Naslov Energetski ucinkovit asinkroni višekorisnicki
ultra-širokopojasni predajnik u tehnologiji
CMOS
Naslov (engleski) Energy efficient asynchronous multiuser
ultra-broadband transmitter in technology
CMOS
Autor Leon Šneler
Mentor Tomislav Matić (mentor)
Član povjerenstva Marijan Herceg (predsjednik povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište Josipa Jurja Strossmayera u Osijeku Fakultet elektrotehnike, računarstva i informacijskih tehnologija Osijek (Zavod za komunikacije) (Katedra za elektroniku i mikroelektroniku) Osijek
Datum i država obrane 2021-07-16, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana TEHNIČKE ZNANOSTI Elektrotehnika Telekomunikacije i informatika
Univerzalna decimalna klasifikacija (UDC ) 621.3 - Elektrotehnika
Sažetak Cilj je ovog rada razvoj višekorisnickog energetski ucinkovitog predajnog sustava kako bi se
postigao bežicni prijenos analogne informacije na kratke udaljenosti koristeci pritom ultraširokopojasne
radio impulse kao nositelje informacije. Predajni sustav cine modulator temeljen
na sklopovima za vremensko kodiranje informacije i generator ultra-širokopojasnih
radio impulsa. Sklop za vremensko kodiranje informacije izveden je integralnim impulsno
frekvencijskim modulatorom (IPFM) kojim se moduliraju analogne velicine (napon, struja) u
niz unipolarnih impulsa na nacin da je vremenski interval izmeu susjednih impulsa funkcija
analognog, modulacijskog signala. Svojstvo višekorisnickog pristupa postiže se kodiranjem
svakog korisnika koji šalje informacije u istom komunikacijskom kanalu jedinstvenom celijom
za kašnjenje, cija vrijednost kašnjenja IPFM signala kodira korisnika koji šalje informaciju.
Na navedeni nacin, modulator generira niz impulsa ciji meusobni razmak kodira informaciju
dok je u širini impulsa kodiran korisnik koji šalje navedenu informaciju. Izostankom
generatora takta modulatora i mikroupravljaca postiže se njegova energetska ucinkovitost.
Impulsni niz s izlaza modulatora dovodi se na generator ultra-širokopojasnih radio impulsa
koji generira ultra-širokopojasni impuls za svaki ulazni i silazni brid navedenog impulsnog
niza. S obzirom na svojstvo kratkog intervala trajanja ultra-širokopojasnog impulsa, istima
se postiže svojstvo malog iznosa energije po impulsu. S ciljem miniturizacije sklopa kao i
postizanja vece energetske ucinkovitosti predajnog sustava, isti je implementiran u CMOS
integrirani krug.
U sklopu rada ukupno su razvijena dva generatora ultra-širokopojasnih impulsa. Prvi se
temelji na oblikovanju bridova pravokutnog signala, dok se drugi temelji na križno prospojenom
LC oscilatoru s ugraenim sklopom za upravljanje kojim se automatski kontrolira
njegovo uklapanje i isklapanje s obzirom na struju oscilatora, temperaturu okoline integriranog
kruga kao i utjecaj kvantnog šuma i šuma sacme na pocetak oscilacija.
Kako bi se izmjerio utjecaj višekorisnickog pristupa na pogrešku u prijemu simbola, IPFM
modulator i demodulator implementirani su u FPGA, gdje se emuliranjem primopredajnog
sustava promatra utjecaj parametara modulacije na omjer pogrešno zaprimljenih simbola.
Temeljem dobivenih rezultata, provedena su mjerenja nad ukupno cetirima IPFM predajnicima
koji asinkrono i kontinuirano šalju informaciju unutar istog komunikacijskog kanala.
Za potrebe istog, u CMOS tehnologiji izraen je detektor ultra-širokopojasnih impulsa kojim
se iste pretvara u unipolarne s ciljem njihove jednobitovne digitalizacije, dekodiranja i,
naposljetku demodulacije signala od navedenog korisnika.
Rad je rezultirao s ukupno cetirima znanstvenim doprinosima a to su:
108
1. Izrada višekorisnickog ultra-širokopojasnog predajnika temeljenog na integralnom impulsno
frekvencijskom modulatoru i kodiranju korisnika jedinstvenim celijama za kašnjenje
u tehnologiji CMOS.
