Los altímetros de radar son los únicos indicadores de la altitud sobre un terreno. Las bandas celulares 5G espectralmente adyacentes plantean riesgos significativos de interferir con los altímetros y afectar el aterrizaje y despegue de los vuelos. A medida que la tecnología inalámbrica amplía su cobertura de frecuencia y utiliza multiplexación espacial, interferencias de radiofrecuencia (RF) perjudiciales similares se convierten en un problema apremiante.
Para abordar esta interferencia, las interfaces de RF con latencia excepcionalmente baja son cruciales para industrias como el transporte, la atención médica y el ejército, donde la puntualidad de los mensajes transmitidos es fundamental. Las generaciones futuras de tecnologías inalámbricas impondrán requisitos de latencia aún más estrictos en las interfaces de RF debido al aumento de la velocidad de datos, la frecuencia del operador y el número de usuarios.
Además, surgen desafíos debido al movimiento físico de los transceptores, lo que da como resultado relaciones de mezcla que varían en el tiempo entre la interferencia y la señal de interés (SOI). Esto requiere adaptabilidad en tiempo real en los receptores inalámbricos móviles para manejar interferencias fluctuantes, particularmente cuando transportan información crítica para la seguridad de la vida para la navegación y la conducción autónoma, como aviones y vehículos terrestres.
En un nuevo artículo publicado en Light:Science &Applications , un equipo de científicos, dirigido por el profesor Paul Prucnal del Lightwave Lab, Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática de la Universidad de Princeton, EE. UU., y sus compañeros de trabajo han introducido un sistema en chip (SoC) que emplea fotónica de silicio para abordar la radio dinámica. -interferencias de frecuencia (RF).
El corazón de este salto tecnológico reside en los circuitos integrados fotónicos (PIC), que pueden procesar información de banda ancha convirtiendo frecuencias de radio en frecuencias ópticas. A diferencia de los componentes de RF analógicos tradicionales o la electrónica digital, los PIC reducen drásticamente la latencia mediante el procesamiento analógico directo, una característica fundamental a medida que las tecnologías inalámbricas avanzan hacia frecuencias más altas.
Sin embargo, la integración de un sistema completo en un chip para procesamiento por microondas ha enfrentado desafíos en diseño, control y empaque. Los PIC actuales normalmente requieren dispositivos externos voluminosos para el análisis y control de señales, lo que genera métricas de tamaño, peso y potencia poco prácticas para su implementación en el mundo real.
Para abordar estos desafíos, la investigación presenta un dispositivo fotónico autónomo compacto del tamaño de la palma de la mano. Este dispositivo integra moduladores, bancos de peso de resonador de microanillo (MRR) y fotodetectores en un solo chip, lo que reduce significativamente la latencia de procesamiento a menos de 15 picosegundos. Además, una matriz de puertas programables en campo (FPGA) con periféricos integrados maneja análisis estadísticos de alto rendimiento y algoritmos de separación ciega de fuentes (BSS) de alto nivel. Esta configuración permite la ejecución en tiempo real a una frecuencia de actualización de 305 Hz, una mejora notable con respecto a los sistemas anteriores.
El equipo de investigación probó con éxito este dispositivo en dos escenarios de interferencia dinámica:comunicaciones móviles y altímetros de radar. Los resultados fueron alentadores, demostrando un funcionamiento sin errores y manteniendo relaciones señal-ruido por encima de 15 dB. Este avance muestra el potencial del dispositivo para abordar eficazmente los desafíos de interferencia del mundo real.
Esta investigación marca un importante paso adelante en el desarrollo de procesadores fotónicos. Ha sido pionero en el desarrollo de un PIC capaz de realizar aprendizaje en línea en tiempo real y ajustar rápidamente los pesos fotónicos. A medida que avance la investigación, se anticipan mejoras en el factor de forma, el rendimiento y la adaptabilidad en línea. Estos avances ampliarán la aplicabilidad de los procesadores fotónicos a una variedad de tareas exigentes, incluido el control predictivo de modelos y la computación neuromórfica.
El estudio marca un importante paso adelante en el campo del procesamiento de señales fotónicas, destacando su potencial para abordar desafíos complejos del mundo real.
Más información: Weipeng Zhang et al, Un procesador fotónico de microondas de sistema en chip resuelve la interferencia dinámica de RF en tiempo real con latencia de picosegundos, Luz:ciencia y aplicaciones (2024). DOI:10.1038/s41377-023-01362-5
Información de la revista: Luz:ciencia y aplicaciones
Proporcionado por la Academia China de Ciencias
