Унифицированное устройство для помехоустойчивой передачи информации в высокоскоростных каналах радиорелейной и спутниковой связи

Результати науково-дослідної роботи забезпечили створення нових зразків уніфікованих пристроїв для завадостійкої передачі інформації у високошвидкісних каналах радіорелейного та супутникового зв’язку, які за основними техніко-економічними показниками перевершують наявні закордонні аналоги. Уніфікація здійснена як за діапазоном використаних частот (2 ГГц, 5 ГГц, 12-14 ГГц, 130 ГГц), так і за видом каналу радіозв’язку (радіорелейний та супутниковий). В основу науково-дослідної роботи покладена ідея створення універсальної концепції синтезу та механізмів адаптації сигнально-кодових конструкцій для застосування у системах радіорелейного та супутникового розподілу інформації із заданими характеристиками за критеріями інформаційної ефективності. Це дає можливість уніфікувати систему за використаними сигналами та інфраструктурою щодо виду інформації, яка передається, забезпечуючи ефективне використання наявних частотних та енергетичних ресурсів. Особливістю роботи є орієнтація на виробництво експериментальних зразків із відповідною технічною документацією високошвидкісних адаптивних модемів для систем радіорелейного розподілу інформації на вітчизняній виробничій базі, зокрема на підприємствах ПАТ «ЕЛМІЗ», яке традиційно спеціалізується на виробництві радіотехнічних засобах для реалізації національних та міжнародних космічних програм, та ПАТ «НВП Сатурн», що спеціалізується на виробництві засобів в області зв’язку в терагерцовому діапазоні хвиль. Отже, розроблено уніфіковані засоби для систем високошвидкісного розподілу інформації в НВЧ діапазоні до 100 ГГц й вище, і швидкостями передачі до 1 Гбіт/с та адаптивним вибором виду модуляції з набору QPSK, PSK-8/16, QAM-16/64/128 в залежності від параметрів радіоканалу та вимог до достовірності і швидкості передачі інформації, для високопродуктивної передачі інформації у вигляді різнорідного мультисервісного трафіку в телекомунікаційних радіосистемах радіорелейного та супутникового розподілу інформації. Прикладом використання таких пристроїв є модеми станцій радіорелейного зв’язку. Комплекс адаптивних модемів має забезпечити у високошвидкісних безпроводових мережах оптимальне використання наявних частотних та енергетичних ресурсів системи при забезпеченні максимальної швидкості та інформаційної ефективності передачі інформації при задоволенні вимог до достовірності та своєчасності передачі інформації. Інструментом досягнення якісно нових показників продуктивності є використання та розвиток сучасних методів поєднання алгоритмів багатопозиційної модуляції та наддовгих високошвидкісних блокових кодів. Розроблені методи можуть бути актуальними для суміжних галузей науки, де використовують методи надійного транспортування інформації за допомогою проводових та безпроводових технологій, зокрема, в системах спеціального призначення, що має важливе значення для укріплення обороноздатності країни. Розроблено та протестовано прототипи адаптивних модемів завадостійкої передачі інформації у високошвидкісному каналі радіорелейного зв’язку для використання в складі Системи спеціального зв’язку для тактичної ланки управління вітчизняного виробництва в рамках об’єднання "Київська політехніка". Запропоновано дослідницький зразок пристрою, що реалізує універсальні алгоритми адаптації сигнально-кодових конструкцій високошвидкісного розподілу інформації для каналів радіорелейного та супутникового зв’язку до відповідних параметрів каналу зв’язку, оптимальних за критерієм найбільшої продуктивності при забезпеченні вимог до достовірності та своєчасності, та випробування зразків модемів, які підтверджують можливість реалізації розроблених універсальних алгоритмів. Основні запропоновані технічні рішення запатентовано. Продано ліцензію на запатентоване технічне рішення. Розробка відповідає світовому рівню. В жодному відомому вітчизняному та іноземному дослідженні завадостійких кодів та сигналів не поєднувались завдання підвищення достовірності та досягнення верхньої межі продуктивності каналу передавання інформації. Апробація отриманих теоретичних та конструктивних результатів виконана на виробничій базі ПАТ «ЕЛМІЗ» та ПАТ НВО «Сатурн». Проведено натурні випробування конструктивного прототипу запропонованого уніфікованого пристрою завадостійкої передачі інформації в складі ліній радіорелейного зв’язку на об’єктах Державної прикордонної служби (м. Одеса), полігоні Міністерства оборони України (м. Семиполки), Національної