Resumen
El proyecto iPHOEBE investiga las tecnologías necesarias para el desarrollo de un conformador de haz (beamformer) multi-longitud de
onda (WDM) en tecnología fotónica integrada, con la novedad fundamental de operar mediante excitación por peine óptico con acoplo a
fibra multinúcleo (MCF), que realiza una conformación de haz mejorada por aprendizaje automático y puede operar en distintas bandas
sub-THz. Permitirá que un mismo dispositivo opere simultáneamente en varias frecuencias superiores a 95 GHz, dando respuesta a las
recientes especificaciones para tecnología celular de 6ta generación (6G) de las licencias experimentales por la FCC. En particular, su
correcta operación a 35, 94, 140 y 220 GHz es de especial interés ya que estas frecuencias presentan valles en atenuación atmosférica.
El diseño y fabricación de este beamformer integrado presenta retos de investigación no resueltos en el estado del arte, en particular: la
generación de peines ópticos y el filtrado de cada línea, la modulación en fase de distintas líneas espectrales para inducir diferentes
retardos y apuntamientos, el acoplo de luz a MCF para alimentar cada elemento de antena (AE), los algoritmos de procesado de
aprendizaje automático para ajustar el retardo de cada AE conformando el ángulo de apuntamiento y reduciendo las señales
interferentes, y la generación óptica de señales de radiofrecuencia en sub-THz. El conformador de haz integrado será diseñado y
fabricado en Nitruro de Silicio (Si3N4) por su tolerancia a las imperfecciones de fabricación, siendo este un aspecto importante dada la
complejidad del diseño.
El conformador de haz fotónico objeto de este proyecto supone un avance sobre el estado del arte ya que puede operar a frecuencias
mucho más altas que los implementados en tecnología electrónica, con mayor ancho de banda, permite alimentar al conjunto de antenas
de modo remoto, y puede reconfigurarse ágilmente a distintas frecuencias gracias al aprendizaje automático. iPHOEBE aborda las
distintas tecnologías clave que permiten este avance:
1) Desarrollo de un peine óptico reconfigurable como fuente láser WDM, permitiendo la conformación de haz a distintas frecuencias de
modo coherente.
2) Desarrollo del acoplo a MCF, permitiendo multiplexar espacialmente las líneas espectrales coherentes generadas por el peine óptico.
La MCF proporciona caminos ópticos similares para cada antena, reduciendo el impacto de no-linealidades como la dispersión cromática
en el proceso.
3) Diseño y fabricación de microcavidades optomecánicas, filtros ópticos para separar cada línea del peine y retardos incrementales
dedicados a cada elemento de antena.
4) Desarrollo de algoritmos de aprendizaje automático para modificar la conformación del haz de manera ágil.
5) Desarrollo de tecnología fotónica de conversión en frecuencia para la generación de señales radio sub-THz.
Estos desarrollos permiten obtener un conformador que facilita el desarrollo de las redes celulares de nueva generación 6G, con el gran
impacto social que supone, operando en la banda de milimétricas y sub-THz, siendo capaz de proveer conectividad en distintas
frecuencias del espectro unificado con una arquitectura centralizada que comparte los elementos de procesado, reduciendo así el
consumo energético. iPHOEBE contribuye a la mitigación del cambio climático facilitando la economía circular, reduciendo residuos y
coste energético, y minimiza las emisiones de la red celular fuera de la zona de cobertura.
