Колектив кафедри мобільних і відеоінформаційних технологій (МВТ) взяв участь в роботі регіональної конференції МСЕ «Перспективи надання послуг на основі мереж пост-NGN, 4G і 5G. Організаційні та технічні рішення по їх побудові і захисту», яка проходила з 7 по 9 червня 2017 року у Державному університеті телекомунікацій. На ній з доповіддю «Результати досліджень можливостей функціональних модулів системи мультимедійного доступу терагерцового діапазону в мережах мобільного зв'язку 4g і 5g» виступив завідувач кафедри д.т.н., професор Сайко В.Г. Зокрема він зазначив наступне.

Сучасні тенденції розвитку транспортних розподільних мереж мобільного зв'язку четвертого (4G) і п'ятого покоління (5G), мереж наземного цифрового телебачення, систем управління військовими місіями і протидії тероризму передбачають обмін великими обсягами даних. Послуги оптоволоконних мереж забезпечують гігабітні швидкості обміну даних у багатьох частинах світу. Але сучасні телекомунікаційні мережі також потребують аналогічної можливості з обміну даними в тих місцях, де оптоволоконного доступу не існує або його організація не є економічно рентабельною. Тому сьогодні надзвичайно актуальним завданням є побудова високошвидкісних мереж мобільного зв'язку четвертого (4G) і п'ятого (5G) поколіньь з використанням телекомунікаційних систем фіксованого радіозв'язку терагерцового діапазону і перехід на малі соти. Маючи невелику дальність передачі, ці малі соти дозволяють задіяти технологію багаторазового використання одних і тих же частот для більш ефективного використання доступного радіочастотного ресурсу. Системи малих сот, які також називаються гетерогенними мережами або HetNets, з часом можуть стати основою стільникового зв'язку п'ятого покоління (5G). Дана проблема дала імпульс до розробки нового покоління компактних бездротових телекомунікаційних систем, що використовують неліцензійні Терагерцеві частотні діапазони (> 100 ГГц). Сьогодні дослідження для таких мобільних систем сфокусовані на збільшенні пропускної здатності каналу зв'язку при використанні надширокосмугових сигналів, що займають весь терагерцовий діапазон. Однак варто зазначити, що в багатьох перспективних додатках для мереж 5-го покоління дальність зв'язку грає більш значиму роль, ніж швидкість передачі даних. Таким чином, розробка методів і технічних рішень збільшення радіусу дії окремого вузла зв'язку терагерцового діапазону є важливою науково-технічною задачею.

Для вирішення такого завдання на кафедрі МВТ університету проводяться НДР, в яких досліджені такі питання:

• Аналіз особливостей поширення радіохвиль в терагерцевому діапазоні.
• Метод і спосіб підвищення ефективності використання вікон прозорості в терагерцевому діапазоні.

Інноваційні технічні рішення для створення каналу передачі в терагерцевому діапазоні:

1. Варіанти каналу терагерцового діапазону на базі вітчизняних розробок, що підтримують режим передачі даних «точка-точка».
2. Технічне рішення каналу терагерцового діапазону для організації сегментів опорних мереж з конфігурацією «точка-багатоточка»

Найбільш придатними для освоєння під мобільні телекомунікаційні системи є вікна прозорості, які можна визначити за певним рівнем загасання. Відповідно до прийнятих норм, таким граничним рівнем може бути 100 дБ / км. Тоді маємо п'ять вікон прозорості і пропускна здатність в смугах вікон терагерцового діапазону може досягати сотень Гбіт / с. Причому, чим менше відстань радіотраси, тим менший вплив зовнішніх факторів і тим більшої пропускної спроможності можна досягати.

Але даний підхід для визначення вікон прозорості, з нашої точки зору, не є раціональним. Це обумовлено тим, що при фіксованому граничному рівні порога коефіцієнт використання радіоканалу буде змінний і відповідно ефективність використання вікна прозорості також буде мінлива. Тому нами була запропонована нова адаптивна модель зі змінним рівнем порога. Вона дозволяє при зміні відношення сигнал / шум підтримувати постійний заданий коефіцієнт використання радіоканалу і відповідно швидкість передачі даних.

Особливістю розробленої ймовірнісної моделі є те, що вона описує тільки характеристики стійкості прийому дискретної інформації і не враховує вид сигналу і алгоритми роботи обчислювальних схем приймального пристрою під час його цифрової обробки. Завдання полягає в тому, щоб на основі цієї моделі отримувати можливість вироблення оптимальних правил оптимізації власне радіоканалу терагерцового діапазону (оптимального управління параметрами передачі), а не конкретних цифрових пристроїв (модемів, кодексів і т.д.).

При оцінці якості радіоканалу по всій робочій смузі терагерцового діапазону можна виділити три характерні області зміни його енергетичного стану. Як критерій оцінки тут може виступати ймовірність прийому n-значної дискретної послідовності з m і більш ураженими символами. Отримані результати дозволяють оцінити поточні (очікувані) характеристики надійності терагерцового каналу в динаміці функціонування при різних параметрах частотних вікон прозорості.

На основі даного методу розроблено спосіб, на якій отримано патент України. Запропонований спосіб дозволяє визначати оптимальні смуги пропускання каналу (вікна прозорості) для практичної реалізації і, відповідно, в залежності від вимог використовуваних додатків можна зробити раціональний вибір параметрів, які відповідають критеріям пропускної здатності і дальності зв'язку цих додатків.

У період з 2011 по 2016 роки кафедра МВТ спільно з Інститутом електроніки та зв'язку Української академії наук успішно завершили дослідження можливостей створення в Україні реальної передумови вирішення фундаментальної проблеми - побудови цифрової терагерцової високошвидкісної системи радіорелейного зв'язку з використанням наноелектронних компонентів. На базі розроблених нових схем технічних рішень побудови радіорелейної системи терагерцового діапазону проведеного моделювання основних функціональних вузлів її приймально-передавального тракту, спроектовано та виготовлено експериментальний зразок цифрової симплексной радіорелейної лінії терагерцового діапазону частот 128-134 ГГц із загальною пропускною спроможністю каналу зв'язку до 1,2 Гбіт / с при значенні ймовірних бітових помилок BER на рівні 10-6 і дальністю зв'язку в межах 1 км.

Однак необхідно відзначити, що застосування традиційних радіорелейних ліній вимагає виділення для кожної такої лінії частотного ресурсу, розрахованого на пікове навантаження, що призводить до недовикористання цього ресурсу при номінальній (не пікової) величини трафіку. У зв'язку з цим, пропонується для побудови бездротових опорних мереж («середньої милі») в інтересах операторів телекомунікаційних послуг (операторів мобільного зв'язку, Інтернет-провайдерів, операторів корпоративних інформаційних систем та ін.) Нове технічне рішення для створення сегментів опорних мереж з топологією «точка-багатоточка» і «точка-точка», підтримуючи в рамках зазначених сегментів передачу потоків даних на базі сервісу Ethernet (Carrier Ethernet Transport).

До складу такої апаратури, яка отримала назву «Сектор-Т» входить устаткування трьох типів:

• головна станція;
• термінальна станція;
• ретрансляції станція.

За останні 2-3 роки рядом фірм було запропоновано обладнання для організації сегментів опорних мереж з конфігурацією «точка-багатоточка». Однак, вказане обладнання призначене для організації мікросот і забезпечує при декларованій пропускній здатності дальність зв'язку не більше 1-2 км.

При цьому слід зазначити найбільш суттєві відмінності апаратури «Сектор-Т». Перш за все, в зазначених аналогах динамічне управління пропускною спроможністю забезпечується лише в межах окремого каналу, в той час як в апаратурі «Сектор-Т» забезпечується агрегування ресурсів всіх використовуваних прямих і зворотних каналів, що, як зазначалося вище, підвищує гнучкість і ефективність використання частотного ресурсу. Крім того, зазначені аналоги вимагають для забезпечення надійності зв'язку резервування за схемою «1 + 1» на відміну від апаратури «Сектор-Т», яка не потребує подібної надмірності обладнання що застосовується.

Функціональні можливості та технічні характеристики зразків апаратури «Сектор-Т» забезпечуються за рахунок ряду оригінальних технічних рішень, в тому числі її архітектури, комунікаційних протоколів, алгоритмів управління потоками даних, реалізації радіочастотних трактів і цифрової обробки сигналів.

Завідувач кафедри мобільних та відеоінформаційних технологій

Д.т.н., професор Сайко В.Г.

Тел. (044) 249-25-04