Institut für Robuste Leistungshalbleitersysteme

EIVE-T

Exploratory In-Orbit Verification of an E/W-Band Satellite Communication Link - Terrestrial Mission

EIVE-T ist ein vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) gefördertes Forschungsprojekt mit dem Ziel, die atmosphärischen Auswirkungen auf die Übertragungsqualität hochbitratiger Funkverbindungen im E-Band zu charakterisieren.

Eine kurze Übersicht können hier herunterladen werden. Detaillierte wissenschaftliche Erklärungen sowie die Einbindung der Studierenden in das Projekt finden sich im Folgenden.
 

Mit dem Projektvorhaben EIVE-T schließen wir an zwei vom DLR geförderte Vorgängerprojekte unserer Gruppe an, bauen auf die dort entwickelte Technologieplattform für leistungsfähige E-Band (71-76, 81-86 GHz) Transceiver auf, und planen mehrere wegweisende Experimente für Funkübertragungen mit höchsten Datenraten und höchster Übertragungsdistanz.

Das gemeinsame Ziel der vorgeschlagenen Experimente ist eine eingehende Untersuchung der atmosphärischen Dämpfung, des Regenmusters und der Wahrscheinlichkeitsfunktionen für den E-Band-Frequenzbereich, um den Systementwicklern einen klaren Fahrplan zur Verfügung zu stellen.

Mit dem Projektvorhaben EIVE-T schlagen wir mehrere wissenschaftliche Experimente mit einer Datenübertragung von und zu einer hochgelegenen Bergspitze (Zugspitze) mit höchstem Produkt aus Datenrate und Übertragungsdistanz vor, ermöglicht durch eine im Rahmen von DLR-Vorgängerprojekten entwickelte Technologieplattform für die aktive Satellitenkommunikation in den nutzbaren E-Band Frequenzbereichen 71-76 GHz und 81-86 GHz. Die Experimente sind ausgelegt, um folgende wissenschaftliche und technische Zielsetzungen zu erreichen:

Eine statistisch belastbare Langzeitstudie zur Vermessung der atmosphärischen Effekte auf die Qualität breitbandig modulierter Funksignale, erstmals durchgeführt unter verschiedenen Elevationswinkeln und unter Durchdringung der ersten Wolkenschichten, wie sie im Fall der Satellitenkommunikation relevant sind, und bisher lediglich durch interpolierende Modelle für die atmosphärische Dämpfung der ITU beschrieben sind.

Mit dem Projektvorhaben EIVE-T schließen wir an zwei vom DLR geförderte Vorgängerprojekte unserer Gruppe an, bauen auf die dort entwickelte Technologieplattform für leistungsfähige E-Band (71-76, 81-86 GHz) Transceiver auf, und planen mehrere wegweisende Experimente für Funkübertragungen mit höchsten Datenraten und höchster Übertragungsdistanz.

Durch den Einsatz einer Duplex-Verbindung im Frequenzmultiplexverfahren (FDM) in Verbindung mit Gigabit-Modems soll der gesellschaftlich wichtige Anwendungsfall der Einbindung einer entfernt gelegenen Station im entlegenen Gebiet mit Breibandinternet demonstriert werden.

Durch den Einsatz, der im laufenden Projekt EIVE entwickelten wissenschaftlichen Payload auf Basis eines modernen Multi-System-on-Chip (MSoC) inkl. der eigens entwickelten Protokolle und Verfahren zur Übertragung hochauflösender (4k) Kameradaten soll die EIVE-Nutzlast in realer Betriebsumgebung getestet werden.

Schließlich streben wir durch den zusätzlichen Einsatz von Polarisationsmultiplex die Erzielung eines Rekordes in der terrestrischen Funkdatenübertragung mit dem höchsten bisher demonstrierten Produkt aus Datenrate (angestrebt sind bis zu 40 Gbit/s) und Übertragungsdistanz (angestrebt sind 60 km) an.

Die Experimente sollen von wissenschaftlichen Mitarbeitern und Studierenden der Universität Stuttgart zwischen Bodenstationen im Voralpenland, u.a. von der Hochschule Kempten und einer Gegenstelle auf der Zugspitze aufgebaut und im Zeitraum von April 2021 bis März 2022 durchgeführt werden. 

Geplante Auswertung der atmosphärischen Dämpfung mit Hilfe der EIVE Application Processing Unit

In dem Experiment wird der selbst entwickelte Nutzlastrechner für die EIVE-Mission (APU: Application Processing Unit) getestet, um verschiedene Modulationsformate mit unterschiedlichen Datenraten zu erzeugen und die Verbindung an die unterschiedlichen Wetterbedingungen anzupassen. Die Abbildung zeigt das Datenflussdiagramm zur Auswertung der atmosphärischen Verluste.

Offene studentische Arbeiten

Es sind mehrere Studienarbeiten (und ggf. HiWi-Stellen) möglich.

Die Möglichkeiten sind sehr vielfältig, vom Schaltungsentwurf (insbesondere DC-Versorgung mit Spannungs- und Stromüberwachung, aber auch HF zur adaptiven analogen Signalfilterung u.a.), über die Systemanalyse (Datenverarbeitung zur Analyse der Übertragungsqualität, Verluste und Beeinträchtigungseffekte) bis hin zur Automatisierung (Steuerung der Übertragung, Anpassung an die Umgebungseinflüsse, Überwachung von Sensoren etc.) und sogar Visualisierung (Erfassung und Visualisierung der Daten, Quantifizierung der Übertragungseffekte und Ergebnisse) und viele weitere Möglichkeiten. Für Details, Fragen und Interessen senden Sie bitte eine "Initiativbewerbung" per E-Mail an den Projektverantwortlichen/Ansprechpartner und geben Sie dabei Ihre Interessen, Erfahrungen und Erwartungen an.

Wir freuen uns auf Ihre Bewerbung!

Kooperationen und Danksagung

Die ILH-Kollegen Herr Bozic und Herr Münzenmayer unterstützen das Team freundlicherweise bei der Integration und Stabilität sowie bei der logistischen Organisation. 

Das RF-Frontend wird vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik in Zusammenarbeit mit der Radiometer Physics GmbH entwickelt. 
Der EIVE-Nutzlastrechner, der auch in den geplanten Experimenten getestet werden soll, wird von Thales Alenia Space Deutschland GmbH entwickelt und am ILH durch verschiedene HiWis und Forschungsarbeiten programmiert. 

Besonderer Dank gilt dem Max-Planck-Institut für Festkörperforschung für die Erlaubnis, einige "Vormessungen" und Systemkalibrierungen auf einem Link von 1,6km durchführen zu können.
Wir sind sehr dankbar für die Unterstützung, Begutachtung und Beratung durch Mitarbeiter der Tesat-Spacecom.

Kooperationen mit dem Umweltforschungsstation Schneefernerhaus, der Bayrische Zugspitzbahn und der Hochschule Kempten sind im Gespräch, damit wir die geplanten Experimente erfolgreich durchführen können. 

Wir sind allen am Projekt Beteiligten äußerst dankbar! 

Projektförderung

Das Projekt EIVE wird finanziell vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie und dem Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt unter der Fördernummer 50YB2101 unterstützt.

Dieses Bild zeigt Laura  Manoliu
M.Sc.

Laura Manoliu

Wissenschaftliche Mitarbeiterin

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