6g 고속 데이터 전송을위한 Photonic Technologies의 발전

6G 네트워크를 구동하는 Photonic Revolution

무선 통신은 기본 침입 지점에 접근합니다. 5G가 여전히 회전되어 있으며, 연구자들은 이미 6G의 요구 사항을 정의하고 있으며, 이는 데이터 속도가 1 Tbps, 하위 밀리 초 대기 시간 및 수십억 개의 인터넷 (IoT) 장치에서 전송하는 것을 약속합니다. 이러한 요구 사항은 신호 발생, 변조, 전송 및 탐지를 위해 광 기술을 활용하는 순수 전자 방식으로 변환하는 패러다임 교대를 요구합니다. Photonics는 6G의 대역폭을 제공합니다.

광케이블의 물리적 장점을 상속하는 전기 전류 대신 광을 사용하여 광케이블의 물리적 이점을 상속하는 광을 사용하여, 낮은 신호 등급 및 최소 열 발생을 최소화합니다. 무선 fronthaul 및 backhaul 링크에 적용하는 동안 광을 통합함으로써 광역, 안테나 및 데이터 센터로 직접 광을 통합하여 6G 네트워크는 실시간 양자 통신, 자율 차량 조정 및 높은 수준의 혼성 혼성 경험을 지원할 수 있습니다.

6G 건축의 Photonics의 기초 역할

초소형 모바일 세대와 달리 6G는 THz 범위 (100 GHz 이상)에 밀리미터 웨이브 (mmWave)를 통해 하위 6 GHz의 넓은 스펙트럼을 통해 작동 할 것입니다. 전자 회로는 파라시틱 커패시턴스, 전력 분산 및 제한 변조 대역폭으로 인해 이러한 높은 주파수에서 생성 및 프로세스 신호를 생성하고 처리하는 투쟁. Photonic 기술은 광학 소스, 변조기 및 검지기로 이러한 제약을 극복하고 선형성 대역폭을 사용하여 멀티 ‐gherigaher를 처리 할 수 있습니다.

왜 빛이 전극을 형성합니까?

6G의 광합성의 핵심 장점은 실리콘 기반 전자의 도달을 넘어 주파수에서 신호를 생성하고 조작 할 수있는 능력에 있습니다. 예를 들어, 광학 이디닝 - 2 개의 경이로운 레이저 톤을 혼합 - 여러 THz까지 몇 GHz의 연속 웨이브 신호를 생산할 수 있으며, 높은 용량의 무선 링크에 대한 정확한 생성을 가능하게합니다. 또한 광 신호 처리는 전자 증폭기 및 믹서의 대역폭 제한 효과를 방지하며 장거리 신호의 전도에 걸쳐 선구적 신호가 있습니다.

Key 6G 사용 사례는 Photonics를 사용

Ultra-high-definition holographic 호출 사용자가 10Gbps를 초과하는 데이터 속도가 필요합니다.
Massive Sensor network 스마트 도시 및 공장 자동화를 위한 하위 ‐millisecond 대기시간.
유효한 공중과 수중 통신 전자기 흡입이 금지되는 곳, 그러나 레이저 기반 무료 공간 광학 링크는 작동할 수 있습니다.
Real‐time 디지털 트윈 동기화 배포된 가장자리 데이터 센터에 걸쳐.

포토닉스 없이 이러한 응용 프로그램은 전자 라디오 주파수 (RF) 체인의 압도적인 힘과 대역폭 제약으로 인해 규모에 구현할 수 없습니다.

6G용 Photonic 부품의 최근 Breakthroughs

지난 5 년 동안의 Significant는 실험실 호기성에서 생체 시스템 프로토 타입으로 광 구성 요소를 이동했습니다. 4 개의 영역은 다음과 같습니다. 통합 광 회로, 초고속 변조기, 광 스위치 및 광성 기반 빔 형성 배열.

통합 광 회로 (PIC)

전자 통합 회로에 아날로그, 광합성 통합 회로는 레이저, 변조기, 증폭기, 검출기 및 다중화기와 단일 칩에 결합합니다. 이 플랫폼으로 실리콘 광닉스의 사용은 보완 금속 ‐ 반도체 (CMOS) 제조 공정을 레버리지 때문에 빠르게 성숙했습니다. 비용 절감 및 웨이퍼 ‐ 스케일 생산을 가능하게합니다. 최근 기관의 데모는 SouthamptonUniversity of Southampton]과 같은 기관에서 볼 수 있는 6GbE 모듈을 포함합니다.

또 다른 유망한 플랫폼은 단일 칩 내에서 효율적인 조명 생성 및 고속 변조를 제공하는 인듐 포스피드 (InP)입니다. Lumentum]과 같은 회사들은 THz ‐ 밴드 무선 프론트 ‐ 운반을 위해 재사용 될 수있는 일관성있는 광학 링크를위한 성숙한 인피 PICs를 도입했습니다.

