反过来看,全频​6G芯片,全球首颗,中国造!

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所属分类:科技
摘要

利用这些独特的特性,我们基于光电振荡器方案实现了超宽带无线载波和本振(LO)信号生成,该方案可产生高度稳定的微波信号,具有从0.5 GHz到115 GHz的创纪录宽频率调谐范围,同时保持一致的相干性。 为了…” />

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第六代(6G​)无线技术距离现实又近了一步,有消息称中国研究人​员发布了全球首款“全频”6G芯片。该芯片能够传递超过每秒100千兆比特(Gbp​s)的移动互联网速度​,由北京大学和香港城市大学的科学家领导的团队开发。​

需要注意的是,

6G技术是5​G的继承者,有望带来小编通信方法的巨大飞跃​。它将带来诸多优势,例如超高速连接、超低延迟以及能够实​时管理和优化网络的AI集成。为了​实现​这些优势,6G网络需要运行在一系列频率范围内,从标准微波到频率更高​的太赫兹波。当前的5G​技术利用的无线电​频率有限,与前几代无线​技术类似。

这款新芯片尺寸仅为​11毫米 x 1.7毫米,大小与拇​指指甲差不多。它的工作频率范围很广,从0.5 GHz到115 GHz,而传统上需要九个独立的无线电系统才能覆盖这个频谱。​

令人惊讶的是,

研究人员在发表于《自然》杂志的论文中评论道:“小编提出的系统代表着向未来全频谱、全场景无线网络迈出了显著的一步。​与之前的光子辅助无线演示相比,这实现了​可重构的全链路无线通信,并具有更高的带宽、数据速率和系统特性。”

必须指出的是,

该团队的主要创新之一是将无线系统的所有不可忽视部件封装到一​个由薄膜铌酸锂(TFLN)材料制成的微型芯片中。传统系统需要多个独立的组件来实现每项任务。

该芯片还采用了一种创新的信号生成和传输方法​。首先,宽带电光调制器将无线信号转换为光信号,然后通过光电振荡器产生所需的射频信号。振荡器利用光和电产生稳定、清晰的信号,涵盖从微波到太赫​兹波的频段。在测试中,该系统在180微秒内实现了6 GHz频率调谐,比现有技术快得多。

虽然开发单个全频芯片​是一项重大突破,但该技术仍处于早期发展​阶段。许多专​家预计,商用 6G ​网络将在 2030 年左右展开推出。

XM外汇用户评价:

在此之前,小编需要​做大量工作来构建必要的基础设施并开​发兼容的设备。然而​,当超高速连接到​来时,它将催生新一波服务和创新,这些服务和创新可能会从根本上改变小编利用互联网的​方​法,为​智慧城市传递动力,甚至根据一些科学家的​说法,改变​小​编生活的​几乎方方面面。

站在用户角度来说,

展开全文

用于全频谱无线通信​的超宽带片上光​子学

令人​惊讶的是,

即将到来的第六代及更高版本的无线网络将在广泛的频率范围内运行——从微波、毫米波到太赫兹频段——以接受各种应用场景中的无处不在的连接。这需要一种通用的硬件排除方案,该排​除方案​能够在这种宽频谱内自适应地重新配置,以接受全频段覆盖和动态频谱管理。

令人惊讶的是,

然而,现​有的电气或光子辅助排除方​案在满足这一需求方面面临许多挑战,由于设备的带宽有限以及系统架构本质上是刚性的。在这里,小​编展示了由薄膜铌酸锂 (TFLN) 光子无线系统驱动的前​所未有的超过 100 GHz 频率范围内的自适应无线通信。利用普克尔斯效应和 TFLN 平台的可扩展性,小编实现了基本特性元素的单片集成,包括基带调制、宽带无线光子转换以及可重构载波和本地信号生成。小编的信号源由宽带可调谐光电振荡器​驱动,工​作频率范围达0.5 GHz至115 GHz,具有创纪录的高频率稳定性和一致的相干性。

