製造ラインの初期資本支出は高くなっています。 [エネルギー効率[]]は、別の懸念です:レーザーと熱電クーラーは、データ伝送の効率の向上を消費します。しかし、ケンブリッジ大学の調査では、フォトトランシーバが100GHzの高度なエネルギーを達成するかどうかを示しています。

未来の方向性と潜在的な影響

2030年代に見渡すと、マイクロ波のフォトニクスは基地局を超えて広まることが期待されます。潜在的なアプリケーションには、[テラヘルツ画像、衛星通信(特に低地球軌道の星座のために)、および[分布センシングネットワーク[]]]]])、自動システム用。光学式測光量子ビームの状況を把握する。

物理層ツールキットの部分として、IMT-2030の要件を調べるには、3GPP[やITU-Rなどの標準化機関が始まり、マイクロ波のフォトニクス技術は、物理層ツールキットの一部として検討されています。 2025年に、最初の6Gテストベッドは、フォトニックビームフォーミングと光学周波数櫛を組み込むことは、欧州のプロジェクトMIRPHONI6[FLT:FLT:3]によって実証されると期待されます。

もう一つのエキサイティングな方向は、マイクロ波フォトニクスの[量子光学]の使用です。絞った状態とエンタグメントを活用することで、6Gのセキュリティ目標のための重要な要件である、固有の免疫を持つ安全な通信チャネルを作成することが可能になるかもしれません。量子マイクロ波フォトニクスの初期実験では、実用温度の低下に非分類相関の生成が実証されています。

コンテンツ

マイクロ波フォトニクスは、光学と無線工学の交差点にあり、6Gの極端な性能目標を達成するための説得力のあるパスを提供します。最近の進歩は、統合されたフォトニクス回路、高速変調器、光通信ビームフォーミング、および光周波数コンブがこの技術を実験室の好奇心から商用システムのための深刻な候補に移動しました。統合、製造、およびコストのペースが維持されている間、技術革新のペースは加速されます。高周波と高周波通信、高周波と高周波通信、高周波、高周波、高周波、高周波、および高周波通信、および高周波通信、高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波の通信、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および高周波、および通信、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、およびマイクロ波、および