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ARCADIA fornirà uno strumento di simulazione affidabile per studiare a fondo le prestazioni attese dei sistemi di comunicazione wireless THz, coinvolgendo tutte le diverse fasi della comunicazione, migliorando la comprensione delle capacità e dei limiti della tecnologia del grafene rispetto alle reti di comunicazione. Il simulatore includerà modelli di canale e la modellazione degli impairments HW con particolare attenzione ai componenti HW basati sul grafene. Pertanto, gli obiettivi specifici sono:

  • Progettazione di componenti robusti a base di grafene e modellazione degli impairments HW;
  • Superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) per le comunicazioni THz.
  • Sviluppo di modelli di canale (con particolare attenzione alla non stazionarietà temporale);
  • Progettazione di forme d’onda e PHY;
  • Simulatore del livello fisico di un collegamento THz, compresa l’elaborazione della banda base, i modelli di canale, gli impairments HW dei dispositivi attivi e passivi a base di grafene.

ARCADIA fa parte dello Spoke 2 – Integration of Networks and Services

PI di progetto: Ernestina Cianca

  • Superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) per le comunicazioni THz - Le RiS basate sul grafene migliorano la funzionalità e le prestazioni dei canali di propagazione, consentendo una manipolazione e un controllo avanzati dei segnali. In questo contesto, è stata proposta una possibile configurazione di una cella unitaria basata sul grafene, che sarà il punto di partenza per la progettazione di un RIS digitale. La definizione del modello adatto alla conducibilità del grafene nello spettro THz è stata eseguita e convalidata con la letteratura.

  • Modelli di canale e standardizzazione - Definizione preliminare del setup di scandaglio del canale; sono stati avviati i primi contatti con il Channel Modeling and Standardization Group (CMSG). Il CMSG è nato nel 2021 come gruppo ad hoc all'interno del comitato di standardizzazione della società di comunicazione IEEE ed è presieduto da Andi Molisch e Naveed Abbasi. Il CMSG ha l'obiettivo di stabilire raccomandazioni per i parametri, i modelli e gli standard dei canali per colmare le lacune della standardizzazione esistente. Inoltre, in attesa dei risultati dello scandaglio del canale, il progetto ha iniziato a esplorare le caratteristiche di fading del secondo ordine nei canali wireless a terahertz (THz).

  • Progettazione della forma d'onda - Le prestazioni della forma d'onda Orthogonal Time Frequency Space (OTFS) in presenza di rumore di fase (PN) sono state effettuate utilizzando modelli di canale semplificati.
Superfici intelligenti riconfigurabili (RIS) per comunicazioni THz - Finora, sfruttando le proprietà uniche del grafene e delle strutture periodiche, ARCADIA ha sviluppato una nuova superficie intelligente riflettente trasparente (RIS) con programmabilità digitale. Questa metasuperficie può funzionare sia come modulatore che come riflettore, consentendo la manipolazione dinamica delle onde elettromagnetiche tramite il controllo della fase delle onde riflesse, aprendo la strada alla realizzazione di una nuova classe di componenti intelligenti per i sistemi di comunicazione oltre 5G e 6G.

Papers:
Marasco, G. Magno, E. Cianca, A. D'Orazio e M. Grande, "Progettazione di una superficie intelligente riconfigurabile basata su grafene nello spettro THz", European Wireless 2023; 28a Conferenza Europea sul Wireless, Roma, Italia, 2023, pp. 296-301.

Angular Dispersion and Second-order Fading Statistics Characterization for sub-THz communication channels have been characterized in several representative environments with frequencies ranging from 125 to 300 GHz. The provided analysis is of high significance in the design of various aspects at the physical layer of the communication protocol stack, such as antenna design (elements spacing), modulation, coding, and error correction schemes, especially when adaptive schemes are considered.  

M. Asad; E. Cianca, S. J. Nawaz, T. Rossi,  M. De Sanctis, “On the Characterization of Angular Dispersion and Fading Statistics of THz Communication Channels” on the proc. of IEEE PIMRC24 conference, Valencia Spain, 2-5 Sept. 2024. 
I componenti basati su grafene per sistemi di comunicazione THz/sub-THz non sono una realtà consolidata. Il progetto ARCADIA è uno dei primi progetti che mira a fornire approfondimenti sulla fattibilità e sui limiti di tale tecnologia per la comunicazione THz. Inoltre, la campagna di channel sounding si è concentrata sui canali non stazionari e i modelli di canale sviluppati forniranno input fondamentali per la progettazione di sistemi di comunicazione e rilevamento a THz (non necessariamente al grafene). ARCADIA è attualmente coinvolta attivamente in un'iniziativa volta a sviluppare un centro di competenza per: Technology Scouting, Progettazione, Implementazione, Test di HW all'avanguardia per app di telecomunicazioni mmw/THz. Riteniamo che la partecipazione a queste iniziative contribuirà ad aumentare l'impatto dei risultati del progetto ARCADIA a lungo termine e stimolerà ulteriormente le sinergie con altri progetti RESTART/non RESTART.
Partner di programma: Partner bandi a cascata:
Durante la European Wireless conference 2023, tenutasi dal 2 al 4 ottobre a Roma, Ilaria Marasco (Politecnico di Bari) ha presentato la relazione: "Progettazione di una superficie intelligente riconfigurabile a base di grafene nello spettro THz". Autori: Ilaria Marasco, Giovanni Magno, Ernestina Cianca, Antonella D'Orazio, Marco Grande. Il lavoro ha analizzato a fondo modulatori, sfasatori e antenne a base di grafene, con particolare attenzione ai RIS. Inoltre, è stata proposta e analizzata numericamente una cella unitaria a base di grafene adatta allo sviluppo di una metasuperficie riflettente. La progettazione della stessa è stata realizzata sfruttando due diversi approcci: uno digitale e uno analogico. Attraverso questi approcci sono state individuate diverse soluzioni possibili, che consentono di realizzare funzioni elettromagnetiche basate sul controllo di fase dell'onda riflessa. Gli sviluppi futuri potrebbero prevedere la combinazione dei due approcci per ottenere una maggiore espressività in termini di funzioni elettromagnetiche che la metasuperficie può esercitare. Questo dispositivo può aprire la strada alla realizzazione di una nuova classe di componenti intelligenti per le applicazioni oltre il 5G e il 6G, nonché per le reti 3D.
  1. Publications
    • journal papers (dissemination) - planned by the end of project: 4; accomplished to date:0; readness level:0;
    • conference papers (dissemination) - planned by the end of project: 6; accomplished to date:2; readness level:0.3;

  2. Joint Publications
    Both publications are joint publications
    Talks/Dissemination events

  3. Workshops (dissemination)
    • planned by the end of project :2; accomplished to date:0; readness level:0
    • special session in conference (dissemination) - planned by the end of project: 2; accomplished to date:0; readness level:0;
    • special session in journals (dissemination) - planned by the end of project: 1; accomplished to date:0; readness level:0;
    • seminar/tutorial/keynotes (dissemination) planned by the end of project: 3; accomplished to date:0; readness level:0;
    • industry panel (dissemination) - planned by the end of project: 2; accomplished to date:0; readness level:0;
    • equipment (implementation): all the equipment to perform the channel sounding campaign must be acquired. We are waiting for the outcome of the cascade calls to finalize this task; readness level:0.

  4. Demo/PoC - Not originally planned. We are working on a joint activity with ITA-NTN project

  5. Project Meetings - accomplished
  • M1 Final definition of project vision and WP activities, expected: 4 ; accomplished: 4; readiness level: 100%
  • M2 Preliminary definition of use cases, requirements and ITA NTN architecture, expected 4; accomplished: 4; readiness level: 100%
  • M3 - Preliminary technical discussion on design of graphene-based components, antenna and metasurfaces- expected: 12; accomplished: 12; readiness level: 100%
  • M4 Preliminary technical discussion on the measurements campaign expected 12, accomplished: 2; readiness level: 16%
  • M5 Definition of the simulator architecture, expected: 3; accomplished: 3; readiness level: 100%
  • M6 Results on the Measurement Compaign and Channel Models, expected: 0; accomplished: 0; readiness level: 0%
  • M7 Final definition of technical solutions and methodologies - expected: 0; accomplished: 0; readiness level: 0%
  • M8 Simulator delivery, expected: 0; accomplished: 0; readiness level: 0%

Ricercatori coinvolti: 200 PM su tre anni

Proposte di collaborazione
L’attività relativa allo sviluppo di antenne e metasuperfici a base di grafene nell’intervallo 100-300 GHz o oltre si concentra sulla progettazione numerica e sulla valutazione della loro fattibilità. Se è richiesto un prototipo sperimentale, sarà necessario stabilire una collaborazione con altri gruppi di ricerca per la fabbricazione di dispositivi a base di grafene. Inoltre, sarà necessario stabilire una collaborazione con gruppi di ricerca in grado di caratterizzare questi dispositivi nell’intervallo di frequenza di interesse.

È possibile avanzare proposte di collaborazione sul progetto contattando la PI del progetto.

 

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