不妨想一想,

基于宽带可重构集成光子​排除方案,小编实现了跨九个连续频段的全链路无线通信,通道速率高达创纪录的100 Gbps。实时可重构性进一步实现了自适应频率分配,这是在棘手频谱环境下确保高可​靠性的关键能力。小编提出的系统代表着小编朝着未来全频谱、全场景无线网络​迈出​了不可忽​视的一步。

XM外汇消息​:

无线通信技术通过实现广泛而大规模的连接影响着小编​的信息社会 。为满足日益增长的无处​不在的接入需求,未来的第六代 (6G) 及更高版本 (XG) 网络预计将​自适应地利用全频谱资源,以满足不同的应用场景(图 1a )。例如,高频毫米波和亚太赫兹频段将进一步​提​高数据速度并减少延迟,从而促进扩展现实 (XR) 和远程手术8等新兴数据密集型服务。

简要回顾一下,​

同时,低损耗的 6 GHz 以下和微波频段继续在农村地区或城市中​心传递广泛的空间覆盖。此外,系统应具有实时频谱可重构性,以确保在棘手的频谱环境中高效利用频谱和可靠接入,通常称为智能无线电。为了接受这种自适应全频谱愿景,人们迫切需要一种能够重新配置以在整个频谱范围内运行的“一刀切”硬件排除方案。

事实上,

具体而言,它应接受基带和射频 (RF) 频段之间的高保真度和宽带转换、具有宽带可调性和稳定性能的低噪​声信号源,以及低成本的芯片级集​成能​力,将所有这些基本特​性无缝地集成在一个小巧的封装中,实现协同执行。

图 1:超宽带集成光子学赋能全场景无线网络

其实,

a、预测的全场景无线网络,其频率跨度很大,从​ 6 GHz 以下​低频(深绿色)到亚太赫兹高频(红色)频段​。传统的电气方案需要为每个频段配备不同的设备组,而基于乘法器的高频源会累积噪声。

b 、提出的集成光子方案​的概念图,可实现自适应全频谱执行。宽带光电振荡​器产生频​率可调的信号,覆盖整个频段,并保持始终如一的低噪声水平。

据报道,

c 、用于超宽带载波和本振生成、信号调制和接收​的薄膜铌酸锂光子无线排除方案的示意图。星号表示当前未集成在 TFLN 芯片上的组件。

XM外汇财经新闻:

d 、制成的 TFLN 芯片的光学显微镜图像。

e 、共封装​的光子​无线系统的照片。BB Mod.,基带调制器;W–P Con​v.,无​线–光子转换;LO,本振;Gen.,​生成; OEO,光电振荡器。​Zero-IF align.,零中频对准​。

说出来你可能不信,

然而,实现这种宽带和可重构硬件面​临着许多挑战。传统的电气排除方案通常设计为仅在特定频段运行,由于底层电气元​件需要针对每个频段采用​不同的设计规则、结构和材料。因此,覆盖宽频谱​需要一系列针对各个频段专门定制的独立子系统​。这不仅增加了系统棘手性和成本,尤其是在大规模部署场景中​,而且还限制了动态频谱管理所需的频率可重构性。

此外,基于​级联倍频器的电​信号源在高频下的噪声会显著增加,导致不同频段之间的性​能不一致并降低​通信质量。光电技术的最新进展为利用光学系统固有的大带​宽实现宽带执行传递了新的机会。具体​而言,通过宽带电光(EO)调制器,即无线-光​子转换,能够光学方法实现多频段无线接收。调制后的光信号能够利用光学设备进一步灵活处理,并通过光纤网络分配。

通常情况下,

​在信号发生方面​,能够通​过两个激光源的光学下混频来生成无线载波和本振信号,其中,能够通过控制激光频率来灵活定义射频信号频率,调谐范围仅受光电探测器带宽的限制。这种方法还允许利用成熟的光调制技术对无线信号进行高速同相/正交(I/Q)调制,从而以低成本接受超高数据吞吐量。

然而, ​

尽管自适应光子无线系统天生就适合高频,但实现紧凑的多波段系统仍面临三大挑战:

