Останні статті
30.05.2017
Екскурсія до ДП «Український державний центр радіочастот».

30.05.2017
Проблемы электромагнитной совместимости перспективных беспроводных сетей связи (ЭМС – 2017).
Корсун В.І., Корсак В.Ф., Наритник Т.М., Войтенко О.Г., Лутчак О.В., Поршнєв В.Л.

25.04.2017
The research of transmission of DVB-C television signals based on the prototype of transceiver operating in the lower pert of terahertz band.
Gleb L. Avdeyenko, Theodor N. Narytnik, Anton V. Yermakov

23.04.2017
Цифрові технології, №19, 2016. Дослідження параметрів багатоканального сигналу цифрового телебачення DVB-C при його передаванні передавально-приймальним трактом терагерцового діапазону.
Авдєєнко Г.Л., Набока Б.Ю., Наритник Т.М.

31.08.2016
1.2 Gbps radio link implementation in THz band based on IEEE 802.11n standard.
Narytnik T., Uryvsky L., Lutchak O., Osypchuk S.

31.08.2016
Gigabit wireless system in 130 GHz band based on 802.11n transceivers.
Narytnik T., Uryvsky L., Lutchak O., Osypchuk S.

31.08.2016
Аналіз єлектромагнітної безпеки сучасних тропосферних радіорелейних станцій.
Наритник Т.М.

31.08.2016
Підвищення ефективності використання інформаційного ресурсу в безпровідній мережі широкосмугового доступу терагерцового діапазону.
Т.М. Наритник, А.В. Єрмаков

29.08.2016
Радіотелекомунікації терагерцового діапазону.
Наритник Т.М.

09.07.2016
Цифрові технології, №18, 2015. Проектування універсальної системи тропосферного та радіорелейного зв’язку.
Поповський В.В., Лошаков В.А., Дриф А., Наритник Т.М., Слюсар В.І.

09.07.2016
Цифрові технології, №18, 2015. Реалізація концепції створення програмно-визначених радіосистем терагерцового діапазону на основі технології Wi-Fi.
Наритник Т.М., Лутчак О.В., Осипчук С.О., Уривський Л.О.

05.04.2016
Проектирование передающего и приемного радиотрактов радиорелейных систем терагерцового диапазона.
М.Е. Ильченко, Т.Н. Нарытник, В.Н. Радзиховский, С.Е. Кузьмин, А.В. Лутчак

08.02.2016
Criteria and algorithms for shaping of the signal-code sequences on the basis of Wi-Fi technology at deployment of the terahertz band telecommunication system.
Т.М. Narytnyk, О.V. Lutchak, S.О. Оsypchuk, & L.О. Uryvskyi

Кафедра Телекомунікацій
Нарытник Т.Н., Ильченко М.Е., Христенко В.И., Радзиховский В.Н.

Аннотация: в докладе рассматриваются современные концепции и направления создания цифровой радиосистемы с использованием наноэлектронных компонент, работающей на частотах около 100 ГГц, для передачи высокоскоростных потоков данных со скоростями от 100 Мб/с до нескольких Гб/с. Применение таких частот позволяет размещать неограниченное количество передатчиков и/или приемников различных операторов связи на одной территории и при этом использовать одну частоту. Также рассмотрены преимущества использования радиоканала терагерцового диапазона, возможные сферы использования, проблемы и возможные методы их решения.

І. Введение

Принято относить к терагерцовому диапазону волны частотой от 100 ГГц до 1 ТГц (в некоторых странах от 300 ГГц до 3ТГц). Электромагнитные волны данного диапазона будут претерпевать значи-тельное затухание при распространении в окружающем пространстве. Вместе с тем, исследования показывают [1], что существуют «окна прозрачности» в полосах частот 75-100, 110-150 и 220-270 ГГц (в будущем планируется использовать и другие полосы). Это дает возможность использовать данный частотный ресурс для передачи телевизионных сигналов высокой четкости, технологии 10G Ethernet через радиоканал в местах, где прокладка оптического кабеля затруднена, а также позволит реализовать современную концепцию мультимедийных беспроводных сетей Triple Play.

Согласно указам Кабинета Министров «Про затвердження Державної програми впровадження цифрового телебачення і радіомовлення» и распоряжения «Про схвалення концепції Державної цільової програми “Нанотехнології та наноматеріали”», в Украине остро возникла необходимость подачи ТВ сигналов высокой четкости на передатчики и создания современной национальной наноиндустрии в телекоммуникационной отрасли. Поэтому поиск путей создания такой системы с использованием наноэлектронных элементов является весьма актуальной задачей.

ІІ. Достоинства системы

На сегодняшний день ни одна радиосистема физически не в состоянии передавать данные с такими скоростями, что вызвано узкой полосой частот. Использование полос частот от 3 ГГц до 20 ГГц позволяет значительно увеличить пропускную способность тракта передачи.

На данный момент терагерцовый диапазон можно использовать на безлицензионной основе. Более того малая длина волны делает канал слабочувствительным к изменениям атмосферы, а узкая диаграмма направленности позволяет обеспечить конфиденциальность передаваемых данных, что ведет к невозможности несанкционированного доступа к информации, а также осуществить пространственное разнесение радиолиний и обеспечить отсутствие взаимных интерференционных помех. Кроме того, радиолинии терагерцового диапазона не влияют на экологию, поскольку мощность передатчиков находится на уровне 10 мВт.

