3D-LommID: Neuartige Techniken, Theorien und Schaltkreise für 3D-lokalisierbare mm-Wellen RFID Tags

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Frank Ellinger; Professor Dr.-Ing. Martin Vossiek
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 288736853

Die hochpräzise 3D-Lokalisierung und die schnelle Kommunikation sind Schlüsseltechnologien für das Internet der Dinge und die vehcile2vehicle und vehicle2infrastructure Kommunikation. Als Hauptziel soll 3D-LommID auf Basis des innovativen SILO (Switched Injection-Locked Oscillator) Transponder Verfahrens eine neuartige MIMO (Multiple In Multiple Out) Architektur schaffen. Diese soll sowohl für eine hochpräzise, multipfadresistente 3D-Multi-Objekt-Lokalisierung mit hoher Reichweite, als auch für Hochgeschwindigkeitskommunikation, geeignet sein. Das Frequenzband um 60 GHz wurde gewählt, da es eine große Bandbreite und somit eine hohe Ortungsgenauigkeit aufweist. Kleine Abmessungen sind wichtig für die Verwendung in MIMO-Systemen, welche mehrere Signalpfade benötigen. Zwei wesentliche Transponderarchitekturen werden untersucht: Der erste Ansatz besteht aus einem regenerativen MIMO-Rückstreutag, welcher mehrere SILO Schaltungen in einer Van Atta Anordnung nutzt. Hiermit soll eine bidirektionale Kommunikationsverbindung mit bis zu 100 m Reichweite, sowie eine Ortungsgenauigkeit von etwa 5 cm, erreicht werden. Der zweite Ansatz nutzt einen regenerativen orthogonal kodierten MIMO Rückstreutag, welcher eine hohe 3DObjektortungsgenauigkeit von bis zu 1 cm ermöglichen soll.Außerdem liefert er Orientierungs-Tracking-Informationen mit Hilfe von hochflexibler Pulskodierung und inverser Strahlformung an die Basisstation. Beide Transponderentwürfe arbeiten mit einer MIMO Basisstation mit mehreren kohärenten Sende- und Empfangsmodulen. Somit sind die Erzeugung und der Empfang von komplexen breitbandigen Signalen für die FMCW-Ortung, Einfallwinkelerkennung und eine bidirektionale Kommunikation möglich. Theoretische Untersuchungen für Multi-SILO Systeme werden durchgeführt, um die optimalen Pulssynchronisations- und Modulationsansätze, sowie Schaltungsparameter, zu ermitteln. Durch Simulationen werden die technologischen Grenzen erkundet. Bisher existierende Modelle werden hinsichtlich Parasitäten und Begrenzungen realistischer Implementierungen erweitert. Mehrere neuartige Ideen werden auf Schaltungsebene untersucht, z.B. Hochleistungsoszillatoren basierend auf Durchbruchsspannungsvervielfachern, welche Transistoren intelligent stapeln. Durch das Hinzufügen von schnell schaltbaren Vorverstärkern und Leistungsverstärkern und deren Ansteuerung über Pulsgeneratorschaltkreise soll das Signal-Rausch-Verhältnis verbessert werden. Außerdem werden wir SILO Ansätze untersuchen, welche spulenlos sind bzw. aktive Spulen verwenden, um die Chipfläche in MIMO Systemen massiv zu reduzieren. Die Schaltkreise werden in der schnellsten verfügbaren BiCMOS Technologie implementiert und mit optimierten Antennensystemen kombiniert. Der endgültige Systemdemonstrator wird aus zwei MIMO Basisstationen und mehreren Transpondern bestehen. 3D-LommID ist nach unserer Kenntnis das erste Forschungsprojekt, welches MIMO SILO Konzepte untersucht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen