Multifunctional microwave photonic processor with multichannel self-interference cancellation
यह शोध पत्र एक ड्यूल-पोलराइजेशन ड्यूल-पैरेलल मैक-ज़ेन्डर मॉड्यूलेटर पर आधारित एक फोटोनिक-असिस्टेड मल्टीफंक्शनल माइक्रोवेव प्रोसेसर का प्रस्ताव करता है और प्रयोगात्मक रूप से प्रदर्शन करता है जो इन-बैंड फुल-डुप्लेक्स सिस्टम के लिए मल्टीचैनल सेल्फ-इंटरफेरेंस कैंसलेशन, फ्रीक्वेंसी डाउनकनवर्जन और इमेज रिजेक्शन को एक साथ प्राप्त करता है।
मूल पेपर CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) के तहत लाइसेंस किया गया है। नीचे दिए गए पेपर की यह व्याख्या AI से तैयार की गई है। इसे लेखकों ने न तो लिखा है, न इसका समर्थन किया है। तकनीकी सटीकता के लिए मूल पेपर देखें। पूरा डिस्क्लेमर पढ़ें
वायरलेस संचार की दुनिया में, दक्षता ही परम लक्ष्य है। दशकों से, सिस्टम संदेश भेजने और प्राप्त करने के लिए समय या आवृत्ति (फ्रीक्वेंसी) को विभाजित करने पर निर्भर रहे हैं, ठीक वैसे ही जैसे एक वॉकी-टॉकी जो उपयोगकर्ताओं को बारी-बारी से बोलने के लिए मजबूर करता है। यह काम तो करता है, लेकिन यह रेडियो तरंगों की आधी क्षमता को बर्बाद कर देता है। एक अधिक महत्वाकांक्षी दृष्टिकोण, जिसे इन-बैंड फुल-डुप्लेक्स कहा जाता है, का लक्ष्य उपकरणों को एक ही आवृत्ति पर एक ही समय में ट्रांसमिट और रिसीव करने की अनुमति देना है। यह डेटा ट्रांसमिशन की गति को दोगुना कर सकता है और भीड़भाड़ वाले रेडियो स्पेक्ट्रम का बेहतर उपयोग कर सकता है। हालांकि, यह महत्वाकांक्षा एक कठिन भौतिक बाधा का सामना करती है: सेल्फ-इंटरफेरेंस (स्व-हस्तक्षेप)। जब कोई उपकरण एक शक्तिशाली सिग्नल प्रसारित करता है, तो वही सिग्नल सीधे उसके अपने संवेदनशील रिसीवर में लीक हो जाता है, जिससे वह मंद संदेश दब जाता जिसे वह सुनने की कोशिश कर रहा होता है। बैकग्राउंड नॉइज़ (पृष्ठभूमि शोर) के विपरीत, यह हस्तक्षेप इतना मजबूत और इतना करीब होता है कि इसे मानक इलेक्ट्रॉनिक घटकों द्वारा फ़िल्टर नहीं किया जा सकता। फुल-डुप्लेक्स को सफल बनाने के लिए, इंजीनियरों को इस सेल्फ-इंटरफेरेंस को तुरंत और सटीक रूप से रद्द करने का तरीका खोजना होगा, साथ ही उच्च-आवृत्ति सिग्नलों को प्रसंस्करण के लिए कम, प्रबंधनीय आवृत्तियों में बदलने के जटिल कार्य को भी संभालना होगा।
नानजिंग यूनिवर्सिटी ऑफ पोस्ट्स एंड टेलीकम्युनिकेशंस के शोधकर्ताओं की एक टीम ने एक नया सिस्टम विकसित किया है जो प्रकाश का उपयोग करके इन चुनौतियों से एक साथ निपटता है। केवल इलेक्ट्रॉनिक सर्किट पर निर्भर रहने के बजाय, जो फुल-डुप्लेक्स ऑपरेशन के लिए आवश्यक गति और जटिलता के साथ संघर्ष करते हैं, उन्होंने एक ऐसा प्रोसेसर बनाया है जो रेडियो सिग्नलों को नियंत्रित करने के लिए प्रकाश तरंगों का उपयोग करता है। उनका उपकरण एक बहु-कार्यात्मक प्रोसेसर है जो एक साथ तीन महत्वपूर्ण कार्य करने में सक्षम है: सेल्फ-इंटरफेरेंस को रद्द करना, सिग्नल की आवृत्ति को बदलना, और अवांछित मिरर-इमेज सिग्नलों को रोकना जो अक्सर रिसीवर को भ्रमित करते हैं। उनके आविष्कार का मुख्य हिस्सा एक विशेष ऑप्टिकल घटक है जिसे 'डुअल-पोलराइजेशन डुअल-पैरेलल मैक-ज़ेहैंडर मॉड्यूलेटर' कहा जाता है। आप इस डिवाइस को प्रकाश के लिए एक परिष्कृत ट्रैफिक कंट्रोलर मान सकते हैं, जो लेजर लाइट की एक बीम को दो अलग-अलग पथों में विभाजित करने और फिर सटीक समायोजन के साथ उन्हें फिर से संयोजित करने में सक्षम है। रेडियो सिग्नलों को इस डिवाइस में भेजकर, शोधकर्ता प्रकाश तरंगों को इस तरह से हेरफेर कर सकते हैं कि वे मूल सिग्नल के बिल्कुल विपरीत एक वर्शन तैयार कर सकें। जब ये दोनों वर्शन मिलते हैं, तो वे एक-दूसरे को रद्द कर देते हैं, जिससे वांछित संदेश स्पष्ट हो जाता है।
शोधकर्ताओं ने प्रदर्शित किया कि यह ऑप्टिकल दृष्टिकोण उल्लेखनीय रूप से अच्छा काम करता है। अपने प्रयोगों में, उन्होंने सिस्टम का परीक्षण सिंगल-फ्रीक्वेंसी सिग्नलों के साथ किया और पाया कि यह सेल्फ-इंटरफेरेंस को 49.1 डेसिबल तक दबा सकता है। इसे समझने के लिए, यह स्तर इतना मजबूत है कि एक ज़ोरदार चिल्लाहट को फुसफुसाहट में बदल सकता है, जिससे रिसीवर बिना अभिभूत हुए वांछित मंद सिग्नल को सुन पाता है। सिस्टम ने सफलतापूर्वक इन सिग्नलों को कम आवृत्ति में बदलने का कार्य भी संभाला, जो डिजिटल प्रोसेसिंग के लिए एक आवश्यक कदम है, और साथ ही उन इमेज सिग्नलों को भी फ़िल्टर किया जो आमतौर पर त्रुटियां पैदा करते हैं। जब उन्होंने सिंगल-फ्रीक्वेंसी सिग्नल के साथ सिस्टम का परीक्षण किया, तो इसने 30.4 डेसिबल का इमेज-रिजेक्शन रेशियो हासिल किया, जिसका अर्थ है कि अवांछित मिरर सिग्नल प्रभावी रूप से समाप्त कर दिए गए थे।
हालांकि, ऐसे सिस्टम की असली परीक्षा वास्तविक दुनिया की स्थितियों में इसकी क्षमता है जहाँ सिग्नल केवल सिंगल टोन नहीं बल्कि डेटा के व्यापक बैंड होते हैं। शोधकर्ताओं ने अपने परीक्षणों का विस्तार 150 मेगाहर्ट्ज़ की बैंडविड्थ वाले ब्रॉडबैंड सिग्नलों को शामिल करने के लिए किया। इस व्यापक फ्रीक्वेंसी रेंज के साथ भी, सिस्टम ने पूरे बैंड में 18.8 डेसिबल की सेल्फ-इंटरफेरेंस कैंसिलेशन डेप्थ बनाए रखी। यह एक महत्वपूर्ण उपलब्धि है क्योंकि व्यापक फ्रीक्वेंसी रेंज में कैंसिलेशन बनाए रखना अत्यंत कठिन होता है; आमतौर पर, जैसे-जैसे सिग्नल बैंडविड्थ बढ़ती है, कैंसिलेशन की सटीकता कम हो जाती है। इसके अलावा, सिस्टम ने 6.4 गीगाहर्ट्ज़ पर सिग्नलों के लिए 21 डेसिबल का इमेज-रिजेक्शन रेशियो हासिल किया, जबकि यह ब्रॉडबैंड कैंसिलेशन कर रहा था। यह सिद्ध करता है कि यह डिवाइस सिग्नल को साफ करने की अपनी क्षमता खोए बिना आधुनिक संचार मानकों की जटिलता को संभाल सकता है।
इस कार्य में एक प्रमुख नवाचार यह है कि शोधकर्ताओं ने फाइबर के माध्यम से यात्रा करने वाले प्रकाश की भौतिक सीमाओं से कैसे निपटा। जैसे-जैसे प्रकाश सिग्नल लंबी दूरी तय करते हैं, वे अक्सर 'डिस्पर्शन' नामक एक घटना का अनुभव करते हैं, जिससे सिग्नल की शक्ति कम हो जाती है और विकृत हो जाती है। शोधकर्ताओं ने अपने सिस्टम को एक विशिष्ट प्रकार का ऑप्टिकल सिग्नल उत्पन्न करने के लिए डिज़ाइन किया जो इस फेडिंग (क्षय) से मुक्त है। 'फाइबर ब्रैग ग्रेटिंग' नामक एक विशेष फिल्टर का उपयोग करके यह सावधानीपूर्वक चुनकर कि प्रकाश स्पेक्ट्रम के किन हिस्सों को रखना है और किन्हें छोड़ देना है, उन्होंने यह सुनिश्चित किया कि सिग्नल कितनी भी दूरी तय करे, वह मजबूत और स्पष्ट बना रहे। सेल्फ-इंटरफेरेंस कैंसलेशन, फ्रीक्वेंसी कन्वर्जन और इमेज रिजेक्शन का यह संयोजन एक ही, कॉम्पैक्ट ऑप्टिकल डिवाइस में मिलना एक बड़ी प्रगति है। यह सुझाव देता है कि भविष्य के वायरलेस नेटवर्क सरल, अधिक कुशल हार्डवेयर के साथ बनाए जा सकते हैं जिन्हें हस्तक्षेप से बचने के लिए गति या स्पष्टता का त्याग करने की आवश्यकता नहीं है। शोधकर्ताओं ने उल्लेख किया कि हालांकि उनका वर्तमान सेटअप दो चैनलों का कैंसलेशन प्रदर्शित करता है, लेकिन यह डिज़ाइन स्केलेबल है। इन ऑप्टिकल घटकों को जोड़कर, सिस्टम को एक साथ कई चैनलों को संभालने के लिए विस्तारित किया जा सकता है, जो इसे अगली पीढ़ी के मल्टी-एंटीना वायरलेस सिस्टम के लिए एक मजबूत उम्मीदवार बनाता है।
अपने क्षेत्र के पेपरों की भीड़ में उलझे हुए हैं?
आपके रिसर्च कीवर्ड से मेल खाने वाले सबसे नए और अलग सोच वाले पेपरों का रोज़ाना Digest पाएँ—तकनीकी सारांश के साथ, आपकी भाषा में।