Стратегії технологічного розвитку апаратного забезпечення інфокомунікаційних радіомереж

Abstract

Розглянуто технології побудови телекомунікаційних систем та мереж на основі технології 6G, які зможуть забезпечити доступ до нових функціональних можливостей та інформаційних послуг з використанням інноваційних бездротових технологій та методів штучного інтелекту. При цьому, інфокомунікаційні системи на основі 6G характеризуються новими функціональними параметрами та пристроями, зокрема новий спектр, нові канали, нові матеріали, нові антени, нові обчислювальні технології та нові кінцеві пристрої з врахуванням можливості одночасного використання ТГц-діапазону для зв'язку та процесу сканування. Робота систем зв'язку та сканування в нових високочастотних діапазонах на основі нових матеріалів та антен базується на застосуванні кремнієвої фотоніки, фотонних кристалів, гетерогенних, реконфігурованих, фотоелектричних та плазмонних матеріалів. При цьому, також виникає необхідність використання нових типів антен для діапазонів ТГц частот. Це особливо важливо, оскільки через значні втрати при передачі в ТГц-діапазоні антени істотно відрізняються від звичайних, які підключаються до радіочастотних систем через коаксіальні кабелі або мікросмужкові лінії. Враховуючи, що закон Мура незабаром втратить свою актуальність, здійснено дослідження нових обчислювальних технологій, таких як обчислення на основі структур штучного інтелекту та квантові обчислення. Розглянуто ключові показники ефективності майбутніх телекомунікаційних кінцевих пристроїв у складі інфокомунікаційних радіомереж 6G та визначено їх функціональні можливості. Виконано дослідження архітектури систем терагерцового зв'язку на двох різних підходах побудови апаратного забезпечення: електронного, де радіочастоти множаться до ТГц; та фотонного, де оптичні частоти діляться до ТГц. Визначено, що більшість таких систем та мереж використовуються для зв'язку на малих відстанях усередині приміщень через високе атмосферне згасання в ТГц-діапазоні. Розглянуто передумови досягнення більш високих характеристик за рахунок додавання нових матеріалів в кремнієвий чіп, таких як фотонні кристали, фотоелектричні елементи і плазмові поверхні. В результаті, нові конструкції антени на кристалі та в корпусі, поряд із технологією компактних лінз, такий як RIS зможуть забезпечити більш точну реалізацію бажаних характеристик антени, а також зменшити розмір системи. Визначено можливості використовувати нові методи зв'язку та візуалізації, але реалізація терагерцових систем, заснованих на електроніці, оптоелектроніці та фотоніці, залежатиме від сценарію використання та робочих частот.

Technologies for building telecommunication systems and networks based on 6G technology, which will be able to provide access to new functionality and information services using innovative wireless technologies and artificial intelligence methods, are considered. At the same time, information communication systems based on 6G are characterized by new functional parameters and devices, in particular, a new spectrum, new channels, new materials, new antennas, new computing technologies and new end devices, taking into account the possi-bility of simultaneous use of the THz range for communication and the scanning process. The operation of communication and scanning systems in new high-frequency ranges based on new materials and antennas is based on the application of silicon photonics, photonic crys-tals, heterogeneous, reconfigurable, photoelectric and plasmonic materials. At the same time, there is also a need to use new types of anten-nas for the THz frequency ranges. This is especially important, because due to significant transmission losses in the THz range, antennas are significantly different from conventional antennas that are connected to radio frequency systems via coaxial cables or microstrip lines. Given that Moore's law will soon lose its relevance, research into new computing technologies, such as computing based on artificial intelligence structures and quantum computing, has begun. The key indicators of the effectiveness of future telecommunication terminal devices as part of 6G information communication radio networks are considered and their functional capabilities are determined. The study of the architec-ture of terahertz communication systems was carried out using two different approaches to the construction of hardware: electronic, where radio frequencies are multiplied up to THz; and photonic, where optical frequencies are divided up to THz. It has been determined that most of such systems and networks are used for communication over short distances inside premises due to high atmospheric attenuation in the THz range. The prerequisites for achieving higher characteristics due to the addition of new materials to the silicon chip, such as photonic crystals, photovoltaic elements and plasma surfaces, are considered. As a result, new on-chip and in-body antenna designs, along with com-pact lens technology such as RIS, can provide more accurate implementation of the desired antenna characteristics, as well as reduce system size. Opportunities to use new communication and visualization methods have been identified, but implementation of terahertz systems based on electronics, optoelectronics, and photonics will depend on the usage scenario and operating frequencies.