Gridless parameter estimation in partly calibrated rectangular arrays. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2024), S. 8796-8800
Spatial frequency estimation from a mixture of noisy sinusoids finds applications in various fields. The widely used subspace-based methods provide super-resolution parameter estimation at a low computational cost. However, they require an accurate array calibration, which is difficult for large antenna arrays. Sparsity-based methods have been shown to be more robust than subspace-based methods in difficult scenarios, e.g., in the case with a small number of snapshots and/or correlated sources. In this paper, we consider the direction-of-arrival (DOA) estimation in partly calibrated rectangular arrays comprising several calibrated and identical subarrays. We derive a gridless sparse formulation for DOA estimation based on the shift-invariance properties of the array and develop an efficient algorithm in the alternating direction method of multipliers (ADMM) framework. Numerical simulations show the superior error performance of our proposed method compared to subspace-based methods.
https://doi.org/10.1109/ICASSP48485.2024.10446959
Leveraging tensor subspace prior: enhanced sum of nuclear norm minimization for tensor completion. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2024), S. 7655-7659
Tensor completion has attracted increasing attention in signal processing, computer vision, and biomedical engineering. By using nuclear norm minimization, a tensor completion problem can be converted into a convex program and enjoys properties gained from matrix completion. The low rank property has been widely used for tensor/matrix completion. However, the prior subspace information can also be utilized, which has been ignored and does not exhibit its full power in the existing formulation. In this paper, we propose a new framework leveraging tensor subspace prior for the sum of nuclear norm (SNN) minimization, which supports a range of tensor decompositions. By using the knowledge of the self-prior (SP)/nonself-prior (NSP) and further designing an efficient algorithm based on the Alternating Direction Method of Multipliers (ADMM), the performance of tensor completion can be enhanced. The superiority of the proposed method is verified by extensive numerical experiments.
https://doi.org/10.1109/ICASSP48485.2024.10447654
Characterization and optimization of amplifier circuits on silicon carbide (4H-SiC). - Ilmenau. - 60 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Im Bereich der Sensoren und mikroelektronischen Schaltungen hat sich Siliziumkarbid (4H-SiC) als vielversprechend erwiesen, insbesondere für Anwendungen, die hohe Temperaturen und extreme Umweltbedingungen erfordern. Diese Studie befasst sich mit der Charakterisierung und Optimierung von Verstärkerschaltungen auf Siliziumkarbid mit dem Ziel, die Leistung integrierter Schaltungen zu verbessern. Sie umfasst den Entwurf von Operationsverstärkern unter Verwendung von Differenzverstärkerstufen, Stromquellen und wesentlichen Standard-Verstärkerschaltungen. In der Anfangsphase der Studie werden bestehende SiC-Schaltungen über einen breiten Temperaturbereich gemessen und charakterisiert. Anschließend werden diese Schaltungen auf einem 2-Mikrometer-Technologieknoten mit Cadence Virtuoso simuliert und mit am Fraunhofer IISB erstellten Schaltungen verglichen. Ziel dieser Arbeit ist es, die Nutzung der Technologie zu beweisen und die möglichen Änderungen und Verbesserungen aufzuzeigen, die durch diese Technologie erreicht werden können. Diese Arbeit unterstützt die Entwicklung von 4H-SiC-Elektronik für den Einsatz in Hochtemperaturund rauen Umgebungen.