2. Vrednovanje znacajki impulsno integralnog frekvencijskog modulatora u tehnologiji
CMOS.
3. Izrada sustava za procjenu ucestalosti pogreške simbola dekodiranih impulsnih nizova
odaslanih s višestrukih višekorisnickih integralnih impulsno frekvencijskih modulatora
temeljenih na kodiranju korisnika jedinstvenim celijama za kašnjenje.
4. Izrada ultra-širokopojasnog generatora impulsa s promjenjivom spektralnom gustocom
snage temeljenog na LC oscilatoru u tehnologiji CMOS.
Sažetak (engleski) The aim of this thesis is to develop a multi-user energy efficient transmission system in order
to achieve wireless transmission of analog data over short distances using ultra-wideband
radio pulses as data carriers. The transmission system consists of a modulator based on
circuits with time data coding and an ultra-wideband radio pulse generator. The circuits
with time data coding are made of an Integral Impulse Frequency Modulator (IPFM) which
modulates an analog quantity (voltage, current) into a series of unipolar pulses in such a way
that the time interval between adjacent pulses is a function of the analog modulation signal.
The multiuser approach feature is achieved by encoding each user who sends data in the
same communication channel with a unique delay cell whose IPFM signal delay value encodes
the user sending the data. In this way, the modulator generates a series of pulses whose
spacing encodes the data while the pulse width encodes the user sending the aforementioned
data. The absence of a clock modulator generator and a microcontroller achieves its energy
efficiency. A pulse array from the output of the modulator is fed to an ultra-wideband radio
pulse generator that generates an ultra-wideband pulse for each input and output edge of
the pulse array. Given the short duration of the interval of the ultra-wideband pulse, they
achieve the property of a small amount of energy per pulse. With the aim of miniaturizing
the circuit as well as achieving greater energy efficiency of the transmission system, it has
been implemented in the CMOS integrated circuit.
As part of the paper, a total of two ultra-wideband pulse generators were developed. The
first was based on the design of the edges of a rectangular signal, while the second was based
on a cross-connected LC oscillator with a built-in control that automatically controls the on
and off switch with respect to the oscillator current, integrated circuit ambient temperature,
and the influence of quantum noise and shot noise to the beginning of the oscillation.
To measure the impact of multi-user access on symbol reception error, the IPFM modulator
and demodulator were implemented in the FPGA, where the effect of modulation parameters
on the ratio of incorrectly received symbols was observed by emulating the transceiver
system.
Based on the obtained results, measurements were performed on a total of four IPFM transmitters
that sent data asynchronously and continuously within the same communication
channel. For the same requirement in the CMOS technology, a detector of ultra-wideband
pulses was made, which converted these impulses into unipolar ones with the aim of their
one-bit digitization, decoding, and, finally, demodulation of the signal from the specified
user.
110
The paper resulted in a total of four scientific contributions:
1. Development of a multi-user ultra-wideband transmitter based on an integral pulse
frequency modulator and user coding with unique delay cells in CMOS technology.
2. Evaluation of pulse frequency modulator features in CMOS technology.
3. Development of a system for estimating the error rate of decoded pulse array symbols
transmitted from multiple multi-user integral pulse frequency modulators based on
coding users with unique delay cells.
4. Development of an ultra-wideband pulse generator with variable power spectral density
based on an LC oscillator in CMOS technology.
Ključne riječi
bežicna komunikacija
ultra-širokopojasna tehnologija
impulsna modulacija
sklopovi za vremensko kodiranje informacije
asinkrona komunikacija
LC oscilatori
Ključne riječi (engleski)
wireless communication
ultra-wideband technology
pulse modulation
circuits with time data coding
asynchronous communication
LC oscillators
Jezik hrvatski
URN:NBN urn:nbn:hr:200:576428
Datum promocije 2021-07-16
Studijski program Naziv: Poslijediplomski sveučilišni studij elektrotehnike i računarstva; smjerovi: Elektroenergetika, Komunikacije i informatika Smjer: Komunikacije i informatika Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: poslijediplomski doktorski Akademski / stručni naziv: doktor/doktorica znanosti, područje tehničkih znanosti, polje elektrotehnika (dr.sc.)
Vrsta resursa Tekst
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Otvoreni pristup
Uvjeti korištenja
Datum i vrijeme pohrane 2021-09-09 11:11:35