1705435831
2024-01-16 19:41:50
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わかりました！ a. フォトニックプロセッサの回路図。 PIC、光集積回路。 MRR、マイクロリング共振器。 モジュレーター、モジュレーター。 BPD、バランス型光検出器。 TIA、トランスインピーダンスアンプ。 FPGA、フィールドプログラマブルゲートアレイ。 信号経路は MRR Mod で始まり BPD で終わり、長さ 1.6 mm のオンチップ導波路を構成し、屈折率は 2.44 に近くなります。 したがって、待ち時間は光の伝播時間であり、約 15 ps です。 b、パッケージ化された手のひらサイズのフォトニックプロセッサ。 このセットアップは、積み重ねられ、リボン ケーブルで接続された 2 枚のプリント基板で構成されます。 上部ボードには、高周波信号を処理するためにインピーダンス設計された PIC が取り付けられています。 底部のボードにはマルチチャンネルのデジタル – アナログ コンバーター (DAC) が実装されており、PIC 上のコンポーネントに調整電流とバイアス電圧を提供します。 c、パッケージ化された PIC、TIA、およびファイバー アレイの拡大図。 クレジット: Weipeng Zhang、Joshua Lederman、Thomas Ferreira de Lima、Jiawei Zhang、Simon Bilodeau、Leila Hudson、Alexander Tait、Bhavin Shastri、Paul Prucnal
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a. フォトニックプロセッサの回路図。 PIC、光集積回路。 MRR、マイクロリング共振器。 モジュレーター、モジュレーター。 BPD、バランス型光検出器。 TIA、トランスインピーダンスアンプ。 FPGA、フィールドプログラマブルゲートアレイ。 信号経路は MRR Mod で始まり BPD で終わり、長さ 1.6 mm のオンチップ導波路を構成し、屈折率は 2.44 に近くなります。 したがって、待ち時間は光の伝播時間であり、約 15 ps です。 b、パッケージ化された手のひらサイズのフォトニックプロセッサ。 このセットアップは、積み重ねられ、リボン ケーブルで接続された 2 枚のプリント基板で構成されます。 上部ボードには、高周波信号を処理するためにインピーダンス設計された PIC が取り付けられています。 底部のボードにはマルチチャンネルのデジタル – アナログ コンバーター (DAC) が実装されており、PIC 上のコンポーネントに調整電流とバイアス電圧を提供します。 c、パッケージ化された PIC、TIA、およびファイバー アレイの拡大図。 クレジット: Weipeng Zhang、Joshua Lederman、Thomas Ferreira de Lima、Jiawei Zhang、Simon Bilodeau、Leila Hudson、Alexander Tait、Bhavin Shastri、Paul Prucnal
レーダー高度計は、地形上の高度を示す唯一の指標です。 スペクトル的に隣接する 5G セルラー バンドは、高度計の妨害や航空機の離着陸に影響を与える重大なリスクを引き起こします。 ワイヤレス技術が周波数範囲を拡大し、空間多重化を利用するにつれて、同様の有害な無線周波数 (RF) 干渉が差し迫った問題になっています。
この干渉に対処するために、送信されるメッセージの適時性が重要である輸送、医療、軍事などの業界にとって、非常に低い遅延を備えた RF フロント エンドが不可欠です。 将来の世代のワイヤレス テクノロジーでは、データ レート、キャリア周波数、ユーザー数の増加により、RF フロントエンドにさらに厳しい遅延要件が課されることになります。
さらに、トランシーバーの物理的な動きによって課題が生じ、その結果、干渉と対象信号 (SOI) の間の混合比が時間的に変化します。 このため、特に航空機や地上車両などのナビゲーションや自動運転のための人命安全に関わる重要な情報を搬送する場合には、変動する干渉に対処するためのモバイル無線受信機のリアルタイム適応性が必要となります。
新しい 紙 Light: Science & Applications に掲載された米国プリンストン大学電気・コンピュータ工学部ライトウェーブ研究所の Paul Prucnal 教授率いる科学者チームとその同僚は、次のようなシステム オン チップ (SoC) を導入しました。シリコン フォトニクスを採用して動的な無線周波数 (RF) 干渉に取り組みます。
この技術的飛躍の核心は、 光集積回路 (PIC) は、無線周波数を光周波数に変換することで広帯域情報を処理できます。 従来のアナログ RF コンポーネントとは異なり、 デジタルエレクトロニクスPIC は、直接アナログ処理を通じて遅延を大幅に短縮します。これは、ワイヤレス技術がより高い周波数に向かって進歩するにつれて重要な機能です。
しかし、マイクロ波処理用に完全なシステムをチップ上に統合するには、設計、制御、パッケージングの面で課題に直面しています。 現在の PIC は通常、信号の分析と制御にかさばる外部デバイスを必要とするため、実際の展開にはサイズ、重量、電力の測定基準が非現実的になります。
これらの課題に対処するために、この研究ではコンパクトな手のひらサイズのスタンドアロン型フォトニックデバイスを導入しました。 このデバイスは、変調器、マイクロリング共振器 (MRR) 重みバンク、および光検出器を単一チップ上に統合し、処理遅延を 15 ピコ秒未満に大幅に短縮します。 さらに、ペリフェラルが統合されたフィールド プログラマブル ゲート アレイ (FPGA) は、高スループットの統計分析と高レベルのブラインド ソース分離 (BSS) アルゴリズムを処理します。 この設定により、305 Hz のリフレッシュ レートでのリアルタイム実行が可能になり、以前のシステムに比べて大幅に改善されました。
研究チームは、モバイル通信とレーダー高度計という 2 つの動的干渉シナリオでこのデバイスのテストに成功しました。 結果は有望なもので、エラーのない動作と 15 dB 以上の S/N 比の維持を実証しました。 この画期的な進歩は、現実世界に対応するデバイスの可能性を示しています。 干渉 効果的にチャレンジします。
この研究は、フォトニックプロセッサの開発における重要な前進を示しています。 これは、リアルタイムのオンライン学習とフォトニック重みの迅速な調整が可能な PIC の開発の先駆者です。 研究が進むにつれて、フォームファクター、パフォーマンス、オンライン適応性の向上が期待されています。 これらの進歩により、フォトニックプロセッサの適用可能性が、モデル予測制御やニューロモーフィックコンピューティングなど、要求の厳しいさまざまなタスクにまで広がります。
この研究は、フォトニック信号処理の分野における大幅な前進を示し、複雑な現実世界の課題に対処する際のその可能性を強調しています。
詳しくは：
Weipeng Zhang 他、システムオンチップ マイクロ波フォトニック プロセッサは、ピコ秒のレイテンシでリアルタイムに動的な RF 干渉を解決します、Light: Science & Applications (2024)。 DOI: 10.1038/s41377-023-01362-5
雑誌情報:
光: 科学と応用
#チームは動的 #干渉に対応するピコ秒遅延のリアルタイム #フォトニック #プロセッサを開発