Naukowcy stworzyli oparty na świetle czip półprzewodnikowy, który ma ułatwić działanie bezprzewodowej sieci komórkowej kolejnej generacji 6G.
Łącząc komponenty fotonowe i elektroniczne, naukowcy zbudowali prototypowy układ komunikacyjny, który może skutecznie uzyskać dostęp do wystarczająco wysokich pasm częstotliwości radiowych do różnego typu zastosowań, w tym zaawansowanych radarów oraz sieci 6G i 7G. Pierwsza w swoim rodzaju architektura czipów, która wykorzystuje zarówno komponenty elektroniczne, jak i świetlne, może znacznie ułatwić wdrożenie technologii 6G.
Wyniki badania, opublikowane 20 listopada 2023 roku w czasopiśmie Nature Communications, przedstawiają projekt czipów komunikacyjnych potrzebnych w zaawansowanych radarach, systemach satelitarnych, zaawansowanych sieciach bezprzewodowych (Wi-Fi), a nawet przyszłych generacjach technologii mobilnej 6G i 7G.
Integrując komponenty świetlne lub fotoniczne z konwencjonalną elektroniczną płytką drukowaną, badacze radykalnie zwiększyli szerokość pasma częstotliwości radiowej (RF), wykazując jednocześnie lepszą dokładność sygnału przy wysokich częstotliwościach.
Zbudowali działający prototyp sieciowego czipa półprzewodnikowego o wymiarach 0,2 na 0,2 cala (5 na 5 milimetrów), pozyskując płytkę krzemową i mocując elementy elektroniczne i fotoniczne – w postaci „chipletów” – niczym klocki Lego.
Udoskonalono także sposób, w jaki czipy filtrują informacje
Bezprzewodowe urządzenia nadawczo-odbiorcze wysyłają dane, a filtry mikrofalowe wbudowane w konwencjonalne czipy blokują sygnały w niewłaściwym zakresie częstotliwości. Mikrofalowe filtry fotoniczne pełnią tę samą funkcję w przypadku sygnałów świetlnych. Jednak połączenie komponentów fotonicznych i elektronicznych oraz skutecznych mikrofalowych filtrów fotonicznych w jednym czipie było niezwykle trudne.
Jednak według badania dzięki precyzyjnemu dostrojeniu do określonych częstotliwości w wyższych pasmach, które zwykle są zatłoczone, więcej informacji może przepływać przez chip z większą precyzją. Jest to ważne dla przyszłych technologii bezprzewodowych, które będą opierać się na wyższych częstotliwościach. Mają one krótsze długości fal i dlatego mogą przenosić więcej energii, co równa się większej przepustowości danych.
Mikrofalowe filtry fotoniczne odgrywają kluczową rolę w nowoczesnych zastosowaniach komunikacyjnych i radarowych, oferując elastyczność w zakresie precyzyjnego filtrowania różnych częstotliwości, redukując zakłócenia elektromagnetyczne i poprawiając jakość sygnału.
– powiedział lider zespołu badawczego Ben Eggleton, prorektor ds. badań w Uniwersytecie Uniwersytet w Sydney
Urządzenia korzystające z sieci 5G, takie jak smartfony, przesyłają i odbierają dane w różnych zakresach częstotliwości radiowych – od niskiego pasma (poniżej jednego gigaherca) do wysokiego pasma (24 do 53 GHz) w USA.
Wyższe częstotliwości pozwalają na większe prędkości ze względu na większą pojemność energetyczną krótszych fal, ale istnieje większe ryzyko zakłóceń i przeszkód. Dzieje się tak dlatego, że krótsze fale mają trudności z przebiciem się przez większe powierzchnie i obiekty, co również zmniejsza zasięg sygnału.
Tymczasem według OpenSignal w USA prędkość transmisji danych w sieci 5G wynosi średnio 138 megabitów na sekundę, a operatorzy obsługują sieci w pasmach od 2 do 4 GHz. Według Global Systems for Mobile Communications Association (GSMA) technologia 6G, która ma stać się popularna do roku 2030, będzie działać na wyższych częstotliwościach – począwszy od 7 do 15 GHz.
Jednak według Uniwersytetu w Liverpoolu najwyższe pasma 6G do zastosowań przemysłowych będą musiały przekraczać 100 GHz, a być może nawet sięgać 1000 GHz, a teoretyczne prędkości mogą osiągnąć 1000 gigabitów na sekundę.
Oznacza to, że istnieje potrzeba zbudowania czipów komunikacyjnych o znacznie większej szerokości pasma RF i zaawansowanego filtrowania w celu wyeliminowania zakłóceń na wyższych częstotliwościach. Tutaj właśnie pojawia się postęp w architekturze czipów – fotonika odgrywa kluczową rolę w sieciowych układach półprzewodnikowych, które będą wykorzystywane w urządzeniach obsługujących sieć 6G.
➔ Obserwuj nas w Google News, aby być na bieżąco!
źródło: Live Science
zdjęcie wykorzystane we wpisie pochodzi z Depositphotos
Od 2005 roku zajmuję się komunikacją internetową i e-marketingiem, jestem pasjonatem urządzeń mobilnych oraz nowych technologii – i nie waham się ich używać.