гвардії України (с. Нові Петрівці) з позитивним підсумком, що створює умови для подальшого застосування запропонованих принципів побудови радіозасобів в системах спеціального призначення.The results of research led to the creation of new types of standardized devices for interference-free data transmission in high-speed channels, microwave and satellite communication, which are the main technical and economic parameters exceed the available foreign analogues. Unification is implemented as a range of frequencies used for (2 GHz, 5 GHz, 12 GHz, 130 GHz) and by type of radio channel (microwave and satellite). The basis of the research work on the idea of creating a universal concept of synthesis and adaptation mechanisms of signal-code constructions for use in microwave and satellite systems, information distribution with specified information on performance criteria. This makes it possible to unify the system used for signals and infrastructure by type of information transmitted, ensuring efficient use of the available frequency resources and energy. A feature of the work is to focus on the production of experimental samples with the corresponding technical documentation for high-speed adaptive modem systems on-air distribution of information on domestic production base, in particular, at the enterprises of JSC "ELMIZ", which traditionally specializes in the production of radio equipment for the implementation of national and international space programs, and PAO "NPP Saturn", specializing in the production of means of communication in the field of terahertz wave band. So developed standardized means for high-speed distribution information systems in the microwave range up to 100 GHz or above, and the transmission speed of 1 Gbps and adaptive selection of modulation type from a set of QPSK, PSK-8/16, QAM-16/64/128 in depending on the radio parameters and requirements for reliability and speed of information transmission, for high transmission of information in the form of a heterogeneous multiservice traffic in the telecommunications and satellite radio systems, radio relay information distribution. An example of the use of such devices include modems, radio relay stations. Complex adaptive modems must provide high-speed wireless networks, the optimal use of the available frequency resources and energy systems while maximizing the speed of information and the information transmission efficiency while meeting the requirements for the reliability and timeliness of information transmission. The tool to achieve a qualitatively new performance metrics is the use and development of modern methods of combining multi-position modulation algorithms and super-long high-speed block codes. The developed methods may be relevant for the adjacent fields of science, using reliable data transport methods using both wired and wireless technologies, in particular, in special-purpose systems. Developed and tested prototypes of adaptive modems fail-safe transmission of information in a high-channel microwave transmission for use in special communication systems for tactical domestic production management level within the association "Kiev Polytechnic". A research sample device, realizing universal algorithms adapt signal-code designs high-speed distribution of information for radio relay and satellite links to the corresponding parameters of the communication channel, optimal by the criterion of maximum performance, while ensuring a reliability and timeliness requirements, and testing modems samples, confirming the feasibility of the developed universal algorithms. The main proposed technical solutions are patented. Sold the license to the patented technical solution. Development meets international standards. None of the well-known domestic and foreign study of error-correcting codes and signals did not match the problem of increasing the reliability and achieve top performance data transmission channel of the border. Testing of the theoretical and constructive results performed on the production base of "ELMIZ" and NPO "Saturn". Full-scale testing of a prototype of the proposed unified constructive interference-free transmission of the device information as a part of radio-relay links in the State Border Service facilities (Odessa), the landfill Defense Ministry of Ukraine (Semipolki), the National Guard of Ukraine (p. Novi Petrivtsi), with positive result, that creates terms for the further use of the offered principles of construction of radio-facilities in the systems of the special setting.Результаты научно-исследовательской работы обеспечили создание новых образцов унифицированных устройств для помехоустойчивой передачи информации в высокоскоростных каналах радиорелейной и спутниковой связи, которые по основным технико-экономическим показателям превосходят имеющиеся зарубежные аналоги. Унификация осуществлена как по диапазону используемых частот (2 ГГц, 5 ГГц, 12 ГГц, 130 ГГц), так и по виду канала радиосвязи (радиорелейная и спутниковая). В основу научно-исследовательской работы положена идея создания универсальной концепции синтеза и механизмов адаптации сигнально-кодовых конструкций для применения в системах радиорелейного и спутникового распределения информации с заданными характеристиками по критериям информационной эффективности. Это дает возможность унифицировать систему по используемым сигналам и инфраструктурой по виду передаваемой информации, обеспечивая эффективное использование имеющихся частотных и энергетических ресурсов. Особенностью работы является ориентация на производство экспериментальных образцов с соответствующей технической документацией для высокоскоростных адаптивных модемов систем радиорелейного распределения информации на отечественной производственной базе, в частности, на предприятиях ОАО «ЭЛМИЗ», который традиционно специализируется на производстве радиотехнических средствах для реализации национальных и международных космических программ, и ПАО «НПП Сатурн», специализирующегося на производстве средств в области связи терагерцового диапазона волн. Итак, разработаны унифицированные средства для систем высокоскоростного распределения информации в СВЧ диапазоне до 100 ГГц и выше, и скоростями передачи до 1 Гбит/с и адаптивным выбором вида модуляции из набора QPSK, PSK-8/16, QAM-16/64/128 в зависимости от параметров радиоканала и требований к достоверности и скорости передачи информации, для высокопроизводительной передачи информации в виде разнородного мультисервисного трафика в телекоммуникационных радиосистемах радиорелейного и спутникового распределения информации. Примером использования таких устройств являются модемы станций радиорелейной связи. Комплекс адаптивных модемов должен обеспечить в высокоскоростных беспроводных сетях оптимальное использование имеющихся частотных и энергетических ресурсов системы при обеспечении максимальной скорости и информационной эффективности передачи информации при удовлетворении требований к достоверности и своевременности передачи информации. Инструментом достижения качественно новых показателей производительности является использование и развитие современных методов сочетания алгоритмов многопозиционной модуляции и сверхдлинных высокоскоростных блочных кодов. Разработанные методы могут быть актуальными для смежных отраслей науки, использующих методы надежной транспортировки информации с помощью проводных и беспроводных технологий, в частности, в системах специального назначения. Разработаны и протестированы прототипы адаптивных модемов помехоустойчивой передачи информации в высокоскоростном канале радиорелейной связи для использования в составе системы специальной связи для тактического звена управления отечественного производства в рамках объединения "Киевская политехника". Предложен исследовательский образец устройства, реализующего универсальные алгоритмы адаптации сигнально-кодовых конструкций высокоскоростного распределения информации для каналов радиорелейной и спутниковой связи к соответствующим параметрам канала связи, оптимальных по критерию максимальной производительности при обеспечении требований к достоверности и своевременности, и испытания образцов модемов, подтверждающие возможность реализации разработанных универсальных алгоритмов. Основные предлагаемые технические решения запатентованы. Продано лицензию на запатентованное техническое решение. Разработка соответствует мировому уровню. Ни в одном известном отечественном и иностранном исследовании помехоустойчивых кодов и сигналов не сочетались задачи повышения достоверности и достижения верхней границы производительности канала передачи информации. Апробация полученных теоретических и конструктивных результатов выполнена на производственной базе ОАО «ЭЛМИЗ» и ОАО НПО «Сатурн». Проведены натурные испытания конструктивного прототипа предложенного унифицированного устройства помехоустойчивой передачи информации в составе линий радиорелейной связи на объектах Государственной пограничной службы (г. Одесса), полигоне Министерства обороны Украины (г. Семиполки), Национальной Гвардии Украины (с. Новые Петровцы) с позитивным итогом, что создает условия для дальнейшего использования предложенных принципов построения радиосредств в системах специального назначения

