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Browsing Publikationen by Serial Ulm "Schriftenreihe des Instituts für Mikrowellentechnik"

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    Hybride OFDM-Radarmodulationen für mm-Wellen-Radare
    (Universität Ulm, 2024-10-24) Schindler, Daniel; Waldschmidt, Christian; Kissinger, Dietmar
    Die Weiterentwicklung von Radar Monolithic Microwave Integrated Circuits (MMICs) für Automobilanwendungen zum System on Chip (SoC) ermöglicht eine Integration leistungsfähiger digitaler Recheneinheiten. Dies ist besonders vorteilhaft für Modulationsarten mit digital erzeugten Sendesignalen wie Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Da die Anforderungen an Abtast- und Datenrate im Vergleich zu herkömmlichen Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW)-basierten Modulationen hoch sind, ist OFDM bisher nicht attraktiv für Anwendungen im Automobilbereich. Ein Kernthema dieser Arbeit ist daher die Reduktion der Abtastratenanforderung digital erzeugter Modulationen. Besonders interessant für Automobilanwendungen ist, OFDM über verschiedene Unterträger zu multiplexen. Dadurch können mehrere Sendekanäle eines Sensors oder mehrere unterschiedliche Sensoren zeitgleich senden, ohne sich gegenseitig zu stören. Da das Modulationssignal vollständig digital erzeugt wird, ist es möglich, zusätzlich eine Codierung auf die Unterträger aufzuprägen. So können beispielsweise Space-Time Codes (STCs) für adaptives Beamforming verwendet werden. Um die Anforderungen an Abtast- und Datenrate zu reduzieren, wird die neuartige hybride Modulation Chirped-OFDM entwickelt. Das Basisbandsignal wird mit geringer Bandbreite erzeugt und auf ein FMCW Lokaloszillator (LO)- Signal mit hoher Bandbreite aufmoduliert, das im Empfänger durch Mischen wieder ins Basisband überführt wird. Dadurch kann das Basisbandsignal mit geringerer Bandbreite eindeutig abgetastet werden, was die Anforderungen an Digital to Analog Converter (DAC) und Analog to Digital Converter (ADC) reduziert. Ein Vergleich mit der ebenfalls hybriden Stepped-Carrier OFDMModulation zeigt, dass Stepped-Carrier OFDM flexibler bei der Modulationsauslegung ist, aber höhere Anforderungen an die LO-Signalerzeugung hat, da Frequenzsprünge im μs-Bereich mit geringer Einschwingdauer erzeugt werden müssen. Um ein System basierend auf Stepped-Carrier OFDM zu realisieren, wird eine neuartige LO-Quelle entworfen. Dabei sind zwei gekoppelte Voltage Controlled Oscillator (VCO)-Phase-Locked Loop (PLL) Kombinationen über einen Hochfrequenz (HF)-Schalter abwechselnd aktiv, wodurch die Anforderung an die Einschwingdauer um mehrere Größenordnungen reduziert werden kann. Zusammen mit dieser LO-Quelle und einem HF-Frontend aus MMICs mit I/QMischern wird ein Demonstrator aufgebaut. Der Demonstrator und die beiden hybriden Modulationen werden mit Messungen im Labor und ausgewählten Szenen auf einem Testgelände verifiziert. Durch die Adaption der OFDM-Modulation ist es möglich, mit bereits verfügbaren Komponenten ein Radarsystem zu entwerfen, das den Anforderungen für eine Applikation im Automobilbereich entspricht. Die Abtastratenanforderung kann durch hybride Modulationen reduziert werden. Die Vorteile der digital erzeugten Modulation bleiben erhalten und ermöglichen die Realisierung eines flexiblen Radarsystems, das mit herkömmlichen Modulationsansätzen kaum realisierbar wäre.