Los investigadores han desarrollado un nuevo filtro fotónico de microondas del tamaño de un chip para separar las señales de comunicación del ruido y suprimir las interferencias no deseadas en todo el espectro de radiofrecuencia. Se espera que el dispositivo ayude a las tecnologías de comunicación inalámbrica de próxima generación a transmitir datos de manera eficiente en un entorno que se está llenando de señales de dispositivos como teléfonos celulares, vehículos autónomos, electrodomésticos conectados a Internet e infraestructura de ciudades inteligentes.

« Este nuevo chip de filtro de microondas tiene el potencial de mejorar la comunicación inalámbrica, como 6G, lo que lleva a conexiones a Internet más rápidas, mejores experiencias de comunicación en general y menores costos y consumo de energía para los sistemas de comunicación inalámbrica », dijo el investigador Xingjun Wang de la Universidad de Pekín. « Estos avances afectarían directa e indirectamente la vida diaria, mejorando la calidad de vida en general y permitiendo nuevas experiencias en varios dominios, como la movilidad, los hogares inteligentes y los espacios públicos ».

los investigadores describen cómo su nuevo filtro fotónico supera las limitaciones de los dispositivos electrónicos tradicionales para lograr múltiples funcionalidades en un dispositivo del tamaño de un chip con bajo consumo de energía. También demuestran la capacidad del filtro para operar en un amplio espectro de radiofrecuencia que se extiende a más de 30 GHz, lo que demuestra su idoneidad para la tecnología 6G prevista.

« A medida que el ancho de banda electro-óptico de los dispositivos optoelectrónicos continúa aumentando imparable, creemos que el filtro fotónico de microondas integrado será sin duda una de las soluciones importantes para las futuras comunicaciones inalámbricas 6G », dijo Wang. « Solo un enlace fotónico de microondas integrado bien diseñado puede lograr un bajo costo, un bajo consumo de energía y un rendimiento de filtrado superior ».

Detener la interferencia

La tecnología 6G se está desarrollando para mejorar las redes de comunicaciones 5G implementadas actualmente. Para transmitir más datos a una velocidad más rápida, se espera que las redes 6G utilicen bandas de frecuencia de ondas milimétricas e incluso de terahercios. Como esto distribuirá las señales en un espectro de frecuencia extremadamente amplio con una velocidad de datos mayor, existe una alta probabilidad de interferencia entre los diferentes canales de comunicación.

Para resolver este problema, los investigadores han buscado desarrollar un filtro que pueda proteger a los receptores de señales de varios tipos de interferencia en todo el espectro de radiofrecuencia. Para que sea rentable y práctico para una implementación generalizada, es importante que este filtro sea pequeño, consuma poca energía, logre múltiples funciones de filtrado y pueda integrarse en un chip. Sin embargo, las demostraciones anteriores se han visto limitadas por sus pocas funciones, gran tamaño, ancho de banda limitado o requisitos asociados con los componentes eléctricos.

Para el nuevo filtro, los investigadores crearon una arquitectura fotónica simplificada con cuatro partes principales. Primero, un modulador de fase sirve como entrada de la señal de radiofrecuencia, que modula la señal eléctrica en el dominio óptico. A continuación, un anillo doble actúa como un interruptor para dar forma al formato de modulación. Un microanillo ajustable es la unidad central para procesar la señal. Finalmente, un fotodetector sirve como salida de la señal de radiofrecuencia y recupera la señal de radiofrecuencia de la señal óptica.

« La mayor innovación aquí es romper las barreras entre los dispositivos y lograr una colaboración mutua entre ellos », dijo Wang. « La operación colaborativa del anillo doble y el microanillo permite la realización de la arquitectura de microanillo en cascada ajustable de una sola etapa (ICSSA-CM) de intensidad constante. Debido a la alta capacidad de reconfiguración del ICSSA-CM propuesto, no se necesita radiofrecuencia Se necesita un dispositivo para la construcción de varias funciones de filtrado, lo que simplifica la composición del sistema completo ».

Demostrando el desempeño

Para probar el dispositivo, los investigadores usaron sondas de alta frecuencia para cargar una señal de radiofrecuencia en el chip y recolectaron la señal recuperada con un fotodetector de alta velocidad. Utilizaron un generador de forma de onda arbitraria y antenas direccionales para simular la generación de señales de transmisión inalámbrica de alta velocidad de 2 Gb/s y un osciloscopio de alta velocidad para recibir la señal procesada. Al comparar los resultados con y sin el uso del filtro, los investigadores pudieron demostrar el rendimiento del filtro.

En general, los hallazgos muestran que la arquitectura fotónica simplificada logra un rendimiento comparable con menor pérdida y complejidad del sistema en comparación con los filtros fotónicos de microondas integrados programables anteriores compuestos por cientos de unidades repetitivas. Esto lo hace más robusto, más eficiente energéticamente y más fácil de fabricar que los dispositivos anteriores.

Los investigadores planean optimizar aún más el modulador y mejorar la arquitectura general del filtro para lograr un alto rango dinámico y bajo nivel de ruido al tiempo que garantizan una alta integración tanto a nivel del dispositivo como del sistema.