Integrated Programmable Circuits for Microwave-Photonics Radio Base Stations

Abstract

[ES] Actualmente estamos viviendo una auténtica revolución en el ámbito de las telecomunicaciones y la computación, impulsada por un crecimiento exponencial en la demanda de recursos por parte de nuevas aplicaciones emergentes. Tecnologías como la conducción autónoma con sistemas LiDAR, Internet of Things y los grandes modelos de lenguaje requieren no solo una elevada inversión en términos de potencia energética, sino también velocidades de operación extremadamente altas debido a la complejidad y exigencia de sus funcionalidades. En este contexto, la fotónica, y en particular la fotónica integrada programable, se perfila como una tecnología clave para afrontar estos retos, al permitir incrementar la velocidad de procesamiento, reducir el consumo energético y abaratar los costes de fabricación en la implementación de los sistemas de comunicación actuales y futuros. Esta tesis tiene como objetivo desarrollar soluciones basadas en fotónica integrada programable para dar respuesta a algunas de las principales demandas actuales en el ámbito de las comunicaciones, como el conformado de haz y el procesado de señal. A lo largo de este trabajo se presentan y validan experimentalmente varios diseños que no solo superan significativamente los resultados previamente reportados en la literatura, sino que además muestran un alto potencial de ser fabricados a gran escala con costes reducidos, lo que los convierte en candidatos prometedores para mejorar los sistemas de comunicación del futuro.

[CA] Actualment estem vivint una autèntica revolució en l'àmbit de les telecomunicacions i la computació, impulsada per un creixement exponencial en la demanda de recursos per part de noves aplicacions emergents. Tecnologies com la conducció autònoma amb sistemes LiDAR, Internet of Things i els grans models de llenguatge requereixen no sols una elevada inversió en termes de potència energètica, sinó també velocitats d'operació extremadament altes, a causa de la complexitat i exigència de les seues funcionalitats. En aquest context, la fotònica, i en particular la fotònica integrada programable, es perfila com una tecnologia clau per a afrontar aquests reptes, al permetre incrementar la velocitat de processament, reduir el consum energètic i abaratir els costos de fabricació en la implementació dels sistemes de comunicació actuals i futurs. Aquesta tesi té com a objectiu desenvolupar solucions basades en fotònica integrada programable, per a donar resposta a algunes de les principals demandes actuals en l'àmbit de les comunicacions, com són el conformament de feix i el processament de senyal. Al llarg d'aquest treball es presenten i es validen experimentalment diversos dissenys que, no sols superen significativament els resultats prèviament reportats en la literatura, sinó que a més mostren un alt potencial de ser fabricats a gran escala amb costos reduïts, cosa que els converteix en candidats prometedors per a millorar els sistemes de comunicació del futur.

[EN] Nowadays we are experiencing a true revolution in the fields of telecommunications and computing, driven by an exponential increase in the demand for resources from emerging applications. Technologies such as autonomous driving with LiDAR systems, the Internet of Things, and large language models require not only a high investment in terms of power consumption, but also extremely high operating speeds, due to the complexity and demands of their functionalities. In this context, photonics, and in particular programmable integrated photonics, is emerging as a key technology to address these challenges, by enabling higher processing speeds, reduced energy consumption, and lower manufacturing costs in the implementation of current and future communication systems. This thesis aims to develop solutions based on programmable integrated photonics to address some of the main current demands in the field of communications, such as beamforming and signal processing. Throughout this work, several designs are presented and experimentally validated that not only significantly outperform previously reported results in the literature, but also show great potential for large-scale fabrication at low cost, making them promising candidates for improving the communication systems of the future.