• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Unijni matematycy układają łamigłówkę projektowania częstotliwości radiowych

    29.11.2010. 16:37
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Naukowcy z Europy połączyli swoje kompetencje i pomysły, aby opracować i wdrożyć algorytmy zintegrowanej symulacji oraz narzędzia prototypowe, aby przezwyciężyć przeszkody w istniejących i przyszłych projektach częstotliwości radiowych. Wyniki stanowią dorobek projektu ICESTARS (Układ scalony/symulacja elektromagnetyczna oraz technologie projektowe dla zaawansowanych systemów chipów radiowych), który został dofinansowany na kwotę 2,8 mln EUR z tematu "Technologie informacyjne i komunikacyjne" (TIK) Siódmego Programu Ramowego (7PR).

    Konstrukcja RFIC (układy scalone na częstotliwość radiową) jest obecnie zintegrowana z cyfrowymi i analogowymi modułami na tej samej matrycy, stawiając poważne wyzwania przed istniejącymi narzędziami symulacyjnymi. Projektowanie częstotliwości radiowych, napędzane zapotrzebowaniem rynku na większe prędkości przesyłu i większe możliwości produktów końcowych, przechodzi na wyższe zakresy częstotliwości i rozwija się pod względem złożoności.

    Procesy rozwoju automatyzacji projektowania elektronicznego (EDA) i projektowania wspomaganego komputerowo (CAD) - niezbędne do projektowania układów scalonych na częstotliwości radiowe - oraz leżąca u ich podstaw matematyka są już same w sobie skomplikowane. Rozwiązania tych problemów wymagają zatem nowych podejść do modelowania, nowych rozwiązań matematycznych i cyfrowych symulacji z zastosowaniem mieszanych sygnałów analogowych i cyfrowych. Tutaj właśnie zaczyna się rola ICESTARS, konsorcjum pięciu wiodących, europejskich instytutów matematycznych, dwóch przedsiębiorstw produkujących półprzewodniki i dwóch dostawców oprogramowania.

    "Zaawansowanie projektowanie częstotliwości radiowej w superwysokich i ekstremalnie wysokich częstotliwościach wymaga nowych architektur aparatów nadawczo-odbiorczych i narzędzi CAD, gdyż dzisiejsze narzędzia EDA nie nadają się pod względem funkcjonalnym do odpowiedniego rozwiązania problemów symulacyjnych w przypadku projektów w wysokich częstotliwościach" - mówi Jan ter Maten ze spółki NXP Semiconductors, holenderskiego producenta półprzewodników i partnera konsorcjum ICESTARS.

    "Projekt zajmuje się badaniami nad skutecznym połączeniem domeny częstotliwości, odpowiedzialnej za projektowanie częstotliwości radiowej bezprzewodowych systemów nadawczo-odbiorczych, z domeną czasu, w ramach której opracowywane jest przetwarzanie sygnału cyfrowego i logika sterująca - wyjaśnia, dodając że - w ramach analizy elektromagnetycznej (EM) i sprzężonej analizy układu EM zajmujemy się 'komunikacją' warstwy fizycznej (takiej jak mapowanie urządzeń) i matematycznej."

    Do rozwiązania tych zagadnień zespół posłużył się zmodyfikowanymi algorytmami. Równania matematyczne, takie jak zwykłe równania różniczkowe (ODE), równania algebraiczno-różniczkowe (DAE) oraz cząstkowe równania algebraiczno-różniczkowe (PDAE) stanowią podstawę analiz w domenach czasu i częstotliwości.

    Niemniej naukowcy zmodyfikowali je, aby objąć nimi rozszerzone funkcjonalności w celu opracowania nowych algorytmów spełniających wymagania symulacji układów pracujących na częstotliwości powyżej 3 gigaherców (GHz). Na przykład w przypadku wzajemnej symulacji części cyfrowych i analogicznych częstotliwości radiowej, same tylko standardowe techniki domeny czasu są zdecydowanie niewystarczające. Dlatego partnerzy ICESTARS opracowali i z powodzeniem przetestowali prototyp analizy adaptacyjnej opartej na fali elementarnej - całkowicie nowy algorytm symulacji układu.

    W symulacji układ-obwiednia, wejściowe kształty fal są przedstawiane jako nośniki częstotliwości radiowej z obwiedniami modulacyjnymi. Wbudowując system równań DAE w cząstkowe równania DAE udało się sformułować w ramach projektu ogólne ramy matematyczne, które można dostosować do rozmaitych klas układów częstotliwości radiowej. Rozszczepiający się optymalny czas dynamiczny umożliwia efektywną symulację częstotliwości lub amplitudy modulowanych sygnałów.

    Adaptacyjność - dynamiczne dostosowanie symulujące do odpowiedzi częstotliwościowej na przykład wzmacniaczy, filtrów lub mikserów, pod względem parametrów sieciowych lub szumu uzależnionego od częstotliwości - stanowiła sedno badań nad domeną częstotliwości w ramach projektu. Naukowcy uzyskali przyzwoite szacunki początkowych warunków analizy odkształceń oscylatorów swobodnych oraz - po raz pierwszy - w ramach projektu ICESTARS prawdziwie rodzajowe multi-urządzenie, tak zwany algorytm VoHB, zostało zakodowane i przetestowane pod kątem układów większych niż zwykłe wzmacniacze jednotranzystorowe.