Facilitating Internet of Things on the Edge

The evolution of electronics and wireless technologies has entered a new era, the Internet of Things (IoT). Presently, IoT technologies influence the global market, bringing benefits in many areas, including healthcare, manufacturing, transportation, and entertainment. Modern IoT devices serve as a thin client with data processing performed in a remote computing node, such as a cloud server or a mobile edge compute unit. These computing units own significant resources that allow prompt data processing. The user experience for such an approach relies drastically on the availability and quality of the internet connection. In this case, if the internet connection is unavailable, the resulting operations of IoT applications can be completely disrupted. It is worth noting that emerging IoT applications are even more throughput demanding and latency-sensitive which makes communication networks a practical bottleneck for the service provisioning. This thesis aims to eliminate the limitations of wireless access, via the improvement of connectivity and throughput between the devices on the edge, as well as their network identification, which is fundamentally important for IoT service management. The introduction begins with a discussion on the emerging IoT applications and their demands. Subsequent chapters introduce scenarios of interest, describe the proposed solutions and provide selected performance evaluation results. Specifically, we start with research on the use of degraded memory chips for network identification of IoT devices as an alternative to conventional methods, such as IMEI; these methods are not vulnerable to tampering and cloning. Further, we introduce our contributions for improving connectivity and throughput among IoT devices on the edge in a case where the mobile network infrastructure is limited or totally unavailable. Finally, we conclude the introduction with a summary of the results achieved

Розробка радіолінії із гігабітною пропускною здатністю терагерцового діапазону для надвисокошвидкісних розподільчих мереж доступу

Отримано експериментальний зразок цифрової радіолінії із гігабітною пропускною здатністю, що функціонує в терагерцовому діапазоні і який може бути використаний в надвисокошвидкісних розподільчих мережах мобільного зв’язку нового покоління для забезпечення передавання та приймання цифрової інформації зі швидкістю до 1 Гбіт/c в діапазоні частот 128 – 134 ГГц на дальності зв’язку в межах 1 км. Спроектовано головні функціональні вузли передавально-приймального тракту каналу радіозв’язку терагерцового діапазону з використанням програмного забезпечення. Проведено дослідження, коригування та оптимізація окремих функціональних вузлів радіолінії. Налагоджена структурна схема спроектованої експериментальної установки для дослідження сигналів цифрового телебачення при їх передаванні по приймально-передавальному тракту терагерцового діапазону. Визначено можливість радіорелейної лінії терагерцового діапазону передавати сигнали 137 каналів стандарту DVB-C зі швидкістю 5.206 Гбіт/с на відстані до 2,3 км, при наявності підсилення вихідної потужності передавального тракту до 50 мВт. Реалізовано гетерогенний дуплексний режим роботи радіолінії із гігабітною пропускною здатністю в терагерцовому діапазоні 130–134 ГГц, для тестування якої в лабораторних умовах розроблена методика випробування. Запропоновано технічне рішення щодо створення функціональних вузлів приймального і передавального трактів з накачкою на основній гармоніці та з використанням квазіоптичних і просторових методів сумування потужності, що дозволить вперше створити в терагерцовому діапазоні передавальні (з вихідною потужністю до 5 мВт) та приймальні (з коефіцієнтом шуму на рівні 10 дБ) радіотракти. Обґрунтовано та запропоновано технічні рішення щодо підвищення пропускної здатності і збільшення зони покриття інформаційно-телекомунікаційних мереж з використанням телекомунікаційної системи терагерцового діапазону. Результати роботи впроваджено в навчальний процес. Розроблено новий розділ «Проектування радіорелейних систем терагерцового діапазону» з навчальної дисципліни «Безпроводові телекомунікаційні системи ТКС-1». Розроблено лабораторну роботу для практикуму «Дослідження передавання радіосигналів цифрового телебачення по радіорелейній