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Circa Intelligent Microwave Photon RF, una varietà di bande di frequenza diverse, standard di comunicazione e servizi wireless continuano ad emergere, con conseguente sempre più evidente diversità e eterogeneità dei sistemi wireless principalmente manifestati come una varietà di sistemi e standard di comunicazione diversi coesistono, come 5G, che ha iniziato ad essere commercialmente disponibile, 4G, e 3G e 2G, che hanno un certo numero di utenti. Una varietà di servizi wireless con funzioni diverse coesistono, come LAN wireless, Bluetooth, Beidou e navigazione GPS, ecc. Diverse bande di frequenza coesistono, che vanno da microonde a decine di megahertz a onde millimetriche a decine di gigahertz e persino onde terahertz. In questo contesto, il sistema wireless si sta sviluppando verso la direzione dell'intelligenza. Da un lato, può eseguire la compatibilità e la fusione senza soluzione di continuità di segnali a banda larga multi-banda, multi-funzione e multi-standard. D'altra parte, è flessibile e riconfigurabile. Può commutare e ottimizzare diverse bande di frequenza e segnali wireless standard in base alle funzioni del sistema, agli oggetti di servizio e agli scenari applicativi per massimizzare l'utilizzo delle risorse.
Il front-end e il collegamento a radiofrequenza sono i componenti di base del sistema senza fili, che sono responsabili dei compiti chiave della trasmissione e trasmissione del segnale senza fili. Pertanto, lo sviluppo di Intelligent Microwave Photon RF front-end e collegamento con grande larghezza di banda, multi-banda e caratteristiche riconfigurabili è molto importante per l'ulteriore evoluzione dei sistemi wireless. Il front end rf esistente e il collegamento basato sulla tecnologia elettronica tradizionale hanno molti problemi di collo di bottiglia, come la perdita ad alta frequenza, la larghezza di banda stretta e la bassa velocità di elaborazione, che sono difficili da soddisfare le esigenze di sviluppo intelligente del sistema wireless. Negli ultimi anni, la rapida ascesa e maturità della fotonica a microonde forniscono nuovi metodi e idee per risolvere i problemi di cui sopra. Il sistema fotonico a microonde modula i segnali a microonde ad alta frequenza e a banda larga che sono difficili da elaborare dall'elettronica tradizionale al dominio ottico e genera, trasmette, elabora, rileva e controlla il segnale a banda larga e ad alta frequenza a microonde con l'aiuto dei vantaggi intrinseci quali bassa perdita, ampia larghezza di banda e interferenze anti-elettromagnetiche di dispositivi o tecnologie fotoniche. La tecnologia fotonica a microonde può efficacemente alleviare le difficoltà incontrate dalla tecnologia elettronica tradizionale nell'elaborazione e trasmissione di bande ad alta frequenza, grande larghezza di banda e segnali dinamici a microonde variabili nel tempo. Pertanto, il front end intelligente RF fotone a microonde e il collegamento, che può soddisfare le caratteristiche della banda larga, multi-banda e riconfigurabile, sono gli argomenti caldi nella ricerca dei dispositivi RF a microonde negli ultimi anni.
Figura 1. Diagramma schematico dell'estremità anteriore del ricetrasmettitore fotonico a microonde
Il front end rf si trova nella parte anteriore del sistema wireless ed è responsabile del collegamento del ricetrasmettitore e dell'antenna. È uno dei fattori decisivi per le prestazioni dell'intero sistema. Con l'applicazione e la distribuzione della comunicazione mobile 5G e dell'Internet delle cose, e per soddisfare i requisiti ad alte prestazioni del radar nella moderna guerra elettronica, i segnali che devono essere elaborati dal front-end rf stanno diventando sempre più complessi, sviluppando verso direzioni intelligenti come UHF, formati di modulazione multipli, ricetrasmettitore multi-banda, multi-fascio, e coordinamento delle risorse wireless multipunto. Tuttavia, a causa dei diversi componenti elettronici utilizzati in diverse bande di frequenza, è difficile per il front-end elettronico RF ottenere funzioni sintonizzabili e riconfigurabili su più o addirittura intere bande di comunicazione impilando moduli RF. Pertanto, il front end a microonde a banda larga fotone rf con vantaggi sintonizzabili e riconfigurabili è nato e sviluppato sempre più.
La struttura principale del ricetrasmettitore di fotoni a microonde Intelligent Microwave Photon RF front-end è mostrata nella figura. Come il tradizionale front end elettrico RF, il front end RF del fotone a microonde (MPRF) ha bisogno di completare l'amplificazione del segnale, il filtraggio, la generazione del segnale di oscillazione locale (LO), la conversione su e giù per la trasmissione e la ricezione, ecc. Tuttavia, MPRF, da un lato, Trasforma il segnale RF nel dominio ottico e utilizza i vantaggi della grande larghezza di banda della tecnologia fotonica a microonde per sostituire i dispositivi elettronici per ottenere il filtraggio e la miscelazione del segnale e altre funzioni di elaborazione, per essere compatibile con segnali multi-frequenza, multi-standard e multifunzionali. D'altra parte, i segnali LO ad alta frequenza e sintonizzabili possono essere generati dalla tecnologia fotonica.
