Innovator Spotlight – Revolutionizing Terahertz Measurements for 6G
Von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) im Rahmen der Großgeräteinitiative „Messsysteme für ultrahohe Datenraten für Kommunikationstechniken der Zukunft“ gefördert.
Crosslink bietet eine neuartige, ultra-breitbandige Messeinrichtung für die Charakterisierung von Transceivern und Multiplexern und ihrer funktionalen Baugruppen im Millimeterwellen und Submillimeterwellen-Frequenzbereich für 6G-Anwendungen. Das Messsystem umfasst einen breitbandigen (64 GHz) arbiträren Wellenformgenerator, breitbandige Frequenzkonversionsmodule ins erweiterte W-band (70-110 GHz) und ins H-Band (220-325 GHz), neuartige Richtkopplermodule, mit denen eine Korrektur der breitbandig, komplex modulierten und bei der Aufwärtswandlung verzerrten RF-Signale hinsichtlich der Error Vector Magnitude (EVM) ermöglicht wird, einen vektoriellen Netzwerkanalysator mit der Option der Spektrumanalyse im Frequenzbereich, und ein breitbandiges (100 GHz) Sub-Sampling Oszilloskop für den Zeitbereich. Mittels Vorverzerrung der digitalen Basisbandsignale kann die Referenzebene der Kalibration der komplex modulierten Kommunikationssignale an den Eingang oder den Ausgang eines Testobjektes wie etwa einem Verstärker, Sender oder Empfänger gelegt werden, ohne dabei die Messvorrichtung zu verändern. CrossLink erlaubt darüber hinaus die zeitgleiche und in-situ Messung von 6GKomponenten im Frequenz- und im Zeitbereich, sowie die Untersuchung von Frequenzbereichsmultiplexverfahren gemäß dem IEEE 802.15.3d Frequenzstandard für die THz-Kommunikation. In ersten Messungen wurde die eingangs- und ausgangsseitige Kalibration eines Solid-State Endstufenverstärkers bei einer Mittenfrequenz von 77,5 GHz für QPSK und 256-QAM modulierte Signale mit 1 und 4 GBd Symbolraten sowie bei einer Mittenfrequenz von 300 GHz für QPSK und 64-QAM modulierte Signale mit 1,6 und 16 GBd Symbolraten durchgeführt. Die durch CrossLink ermöglichte in-situ Kalibration verbessert die Error-Vector-Magnitude um eine Größenordnung.
6G component characterization solution
Three key novelties are at the heart of the novel measurement setup:
- The cascade of a wideband up-converting mixer (CCU) with a directional coupler in the custom frequency extension unit (VCA) in the respective waveguide bands.
- The combination of synchronous signal analysis in the time and frequency domain.
- Repetitive test signals to enable vector averaging, wideband stitching, noise floor reduction.
Fig. 1 shows a photograph of the measurement setup, whose functional components are depicted in the block diagram of Fig. 2.
The CCU up-converts the wideband modulated signals centered at a low intermediate frequency which are generated in an arbitrary waveform generator (AWG). In our setup, the AWG is capable of using up to 43 GHz of analog bandwidth. In doing so, the CCU distorts the signal and degrades the EVM of the excitation signal, while up-converting the signal to an RF frequency band of interest. The source calibration can be done in two ways: inline and offline. For inline calibration, which can be performed without interfering with the DUT connection, the VCA is used to down-convert and analyse the input signal injected into the DUT by the time domain signal sink, and a predistortion can be applied to the AWG in order to calibrate the signal for minimum EVM at the CCU RF output, i.e. the DUT input plane. This inline calibration also accounts for the effects of impedance mismatch between CCU output and DUT input.
Projektförderung - DFG Großgeräteinitiative
2019 - Messsysteme für ultrahohe Datenraten für Kommunikationstechniken der Zukunft
Die DFG fördert vier Messplattformen zur Erforschung photonischer, Millimeterwellen- und THz-Kommunikationssysteme bei der Übertragung massiv anwachsender Datenmengen mit immer höheren Datenraten. Die ständig steigende Nachfrage nach drahtloser Kommunikation mit ultrahoher Datenrate erfordert die Erschließung neuer Frequenzbänder im elektromagnetischen Spektrum. Die leistungsfähigen Plattformen ermöglichen die messtechnische Charakterisierung solcher Systeme und Subsysteme für ultrahohe Übertragungsraten entlang der gesamten Übertragungskette und erlauben die synchrone Zeit- und Frequenzbereichsanalyse von ultra-breitbandigen Kommunikationskanälen.
Die Einreichung der Universität Stuttgart (ILH und INT) wurde bewilligt und wird gefördert unter der Projektnummer: 434501119
Presse
- DFG Pressemitteilung
Pressemitteilung Nr. 63 | 9. Dezember 2019 - Messplattform für Kommunikationstechniken der Zukunft
Universität Stuttgart - Hochschulkommunikation
Publikationen
2023
- 1. I. Kallfass u. a., „Instrumentation for the Time and Frequency Domain Characterization of Terahertz Communication Transceivers and their Building Blocks“, in 2023 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium - IMS 2023, in 2023 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium - IMS 2023. Juni 2023, S. 1030–1033. doi: 10.1109/IMS37964.2023.10188006.
- 2. B. Schoch, D. Wrana, A. Tessmann, und I. Kallfass, „Wideband Cross-Domain Characterization of a W-band Amplifier MMIC“, in 2023 53rd European Microwave Conference (EuMC), in 2023 53rd European Microwave Conference (EuMC). Sep. 2023, S. 770–773. doi: 10.23919/EuMC58039.2023.10290485.
Kooperationspartner
Keysight Technologies
Virginia Diodes, Inc.
CrossLink - News
Benjamin Schoch
M.Sc.Wissenschaftlicher Mitarbeiter