    Aby wykazać funkcjonowanie tych i innych koncepcji opracowanych przez naukowców, zostały one z powodzeniem poddane testom przez partnerów przemysłowych oraz Uniwersytet Dolnej Austrii.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Częstotliwość Nyquista jest to maksymalna częstotliwość składowych widmowych sygnału poddawanego procesowi próbkowania, które mogą zostać odtworzone z ciągu próbek bez zniekształceń. Składowe widmowe o częstotliwościach wyższych od częstotliwości Nyquista ulegają podczas próbkowania nałożeniu na składowe o innych częstotliwościach (zjawisko aliasingu), co powoduje, że nie można ich już poprawnie odtworzyć. Częstotliwość lustrzana - w odbiorniku superheterodynowym częstotliwość sygnału wejściowego fl różniąca się od częstotliwości heterodyny fh tyle samo, co częstotliwość odbieranego sygnału fs (o częstotliwość pośrednią fp), ale w przeciwną stronę - zwykle większa od częstotliwości heterodyny: fl=fh+fp, fs=fh-fp. Audiometria wysokoczęstotliwościowa - to audiometria wysokich częstotliwości, czyli badanie polegające na ustaleniu progu słyszenia przy podaniu wysokich częstotliwości: od 8000Hz do 20 000Hz, w odróżnieniu od zwykłego wyznaczania progu, wyznaczanego dla: 250Hz-8000Hz; jest to badanie kliniczne wymagające dysponowania audiometrem o poszerzonej skali częstotliwości; badanie to wykorzystuje się do wykrywania wczesnych ubytków spowodowanych ekspozycją na hałas, lub z powodu starzenia się narządu słuchu, gdyż ubytek w wysokich częstotliwościach jest pierwszym objawem tych dolegliwości.

    Rezerwacja częstotliwości - zgodnie z polskim prawem telekomunikacyjnym uprawnienie do dysponowania określonymi częstotliwościami lub zakresami częstotliwości, które w okresie rezerwacji pozostają w gestii podmiotu, na rzecz którego dokonano rezerwacji, przeniesiono uprawnienia do częstotliwości lub uprawnienia do dysponowania częstotliwościami na cele związane z uzyskiwaniem pozwoleń radiowych, przed rokiem 2000 nazywana przydziałem częstotliwości. Dewiacja częstotliwości – parametr sygnału zmodulowanego częstotliwościowo (lub fazowo), określający maksymalny odchył od częstotliwości nośnej przy danym sygnale modulującym.

    Powielacz częstotliwości (ang. frequency multiplier), zwany również mnożnikiem lub krotnikiem częstotliwości, jest to układ elektryczny, którego celem jest zmiana częstotliwości przebiegu elektrycznego. Przeważnie używany w odbiornikach lub nadajnikach radiowych do pomnażania podstawowej częstotliwości oscylatora przez określony z góry czynnik. Częstotliwości używane w sieci GSM to wydzielone zasoby radiowe (pasmo częstotliwości) na którym może się odbywać transmisja głosu i danych w systemie GSM. Liczba i rozkład częstotliwości różni się w zależności od użytego standardu sieci.

    Nadajnik radiowy - jest to urządzenie elektroniczne służące do wytwarzania energii elektromagnetycznej wielkiej częstotliwości, przystosowanej do celów łączności za pośrednictwem fal radiowych. Nadajnik składa się z generatora drgań elektrycznych wielkiej częstotliwości, wzmacniaczy wielkiej częstotliwości, wzmacniaczy małej częstotliwości, modulatora (modulacja) oraz urządzeń pomocniczych (np. zasilacza, urządzeń rozrządczych). Analiza częstotliwościowa – stosuje się ją do określenia składowych częstotliwościowych zawartych w przebiegu czasowym funkcji. W bardzo znacznym stopniu stosowana jest ona w przetwarzaniu sygnałów. Przedstawienie sygnału w dziedzinie częstotliwości nazywane jest widmem sygnału.

    Krajowa Tablica Przeznaczeń Częstotliwości - dokument rządowy, w randze rozporządzenia, wydawany na podstawie polskiego Prawa telekomunikacyjnego określający przeznaczenie dla poszczególnych służb radiokomunikacyjnych częstotliwości lub zakresów częstotliwości oraz ich użytkowanie. Częstotliwości mogą być użytkowane jako:

    Częstotliwość radiowa (ang. Radio frequency, RF) - częstotliwość drgań elektromagnetycznych stosowanych w szeroko rozumianej radiotechnice. W zakres częstotliwości radiowych wchodzą drgania o zakresie od 3 kHz do 300 GHz.

    Filtr górnoprzepustowy (ang. high-pass filter) – układ elektroniczny bądź algorytm, który przepuszcza sygnały sinusoidalne oraz składowe widmowe złożonych sygnałów o częstotliwościach powyżej określonej częstotliwości granicznej, a tłumi składowe leżące poniżej. FSK (ang.) Frequency-Shift Keying – modulacja częstotliwości dla sygnałów cyfrowych, czyli kluczowanie z przesuwem częstotliwości. Przy stałej amplitudzie harmonicznego sygnału nośnego następuje zmiana częstotliwości: niższej dla symbolu "zera logicznego" i wyższej dla "jedynki logicznej" informacji binarnej, czasami przypisanie częstotliwości może być odwrotne.

    Intermodulacja – proces, który zachodzi w nieliniowym urządzeniu lub ośrodku transmisyjnym w sytuacji, gdy składowe widma sygnału lub sygnałów wejściowych oddziaływają na siebie i powstają w rezultacie nowe składowe o częstotliwościach równych kombinacji częstotliwości wejściowych składowych widma ze współczynnikami całkowitymi. Reakcja na częstotliwość jest miarą odpowiedzi spektrum częstotliwości jakiegokolwiek systemu (na przykład nagłaśniającego) na pierwotny sygnał o niejednorodnej częstotliwości, lecz stałej amplitudzie. Odnosi się ona często do aparatury nagłaśniającej, tunerów, mikrofonów, głośników itp.

    Dodano: 29.11.2010. 16:37  


    Najnowsze