RSS-NewsfeedLP100 - Optimierung von 100 Gb/s Nahbereichs-Funktransceivern unter Berücksichtigung von Grenzen für die Leistungsaufnahme
Antragsteller
Prof. Dr.-Ing. Gerd Ascheid
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Fakultät Elektrotechnik und Informationstechnik
Lehrstuhl für Integrierte Systeme der Signalverarbeitung
Prof. Dr. Renato Negra
Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen
Fakultät für Elektro- und Informationstechnik
Lehrstuhl für Höchstfrequenzelektronik
Prof. Dr.-Ing. Norbert Wehn
Technische Universität Kaiserslautern
Fachbereich Elektrotechnik und Informationstechnik
Zusammenfassung
Thema des Projektes ist die wissenschaftliche Untersuchung neuer Konzepte für Nahbereichs- Funktransceiver, die mit Trägerfrequenzen von 60 GHz und einer Bandbreite zwischen 1 und 10 GHz arbeiten. Für eine vorgegebene Verarbeitungsenergie pro Informationsbit steigt der Leistungsverbrauch mit der Datenrate. Bei Datenraten im Bereich von 100 Gb/s wird so der Gesamtleistungsverbrauch des Transceivers zu einem gravierenden Problem. Daher werden in diesem Forschungsprojekt Transceiver für die Erreichung maximaler Datenraten optimiert unter der besonderen Randbedingung, dass die insgesamt benötigte Energie, d.h. Sende- und Verarbeitungsenergie, pro Informationsbit und damit der Leistungsverbrauch für eine gegebene Datenrate begrenzt sind. Um die Ziele des Forschungsprojets zu erreichen, müssen geeignete Hochfrequenzarchitekturen und Übertragungsverfahren gemeinsam mit energie-effizienten Architekturen und deren Implementierung in einem echten Cross-Layer Ansatz untersucht werden. Wesentliche Herausforderungen sind Verfahren mit denen Datenraten in der Größenordnung von 100 Gb/s erreicht werden können, sowie eine Partitionierung der analogen/digitalen Signalverarbeitungsaufgaben, die diese Datenraten unterstützt, dabei aber innerhalb akzeptabler Grenzen des Gesamtleistungsbedarfs bleibt. Obwohl der Fokus der Forschungsarbeiten zunächst auf 60 GHz liegt, werden die Untersuchungen nachfolgend auch auf 120 GHz ausgeweitet. Implementierungen für diesen Frequenzbereich sind aber zunächst nicht vorgesehen.
Die Schlüsselziele dieses Projekts liegen im Entwurf von innovative Hochfrequenzarchitekturen, von Mixed-Signal Architekturen und von digitalen Signalverarbeitungsarchitekturen für ultrahohe Datenraten bei hoher Leistungs-, Bandbreiten- und Implementierungseffizienz. Um diese Ziele zu erreichen, müssen einige wichtige Aspekte untersucht werden, insbesondere die Implementierung von Modulationsverfahren hoher Ordnung, Systeme mit vielen Antennen, digital justierte bzw. geschaltete analoge Signalverarbeitung, die Kompensation des Einflusses von Hardware-Unvollkommenheiten auf die Signale, sowie die energie-effiziente Implementierung. Für alle Konzepte werden der Einfluss auf die Erreichung höchster Datenraten und der Beitrag zum Gesamtenergiebedarf die Schlüsselparameter sein. Daher ist die Energie- bzw. Leistungsbedarfsschätzung ein weiteres Schlüsselthema der Forschung im Projekt.
Es bestehen sehr enge Zusammenhänge zwischen den Anforderungen an die Hochfrequenz, Mixed-Signal und digitale Seite aus übertragungstechnischer sowie aus Implementierungs-Perspektive. Die intensive interdisziplinäre Zusammenarbeit zwischen den Forschern der beteiligten Fachgebiete ist daher essentiell für die Erreichung der ambitiösen Ziele.