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Die Validierung der Schaltung

Der vollständige Empfänger wurde in einer Laborumgebung getestet. Der Sender wurde im Rahmen des Projektes von der TU Dresden zur Verfügung gestellt, die für die digitale Datenerfassung und -auswertung verantwortlich war.

Die Daten werden in einem sendeseitigen FPGA-Board aufbereitet und als I/Q-Daten dem Sender zugeführt. Der Empfänger ist in einer Entferung von 30 bis 80 cm angeordnet. Sowohl auf der Sende- als auch der Emfangsseite kommen planare Dipol-Gruppenantennen zum Einsatz.

FPGA-Board übernimmt endgültige Dekodierung

Die Antennen sind hier auf einem separaten Substrat aufgebaut und mit Sender und Empfänger über Koaxial-Steckverbinder verbunden. Der Empfänger enthält den IC-Komponenten am Ausgang je ein Tiefpassfilter und Begrenzerverstärker, um die endgültige Signalformung zu übernehmen. Diese Komponenten können in der Endversion auch monolithisch mit dem Downconverter/Demodulator integriert werden.

Die seriellen I/Q-Datensignale am Ausgang werden anschließend aufgeteilt und einerseits auf ein schnelles Echtzeit-Oszilloskop, andererseits auf das empfängerseitige FPGA-Board gegeben, das die endgültige Dekodierung vornimmt. Der Vergleich mit dem ausgesendeten Signalen, die Bitfehlerraten-Messung gestattet.

Fehlerfreie Datenübertragung dank des Begrenzerverstärkers

Durch ein Problem im empfangsseitigen FPGA konnten im Aufbau nur BPSK-Signale dekodiert werden, daher muss sich die Validierung des QPSK-Empfangs auf Augendiagramme beschränken. Das vollständig geöffnete Augendiagramm zeigt die erfolgreiche Synchrondemodulation bei dieser Bitrate. Im BPSK-Betrieb wurde die Übertragungsstrecke mit 3,5 GBit/s getestet.

Die Bitrate wurde hier durch eine zu geringe Senderbandbreite begrenzt, die bereits zu deutlichen Verzerrungen im Augendiagramm führte. Dennoch konnten hier die Daten fehlerfrei übertragen werden, weil die Verzerrungen durch die empfängerseitigen Begrenzerverstärker wieder kompensiert werden.

Synchrondemodulation noch bei 5 GS/s möglich

Tests mit einem breitbandigen BPSK-Modulator [9] zeigen, dass die Synchrondemodulation noch bei einer Datenrate von 5 GS/s gelingt. Eine besondere Eigenschaft des gewählten Empfängerkonzepts ist dabei die große Robustheit gegenüber Frequenz- oder. Phasenschwankungen, wie sie vom Sender oder vom Downconverter herrühren können.

In einem Experiment wurde der Sendertakt mit einem Hub von 10 MHz frequenzmoduliert, ohne dass die Synchrondemodulation des ausgesendeten 3,5 GS/s BPSK-Signals negativ beeinflusst wurde.

Literatur:

[1] Knoll, D., et al. , "A modular, low-cost SiGe:C BiCMOS process featuring high-fT and high BVCEO transistors," Proceedings of the 2004 Bipolar and BiCMOS Technology Meeting , pp. 241- 244, 13-14 Sept. 2004

[2] WirelessHD Chipset von Silicon Image (früher SiBeam), siehe http://www.siliconimage.com

[3] EASY-A: Enablers for Ambient Services & Sys-tems, Teil A - 60 GHz Breitbandverbindungen; http://www.easy-a.de/

[4] Noe, R., "Phase noise-tolerant synchronous QPSK/BPSK baseband-type intradyne receiver concept with feedforward carrier recovery," J. Lightwave Tech-nology, Vol.23, no.2, pp. 802- 808, Feb. 2005

[5] Ulusoy, A.C. and Schumacher, H., „A System-on-Package Analog Synchronous QPSK Demodulator for Ultra-High Rate 60 GHz Wireless Communications“; IEEE Int. Microwave Symp., Baltimore, MD, June 5-10, 2011

[6] Schüppen, A., Berntgen, J., Maier, P., Tortschanoff, M., Kraus, W. and Averweg, M., “An 80 GHz SiGe production technology,” III-Vs Rev., Vol. 14, no. 6, pp. 42–46, Aug. 2001.

[7] IHP – Leibniz-Institut für innovative Mikroelektro-nik, Frankfurt/Oder; siehe http://www.ihp-microelectronics.com/

[8] Liu, G., Trasser, A., Ulusoy, A.C., and Schumacher, H., „Low-loss, low-cost IC-to-Board Bondwire Inter-connects for Millimeter-Wave Applications“; IEEE Int. Microwave Symp., Baltimore, MD, June 5-10, 2011

[9] Schleicher, B.; Ulusoy, C.A.; Schumacher, H., "A Biphase Modulator Circuit for Impulse Radio-UWB Applications," IEEE Microwave and Wireless Compo-nents Letters, Vol.20, no.2, pp.115-117, Feb. 2010

* * Hermann Schumacher, Ahmet Cagri Ulusoy, Gang Liu und Andreas Trasser arbeiten an der Universität Ulm am Institut für Elektronische Bauelemente und Schaltungen.

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