Current projects

TIEMPO proposes the realization of an I/Q transceiver chipset for spread-spectrum digital noise radar operating in the frequency range from 220 GHz to 420 GHz. This corresponds to a record bandwidth of 200 GHz. In this project we innovate on the idea of the frequency modulated continuous wave (FMCW) comb radar, by proposing a concept that can be viewed as a digital radar counterpart to a frequency comb radar. To achieve the extremely wide bandwidth we propose a novel system architecture implementing a “chess-board spectrum division”. Thanks to an elegant system level solution, a single oscillator at a fixed frequency is sufficient to generate five local oscillator (LO) carrier frequencies to cover the entire bandwidth. Furthermore, due to the high-speed I/Q mixed-signal components in combination with the “chess-board” concept, we reduce the number of required transmit/receive channels by two. This architecture can also be used for communication systems, as the digital sequence is generated externally.This extremely wide bandwidth imposes difficult challenges at the circuit design level, which is the main focus of this proposal: (1) I/Q data converters with 8-bit resolution, 20 GHz bandwidth, and 40 Gbps data-rate; (2) I/Q transmitter and receiver operating above 400 GHz; (3) LO signal generation to cover the entire bandwidth; (4) on-chip antennas with 200 GHz bandwidth and high efficiency. These operation frequencies are very close or above fmax of the technology intended for experimental validation, which is the 22 nm FD-SOI (Fully-Depleted Silicon-On-Insulator) CMOS process of Globalfoundries. This requires novel circuit and system level approaches to circumvent technology limitations. To our knowledge, this is the first digital spread-spectrum radar transceiver concept proposed in this frequency range, and the first operating over a bandwidth of 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.

Passive radar technology represents a promising addition to conventionalradar systems. With increasing demands from economy and politics to completelyuse the limited spectrum of the frequency bands limited for telecommunicationsand location, the interest in this technology is increasing.

The aim of this research project is to establish the technology of locationusing passive radar technology in civil air traffic control in Germany and to opennew areas of application.

To improve the detection performance, various options for setting up afrequency-selective analog receiver for the FM band are being developed andintegrated into an existing passive radar system. For the highest possiblesensitivity, filtering in different stages of the receiver is essential.However, this must be evaluated together with the frequency-converting stagesin the overall system context in order not to degrade the signal quality,including through possible imperfections in the analog implementation. Furthermore,attention must also be paid to an optimal balance between circuit complexity,costs and compactness of the receiver. For this purpose, the receiverarchitectures are first examined in system simulations and evaluated regardingthe requirements from the application. This is followed by a prototypeconstruction of the most promising concepts with metrological verification ofthe individual components and evaluation of the entire system in a field test.

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.