лінії терагерцового діапазону» з навчальної дисципліни „Радіорелейні та тропосферні системи передачі”. Видана 1 монографія відповідно до вимог МОН. Отримано 7 патентів України на корисну модель та 2 рішення про видачу патентів України на винаходи. Опубліковано 11 статей (з них 5 –в журналах, що входять до науково-метричних баз даних WebofScience та Scopus з індексом SNIP ≥ 0,8 (SourceNormalizedImpactPerPaper), опубліковано 20 доповідей на 5 міжнародних конференціях. Захищено одну магістерську роботу. Розробка відповідає світовому рівню. Розроблено нові схемо-технічні рішення та технології створення апаратно-програмних засобів радіорелейної лінії діапазону частот 128-134 ГГц для передачі надвисокошвидкої (до 1,2 ГГбіт/с) передачі цифрової інформації. Результати роботи використовуються спільно з ВАТ «Меридіан» ім. С.П.Корольова (м.Київ) у рамках виконання робіт по проектуванню контрольно-вимірювальної апаратури субтерагерцового діапазону та Одеським обласним радіотелевізійним передавальним центром (м. Одеса) (договір № С/986 від 20.06.2016 р.) для створення засобів передачі для побудови надвисокошвидкісних (понад 1 Гбіт/с) транспортних розподільчих мереж.An experimental model of a digital radio link with a gigabit bandwidth is functional in the terahertz range, and which can be used in a new generation of ultra-high switching of mobile communication networks for transmitting and receiving digital data at a rate up to 1 Gbit / c in the frequency range 128 - 134 GHz range communication within 1 km. The developed software methods for the design of the main functional units of the transmitting-receiving channel radio link terahertz range. The research, adjustment and optimization of the individual functional units of the radio link. Established a block diagram of the experimental setup designed for the study of digital television signals during transmission by transceiver path of the terahertz range. The possibility of radio relay lines to transmit signals in the terahertz range 137 DVB-C standard channels at a rate of 5.206 Gbit / s at a distance of 2.3 km, in the presence of amplification output power transmission path of up to 50 mW. Implemented heterogeneous duplex operation with radio gigabit throughput in the terahertz range 130-134 GHz for testing in a laboratory developed test procedure. Proposed technical solutions to create functional units receive and transmit paths with the pump at the fundamental harmonic and the use of quasi-optical and spatial power summation methods that will allow for the first time to create in the terahertz transmission (with an output power up to 5 mW) and the receiver (with the noise factor at the level of 10 dB) of the radio. Grounded and offered technical solutions to improve the capacity and increase the coverage area of information and telecommunication networks using a telecommunication system in the terahertz range. Results of work are introduced in educational process. A new section "Designing of radio-relay systems in the terahertz range" on the subject "Wireless telecommunications system TKS-1." Designed for lab workshop "Study of the transmission of radio signals for digital television microwave link terahertz range" on a subject "relay and tropospheric communication system." 4 patents of Ukraine for utility model and 3 of the decision to grant patents of Ukraine for inventions. Published 11 articles (of which 5 in journals included in the scientific-metric database Scopus and WebofScience index SNIP≥ 0,8 (SourceNormalizedImpactPerPaper), published 20 papers at international conferences 5. Protected by a master's thesis. Development meets international standards. Novel schemes and technical solutions, and the technology of hardware and software for microwave frequency range 128-134 GHz line for transmitting nadvisokoshvidkoi (1.2 GGbit / s) digital data transmission. The results are used in conjunction with "Meridian" to them. Korolev (Kiev) as part of the work on the design of the instrumentation subteragertcovoj range and Odessa Regional Broadcasting Center (m. Odesa) (contract number C/986 from 20.06.2016 g) To create a transfer of funds to build nadvisokoshvidkisnih (more than 1 Gbit /s) transport distribution networks.