Radarhöjdmätare är de enda indikatorerna för höjd över en terräng. Spektralt intilliggande 5G-cellband utgör betydande risker för att höjdmätare stör och påverkar landning och start. När trådlös teknik expanderar i frekvenstäckning och använder rumslig multiplexering, blir liknande skadliga radiofrekvensstörningar (RF) ett akut problem.
För att ta itu med denna störning är RF-gränssnitt med exceptionellt låg latens avgörande för industrier som transport, hälsovård och militär, där aktualiteten för sända meddelanden är avgörande. Framtida generationer av trådlös teknik kommer att införa ännu strängare latenskrav på RF-gränssnitt på grund av ökad datahastighet, operatörsfrekvens och användarantal.
Dessutom uppstår utmaningar från den fysiska rörelsen av transceivrar, vilket resulterar i tidsvarierande blandningsförhållanden mellan interferens och signal-of-interest (SOI). Detta kräver anpassningsförmåga i realtid i mobila trådlösa mottagare för att hantera fluktuerande störningar, särskilt när den bär säkerhetskritisk information för navigering och autonom körning, såsom flygplan och markfordon.
I en ny artikel publicerad i Light:Science &Applications , ett team av forskare, ledda av professor Paul Prucnal från Lightwave Lab, Department of Electrical and Computer Engineering, Princeton University, USA, och medarbetare har introducerat ett system-on-chip (SoC) som använder kiselfotonik för att tackla dynamisk radio -frekvens (RF) interferens.
Hjärtat i detta tekniska språng ligger i fotoniska integrerade kretsar (PIC), som kan bearbeta bredbandsinformation genom att omvandla radiofrekvenser till optiska frekvenser. Till skillnad från traditionella analoga RF-komponenter eller digital elektronik, minskar PIC:er dramatiskt latensen genom direkt analog bearbetning, en kritisk egenskap när trådlös teknik utvecklas mot högre frekvenser.
Att integrera ett komplett system på ett chip för mikrovågsbearbetning har dock ställts inför utmaningar i design, kontroll och förpackning. Aktuella PIC:er kräver vanligtvis skrymmande externa enheter för signalanalys och kontroll, vilket leder till opraktiska storleks-, vikt- och effektmått för implementering i verkligheten.
För att ta itu med dessa utmaningar introducerar forskningen en kompakt fristående fotonisk enhet i palmstorlek. Den här enheten integrerar modulatorer, viktbanker för mikroringresonatorer (MRR) och fotodetektorer på ett enda chip, vilket avsevärt minskar bearbetningslatensen till mindre än 15 pikosekunder. Dessutom hanterar en fältprogrammerbar gate array (FPGA) med integrerad kringutrustning statistisk analys med hög genomströmning och BSS-algoritmer (blind source separation) på hög nivå. Denna inställning möjliggör realtidsexekvering med en uppdateringshastighet på 305 Hz, en markant förbättring jämfört med tidigare system.
Forskargruppen testade framgångsrikt den här enheten i två dynamiska interferensscenarier - mobil kommunikation och radarhöjdmätare. Resultaten var uppmuntrande, visade felfri drift och bibehöll signal-brus-förhållanden över 15 dB. Detta genombrott visar enhetens potential att effektivt hantera verkliga störningsutmaningar.
Denna forskning markerar ett betydande steg framåt i utvecklingen av fotoniska processorer. Det har banat väg för utvecklingen av en PIC som kan lära sig online i realtid och snabb justering av fotoniska vikter. Allt eftersom forskningen fortskrider förväntas förbättringar i formfaktor, prestanda och onlineanpassningsförmåga. Dessa framsteg kommer att bredda användbarheten av fotoniska processorer till en rad krävande uppgifter, inklusive modellförutsägande kontroll och neuromorfisk beräkning.
Studien markerar ett betydande steg framåt inom området för fotonisk signalbehandling, och lyfter fram dess potential när det gäller att ta itu med komplexa, verkliga utmaningar.
Mer information: Weipeng Zhang et al, En system-on-chip mikrovågsfotonisk processor löser dynamisk RF-störning i realtid med pikosekunders latens, Light:Science &Applications (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01362-5
Journalinformation: Ljus:Vetenskap och tillämpningar
Tillhandahålls av Chinese Academy of Sciences
