In CMOS integriertes Mehrantennen-Diversity-Empfangssystem für digitales Satellitenradio

In CMOS integrated Multi-Antenna Diversity System for Digital Satellite Radio Reception

Please always quote using this URN: urn:nbn:de:bvb:29-opus4-78942
  • Das in dieser Arbeit beschriebene Mehrantennen-Diversity-Empfangssystem für digitales Satellitenradio ist als Erweiterung des im Auto implementierten Empfängers konzipiert und deshalb hochintegriert in einer 150 nm CMOS-Technologie umgesetzt. Der Zielfrequenzbereich ist der des im S-Band liegenden amerikanischen SDARS-Satellitenradiodienstes von 2.320 GHz bis 2.345 GHz. Bei der Übertragung kommt es dabei aufgrund der Mehrwegeausbreitung der Satellitensignale und den damit zusammenhängenden Fast- und Slow-Fading- Effekten zu Pegeleinbrüchen. Aufgrund dessen befasst sich diese Arbeit mit der Integration und Implementierung einer empfangsseitigen Diversity-Architektur zur VerbesserungDas in dieser Arbeit beschriebene Mehrantennen-Diversity-Empfangssystem für digitales Satellitenradio ist als Erweiterung des im Auto implementierten Empfängers konzipiert und deshalb hochintegriert in einer 150 nm CMOS-Technologie umgesetzt. Der Zielfrequenzbereich ist der des im S-Band liegenden amerikanischen SDARS-Satellitenradiodienstes von 2.320 GHz bis 2.345 GHz. Bei der Übertragung kommt es dabei aufgrund der Mehrwegeausbreitung der Satellitensignale und den damit zusammenhängenden Fast- und Slow-Fading- Effekten zu Pegeleinbrüchen. Aufgrund dessen befasst sich diese Arbeit mit der Integration und Implementierung einer empfangsseitigen Diversity-Architektur zur Verbesserung der Empfangsqualität und weiteren Reduzierung von Tonausfällen. Hierfür werden verschiedene Architekturen aufgezeigt und anschließend die Schalt-Phasen-Diversity-Schaltung ausgewählt. Das hierfür entworfene integrierte Front-End mit zusätzlichen diskreten Komponenten ist in einem Feldtest validiert worden. Dabei wurden Signale eines geostationären Satelliten mit einer Dauer von 289.6 s auf einer Teststrecke unter dichtem Laubwerk mittels zweier Einzelantennen aufgenommen. Die geringste Audioausfalldauer bei einem Einzelantennenbetrieb beträgt 29.8 s. Durch die vorgestellte Diversity-Architektur mit einem Betrieb von zwei aktiven Eingangspfaden konnte dieser Wert auf 4.1 s reduziert werden, wodurch eine Erhöhung der Tonverfügbarkeit von 89.8% auf 98.6% erzielt wurde.show moreshow less
  • The described antenna diversity system is designed for the reception of digital satellite radio signals. Furthermore it is highly integrated in a 150 nm CMOS technology, since it is aimed to be a miniaturised stand-alone component of an automotive radio receiver. Its operating frequency range covers the SDARS band of the American satellite radio service between 2.320GHz and 2.345GHz. The broadcasted signals of the digital satellite radio suffer from level drops caused by fast and slow fading effects due to multipath propagation. Hence, this thesis implements an integrated diversity receiver architecture to improve the signal quality and reduce audio mutes. Different solutions for this areThe described antenna diversity system is designed for the reception of digital satellite radio signals. Furthermore it is highly integrated in a 150 nm CMOS technology, since it is aimed to be a miniaturised stand-alone component of an automotive radio receiver. Its operating frequency range covers the SDARS band of the American satellite radio service between 2.320GHz and 2.345GHz. The broadcasted signals of the digital satellite radio suffer from level drops caused by fast and slow fading effects due to multipath propagation. Hence, this thesis implements an integrated diversity receiver architecture to improve the signal quality and reduce audio mutes. Different solutions for this are presented and the scan-phase antenna diversity approach was chosen and developed as integrated circuit (IC). The IC was combined with the discrete components to form a complete diversity system, which was validated in a field test on a track underneath dense foliage. The reception of a single geostationary satellite with a conventional single antenna reception system results in 29.8 s of audio mute during a 289.6 s test drive. The presented integrated front-end within the described diversity system reduces the audio mute duration to a value of 4.1 s. This leads to an improvement of the audio availability from 89.8% to 98.6% compared to single antenna applications.show moreshow less

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Metadaten
Author:Jürgen Röber
URN:urn:nbn:de:bvb:29-opus4-78942
ISBN:978-3-944057-93-4
Series (Volume number):FAU Forschungen, Reihe B, Medizin, Naturwissenschaft, Technik (13)
Publisher:FAU University Press
Place of publication:Erlangen
Referee:Robert Weigel, Stefan Lindenmeier
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2016
Embargo Date:2016/11/15
Publishing Institution:FAU University Press
Granting Institution:Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg (FAU), Technische Fakultät
Date of final exam:2016/06/16
Release Date:2016/11/21
Tag:LNA; Leistungskoppler; RF-Front-End; SDARS; Satellitenradio
Diversity; Integrated Circuit; Phase Shifter; Power Combiner; Satellite Radio
SWD-Keyword:Satellitenfunk; Mehrfachempfang; Verstärker; Phasenschieber; Integrierte Schaltung
Pagenumber:117 S.
Note:
Parallel erschienen als Druckausgabe bei FAU University Press, ISBN 978-3-944057-92-7
Institutes:Technische Fakultät / Department Elektrotechnik-Elektronik-Informationstechnik
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 62 Ingenieurwissenschaften / 620 Ingenieurwissenschaften und zugeordnete Tätigkeiten
open_access (DINI-Set):open_access
Collections:Universität Erlangen-Nürnberg / FAU University Press
Licence (German):Creative Commons - CC BY-NC-ND - Namensnennung - Nicht kommerziell - Keine Bearbeitungen 3.0