Получено экспериментальный образец цифровой радиолинии с гигабитной пропускной способностью, функционирующий в терагерцовом диапазоне и который может быть использован в сверхвысокоскоростных распределительных сетях мобильной связи нового поколения для обеспечения передачи и приема цифровой информации со скоростью до 1 Гбит / c в диапазоне частот 128 - 134 ГГц на дальности связи в пределах 1 км. Разработанные методы программного обеспечения для проектирования главных функциональных узлов передающе-приемного тракта канала радиосвязи терагерцового диапазона. Проведены исследования, корректировка и оптимизация отдельных функциональных узлов радиолинии. Налажена структурная схема спроектированной экспериментальной установки для исследования сигналов цифрового телевидения при их передаче по приемо-передающему тракта терагерцового диапазона. Определена возможность радиорелейной линии терагерцового диапазона передавать сигналы 137 каналов стандарта DVB-C со скоростью 5.206 Гбит / с на расстоянии до 2,3 км, при наличии усиления выходной мощности передающего тракта до 50 мВт. Реализовано гетерогенный дуплексный режим работы радиолинии с гигабитной пропускной способностью в терагерцовом диапазоне 130-134 ГГц, для тестирования которой в лабораторных условиях разработана методика испытания. Предложено техническое решение по созданию функциональных узлов приемного и передающего трактов с накачкой на основной гармонике и с использованием квазиоптических и пространственных методов суммирования мощности, что позволит впервые создать в терагерцового диапазона передаточные (с выходной мощностью до 5 мВт) и приемной (с коэффициентом шума на уровне 10 дБ) радиотракта. Обоснованы и предложены технические решения по повышению пропускной способности и увеличения зоны покрытия информационно-телекоммуникационных сетей с использованием телекоммуникационной системы терагерцового диапазона. Результаты работы внедрены в учебный процесс. Разработан новый раздел «Проектирование радиорелейных систем терагерцового диапазона» по дисциплине и разработано лабораторную работу для практикума «Исследование передачи радиосигналов цифрового телевидения по радиорелейной линии терагерцового диапазона» по учебной дисциплине«Беспроводные телекоммуникационные системы ТКС-1». Получено 7 патентаов Украины на полезную модель и 2 решения о выдаче патентов Украины на изобретения. Опубликовано 13 статей (из них 5-в журналах, входящих в научно-метрических баз данных Web of Science и Scopus с индексом SNIP≥ 0,8 (SourceNormalizedImpactPerPaper), опубликовано 20 докладов на 5 международных конференциях. Защищено одну магистерскую работу. Разработка соответствует мировому уровню. Разработаны новые схемы и технические решения и технологии создания аппаратно-программных средств радиорелейной линии диапазона частот 128-134 ГГц для передачи надвисокошвидкои (до 1,2 ГГбит / с) передачи цифровой информации. Результаты работы используются совместно с ОАО «Меридиан» им. С.П.Королева (Киев) в рамках выполнения работ по проектированию контрольно-измерительной аппаратуры субтерагерцового диапазона и Одесский областной радиотелевизионный передающий центр (м. Одеса) (договор № С / 986 от 20.06.2016 г.) Для создания средств передачи для построения надвисокошвидкисних (более 1 Гбит/с) транспортных распределительных сетей

Implementation of improvements of the Wi-Fi network of the RTBF and implementation of a Wi-Fi network for an “intelligent” building

Este Trabajo de Fin de Grado se ha realizado dentro de la Radio Televisión Belga Francófona (RTBF) en Bruselas. El objetivo de este proyecto es el diseño de una red Wi-Fi completamente confiable y de alto rendimiento para una de sus localizaciones. Para empezar, se completaron un estudio teórico y mediciones reales. La comparación entre el estudio teórico y práctico no estaba concluyente por lo que las predicciones teóricas se han modificado para corresponder a la realidad. Finalmente, la RTBF está construyendo un nuevo edificio en 2022 para el cual un estudio predictivo teórico se ha hecho para proporcionar una cantidad de puntos de accesos necesarios para una cobertura completa.This End-of-Grade work have been done inside the Francophone Belgian Radio-Television (RTBF) in Brussels. The goal of this Project is to design a fully reliable and performant Wi-Fi network for one of their localization. To begin with, a theorical study and real-life measurements were completed. The comparasion between the theorical and practical study was not concluding so the theorical predictions have been changed to correspond to reality. Finally, the RTBF is constructing a new building in 2022 for which a theorical predictive study have been done to provide the number of needed access points for a complete coverage.Grado en Ingeniería en Tecnologías de Telecomunicació