Εργαστήριο Ασύρματων Επικοινωνιών

Transcript

1 Εργαστήριο Ασύρματων Επικοινωνιών Επικοινωνίες με επίκεντρο το ανθρώπινο σώμα Συστήματα ΜΙΜΟ Wearable antennas Μετρήσεις χαρακτηρισμού κεραιών On-body channel modeling H Εφαρμογή μαγνητικών υλικών σε κεραίες Αλληλεπίδραση κεραιών και ανθρώπινου σώματος YIG

2 Φυσικό επίπεδο: Ασύρματο Κανάλι, Κεραίες Ασύρματες επικοινωνίες με επίκεντρο το ανθρώπινο σώμα ("on-body communications, wearable antennas) Σχεδιασμός και υλοποίηση πρωτότυπων κεραιών Μετρήσεις / μοντελοποίηση καναλιού στον ανηχωικό θάλαμο και σε περιβάλλον γραφείου Συστήματα πολλαπλών κεραιών για ασύρματα κανάλια Ανάπτυξη ημι-αναλυτικών μεθόδων προσομοίωσης των ασύρματων καναλιών MIMO testbed Καινοτόμες Κεραίες με χρήση Μεταϋλικών και Μαγνητικών υλικών (έργο: MAGELLAN / ΘΑΛΗΣ) Προσωπικό: Ερευνητές: 3 Τεχνικό προσωπικό: 1 Μεταδιδάκτορες: 3 Υποψ. Διδάκτορες: Μεταπτ. Φοιτητές: 1 Εργαστήριο Ασύρματων Επικοινωνιών Περιοχές Έρευνας

3 A fully anechoic room: far-field measurements test site RF shielding level: > 80dB Measuring distance: 5 m freq. range: GHz Characterization Measurements of antennas Ανηχωικός Θάλαμος ηλεκτρομαγνητικά θωρακισμένος Measurements / Studies of human exposure to electromagnetic fields Electromagnetic Compatibility (EMC) measurements Studies of wireless propagation models VNA (300 khz - 9 GHz), Spectrum Analyzer (9 khz 40 GHz), RF signal Generators (5 khz 40 GHz) Various sets of reference antennas (from 80 MHz up to 40 GHz). AUT positioner: a semi-automatic roll-over-azimuth system with a low profile turntable.

4 Τίτλος Έργου: Μαγνητοηλεκτρικά Υλικά σε Κεραίες με Μεταβαλλόμενα Χαρακτηριστικά MAGnetoELectric materials in reconfigurable Antennas MAGELLAN Προϋπολογισμός: 600 Κeuros Ρόλος ΙΠΤ: συντονιστής Προβλεπόμενη διάρκεια: 45 μήνες ( ) Ερευνητικό Χρηματοδοτούμενο Έργο: ΘΑΛΗΣ Συνεργαζόμενες Ερευνητικές Ομάδες: Εργαστήριο Ασύρματων Επικοινωνιών, ΕΚΕΦΕ "Δημόκριτος", Ινστιτούτο Πληροφορικής και Τηλεπικοινωνιών Εργαστήριο Κινητών Ραδιοεπικοινωνιών, Ε.Μ.Π., Σχολή Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών Εργαστήριο Μαγνητικών και Υπεραγώγιμων Υλικών, ΕΚΕΦΕ "Δημόκριτος", Ινστιτούτο Επιστήμης Υλικών

5 ΚΙΝΗΤΡΟ Απαιτήσεις κεραιών σύγχρονων τηλεπικοινωνιακών συστημάτων: Βελτιωμένα χαρακτηριστικά ακτινοβολίας Απολαβή Εύρος ζώνης συχνοτήτων Αποδοτικότητα ακτινοβολίας Μικρές διαστάσεις Πολλαπλές κεραίες Δυνατότητα αναδιαρθρωσιμότητας (reconfigurability) Συχνότητα συντονισμού Διάγραμμα ακτινοβολίας Πόλωση

6 Συμβατικός τρόπος σχεδίασης κεραιών: Γεωμετρία των κεραιών Αγώγιμα και Διηλεκτρικά υλικά σε κατάλληλες τοπολογίες στο χώρο ή στο επίπεδο Νέα τάση στη σχεδίαση κεραιών: Ενσωμάτωση στην κατασκευή της κεραίας υλικών με κατάλληλα διαμορφωμένες ιδιότητες. Μεταϋλικά Μαγνητικά υλικά Απαιτείται διεπιστημονική συνεργασία μεταξύ Επιστήμης των Υλικών και Τεχνολογίας των Κεραιών

7 Ερευνητικό αντικείμενο του Έργου Αντικείμενο: Η ανάπτυξη καινοτόμων επαναδιαρθρώσιμων κεραιών που θα μπορούν να αλλάζουν και να προσαρμόζουν κάποια από τα λειτουργικά χαρακτηριστικά τους. Σκοπός: Η ανάπτυξη καινοτόμων μαγνητοηλεκτρικών υλικών τα οποία θα χρησιμοποιηθούν στην κατασκευή κεραιών που μπορούν ελεγχόμενα να μεταβάλλουν (προσαρμόζουν) κάποια από τα χαρακτηριστικά τους, όπως για παράδειγμα την πόλωσή τους. Βασικό στοιχείο του έργου είναι η συνέργια της Επιστήμης των Υλικών και της Τεχνολογίας των Κεραιών με σκοπό τη βελτιστοποίηση της λειτουργίας των τηλεπικοινωνιακών κεραιών.