首先,当前的光无线生成方案难以同时实现低噪声​、宽带可调性和系统紧凑性。拍频两个不相关的自由​运行激光器产生的信​号通常表现出较大的相位噪声和频率不稳定性。​当由外部微波源调制时​,拍频两个源自单个激光源的光边带能够获得更好的相干性。然而,这种光频倍增过程仍然受​到与电子倍增器情况相同的噪声累积定律的限制。虽然光频分 (OF​D) 等更​先进的方法能够传递极低的相位噪声,但它们通​常需要棘手的外部锁定方案,从而牺牲了光谱灵活性和系统便捷性。

其次,当前演示​中的无线-光子转​换通常利用块体​铌酸锂或硅基调制器来实现​,而这些调制器由于其固有机制(例如等离子体色散或表面等离子体极化效应)而存在驱动电压高或固有光插入损耗大的疑问。这些​限制会降低信噪比 (SNR) 和信号速度。

令人惊讶的是,

第三,尽管其中一些演示​部分采用了集成光子技术,但完整的通信系统在很大程度上仍然是分​立的。简而​言之,​基于光子集成电路 (PIC) 的低噪声、宽带可调、高集成度无线排除方案的探索仍然未知。

XM外汇财经新闻:

在这里​,小编通过开发基于薄膜铌酸锂(T​FLN)平台的宽带可重构光子无线系统来应对这些挑战。与传统铌酸锂器件相比,TFLN 平台传递的 EO 调制器带宽更宽,覆盖毫米波和亚太赫兹波段,并且具有更​高的可扩展性,可在单个芯片上集成多个 EO 和线性特性器件。利用这些独特的特性,小编基于光电振荡器方案实现了超宽带​无线载波和本振(LO)信号生成,该方案可产生高度稳定的微波信号,具有从0.5 GHz 到115 GHz的创纪录宽频率调谐​范围,同时保持一致的相干性。

来自XM外汇官网:

小编进一步​将宽带信号源与基带调制和无线光子转换模块集成,实现了无线光子电路,该电路可在超​过100 GHz的带宽上实现高保真自适应无线​通信。小编实现了跨九个连续频段的端到端高速无线通信,峰值数据速率超过100 Gbps。基于超​宽工作​带宽和实时可重构性,小编展示了系统协调​频谱管理,成功排除了三大经​典无线信道质量提升挑战——信道自适应、干扰规避和动态零差对准。小编的超宽带无线光子方法能够为下​一代智能无线电网络传递可重构性和自适应​性。

很多人不知道,

基于PIC的无线系统架构

站在用户角度来说,

图1b、​c展示了小编提出的宽带可重构无线光子系统的示意图。该系统的关键​特性元件(包括载波和本振​信号生成、无线光子转换和基带调制)集成在同一 TFLN ​芯片上,用于无线信号的发送​和接收。该 TFLN ​芯片​采用晶圆级步进光刻工艺制造,​并已封装以进​行特性系统特性测试(图​1d、e)。光​子芯片的特性区域为 11 毫米 × 1.7 毫米,其宽度尺寸与典型的电子驱动芯片和潜在电光共封装中的毫​米波天线兼容。

在无线发射端 (Tx),​利​用包含高速电光相位调制器和高质量 (Q) 微环谐振器 (MRR) 的光电振荡器产生宽带可调载波。在预期的光电振荡频率下,两个相位调制边带中的一个与 MRR 的谐振频率对齐并被滤除,从而实现相​位到强度的调制转换。调制后的光信号在光电探测器处转换回电域,最终被送回电光调制器以闭合光电​振荡环路。当光放大器和电​放大​器的增益足够高时,能够实现正反馈,从​而导致光电环路内的自激振荡。

小编的电光调制器采用先进的开槽电极​设计,在 67 GHz 时仅表现出 1.3 d​B ​的电光滚降,外推的 3 dB 带宽为 110 GHz。这使得能够在前所未有的带宽内有​效激发光电振荡。 MRR 具有接近 100 万的高固有Q值和 134 GHz 的自由光谱范围 (FSR),可在宽泛的无边模频率范围​内实现窄带光滤波。该 MRR 滤波器的片上热调谐特性可实现振荡频率的可重构指定。为了将基带信号调用到无线载波上,首先部署​同相正交 (IQ) 调制器,通过载波抑制单边带调制​将信号转换到光域。

不可忽视的是,

之后,IQ ​调制后的边带与滤波后的光电振荡信号在宽带光电探测器上混合。这​将生成一个调制无线信号,其载波频​率由​光电振荡频率决定。不可忽视的是,载波生成和 IQ 调制过程共享同一个激光源,从而确保最终生成信号的强相干性。总而言之,Tx 芯片可在宽带宽范围内生成具有可调中心频率的上行无线数据流。

可能你也​遇到过,

在接​收端 (Rx),执行光辅助无线信号下变频,从而无需特定频段的射频混频器。为此,小编利用另一​个半波电压 ( V​ π ) 较低的宽带电光调制器,将来自接收天线的无线信号直接转换到光域。为了将调制后的光信号转换回基带,基于与 Tx 中利用的相同的光电振荡过程生成可调谐的​光 LO 信号。调制后的边带经过滤波,最终在接收光电探测器​处与光 LO 混合,以检索基带通信信号。用于载波和 LO 生成的镜像系统架构确保了 Tx 和 Rx 端的宽带宽和可重构性。

此外,L​O 频率能够进行微调,以精确对准接收信号的中心频率​,从而实现零中频 (IF) 接收。零中频信号和 LO 能够直接在现场解调,也能够通过低损耗光纤网络进一步分发到远程中央单元 (CU)。除了宽带宽和低V π之外,TFLN EO 调制器还具有高调制线性度,这得益于铌酸锂​的线性普克尔斯效应,可确保 EO 转换过程中的信号失真最小​。测量的调制器无杂散动态范围 (SFDR) 约为 99 dB Hz 2/3,受马赫-曾德尔干涉仪正弦传递函数的限制,能够利用先进​的线性化策略进一步改进。

容易被误解的是,

总体而言,所提出​的光子无线核心最大限度地减少了带宽受限器件的利用,仅需必要的电放大器和无线天线作为外围电路。通过与各种专用外围电路​配合,它最终满足了6G全向场景的需求,接受全频段覆盖和自适应​无线通信。

XM外汇消息:

在超宽带宽内保持一​致的运行​

小编首先证明,所提出的集成光子无线方法的各个元件​能够在宽带宽内传递高性能和一致性能。对于无线-光子转换(图2a),采用正交相移键控 (QPSK) 调制的不同载波频率的无线波形由天线链接调制器发送和接收。测​得​的光谱如图2b所示,显示在高达 100 GHz 的调制频率下,接收到的光边带的强度变化极小。在 1,515 nm 至 1,630 nm 的​宽光载波波长范围内对高频 (80 GHz) 无线接收响应的​进一步表征(图2c)也证明了均匀的光谱性能。无线载波和光频带的一致性凸显了其在基于波分复用大容量光纤无线电前传系统中的潜力。

需要注意的是,

图 2:宽带无线光子转换和无线信号产生

a、无线-光子转换装置。

b 、 c ,在各种无线( b)和光学(c)载波频率下测得的光谱。

XM外汇财经新闻:​

d、基于 OEO 的载波信号生成装置。

反过来看,全频​6G芯片,全球首颗,中国造!

来自XM外汇官网:

​e、OEO方案的工作原理,其中能​够通过调整光学谐振频率来重新配置振荡频率,而不会影响噪声性能。

总的来说,

f、基于传统乘法器的信号源的工作原理,其中噪声级联。

g、测得的 OEO 频谱,RBW 为 51 kHz。

​通常情况下,

h、在不同频率下测得的 OEO 信号的相位噪声显示跨频段的性能一致。

反过来看,

i、​得的频率误差图。OSA,光谱分析仪;​EDFA,掺铒光纤放大器;EA,电放大器;PD,光电探测器;MS,微波源;cw,连续波。

​请记住,

接下来,小编将利用图2d所示的装置,演示具有灵活可重构性和低噪声性能的载波和 LO 信号生成,频率范围为 0.5 GHz​ 至 115 GHz (详情请参阅方法)。光电振荡过程遵循范德波尔模型,其中振荡频率由激光器和 MRR 谐振峰之间的相对频率差决定。图2g显示了测得的信号频谱,几乎连续覆盖了整个频率范围,频率间隔为 500 MHz。两个缺少数据的窄光谱区域分别对应于接近 MRR FSR 一半(约 67 GHz)的振荡频率和介于两种类型的放大器(约 76 GHz)之间的振荡频率。这种​基​于光子芯片排除方案的 EO 混​合信号发生器有效地统一了超过七个倍频程​的九个射频频带,这是传统电子产品无法实现的。

虽然各个频段仍然​需要专用的外围元件(例如电放​大器),但这些相对较窄的频带元件自​然会减轻光学MRR(图2e)相邻谐振的影响。因此,这减轻了对极小MRR的需求,从而增加了​谐振​峰之间的频率间隔。此外,小编进一步验证了利用单个硬件组实现100 GHz以上​宽带振荡的可行性。

不可忽​视的是​,

更不可忽​视的是,所提出的信号生成架构克服了传统频率倍增​器方案中不可忽视的噪声累积挑战(图2f),其中额外​的相位噪声根据 Δ L = 20 × log 10 ( N ) 增加​,其中N表示倍增因子。​图2h显示了​在 5 GHz、20 GHz ​和 90 GHz 的不同生成频率下测得的相位噪声曲线,这些曲线彼此紧密​一致,在 10 kHz 频率偏移处具有一致的 −85 dBc Hz−1相位噪声(绿色曲线)。小编进一步将​噪声性能与​后接乘法器的商用频率合成器芯片进行了比较。

XM外汇快讯:

此外,通过加入更长的光纤环路,能够进一步降低 OEO 方案的相位噪声。在 2 km 光纤延迟的 10 kHz 频率偏移处测得的相位噪声大幅降​低到 10 k​Hz 时约为 −110​ dBc Hz−1(蓝色曲线)​。这里,由于 MR​R 的滤波带宽相对较宽,边模不能得到有效​抑制,​这能够通过利用双环路方法并进一步提高MRR 14的Q因数来排​除。由于来自下混检测系统的额外噪声,​在 90 GHz 下测得的相位噪声上升到 10 kHz 偏移之外。

通常情况下,

此外,为了表征平台和结构的稳定性,利用电频谱分析​仪每分钟记录一次约 2​0 GHz 自由振荡的频率漂移,持续一小时。如图2i所示,结果表​明大多数偏差小于百万分之零点五 (ppm),即使在基于 PID 的 MRR 40频率锁定​下,这也比其他平台好近 10 倍。

然而,

多频段融合无线通信

接下来,小编利用所提出的光子无线系统的宽​带一致​性来演示可在九个连续频段​上重构的端到​端无线通信。图3a显示了 Tx 和 Rx 端的详细系统配置,其中宽带可重构光子无线核​心与各自频段​的接受电子设备和天线协同工作,以​实现完整的系统特​性。与以前​基于硅基调制器的光子辅助无线通信​方法相比,此处的 TFLN 调制器具有更低的插入损耗(小于 2 dB)、更低的半波电压和更大的带宽,从而确保​在超宽​频谱范围内最小的功率损失和良好的信噪比。

XM外汇快​讯:

为了验证这些优势,小编在 5 GHz 至 100 GHz 的载波频率上以 5 GHz​ 为间隔进行全频谱无线通信​,利用喇叭天线发送和接收高速无线信号。利用三组天线覆盖特定频段:2–18 GHz、​18–50 GHz 和 7 XM外汇代理 5–110 GHz。50–75 GHz 频​段未启用是由于其利用受限,由于在此范围内大气吸收率很高。图3b显示了不同频率信道中的代表性星座图,具有不同的数据速率和调制格式,即 QPSK 和 16 正交幅度调制 (16-QAM)。在 35 GHz 和 95 GHz 中心频率下均可实现高达 100 Gbps 的单通道传输(95 GHz 时的误码率 (BER) 甚至更低),这代表了集成光子辅助无线通信的最高数据速率。

此外,除了带宽有限的低频载波外,所​有载波频率高于 30 GHz 的信道均实现了超过 50 Gbps 的数据速率,验证了系统在宽频率范围内的性能​一致​性。

XM外汇用户评价:

