A-Train The Seven
...'cause for once, I didn't hate myself.
Các nhà nghiên cứu ở Trung Quốc vừa công bố bước đột phá quan trọng trong lĩnh vực truyền thông không dây, mở đường cho kỷ nguyên 6G và các "mạng AI-native". Sử dụng vật liệu quang tử lithium niobate màng mỏng tiên tiến và một kiến trúc hoàn toàn mới, họ đã phát triển thành công chip truyền thông không dây tốc độ cao, toàn dải, có khả năng thích ứng đầu tiên dựa trên công nghệ tổng hợp quang điện tử tích hợp. Các kết quả nghiên cứu đã được công bố trên tạp chí danh tiếng Nature vào thứ Tư.
Từ trước đến nay, phần cứng điện tử truyền thống chỉ có thể hoạt động trong một băng tần duy nhất. Các thiết bị cho các băng tần khác nhau phải dựa vào các quy tắc thiết kế, sơ đồ cấu trúc và hệ thống vật liệu riêng biệt, khiến việc vận hành xuyên băng tần trở thành một thách thức cực kỳ lớn.
Để thu hẹp "khoảng cách băng tần" này, Giáo sư Wang Xingjun và nhà nghiên cứu Shu Haowen từ Đại học Bắc Kinh, hợp tác cùng Giáo sư Wang Cheng từ Đại học Thành phố Hồng Kông, đã tiến hành nghiên cứu về 1 "động cơ thu phát không dây tổng hợp quang điện tử siêu băng rộng". Dựa trên nền tảng vật liệu quang tử lithium niobate màng mỏng tiên tiến, họ đã phát triển thành công một con chip tích hợp có khả năng chuyển đổi tín hiệu không dây và quang băng rộng, điều phối tín hiệu sóng mang và bộ dao động cục bộ có độ nhiễu thấp, và điều chế băng tần cơ sở kỹ thuật số.
Dựa trên con chip lõi này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một kiến trúc bộ dao động quang điện tử tích hợp (OEO) sử dụng các bộ cộng hưởng vi vòng quang hiệu suất cao. Bằng cách tận dụng cơ chế lựa chọn và khóa tần số chính xác của các vi vòng này, hệ thống tạo ra các tín hiệu sóng mang và bộ dao động cục bộ có độ nhiễu thấp tại bất kỳ điểm tần số nào trên một dải siêu băng rộng.
So với các giải pháp điện tử truyền thống dựa trên bộ nhân tần, hệ thống OEO trên chip này lần đầu tiên đạt được khả năng tái cấu hình tần số trung tâm một cách linh hoạt, nhanh chóng và theo thời gian thực, từ 0.5 GHz đến 115 GHz, bao phủ gần tám quãng tám. Nó có thể hoạt động ở cả các băng tần cao, vốn cung cấp nguồn tài nguyên dữ liệu dồi dào và tốc độ cực cao nhưng lại bị hạn chế về khả năng truyền dẫn đường dài, lẫn các băng tần thấp, vốn có khả năng xuyên thấu mạnh và độ phủ sóng rộng nhưng lại có dung lượng hạn chế.
Quan trọng hơn, cách tiếp cận này đã giải quyết được vấn đề suy giảm nhiễu pha nghiêm trọng ở các băng tần cao do sự tích tụ nhiễu trong các chuỗi nhân tần truyền thống, một thách thức tồn tại từ lâu trong việc cân bằng giữa băng thông, hiệu suất nhiễu và khả năng tái cấu hình.
Các thử nghiệm đã chứng minh rằng hệ thống dựa trên chip cải tiến này có thể đạt được tốc độ truyền không dây siêu cao, vượt quá 120 Gbps, đáp ứng các yêu cầu về tốc độ đỉnh cho truyền thông 6G. Hơn nữa, liên kết truyền thông không dây đầu cuối duy trì hiệu suất nhất quán trên toàn bộ băng tần, không quan sát thấy sự suy giảm ở các băng tần cao. Điều này đã dọn đường cho việc phát triển hiệu quả các nguồn tài nguyên phổ tần terahertz và thậm chí cao hơn cho truyền thông 6G.
Theo Giáo sư Wang Xingjun, con chip này sẽ đặt nền tảng phần cứng cho các "mạng AI-native". Nó có thể tự động điều chỉnh các thông số truyền thông thông qua các thuật toán tích hợp để thích ứng với các môi trường điện từ phức tạp. Nó cũng cho phép các trạm gốc và thiết bị trên xe trong tương lai có thể nhận thức chính xác môi trường xung quanh trong khi truyền dữ liệu, thúc đẩy việc nâng cấp các thành phần quan trọng như anten băng rộng và các mô-đun tích hợp quang điện tử. Sự đổi mới này hứa hẹn sẽ mang lại một sự chuyển đổi toàn diện trên toàn bộ chuỗi, từ vật liệu, thiết bị cho đến các hệ thống và mạng lưới hoàn chỉnh.
