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Projekt
Optimierung von 100 Gb/s Nahbereichs-Funktransceivern unter Berücksichtigung von Grenzen für die Leistungsaufnahme
Antragsteller
Professor Dr.-Ing. Gerd Ascheid; Professor Dr. Renato Negra; Professor Dr.-Ing. Norbert Wehn
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Förderung
Förderung von 2013 bis 2020
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 237403541
Thema des Projektes ist die wissenschaftliche Untersuchung neuer Konzepte für Nahbereichs-Funktransceiver, die mit Trägerfrequenzen von 60 GHz und 120GHz sowie einer Bandbreite zwischen 1 und 10 GHz arbeiten. Für eine vorgegebene Verarbeitungsenergie pro Informationsbit steigt der Leistungsverbrauch überproportional 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 Forschungsprojekts zu erreichen, müssen geeignete Hochfrequenzarchitekturen und Übertragungsverfahren gemeinsam mit energie-effizienten Architekturen und deren Implementierung in einem echten Cross-Layer Ansatz untersucht werden. Dazu ist eine Leistungsaufnahme-basierte Exploration des Design-Raums unabdingbar. 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. Die Schlüsselziele dieses Projekts liegen im Entwurf von innovative Hochfrequenzarchitekturen, von Mixed-Signal Architekturen und von digitalen Signalverarbeitungsarchitekturen für ultra-hohe Datenraten bei hoher Leistungs-, Bandbreiten- und Implementierungseffizienz. Um diese Ziele zu erreichen, müssen zentrale Aspekte wissenschaftlich untersucht werden. Diese sind insbesondere die Implementierung von Modulationsverfahren hoher Ordnung, Systeme mit vielen Antennen, digital justierte bzw. geschaltete analoge Signalverarbeitung, die Aufteilung auf analoge und digitale Signalverarbeitung, 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. Leistungs-bedarfsschätzung und deren Optimierung ein weiteres Schlüsselthema der Forschung in diesem Projekt.Nachdem in der ersten Phase Architekturen für 60 GHz sowie generell die leistungseffiziente Implementierung der digitalen Signalverarbeitung untersucht wurden, werden in der zweiten Phase kritische Komponenten in Silizium implementiert, ihre Eigenschaften untersucht und mit dem theoretisch und durch Simulation ermittelten Verhalten verglichen. Des Weiteren werden leistungs-optimierte Systemarchitekturen für den Bereich 120 GHz (und höher) untersucht und dabei wird auch die in der ersten Phase entstandene Methodik zur Leistungsaufnahme-basierten Exploration des Design-Raums verifiziert.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