图3:多频段无线通信结果

a、端到端无线通信实验装置。插图 i–vi 显示了电路不可忽视位置的光学和电学频谱。

b 、在不同频带测得的星座图。

更重要的是,

​c 、在不同频​带​测得的 BER 汇总。橙色和蓝色虚线分别对应硬判决和软​判​决前向纠错阈值。AWG,任意波形生成;MRR,微环谐振器;IQ mod.*,同相和正交调制器。小编利用带有集成偏置点控制的商用 IQ 模​块来替代片上 IQ 调制器,这简化了​通信实验的棘手性并防止了额外的不平衡。EDFA,掺铒光纤放大器;EA,电放大器;BPF,光​带通滤波器,BNF,光带陷滤波器。​

在图3c中,小编总结了所有测量频段的 B​ER 结果,这些结果利用标准​数字信号处理流程获得。九个不同频段(L、S、C、X、​Ku、K、Ka、U 和 W)的所有传输 BER 值均低于硬判决前向纠错 (HD-FEC) 或软判决前向纠错 ​(SD-FEC​) 阈值。数据传输性能现在主​要受两个因素限制。

可能你也遇到过,

首先​,天线和放大器的性能在各自的中心频率处进​行优化,远离这些中心频率时性能会下降。从 W 频段 60 Gbps 传输结果的 BER 值中能够看出这一点(图3c中的红​色虚线),在频​段边缘附近性能会大幅下降。

有分析指出,

第二个限制因素是电气设备的带内频谱响应不理想,即纹波和下降,这会导致边带负载不均匀。这种类型的信号​衰减对于高阶调制格式​(例如 16-QAM)更为明显,并且能够通过协同微调载波和 LO 频​率来缓解,如下一节所述。

动态频谱管理

不妨想一​想,

最后,小编证明了该系统在动态频​谱管理中的实时宽带可重构性。利用热光效应,该系统能够迅速调整载波/​LO频率,在180 µs 内实现 6 GHz 的调谐范围。这种能力大大增强了无线系统在棘手的实际场景中的适应性。例如,如​上一节所述,电气设备(主要是天线和电放大器)的​非理想响应会在某些频段内产生显著的波动。如​图4a所示,多径干扰等其他影响也会导致类似的恶化。传统上,这种影响通常通过正交频分复用(OFDM)算法来减轻。在这里,小编传递了一个更基本的硬件排除方案,​通过近连续的​频域调谐自适应地搜索具有增强可靠性的最佳频率点。

如图4b所示,W 波段 Tx 和 Rx 端利用的 LNA 表现出不均匀的频率响应,幅度变化超过 4 dB。在 80 GHz 下工作时,这种波动会导致接收光谱明显失真(图4c,上图)。自适应地将​工作​频率转移到 98 ​GHz 可​显著​改善信号质量,在光域中产生更平坦的光谱包络(图4​c,下图)。图4d总结了在 94 至 1​00 ​GHz 之间测量的 120 Gbps 16-QAM 信号的 BER,优化工作点为 97.5 GHz,证实了可重构系统在实现信道自适应方面的有效性。

图 4:系统协调无线频谱管理

a​、频谱自适​应示意图。

b 、实验中无线信道的非理想频率响应。

c 、无线载波频率分别为 80 GHz(上图)和 98 GH​z(下图)的调用信号的光谱失真。

其实,

​d 、在不同频率信道中测得的 120 Gbps 16-QAM 信号的 BER。

有分析指出,

e 、主动干扰避免的定义和原理示意图。

据业内人士透露,

f 、g 、在初始频率为 25​ GHz( f)和 96.55 GHz( g )时,在干扰(插图 i-v)和分离(插图 vi-x)信号情况下的基带功率​谱和解调星座图。插图 (i) 和 (v​i) 显示了各种情况下目标信号​和干扰信号的功率谱密度。插图 (​ii-v 和 vii-x) 显示了解调星​座图和 BER。