8 Ανοιχτά ερευνητικά θέματα Ελεγχόμενη μεταβολή των ιδιοτήτων των υλικών Απώλειες μαγνητικών υλικών σε μικροκυματικές συχνότητες Ανάπτυξη μεθοδολογιών μετρήσεων ιδιοτήτων των υλικών

9 Δράσεις του Έργου Δράση 1: (Δ1) ΓΕΝΙΚΗ ΕΠΙΣΚΟΠΗΣΗ ΚΑΙ ΑΡΧΙΚΟΣ ΣΧΕΔΙΑΣΜΟΣ Δράση 2: (Δ2) ΜΕΛΕΤΗ ΚΑΙ ΠΑΡΑΣΚΕΥΗ ΤΩΝ ΥΛΙΚΩΝ Δράση 3: (Δ3) ΥΛΟΠΟΙΗΣΗ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ ΚΕΡΑΙΩΝ Δράση 4: (Δ4) ΕΦΑΡΜΟΓΕΣ Δράση 5: (Δ5) ΥΠΟΣΤΗΡΙΞΗ ΚΑΙ ΑΞΙΟΛΟΓΗΣΗ

10 Conventional patch (14GHz) Front side Back side Y 3 Fe 5 O 12 ittrium iron garnet (YIG) YIG part hole Ø~3mm YIG patch (a) (b) Copper (Ground plane) T L Y- 3 YIG (c) Project: MetaPatches

11 Application of external DC magnetic field magnet (4000 Oe) Project: MetaPatches

12 -Tx (RHCP) N S < S 21V = o Component S21 (AUT:transmit) Ext. DC Magn. Field (4000 Oe) +Tx (LHCP) Amplitude (munits) Phase (degrees) V H V H Polarization Sense RHCP LHCP < S 21H = o S N < S 21V = 4.38m 117 o Project: MetaPatches < S 21H = o

13 Polarization patterns (φ=0 o ) Frequency (GHz) Axial Ratio (db) Tilt ( o ) Conventional patch YIG patch No Magnet RHCP LHCP Frequency (GHz) Polarization sense ext. DC magn. Field (Oe) Axial Ratio (db) Tilt ( o ) LP RHCP LHCP Project: MetaPatches

14 Εργαστήριο Ασύρματων Επικοινωνιών H Καινοτόμες Κεραίες με χρήση Μαγνητικών υλικών

15 Εργαστήριο Ασύρματων Επικοινωνιών Συστήματα ΜΙΜΟ Θεωρητική αξιολόγηση συστημάτων πολλαπλών κεραιών Αξιολόγηση συστημάτων κεραιών μέσω πλατφόρμας βασισμένης σε ψηφιακούς επεξεργαστές σήματος Νέαερευνητικάπεδία

16 Εργαστήριο Ασύρματων Επικοινωνιών Θεωρητική αξιολόγηση συστημάτων πολλαπλών κεραιών Αξιολόγηση συμβατικών συστημάτων ΜΙΜΟ και τεχνικών διαφορισμού υπό την επίδραση διαλείψεων και σκίασης Συστήματα με αναμεταδότες και τεχνικές διαφορισμού συνεργασίας Ασύρματα οπτικά συστήματα ΜΙΜΟ Δίνεται έμφαση σε γενικευμένα κανάλια διαλείψεων τα οποία μοντελοποιούν με ρεαλιστικό τρόπο το περιβάλλον διάδοσης Αξιολόγηση βάσει της πιθανότητας εσφαλμένων συμβόλων, της πιθανότητας διακοπής επικοινωνίας και της χωρητικότητας του καναλιού Απλοποιημένη μαθηματική ανάλυση για υψηλές τιμές λόγων σήματοςπρος-θόρυβο

17 Εργαστήριο Ασύρματων Επικοινωνιών Αξιολόγηση συστημάτων κεραιών μέσω πλατφόρμας βασισμένης σε ψηφιακούς επεξεργαστές σήματος Σύστημα 2x2 βασισμένο σε ψηφιακούς επεξεργαστές σήματος (DSP) της Texas Instruments Υλοποίηση τεχνικών μπλοκ κωδικοποίησης στο χώρο και το χρόνο Υλοποίηση των βασικών λειτουργιών ενός ψηφιακού πομποδέκτη στον DSP: Ψηφιακή Διαμόρφωση Μορφοποίηση παλμού στη βασική ζώνη Συγχρονισμός Εκτίμηση καναλιού Προσαρμοσμένο φίλτρο και εκτίμηση μεγίστης πιθανοφανείας Πρώτο στάδιο υλοποίησης ενός ενδιάμεσου υποσυστήματος RF

18 Η υπό υλοποίηση πλατφόρμα (ΜΙΜΟ 2Χ2 testbed)

19 Εργαστήριο Ασύρματων Επικοινωνιών Νέα ερευνητικά πεδία Συστήματα ιεραρχικής διαμόρφωσης για επίτευξη διαφορετικών επιπέδων προστασίας ψηφιακών δεδομένων Θεωρητική αξιολόγηση επίδοσης συστημάτων ιεραρχικής διαμόρφωσης Ενσωμάτωση ιεραρχικής διαμόρφωσης στην πλατφόρμα DSP Συστήματα ΜΙΜΟ με πολύ μεγάλο αριθμό κεραιών μετάδοσης και λήψης (Massive MIMO) Τεχνικές μετάδοσης για συστήματα Massive MIMO Κατανεμημένα συστήματα Massive MIMO Διαμόρφωση χώρου (Space Modulation)

20 Εργαστήριο Ασύρματων Επικοινωνιών Επικοινωνίες με επίκεντρο το ανθρώπινο σώμα Συστήματα ΜΙΜΟ Wearable antennas Μετρήσεις χαρακτηρισμού κεραιών On-body channel modeling H Εφαρμογή μαγνητικών υλικών σε κεραίες Αλληλεπίδραση κεραιών και ανθρώπινου σώματος YIG