Aktuelle Projekte

TIEMPO ist ein Projekt zur Entwicklung eines I/Q Sendeempfängers für ein digitales Rauschradar mit Spektrumsspreizung im Frequenzbereich zwischen 220 GHz und 420 GHz: Dies entspricht einer Rekordbandbreite von 200 GHz. In diesem Projekt wird die Idee des frequenzmodulierten Dauerstrichradars (FMCW) in Kammarchitektur aufgegriffen und ein digitales Äquivalent erstellt. Um die extrem hohe Bandbreite zu erzielen, muss eine neuartige Systemarchitektur implementiert werden, die sogenannte „Schachbrett-Spektraldivision“. Dank einer eleganten Lösung auf Systemebene, genügt ein einzelner Oszillator, der bei einer festen Frequenz betrieben wird, um fünf lokale Trägerfrequenzen (LO) zu erzeugen, die die gesamte Bandbreite abdecken. Darüber hinaus kann die Anzahl an notwendigen Sende- und Empfangskanälen halbiert werden, indem hochgeschwindigkeits-I/Q-Komponenten mit der „Schachbrett“-Architektur verknüpft werden. Die Systemarchitektur kann auch in der Kommunikationstechnik Anwendung finden, da die Digitalsequenz extern generiert wird.Sehr hohe Bandbreiten führen zu Herausforderungen im Schaltungsentwurf, dem primären Fokus dieses Antrags: (1) I/Q Datenkonverter mit 8 bit Auflösung, 20 GHz Bandbreite und 40 Gbps Datenrate; (2) I/Q Sender und Empfänger, die bei über 400 GHz arbeiten; (3) LO Signalerzeugung, die die gesamte Bandbreite abdeckt; (4) In den Chip integrierte Antennen mit 200 GHz Bandbreite und hoher Effizienz. Diese Arbeitsfrequenzen befinden sich in der Nähe oder oberhalb von fmax der geplanten Validierungstechnologie, dem 22 nm FD-SOI (Fully-Depleted Silicon-On-Insulator) CMOS Prozess von Globalfoundries. Dies erfordert neuartige Schaltungen und Systemarchitekturen, die die techologischen Einschränkungen überwinden. Nach unserem Wissen ist dieser Ansatz der erste digitale Radarsendeempfänger mit Sprektrumsspreizung in diesem Frequenzbereich, sowie der erste mit einer Bandbreite von 200 GHz.

In diesem TP sollen lokalisierbare Elektromyographie (EMG)-Funktransponder entworfen und realisiert werden, um erstmals Oberflächen-EMG-Daten synchron mit einer hochgenauen Funkortung in Echtzeit erfassen zu können. Hierfür wird ein 61-GHz-Transceiver in CMOS-Technologie entworfen, der das für das holografische Funkortungsverfahren notwendige phasenkohärente Signal aussendet und gleichzeitig extrem energiesparend ausgelegt werden muss. In einem weiteren Schritt soll der Transceiver in einer EMG-Sensorplattform integriert werden, die in Versuchsreihen an Probanden z. B. im Gesicht oder an den Beinen zur Analyse der Mimik oder des Ganges evaluiert werden soll.

Der Open6GHub wird zur Entwicklung einer 6G Gesamtarchitektur, aber auch Ende-zu-Ende Lösungen unter anderem in folgenden Bereichen beitragen: erweiterte Netzwerktopologien mit hochagiler sogenannter organischer Vernetzung, Security- und Resilienz, Thz- und photonische Übertragungs verfahren, Sensorfunktionalitäten in den Netzen und deren intelligente Nutzung und Weiterverarbeitung und anwendungsspezifische Radioprotokolle.
An der FAU werden unter Leitung von Prof. Franchi (ESCS), Prof. Weigel (LTE) und Prof. Vossiek (LHFT) insbesondere Joint-Communications-and-Sensing-Technologien und deren Anwendungen in resilienten 6G-Campusnetzen erforscht. Die einzelnen Lehrstühle der FAU widmen sich der Konzeptent-, Hardware- und Systementwicklung in verschiedenen Frequenzbändern.

PassiveRadartechnologie stellt eine vielversprechende Ergänzung zu herkömmlichenRadarsystemen dar. Mit steigendem Druck aus Wirtschaft und Politik dasbegrenzte Spektrum, der für Telekommunikation und Ortung begrenztenFrequenzbänder vollumfänglich zu nutzen, steigt das Interesse an dieserTechnologie.

Ziel diesesForschungsvorhabens ist es die Technologie der Ortung durch passiveRadartechnik für die Nutzung in der zivilen Flugsicherung in Deutschland zuetablieren und neue Anwendungsbereiche zu erschließen.

Zur Verbesserungder Detektionsleistung werden verschiedene Möglichkeiten zum Aufbau einesfrequenzselektiven Analogempfängers für das FM-Band erarbeitet und in einbestehendes Passivradarsystem integriert. Für eine höchstmögliche Sensitivitätist dabei eine Filterung in verschiedenen Stufen des Empfängers unumgänglich.Diese muss jedoch, zusammen mit den frequenzumsetzenden Stufen, imGesamtsystemkontext evaluiert werden, um die Signalqualität, auch durchmögliche Imperfektionen der anlogen Realisierung, nicht zu degradieren. Füreine anschließende Verwertungsmöglichkeit ist ebenso auf eine optimale Balancezwischen Schaltungsaufwand, Kosten und Kompaktheit des Empfängers zu achten.Dazu werden die zu entwerfenden Empfängerarchitekturen zuerst inSystemsimulationen untersucht und bezüglich der Anforderungen aus der Anwendungbewertet. Anschließend erfolgt ein prototypischer Aufbau dervielversprechendsten Konzepte mit messtechnischer Verifikation derEinzelkomponenten und Evaluierung des Gesamtsystems in einem Feldtest.

Multiport and multimodal energy harvesting array systems require further circuit advancements. Wearables for health monitoring are an excellent energy harvesting example at raising interest. Further applications: smart city, building/bridge structure and environmental monitoring

• Should be energy autonomous for easy handling, no charger, always ready to go for 24/7 use
• SoA: Only single port harvesters! Require multiport harvesters for multiple asynchronous energy sources!
• Multimodal harvesting (pressure, solar, thermal,…) and arrays increase availability of energy
• Energy harvesting at high conversion efficiency needed
• Provision of energy for: (i) local sensor acquisition, (ii) local data processing, and (iii) Wireless connectivity, WAN needs more energy than BAN
• Wireless connectivity BAN (Body Area Network, e.g. Bluetooth) replaced by WAN (Wide Area Network, cellular IoT)

The primary research goal is the development of improved circuit design for multiport harvesters dealing with asynchronous energy sources in a piezo array

• Can the piezo elements be simultaneously used as sensors and energy providers?
• How to deal with asynchronous energy sources?
• How to ensure high availability and stability of energy?
• How to increase conversion efficiency?

Peil-Systeme zurIdentifikation von Funksignale und damit zur Identifikation von unbekanntenFunkquellen sind ein wichtiges Instrument in der Aufklärung und der Ortungelektromagnetischer Aussendungen.

Derrechentechnische Aufwand, der in modernen, hochqualitativen Peilanlagenabgedeckt werden muss, ist generell sehr hoch und erfordert eine entsprechendleistungsfähige und aufwändige Infrastruktur (Rechnerressourcen, Netzwerk,Stromversorgung, Kühlung, Systemintegration). Dies spielt bei stationären Systemen- abgesehen vom Preis - eine eher untergeordnete Rolle, da man dieseInfrastruktur vergleichsweise einfach bereitstellen kann. Bei mobilen Systemenhingegen stößt man sehr schnell an Grenzen, die teils durch die mobilePlattform selbst (u.a. Landfahrzeug, Schiff, Flugzeug) und teils durch denEinsatzfall bestimmt werden. Mit verschiedenen Mitteln und unter Hinnahmegewisser Einschränkungen kann man gute Peilanlagen auch auf mobilen Plattformeneinsetzen, allerdings treibt das den Aufwand und die Kosten immens in die Höhe.

Das Projekt soll einemögliche Implementierung mobiler Peilsysteme analysieren, erforschen underproben. Hierfür werden verschiedene Hardware-Lösungen verifiziert undverglichen. Zudem werden innovative Algorithmen entwickelt, die für mobileSystem mit weniger performanter und weniger effizienter Hardware zugeschnittensind, um ein sowohl mobiles als auch möglichst effizientes System zu erhalten.Hierzu werden in diesem Projekt hochspezialisierte Hardware wie FPGAs oder GPUsverwendet, um die Systeme effizienter, kleiner und leichter zu machen.