고속 전기 ‐ 진동 계수기

THz 비율에 표시된 데이터는 100 GHz를 초과하는 전기 광학 대역폭을 가진 변조기 요구합니다. 전통적인 리튬 ‐niobate (LiNbO3) Mach‐Zehnder 변조기는 지금 얇은 필름 리튬 niobate (TFLN) 변조기로 대체되고, 저속 전압을 가진 170 GHz의 변조 대역폭을 달성하는, Lightwave 기술 의IEEE Journal of Lightwave Technology: 그러나]는 현재 ‐ ‐ Graphene 및 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 를 가진 파장을 위한 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 를 위한 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 를 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 를 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ 를 를 를 를 를 ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐ ‐

고급 Photonic 스위치

6G 네트워크에서 동적 트래픽 스티어링 및 재구성은 특히 디센스 도시 환경 및 모바일 네트워크에서 필수적입니다. 마이크로 전기 기계 시스템 (MEMS) 및 실리콘 (LCoS)의 액체 결정에 근거한 Photonic 스위치는 전자 크로스바의 열을 분산시키지 않고 마이크로 초에서 광 경로를 재구성 할 수 있습니다. Polariton Technologies[FLT:] [FLT:]]:[FLT:]:]:[FLT:]:]:[FLT:]:]:0]:[FLT:]:]:]:0]:0:[FLT:]:]:]:]

THz 안테나를 위한 Photonic Beamforming

좁아진 THz 빔의 사용은 여러 요소, 각 필요한 단계 제어를 가진 단계 array 안테나를 요구합니다. 전자 위상 교대는 THz 주파수에서 불투명한 손실 및 전력 소비를 소개합니다. 광 지연 및 광학 주입 잠금을 사용하여 제어 단계 교대를 생성하고, 2023 의 연구 Optica에서 64 ‐ element 배열을 사용하여 여러 가지 구성을 가능하게 합니다. (G-M) IMO는 6 ‐ IMO와 6 ‐ 의 구성을 가능하게 합니다.

통합 및 환경 도전

인상적인 실험실 이정표에도 불구하고, 광합 6G 시스템의 실제 배포는 연구자가 적극적으로 주소링하는 몇 가지 장애물을 직면.

전자 CMOS를 가진 Co‐Integration

Photonic 컴포넌트는 디지털 변조, 코딩, 프로토콜 스택을 처리하는 전자베이스밴드 처리 장치와 완벽하게 호환되어야 합니다. 현재 접근 방식에는 하이브리드 칩 스태킹(사진 다이가 전자 ASIC에 결합된 플립칩)과 모놀리식 통합(성장 III‐V 광물은 실리콘에 직접)이 포함됩니다. 후자는 lattice mismatch로 인해 도전적이지 않고 Si의 퀀텀 도트레이싱 레이저를 사용하여 최근 작업이 진행되고 있습니다. [SP][SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]]:[SP]:[SP]]:[SP]]:[SP]:[SP]]]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[SP]:[

열 관리

광전지 회로는 열에 면역성이 없습니다. 레이저는 중요한 열 부하를 생성하고, 변조기와 감지기의 성과는 온도로 degrades를 degrades. micro-fluidic 냉각과 다이아몬드 열 확산기와 같은 진보된 열 해결책은 공부되고 있습니다. 낮은 열 저항 기질을 가진 안테나 단위로 광전지 성분을 직접 방출하는 것은 허용한 한계 내의 접합 온도를 지킬 수 있습니다.

비용 및 제조 수율

실리콘 광닉스는 기존 CMOS 생태계의 비용 절감으로 이어지는 역할을 하고 있지만, 리튬-niobate 및 InP의 특수 프로세스는 비싸다. 이 산업은 발견 기반 멀티 프로젝트 웨이퍼가 연구원과 스타트업을 더 낮은 비용으로 프로토타입으로 허용하는 작업을 수행하고 있다. AIM Photonics 프로그램은 실험실에서 퇴색을 가속화한 이러한 이니셔티브 중 하나입니다.

THz 범위에 있는 신호 무결성 그리고 소음

100 GHz의 주파수에서 광학 부품은 레이저 단계 변동 및 상대 강도 소음 (RIN)에서 소음을 완화해야합니다. 좁은 라인 폭 레이저 및 균형 감지 계획의 사용은 표준이됩니다. 또한 광 영역의 THz 파형을 직접 샘플하는 광 통신 변환기 (ADCs)에 광합성 기반 아날로그 ‐ 디지털 변환기 (ADCs)는 다중 다운 전환 단계, 그저 보존 신호 품질에 대한 액세스를 제거하기 위해 탐구됩니다.

미래 지향: Quantum‐Enhanced Photonics 및 AI 통합

2030을 넘어 두 개의 새로운 트렌드는 6G의 광물의 역할을 더 증폭 할 것입니다.

Quantum Key Distribution 및 처리

6G의 보안 통신은 광 인프라에 통합 된 퀀텀 키 배포 (QKD)를 포함 할 가능성이 있습니다. 퀀텀 오류 보정 및 entanglement 스왑을위한 단일 광자를 조작 할 수있는 Photonic 프로세서는 개발 중입니다. 이러한 결국 양자 공격에 대해 6G 네트워크가 안전하게 수행 할 수있는 동일한 광학 직물 내에서 통신 및 계산 기능을 제공 할 수 있습니다.

Photonic Network Control을 위한 기계 학습

THz 빔과 동적 트래픽 흐름의 수천을 관리하는 복잡성 자동화 최적화. 인공 지능과 기계 학습 알고리즘은 레이저 드립, 섬유 비선형 및 안테나 단계 정렬과 같은 광 시스템 매개 변수에 훈련되고 있습니다. 실제 시간 재조립을 가능하게하기 위해 예를 들어, 보강 학습은 다양한 부하 조건에서 최소 대기 시간 동안 광닉스 스위치를 조정하는 데 사용되었습니다. [[[FLT:]][[FLT:]]][[FLT:]]][[FLT:]]][[FLT:]]][FLT:]]][FLT:]]]][[[FLT:]]]]]]]]]]]]]][[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[[]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]]