Gli altimetri radar sono gli unici indicatori di altitudine sopra un terreno. Le bande cellulari 5G spettralmente adiacenti comportano rischi significativi di disturbo degli altimetri e di impatto sull’atterraggio e sul decollo del volo. Con l'espansione della copertura di frequenza della tecnologia wireless e l'utilizzo del multiplexing spaziale, simili interferenze dannose in radiofrequenza (RF) diventano un problema urgente.
Per affrontare questa interferenza, i front-end RF con latenza eccezionalmente bassa sono cruciali per settori come i trasporti, l’assistenza sanitaria e il settore militare, dove la tempestività dei messaggi trasmessi è fondamentale. Le future generazioni di tecnologie wireless imporranno requisiti di latenza ancora più rigorosi sui front-end RF a causa dell'aumento della velocità dei dati, della frequenza portante e del numero di utenti.
Inoltre, le sfide derivano dal movimento fisico dei ricetrasmettitori, con conseguenti rapporti di miscelazione variabili nel tempo tra interferenza e segnale di interesse (SOI). Ciò richiede adattabilità in tempo reale nei ricevitori wireless mobili per gestire le interferenze fluttuanti, in particolare quando trasportano informazioni critiche sulla sicurezza per la navigazione e la guida autonoma, come aerei e veicoli terrestri.
In un nuovo articolo pubblicato su Light:Science &Applications , un team di scienziati, guidato dal professor Paul Prucnal del Lightwave Lab, Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica, Università di Princeton, Stati Uniti, e colleghi hanno introdotto un sistema su chip (SoC) che utilizza la fotonica del silicio per affrontare la radiodinamica -interferenze di frequenza (RF).
Il cuore di questo salto tecnologico risiede nei circuiti integrati fotonici (PIC), che possono elaborare informazioni a banda larga convertendo le frequenze radio in frequenze ottiche. A differenza dei tradizionali componenti RF analogici o dell'elettronica digitale, i PIC riducono drasticamente la latenza attraverso l'elaborazione analogica diretta, una caratteristica fondamentale man mano che le tecnologie wireless progrediscono verso frequenze più elevate.
Tuttavia, l’integrazione di un sistema completo su un chip per la lavorazione a microonde ha dovuto affrontare sfide in termini di progettazione, controllo e confezionamento. Gli attuali PIC richiedono in genere dispositivi esterni ingombranti per l'analisi e il controllo del segnale, il che porta a dimensioni, peso e parametri di potenza poco pratici per l'implementazione nel mondo reale.
Affrontando queste sfide, la ricerca introduce un dispositivo fotonico autonomo compatto, grande quanto un palmo di mano. Questo dispositivo integra modulatori, banchi di peso del risonatore a microanelli (MRR) e fotorilevatori su un singolo chip, riducendo significativamente la latenza di elaborazione a meno di 15 picosecondi. Inoltre, un gate array programmabile sul campo (FPGA) con periferiche integrate gestisce analisi statistiche ad alto rendimento e algoritmi di separazione della sorgente cieca (BSS) di alto livello. Questa configurazione consente l'esecuzione in tempo reale a una frequenza di aggiornamento di 305 Hz, un netto miglioramento rispetto ai sistemi precedenti.
Il gruppo di ricerca ha testato con successo questo dispositivo in due scenari di interferenza dinamica:comunicazioni mobili e altimetri radar. I risultati sono stati incoraggianti, dimostrando un funzionamento privo di errori e mantenendo rapporti segnale-rumore superiori a 15 dB. Questa innovazione dimostra il potenziale del dispositivo per affrontare in modo efficace le sfide legate alle interferenze del mondo reale.
Questa ricerca segna un significativo passo avanti nello sviluppo dei processori fotonici. Ha aperto la strada allo sviluppo di un PIC in grado di apprendere online in tempo reale e di regolare rapidamente i pesi fotonici. Con il progredire della ricerca, si prevedono miglioramenti nel fattore di forma, nelle prestazioni e nell'adattabilità online. Questi progressi amplieranno l'applicabilità dei processori fotonici a una serie di compiti impegnativi, tra cui il controllo predittivo dei modelli e il calcolo neuromorfico.
Lo studio segna un sostanziale passo avanti nel campo dell'elaborazione del segnale fotonico, evidenziandone il potenziale nell'affrontare sfide complesse del mondo reale.
Ulteriori informazioni: Weipeng Zhang et al, Un processore fotonico a microonde system-on-chip risolve le interferenze RF dinamiche in tempo reale con una latenza di picosecondi, Luce:scienza e applicazioni (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01362-5
Informazioni sul giornale: Luce:scienza e applicazioni
Fornito dall'Accademia cinese delle scienze