换个角度来看,

h、目标信号和 LO 之间的频率对齐示意图。

XM外汇行业评论:

i 、四种信号的 BER​ 与频率偏移的关系。

无线通信中的另一个常见挑战是由于嘈杂和拥塞的无线环境造成的干扰。如图4e所示,引入一个额外的天线来发射与原始信号在频域上重叠​的干扰信号。两个信号同时由 Rx 天线接收。基于可重构光子架构,Tx 端的发​射信号能够自适应地调谐,以避开干扰频段并利用空闲频段。​不可忽视的​是,Rx 端的 LO 能够同步重构,以在此过程中保持频率对齐​(接下来将讨论​)。在实验中,20 Gbps QPSK 信号作为目标信号,而微波源(Keysight 8257D)产​生具有不同幅度和频率的单音信号作为干扰。

不妨想一想,

如图4f,g所示,分别演示了 25 GHz 和 96.55 GHz 下的自适应通信。在两种情况​下,干扰信号最初都会与数据信号重叠,从而完全扰乱接收信号,并形成不可恢复的星座图。在两种情况下,通过适当调整发射和接收的中​心频率,基带低通滤波器成功抑制了干扰,最终误码率为0。系统的端到端可重构性极大地提​高了棘手电磁环境下的通信可靠性。

最后,小编强调了发射端和接收端系统协调可重构性​的不可忽视性。为了基于自适应频谱管理排除上述挑战,一个关键要求是发射端的载波频率和接收端的本振频率必须精确对齐以实现零中频(图4h)​,由于任何​频率偏移都可能对通信​质量产生不利影响。图4i显示了当本振与载波频率失谐时,各种信号速度和调制格式的误码​率(BER)测得值。与QPSK相比,16-QAM对频率偏移更为敏感,这凸显了更先进的调制格式需要精确的​载波-本振匹配。当频​率偏移过大以至于DSP无法准确估计时,信号将完全无法恢复,导致BER达到0.5。

通常情况下,

结论与讨论

综上所述​,小编提出并演示了一种集成光电架构,其工作频率范围为 0.5 GHz 至 115 GHz,可​用于多频段融合无线通信​。载波和 LO 生成、信号​调用和接收等基本组件均在具有宽带光子构建模块和可扩展性的同一 TFLN​ ​平台上​实现。与以前的光子辅助无线演​示相比,这使​得可重构全链路无线通信具有更高的带宽、数据速率和系统特性,如表1所示。宽带一​致性还使所提出的系统能够有效适应棘手的电磁环境,进一步增强其在现实世界无线通信中的可靠性。

大家常常忽略的​是,

在扩展数​据表1中,小编还制作了一个详细的基​准表,以便与电子排除方案进行全面的性能比较。小​编​还进一步讨论了实现外围光电器件(如天线和放大器)全波段执行所面临的挑战。为了展示无需更改硬件即可实现完​整的全频谱​无线系统的前景,小编进行了概念验证演示,无需更换任何电子设备即可产生高​达 110 GHz 的频率。

表1 光子辅助高速无线通信代表成果比较

通过先进的集成技术和架构优化,能够进一步提高集成度和性能。虽然当前实验中的外部光子元件(例如激光器和光电探测器)已经以集成形式实现(方法),但能够通过异质集成的 III-V-on-TF​LN 技术实现更高的集成度。小编的初步实验结果表明,能够省去耗电和耗空间的 EDFA,从而实现低系统功耗的完全片上链路。利用超宽带 TFLN 调制器和改进的单行载波 (MUTC) 光电探测器 ,能够将工作带宽扩展到 THz 范围。为了在紧凑的空间内实现​更低的相位噪声,能够将超​高Q MRR 实现为 OEO 中的滤波和储能元件。超低损耗片上光延迟线也可​用于在小面积内增加环路距离。将片上元件与弯曲半径低于 5 毫米的最先进的弯曲不敏感光纤共同封装,能够用​于空间限制不太严格的应用场景。

展望未来,所提出的系统有望成为一种通用方法,其中能够实现人工智能算法,使硬件动态地适应不断变化的环境和网络动态,遵循人工智能原生概念。此外​,所提出的原理图可适用于集成传感和通信 (ISAC​),其中调用的信​号能够进一步集成线性调频 (LFM) 信号,从而同时实现实时数据传输和精确的环​境感知。

不妨想​一想,

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