ARCADIA – Verso l’uso commerciale dello spettro sopra i 100 GHz (100-300 GHz) per comunicazione e sensing (standardizzazione, sviluppo hardware, interfaccia radio), ARCADIA contribuisce tramite:
- Misurazioni e modelli di canale con l’obiettivo principale di comprendere meglio le caratteristiche del canale in alcuni scenari applicativi (per esempio, modelli di canale in scenari non stazionari)
- Progettazione di componenti a base di grafene (antenne, RIS, ecc.) con l’obiettivo principale di capire se e come i componenti a base di grafene possano aiutare a ridurre il divario tecnologico per realizzare ricevitori completi e a costi contenuti.
Approccio fondamentale
Co-progettazione dei componenti hardware e dell’interfaccia radio – per trovare il miglior compromesso tra prestazioni e limiti hardware (forme d’onda, approccio beamforming, ecc.)
ARCADIA fa parte dello Spoke 2 – Integration of Networks and Services
PI di progetto: Ernestina Cianca
- Progettazione ottimizzata di dispositivi a base di grafene che operano nella gamma delle frequenze TeraHertz. In particolare, è stata progettata una superficie intelligente riconfigurabile (RIS) a base di grafene che funziona come riflettore. Inoltre, il design della cella unitaria della RIS è stato ottimizzato per ridurre l’impatto dell’accoppiamento mutuo. In aggiunta, sono state progettate le seguenti antenne a base di grafene: un’antenna trasparente a disco circolare che sfrutta un doppio settore parassita in grafene per ottenere il beam steering nella gamma sub-THz; un’antenna costituita da due dipoli ortogonali circondati da otto settori parassiti in grafene a forma di ventaglio.
- Modelli di canale e standardizzazione - Sono stati acquisiti due setup sperimentali per il rilevamento del canale, uno operativo a 170 GHz e uno a 220 GHz. È appena iniziata una campagna di misurazioni del canale e i dati raccolti sono attualmente in fase di elaborazione. Nel frattempo, sono state utilizzate misure di Angle-of-Arrival (AoA) disponibili nella letteratura scientifica esistente per caratterizzare la dispersione angolare e le statistiche di fading di secondo ordine per canali di comunicazione sub-THz, in diversi ambienti rappresentativi, a frequenze comprese tra 125 e 300 GHz.
- Sviluppo del framework di simulazione ARCADIA, uno strumento a supporto della progettazione e dell’ottimizzazione di sistemi di comunicazione e sensing a base di grafene operanti a frequenze THz, in grado di fornire informazioni utili sul comportamento dei materiali/dispositivi, dei componenti/circuiti RF e del canale di propagazione.
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.
La progettazione della cella unitaria del RIS è stata ulteriormente ottimizzata per ridurre l’impatto dell’accoppiamento mutuo nel RIS risultante.
Papers:
I. Marasco, C. Cantore, G. V. Bianco, G.Bruno, A. D’orazio e G.Magno, "Transparent Graphene-Based RIS for 6G Communications in the THz Spectrum," in IEEE Open Journal of Antennas and Propagation, doi: 10.1109/OJAP.2024.3487793.
I. 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.
S. Ullah, I. Marasco, A. D’Orazio e G. Magno, "Transparent antenna with reconfigurable pattern based on programmable graphene parasitic elements," 2024 24th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Bari, Italy, 2024, pp. 1-4, doi: 10.1109/ICTON62926.2024.10647773.
I. Marasco, C. Cantore, A. D’Orazio e G. Magno, "Design and analysis of a graphene-based metasurface modulator for 6G wireless communications," 2024 24th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Bari, Italy, 2024, pp. 1-5, doi: 10.1109/ICTON62926.2024.10647238.
S. Ullah, I. Marasco, A. D'Orazio, G. Magno, "Transparent Reconfigurable Dipole Antenna Based on Graphene Twin Parasitic Sectors," Proc. of 29th European Wireless Conference 2024, 9-11 Sept. Brno, Czech Republic.
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.
E. Cianca, M. Asad, J. Nawaz Syed, T. Rossi, M. De Sanctis "On the Influence of Spatial Characteristics on Fading Statistics of Sub-THz Wireless Channels," Proc. of 29th European Wireless Conference 2024, 9-11 Sept. Brno, Czech Republic.
La progettazione della cella unitaria del RIS è stata ulteriormente ottimizzata per ridurre l’impatto dell’accoppiamento mutuo nel RIS risultante.
Papers:
I. Marasco, C. Cantore, G. V. Bianco, G.Bruno, A. D’orazio e G.Magno, "Transparent Graphene-Based RIS for 6G Communications in the THz Spectrum," in IEEE Open Journal of Antennas and Propagation, doi: 10.1109/OJAP.2024.3487793.
I. 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.
S. Ullah, I. Marasco, A. D’Orazio e G. Magno, "Transparent antenna with reconfigurable pattern based on programmable graphene parasitic elements," 2024 24th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Bari, Italy, 2024, pp. 1-4, doi: 10.1109/ICTON62926.2024.10647773.
I. Marasco, C. Cantore, A. D’Orazio e G. Magno, "Design and analysis of a graphene-based metasurface modulator for 6G wireless communications," 2024 24th International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON), Bari, Italy, 2024, pp. 1-5, doi: 10.1109/ICTON62926.2024.10647238.
S. Ullah, I. Marasco, A. D'Orazio, G. Magno, "Transparent Reconfigurable Dipole Antenna Based on Graphene Twin Parasitic Sectors," Proc. of 29th European Wireless Conference 2024, 9-11 Sept. Brno, Czech Republic.
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.
E. Cianca, M. Asad, J. Nawaz Syed, T. Rossi, M. De Sanctis "On the Influence of Spatial Characteristics on Fading Statistics of Sub-THz Wireless Channels," Proc. of 29th European Wireless Conference 2024, 9-11 Sept. Brno, Czech Republic.
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.
Publications
Ulteriori dettagli sono disponibili qui
- Atteso: almeno 10 in 36 mesi
- Raggiunto (M30): 11
- Livello di completamento: 100%
- Atteso: circa 3 in 36 mesi (cioè il 30% del totale delle pubblicazioni)
- Raggiunto (M24): 3
- Livello di completamento: 100%
- Atteso: circa 8 in 36 mesi
- Raggiunto (M24): 2
- Livello di completamento: >25%
- Atteso: 1 riunione di avanzamento al mese
- Raggiunto: completato
- Livello di completamento: 100%
Ulteriori dettagli sono disponibili qui
- 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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