Từ trước đến nay, phần cứng điện tử truyền thống chỉ có thể hoạt động trong một băng tần duy nhất. Các thiết bị cho các băng tần khác nhau phải dựa vào các quy tắc thiết kế, sơ đồ cấu trúc và hệ thống vật liệu riêng biệt, khiến việc vận hành xuyên băng tần trở thành một thách thức cực kỳ lớn.
Để thu hẹp "khoảng cách băng tần" này, Giáo sư Wang Xingjun và nhà nghiên cứu Shu Haowen từ Đại học Bắc Kinh, hợp tác cùng Giáo sư Wang Cheng từ Đại học Thành phố Hồng Kông, đã tiến hành nghiên cứu về 1 "động cơ thu phát không dây tổng hợp quang điện tử siêu băng rộng". Dựa trên nền tảng vật liệu quang tử lithium niobate màng mỏng tiên tiến, họ đã phát triển thành công một con chip tích hợp có khả năng chuyển đổi tín hiệu không dây và quang băng rộng, điều phối tín hiệu sóng mang và bộ dao động cục bộ có độ nhiễu thấp, và điều chế băng tần cơ sở kỹ thuật số.
Dựa trên con chip lõi này, nhóm nghiên cứu đã đề xuất một kiến trúc bộ dao động quang điện tử tích hợp (OEO) sử dụng các bộ cộng hưởng vi vòng quang hiệu suất cao. Bằng cách tận dụng cơ chế lựa chọn và khóa tần số chính xác của các vi vòng này, hệ thống tạo ra các tín hiệu sóng mang và bộ dao động cục bộ có độ nhiễu thấp tại bất kỳ điểm tần số nào trên một dải siêu băng rộng.
So với các giải pháp điện tử truyền thống dựa trên bộ nhân tần, hệ thống OEO trên chip này lần đầu tiên đạt được khả năng tái cấu hình tần số trung tâm một cách linh hoạt, nhanh chóng và theo thời gian thực, từ 0.5 GHz đến 115 GHz, bao phủ gần tám quãng tám. Nó có thể hoạt động ở cả các băng tần cao, vốn cung cấp nguồn tài nguyên dữ liệu dồi dào và tốc độ cực cao nhưng lại bị hạn chế về khả năng truyền dẫn đường dài, lẫn các băng tần thấp, vốn có khả năng xuyên thấu mạnh và độ phủ sóng rộng nhưng lại có dung lượng hạn chế.
Quan trọng hơn, cách tiếp cận này đã giải quyết được vấn đề suy giảm nhiễu pha nghiêm trọng ở các băng tần cao do sự tích tụ nhiễu trong các chuỗi nhân tần truyền thống, một thách thức tồn tại từ lâu trong việc cân bằng giữa băng thông, hiệu suất nhiễu và khả năng tái cấu hình.
Các thử nghiệm đã chứng minh rằng hệ thống dựa trên chip cải tiến này có thể đạt được tốc độ truyền không dây siêu cao, vượt quá 120 Gbps, đáp ứng các yêu cầu về tốc độ đỉnh cho truyền thông 6G. Hơn nữa, liên kết truyền thông không dây đầu cuối duy trì hiệu suất nhất quán trên toàn bộ băng tần, không quan sát thấy sự suy giảm ở các băng tần cao. Điều này đã dọn đường cho việc phát triển hiệu quả các nguồn tài nguyên phổ tần terahertz và thậm chí cao hơn cho truyền thông 6G.
Theo Giáo sư Wang Xingjun, con chip này sẽ đặt nền tảng phần cứng cho các "mạng AI-native". Nó có thể tự động điều chỉnh các thông số truyền thông thông qua các thuật toán tích hợp để thích ứng với các môi trường điện từ phức tạp. Nó cũng cho phép các trạm gốc và thiết bị trên xe trong tương lai có thể nhận thức chính xác môi trường xung quanh trong khi truyền dữ liệu, thúc đẩy việc nâng cấp các thành phần quan trọng như anten băng rộng và các mô-đun tích hợp quang điện tử. Sự đổi mới này hứa hẹn sẽ mang lại một sự chuyển đổi toàn diện trên toàn bộ chuỗi, từ vật liệu, thiết bị cho đến các hệ thống và mạng lưới hoàn chỉnh.
