Breitbandiges OFDM-Radar-System mit reduzierten Abtastraten unter Verwendung von Frequenzkämmen (BORA)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Ahmet Ulusoy; Professor Dr.-Ing. Thomas Zwick
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 467104011

Im Projekt BORA soll ein neuartiges Konzept zur Erzeugung und Verarbeitung breitbandiger OFDM-Radar-Signale mit reduzierten Abtastraten untersucht und in integrierte Schaltungen umgesetzt werden. Eine hohe Bandbreite wird bei Radaranwendungen benötigt, um eine gute Entfernungsauflösung zur Trennung nah beieinanderstehender Ziele zu erreichen. Bei digitalen Radarmodulationsverfahren, wie z. B. OFDM, ergibt sich hierbei die Herausforderung, dass einhergehend mit der großen instantanen Bandbreite hohe Abtastraten für die Digital-Analog- (DAC) und Analog-Digital-Wandler (ADC) benötigt werden. Da diese jedoch sehr kostenintensiv sind und viel Leistung verbrauchen, wird aktuell nach alternative Möglichkeiten gesucht, die Bandbreite zu erhöhen, ohne dabei die Abtastraten zu vergrößern. Wir schlagen dazu eine neuartige Methode vor, die in BORA weiterentwickelt und implementiert werden soll. Sie basiert darauf, dass ein schmalbandiges OFDM-Basisbandsignal mit einem Frequenzkamm hochgemischt wird, dessen Abstände zwischen den Trägerfrequenzen genau der Bandbreite des Basisbandsignals entsprechen. Durch die Aneinanderreihung mehrerer Subbänder, die jeweils aus der Mischung des Basisbandsignals mit einer der Kammfrequenzen resultieren, entsteht ein breitbandiges OFDM-Radar-Signal, das abgestrahlt werden kann. Im Basisband wird nur ein Teil der möglichen Unterträger verwendet, wodurch Lücken im Spektrum entstehen, in die auf der Empfangsseite die Unterträger der restlichen Subbänder hineingeschoben werden können. Hierdurch entsteht ein schmalbandiges, gemeinsames Frequenzband, das die Informationen aller empfangenen Subbänder enthält. Nach einer entsprechenden Filterung kann das zugehörige Signal mit derselben niedrigen Rate, mit der das Basisbandsignal im Sender erzeugt wurde, abgetastet werden. Die Verschachtelung der Subbänder im Empfänger wird hierbei durch die Mischung des Empfangssignals mit einem zweiten Frequenzkamm erreicht, dessen Trägerabstände leicht geringer sind als die im Sender. Da bei OFDM alle Unterträger orthogonal zueinander sind, können die Informationen aller ineinander verschachtelter Unterträger separiert und das breitbandige Hochfrequenzsignal virtuell rekonstruiert werden.Im Projekt BORA soll dieses Verfahren weiterentwickelt und Anforderungen hinsichtlich einer Hardware-Implementierung abgeleitet werden. Auf der Basis dieser Systemanalyse soll eine geeignete Hardware-Architektur entworfen und auf einem MMIC (Monolithic Microwave Integrated Circuit) bei 140 GHz implementiert werden. Mit Hilfe der MMICs soll schließlich ein Demonstrator aufgebaut und in Betrieb genommen werden. Mit dessen Hilfe können die Ergebnisse der Systemanalyse validiert und beispielsweise der Einfluss verschiedener Kammerzeugungsmethoden- und formen untersucht werden. Das neue System wird sehr effiziente digitale, hochauflösende Radare für schnelle bewegte Ziele ermöglichen (z.B. bei Pre-Crash oder manchen Industrieanwendungen).

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen