الناقل المشترك لإشارة مرجعية بتردد راديوي وإشارة بيانات عبر ليف متعدد النوى

لماذا يعتمد الإنترنت المستقبلي على توقيت أفضل

تتطلب خدمات البث ولعب السحابة والسيارات ذاتية القيادة وشبكات الجيل السادس 6G أن تنتقل البيانات ليس فقط بسرعة، بل بتزامن تام. داخل مراكز البيانات الحالية، بدأت «الساعات» الرقمية التي تحافظ على تزامن الأجهزة تواجه صعوبات. تُظهر هذه الدراسة طريقة جديدة لإرسال أحجام هائلة من البيانات وإشارة توقيت فائقة الاستقرار عبر نفس الخيط في ليف بصري متقدم، مما يعد بشبكات أسرع وتنسيق أدق بكثير بين الأجهزة.

مشاركة المسار للبيانات والوقت الدقيق

تعتمد أنظمة الاتصالات الحديثة على الألياف البصرية لنقل كميات هائلة من المعلومات، وعلى إشارات مرجعية بتردد راديوي للحفاظ على تزامن الأجهزة. بروتوكولات مثل بروتوكول الوقت الدقيق تُدفع بالفعل إلى حدودها بواسطة شبكات 5G والشبكات المستقبلية ذات المتطلبات الأعلى مثل 6G. غالبًا ما تستخدم طرق التوقيت التقليدية روابط منفصلة أو أطوال موجية إضافية وقد تتأثر بتأخيرات ضئيلة وضوضاء في الليف. يستكشف المؤلفون فكرة أكثر كفاءة: استخدام ليف خاص يحتوي على عدة نوى ناقلة للضوء، وترك قناة بصرية واحدة تحمل في الوقت نفسه تدفق بيانات عالي السرعة وإشارة ساعة مرجعية بتردد منخفض.

نوع جديد من طرق الألياف

يعمل الفريق بلوف ذي سبع نوى، يجمع سبعة مسارات ضوئية فردية داخل غلاف زجاجي واحد. يعزز هذا التصميم السعة بشكل كبير، والمهم أنه يجعل من الأسهل أن تواجه الإشارات المتجهة في اتجاهات مختلفة ظروفًا متطابقة تقريبًا. في البنية المقترحة، يعمل نواتان كـ «الوصلة الصاعدة» و«الهابطة» بين رفوف مراكز البيانات. يوفر ليزر رئيسي حاملة بصرية فائقة النقاء تُشاركها وحدات متعددة، بحيث تبدأ جميع المرسلات والمستقبِلات من نفس المرجع البصري. على هذه الحاملة، يُطبع الباحثون إشارة بيانات بسرعة 224 جيجابت في الثانية وتُضمّن ضمن نفس الطيف البصري نغمة راديوية بسيطة بتردد 10 ميغاهرتز تعمل كساعة مشتركة.

كيف يحمل شعاع ضوئي وظيفة مزدوجة

عند المرسل، تُشفّر البيانات على الضوء باستخدام صيغة تعديل متقدمة تُعبئ بتؤدة عدة بتات في كل رمز. تُدرج إشارة المرجع 10 ميغاهرتز كنغمة «طَيّار» ضيقة عند نقطة محددة في طيف الإشارة، تحتوي فقط على نحو واحد بالمئة من طاقة البيانات بحيث لا تشوش عمليًا على جودة الاتصال. بعد الرحلة لمسافة 1 أو 10 كيلومترات عبر ليف النوى السبع، تصل الإشارة المدمجة إلى مستقبل متخصص يُسمى وحدة فصل إشارات الراديو والبيانات (RFDSD). هناك، يفصل جهد بصري تماسكِي بين البيانات عالية السرعة والنغمة منخفضة التردد، يحولهما إلى شكل كهربائي، ويوجه نغمة الراديو إلى حلقة تغذية راجعة تقيس وتصحح الانحرافات البطيئة في التردد والطور.

إثبات الاستقرار والسرعة في المختبر

اختبر الباحثون مخططهم عبر روابط بطول 1 كيلومتر و10 كيلومترات، وهي مسافات تمثل الاتصالات بين الرفوف أو المباني في مراكز بيانات كبيرة. قاسوا مدى ثبات وصول ساعة 10 ميغاهرتز إلى الطرف البعيد بتتبع تقلباتها الطفيفة في التردد مع مرور الوقت. مع تشغيل نظام التغذية الراجعة، تحسّن استقرار التوقيت بأربعة إلى خمسة مراتب قوة مقارنة برابط غير متحكم فيه وتفوّق على ساعات روبيديوم الذرية التجارية—الأجهزة المستخدمة بالفعل كمرجع زمني موثوق. وفي الوقت نفسه، تم استرداد تدفق البيانات بسرعة 224 جيجابت/ثانية بوضوح في أربعة فروع منفصلة، كلها بقيت دون معدل الأخطاء الذي يمكن لتقنيات تصحيح الأخطاء المتقدمة التعامل معه بسهولة، حتى عند مستويات طاقة بصرية مستقبلة منخفضة نسبيًا.

ماذا يعني هذا للشبكات المستقبلية

لغير المتخصص، الخلاصة هي أن نفس قطعة الزجاج يمكن أن تؤدي الآن مهمتين: تنقل كميات هائلة من المعلومات بينما توفّر أيضًا ساعة مشتركة دقيقة للغاية. باستخدام ليف متعدد النوى ومستقبل بصري تماسكِي لا يحتاج إلى معالجة رقمية مكثفة، يُظهر المؤلفون مسارًا عمليًا نحو وصلات قصيرة المدى بتوقيت على مستوى البيكوثانية—أجزاء من التريليون من الثانية. يمكن لمثل هذا الدقّة تبسيط تصميم الشبكات، وتحسين التنسيق بين الخوادم، ودعم ميزانيات توقيت صارمة تتطلبها تقنيات 5G+ و6G وما بعدها. بعبارة أخرى، قد يساعد هذا النهج مراكز البيانات المستقبلية على العمل بسرعة أكبر، وكفاءة أعلى، وبتزامن أفضل بكثير.

الاستشهاد: Liu, L., Liu, F., Jin, Z. et al. Co-transmission of radio frequency reference and data signal over multi-core fiber. Sci Rep 16, 5286 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-36283-x

الكلمات المفتاحية: ليف متعدد النوى, التوقيت البصري, شبكات مراكز البيانات, نقل إشارة ساعة بتردد راديوي, اتصالات بصرية متماسكة