Attualmente, la ricerca di MPRF riconfigurabile si concentra principalmente sull'utilizzo dei vantaggi a banda larga della tecnologia di miscelazione fotonica a microonde per realizzare la conversione su e giù sintonizzabile a banda larga dei segnali trasmessi e ricevuti, per soddisfare i requisiti di compatibilità del segnale multi-banda e riconfigurazione flessibile dei sistemi intelligenti. I ricercatori dei Vencore Laboratories negli Stati Uniti hanno utilizzato la modulazione esterna per generare l'oscillatore locale multi-frequenza del pettine ottico per il front end RF ricevente. Nell'esperimento, i segnali di frequenza RADIO nella gamma 2 ~ 18 GHz sono stati convertiti in basso nella banda di frequenza intermedia 2 GHz. I ricercatori della Nanjing University of Aeronautics and Astronautics hanno sviluppato un ricetrasmettitore intelligente a microonde fotone RF front end nella banda S a Ka utilizzando la modulazione esterna per generare un oscillatore locale a doppio pettine. I ricercatori del Laboratorio Nazionale di Optoelettronica in Italia hanno utilizzato un laser mod-locked per generare un oscillatore ottico comb-locale di frequenza, ottenendo ricezione e trasmissione in frequenza su e giù sintonizzabili in un intervallo di sintonizzazione di frequenza da 2 a 18 GHz. I ricercatori della Tsinghua University hanno proposto uno schema di front-end RF fotonico a banda larga sintonizzabile basato su un oscillatore optoelettronico (OEO) con una gamma di frequenza sintonizzabile che copre la banda X a banda ka. Inoltre, il gruppo di ricerca utilizza anche il filtro fotonico a microonde basato sul pettine di frequenza ottica e sul mezzo dispersivo per costruire il front end RF ricevente, realizzando la conversione in basso del segnale e allo stesso tempo il filtro se, la copertura di frequenza è superiore a 20 GHz.
Figura
Inoltre, l'integrazione con chip di MPRF riconfigurabile è una direzione di ricerca calda recentemente per fornire soluzioni front-end fotoniche RF a basso costo, piccole dimensioni e ad alta affidabilità. I ricercatori della Tsinghua University hanno proposto un front-end integrato del ricetrasmettitore fotonico a microonde a base di silicio che genera l'oscillatore ottico locale utilizzando la modulazione fuori fase on-chip. La gamma di sintonizzazione del segnale trasmesso è di 2 ~ 10 GHz e la copertura di frequenza del segnale ricevuto è di 2 ~ 15 GHz. Un team della Southwest Jiaotong University ha sviluppato un chip integrato a microonde (PIC), mostrato qui. Questo chip integra più laser sintonizzabili, modulatori e accoppiatori su un singolo chip per realizzare la ricostruzione della struttura fotonica del collegamento a microonde e della direzione del segnale e può essere configurato in modo flessibile per eseguire molteplici funzioni attraverso i tre campi principali della generazione, trasmissione ed elaborazione del segnale a microonde. Include la generazione remota del segnale, il collegamento di trasmissione del fotone a microonde modulato di intensità/fase, il filtro passa banda/bandstop sintonizzabile, la misurazione istantanea della frequenza a microonde, la misurazione della frequenza di ripetizione dell'impulso a microonde, ecc. Il chip è direttamente applicato per svolgere attività in tempo reale quotidiana in scenari interni ed esterni. È direttamente distribuito lungo la linea ferroviaria ad alta velocità Chengdu - Chongqing (Chengdu Chongqing) per monitorare le interferenze elettromagnetiche. È incorporato nel sistema di comunicazione wireless 4G / 5G e nel sistema di accesso video 4K HD per supportare le attività quotidiane in tempo reale.
Il front end e il collegamento intelligenti RF basati sulla tecnologia fotonica a microonde hanno i vantaggi di grande larghezza di banda, riconfigurazione e trasparenza del servizio, che possono soddisfare pienamente le esigenze dello sviluppo intelligente della nuova generazione di tecnologia dell'informazione. Numerosi gruppi di ricerca in tutto il mondo hanno lavorato duramente in questo campo e hanno raggiunto una serie di risultati innovativi. Allo stesso tempo, il front end RF fotone a microonde intelligente e il collegamento devono ancora risolvere ulteriormente il costo, il consumo energetico, il volume, il rumore e altri aspetti del problema, per fornire il supporto di base per l'evoluzione e il cambiamento della nuova generazione di tecnologia dell'informazione.