При этом требуется, чтобы радиосистема была надежной, а это значит, что 99.9% времени в году качество передачи должно оставаться в пределах требуемого даже в условиях сильного дождя.

ІІІ. Текущее состояние проблемы

На сегодняшний день существует мало радиоэлектронных компонентов, способных работать в терагерцовом диапазоне, что приводит к сложности разработки систем связи и в тоже время интерес к данному диапазону непрерывно растет. Так, системы, работающие на частотах 60ГГц, уже используются для передачи HD видео от серверов на мобильные терминалы или домашние компьютеры[1], а системы, использующие частоты 70/80ГГц в США и Европе, уже начинают приносить прибыль. Проблемой терагерцового диапазона активно зани-мается группа TIG (Teraherz Interest Group) IEEE 802.15, начиная с марта 2008 года. Поэтому развитие данного направления исследований и разработок имеет первоочередное значение.

На сегодняшний день существует ряд технических наработок для использования в терагерцовом диапазоне. Последней разработкой в данной области стало создание в Японии системы [2], работающей на частоте 120 ГГц. В данной системе использовалась амплитудная манипуляция ASK с полосой частот 17 ГГц, что позволило передавать цифровые потоки со скоростью до 10 Гб/с. Работоспособность системы была проверена во время Олимпийских игр в Пекине в 2008 году.

Авторами данной работы были осуществлены определенные наработки в направлении создания системы передачи данных терагерцового диапазона. В частности, были разработаны высокочувствительные усилители, смесители и генераторы в 3 мм и 2 мм диапазоне с параметрами, которые не усту-пают лучшим зарубежным аналогам.

Также авторами работы были разработаны структурные схемы передатчика и приемника с использованием наноэлементов, изображенные на рис.1 и рис.2, а также рассчитаны основные технические параметры, необходимые для обеспечения дальности действия ориентировочно в 2 - 5 км. Исходными данными были следующие параметры: модуляция QPSK с FEC ½,Р0ш=10^-6 , скорость передачи 100 Мб/с, мощность передатчика – 10 мВт, исследуемый диапазон частот 92-109 ГГц, Tш.экв=900 К для полосы 1000 МГц. В результате было установлено, что для удовлетворения требуемого качества необходимо использовать антенны диаметром до 60 см и дополнительно увеличить мощность передатчика до 25 – 50 мВт.


Рис.1. Схема передатчика терагерцового диапазона

Рис.2. Схема приемника терагерцового диапазона

IV. Перспективы развития

На данном этапе развития, электронная элементная база позволяет использовать амплитудную и фазовую манипуляции для передачи данных. Следующим шагом является использование более многопозиционных методов модуляции, в частности QAM-16, что позволит увеличить скорость до 20 Гб/с и более. Однако, как известно для сохранения требуемого качества и расстояния, это повлечет увеличение мощности передатчика. Проблемой является то, что элементы, в частности UTC диоды, используемые в терагерцовом диапазоне для генерации, не способны создавать уровни мощности более, чем 10 мВт на частотах от 100 ГГц [3]. Одним из решений данной проблемы является использование матрицы антенн с набором диодов или матрицы диодов, работающих на общую антенну [4-5].

V. Заключение

Рассмотренную телекоммуникационную систему планируется использовать для передачи несжатых сигналов телевидения высокой четкости, а также для передачи данных технологии Ethernet по радиоканалу. Использование разработок, представленных в данном докладе, позволит создать и внедрить ультраскоростные беспроводные системы, которые могли бы поддерживать сетевые технологии на уровне гигабитовых потоков данных.

Литература

  1. Naoya Kukutsu and Yuichi Kado: Overview of millimeter and terahertz wave application Research, NTT Technical Review, Vol. 7, No.3, March 2009.
  2. Hiroyuki Takahashi и др: Compact, Low-power, 120-GHz-band Wireless Link for 10-Gbit/s Data Transmission ,NTT Technical Review, Vol. 7, No.3, March 2009.
  3. Tadao Nagatsuma, Hiroshi Ito: High-power Rf photodiode and their applications, Laser&Photon. Rev.3.No. 1-2,123-137 (2009).
  4. М.Ye. Ilchenko, Т.N. Narytnik, A.I. Fisun, and O.I. Belous. Conception of Development of Millimeter and Submillimeter Wave Band Radio Telecommunication Systems. Telecommunications and Radio Engineering, 67(17):1549-1564 (2008)..-1549 ISSN 0040-2508 © 2008 Begell House, Inc. DISTRIBUTED INFORMATION AND CONTROL SYSTEMS
  5. М.Ye. Ilchenko, Т.N. Narytnik, A.I. Fisun, and O.I. Belous. MITRIS – Microwave Telecommunication //Systems Telecom-munications and Radio Engineering, 67(16):1429-1447 (2008)1429 ISSN 0040-2508© 2008 Begell House, Inc.THEORETICAL PRINCIPLES OF TELECOMMUNICA-TIONS