Використання терагерцових хвиль для побудови радіолінії зв’язку із гігабітною пропускною здатністю: інноваційні рішення та результати досліджень

Наведено результати проведених авторами в 25-річний період завершених досліджень можливостей створення вперше в Україні реальних передумов вирішення фундаментальної проблеми побудови цифрових телекомунікаційних систем з використанням терагерцових технологій. Обґрунтовано необхідність переходу до використання терагерцового діапазону частот при розгортанні майбутніх телекомунікаційних систем надвисокої пропускної здатності. Розглянуто основні фактори, що призводять до виникнення завмирань в радіорелейних лініях зв’язку. Показано, що в терагерцовому діапазоні найбільший вплив на енергетичний потенціал радіорелейних лінії чинять затухання в гідро метеорах та газах. Виділено ділянки частот терагерцового діапазону, які найбільше за все придатні для використання в радіорелейних лініях зв’язку. Розглянуто принципи формування сигнально-кодової конструкції, запропоновано способи і нові технічні рішення для вибору виду сигнальної конструкції з метою досягнення найкращої пропускної здатності та продуктивності в каналі зв’язку безпроводової гігабітної системи передачі в терагерцовому діапазоні. Наведено результати функціонального проектування, моделювання та експериментальних досліджень приймального і передавального трактів телекомунікаційної системи з гігабітною пропускною спроможністю в діапазоні частот 130-134 ГГц. Вперше в практичному плані проведені дослідження лабораторного зразка цифрової симплексної радіорелейної системи терагерцового діапазону в складі приймального і передавального радіотракту в діапазоні частот 130- 134 ГГц і цифрового модему з пропускною канальною здатністю до 1200 Мбіт/с на дальність зв'язку в нормальних умовах в межах 1 км. Показано, що запропонована телекомунікаційна система, яка реалізує концепцію створення програмно-визначених радіосистем на основі технології Wi-Fi, може високопродуктивно використовуватись в транспортних розподільчих мережах мобільного зв'язку наступного покоління із забезпеченням відповідних швидкостей передачі, надійності та захищеності. Досліджено параметри багатоканального сигналу цифрового телебачення стандарту DVB-C при його передачі через макет приймально-передавального тракту діапазону 130ГГц.The results of the completed studies conducted by the author's team during the 25-year period the possibilities of creating for the first time in Ukraine the real prerequisites for solving the fundamental problem of the construction of digital telecommunication systems with the use of terahertz technologies are presented. The necessity of the transition to the use of terahertz frequency range when deploying future telecom systems with ultrahigh bandwidth is shown. The main factors that lead to the emergence of fading in radio relay communication lines are considered. It is shown that in the terahertz range the greatest influence on the energy potential of the radio-relay lines is attenuating in hydrometeors and gases. It is shown terahertz frequency range areas that are most suitable for use in radio relay communication lines. The principles of formation of signal-code design are considered. Methods and new technical solutions for choosing the type of signal construction are proposed in order to achieve the best performance in wireless communication of in the terahertz range. The results of functional design, simulation and experimental research of the receiving and transmitting paths of a telecommunication system with a gigabit throughput in the frequency range 130- 134 GHz are presented. A simplex digital radio relay system in the 130-134 GHz band prototype with digital modem was designed. It provides channel throughput up to 1200 Mbit/s within 1 km. The concept of creating a software-defined radio technology based on Wi-Fi, can be used in high-performance transport distribution networks of the next generation mobile communications to ensure proper transmission speeds, reliability and security. Tests of transmission of digital television standard DVB-C over the 130 GHz path were successful

400-GHz wireless transmission of 60-Gb/s Nyquist-QPSK signals using UTC-PD and heterodyne mixer

We experimentally demonstrate an optical network compatible high-speed optoelectronics THz wireless transmission system operating at 400-GHz band. In the experiment, optical Nyquist quadrature phase-shift keying signals in a 12.5-GHz ultradense wavelength-division multiplexing grid is converted to the THz wireless radiation by photomixing in an antenna integrated unitravelling photodiode. The photomixing is transparent to optical modulation formats. We also demonstrate in the experiment the scalability of our system by applying single to four channels, as well as mixed three channels. Wireless transmission of a capacity of 60 Gb/s for four channels (15 Gb/s per channel) at 400-GHz band is successfully achieved, which pushes the data rates enabled by optoelectronics approach beyond the envelope in the frequency range above 300 GHz. Besides those, this study also validates the potential of bridging next generation 100 Gigabit Ethernet wired data stream for very high data rate indoor applications

European H2020 Project WORTECS Wireless Mixed Reality Prototyping

This paper presents European collaborative project WORTECS objectives and reports on the development of several radio and optical wireless prototypes and a demonstrator targeting mixed reality (MR) application. The aim is to achieve a net throughput of up to Tbps in an indoor heterogeneous network for the MR use case, which seems to be a high throughput "killer application" beyond 5G. A special routing device is associated with the demonstrator to select the most suitable wireless access technology. Post introduction to the project, an overview of the demonstrator is presented with details of the current progress of the prototypes

100 Gb/s Data Link Layer - from a Simulation to FPGA Implementation, Journal of Telecommunications and Information Technology

In this paper, a simulation and hardware implementation of a data link layer for 100 Gb/s terahertz wireless communications is presented. In this solution the overhead of protocols and coding should be reduced to a minimum. This is especially important for high-speed networks, where a small degradation of efficiency will lower the user data throughput by several gigabytes per second. The following aspects are explained: an acknowledge frame compression, the optimal frame segmentation and aggregation, Reed-Solomon forward error correction, an algorithm to control the transmitted data redundancy (link adaptation), and FPGA implementation of a demonstrator. The most important conclusion is that changing the segment size influences the uncoded transmissions mostly, and the FPGA memory footprint can be significantly reduced when the hybrid automatic repeat request type II is replaced by the type I with a link adaptation. Additionally, an algorithm for controlling the Reed-Solomon redundancy is presented. Hardware implementation is demonstrated, and the device achieves net data rate of 97 Gb/s

Extreme Communication in 6G: Vision and Challenges for ‘in-X’ Subnetworks

The 6th Generation (6G) radio access technology is expected to support extreme communication requirements in terms of throughput, latency and reliability, which can only be achieved by providing capillary wireless coverage. In this paper, we present our vision for short-range low power 6G ‘in-X’ subnetworks, with the ‘X’ standing for the entity in which the cell in which the subnetwork is deployed, e.g., a production module, a robot, a vehicle, a house or even a human body. Such cells can support services that can be life-critical and that traditionally relied on wired systems. We discuss potential deployment options, as well as candidate air interface components and spectrum bands. Interference management is identified as a major challenge in dense deployments, which needs to handle also non-cellular types of interference like jamming attacks and impulsive noise. A qualitative example of interference-robust system design is also presented