Analyse des Einflusses von Sputterprozessvariationen auf das Anodisierungsspektrum von Josephson Junctions für supraleitende Elektronik. - Ilmenau. - 61 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Ziel der Arbeit ist die Untersuchung eines Fabrikationsverfahrens von tieftempeteratur-supraleitenden Josephsonkontakten (JK), eines der wichtigsten Bauelemente von Supraleiterelektronik für Quantencomputing, Quantensensorik und supraleitender Digitalelektronik. Das Mehrschichtsystem der Kontakte besteht aus Niob, Aluminium, Aluminiumoxid und Niob. Die Eigenschaften der JK hängen zum einen von seinen geometrischen Parametern sowie von den Prozessparametern bei der Fabrikation ab. In der Arbeit findet eine Analyse der Prozessvariationen auf die Anodisierungsspektroskopie im Herstellungsprozess der Josephsonkontakte statt. Die Anodisierungsspektroskopie dient durch elektrogalvanisches Oxidieren als Passivierungsverfahren und Prozesskontrolle der Kontakte bei Raumtemperatur. Dabei liefert die Spektroskopie Aussagen über die Dicke und Qualität der gesputterten Schichten. Anschließend wird der Fokus auf die Sputterprozessvariation der Tunnelbarriere gelegt, um den Einfluss der Prozessvariablen Barrieredicke und das O2-Expositionsprodukt (O2E) zu beurteilen. Es bezeichnet das Produkt aus Oxidationszeit und -druck während der Herstellung. Zu Beginn wird eine Messreihe verschiedener Stromwerte bei verschiedenen Niobdicken untersucht, um den geeigneten Kurvenverlauf der Anodisierungsspektroskopie abzubilden. Um die Bedeutung der Variablen einzuschätzen, wird folgend ein statistischer Versuchplan Design of Experiment (DoE) nach dem Box-Behnken-Modell erstellt. Dadurch werden die drei Parameter in ihren Randwerten und Zentralpunkten kombiniert. Die Schichtabscheidung erfolgt mittels DC-Magnetron-Sputtern. Die untersuchte Messreihe bildet die Barrierendicke von 5 und 10 nm im Anodisierungsprofil für die Werte O2E = 600 bzw. 900 mbar &hahog; s in charakteristischen Kurven ab. Dabei sprechen die Flankensteilheit und das Kurvenprofil für Materialreinheit und -trennung als Zeichen der Qualität der Schichten. Für die vollständige Systematik muss die Restauswertung erfolgen.
Investigation of cloud based software packaging and release management system. - Ilmenau. - 135 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Die Systeme für das Versionsmanagement unterliegen einem raschen Wandel, um den Anforderungen der modernen Software und den Marktanforderungen gerecht zu werden. Diese Anwendungssoftware wird in einem Paket zusammengefasst und bereitgestellt, was eine kontinuierliche Integration und einen kontinuierlichen Einsatz erfordert. Ein solches Release-Management-System wird unter Berücksichtigung eines Cloud-basierten Content Delivery Network-Ansatzes untersucht und implementiert. Diese Arbeit wird bei Teamviewer SE durchgeführt. Das Unternehmen Teamviewer bietet Plattformen für Remote-Konnektivität, einschließlich Fernzugriff, Steuerung, Verwaltung und Überwachung von Remote-Geräten wie Laptops, Mobiltelefonen und Industriegeräten. Diese Masterarbeit beinhaltet einen Vergleich von Softwarepaketierungstools und den Lebenszyklus des Release-Managements, der für die Paketierung einer Software-as-a-Service-Anwendung erforderlich ist, unter Berücksichtigung der Teamviewer-Anwendung. Es wird eine Kompressionskonfiguration untersucht und auf das Softwarepaket angewandt, um die Größe zu reduzieren, und anschließend wird der Workflow für das Release Management entworfen und implementiert. Die Cloud-basierte Release-Pipeline wird mit Azure realisiert, indem das Softwarepaket in Azure Blob Storage veröffentlicht wird. Die Phasen des Software-Lebenszyklus werden von der Softwarepaketierung bis zum Deployment implementiert. Die System- und Netzwerkparameter wie Serverlatenz, Gesamtlatenz, Durchsatz, End-to-End-Latenz, Byte Hit Ratio und DNS-Auflösungszeit werden für zwei verschiedene Pakete ausgewertet. Diese beiden Pakete werden außerdem durch den Zugriff auf Azure Blob Storage und CDN-Endpunkt-URLs bewertet. Die gleichen Parameter werden auch für zwei verschiedene Cloud-Bereitstellungsstandorte in Westeuropa und im Osten der USA bewertet. Eine deutliche Verringerung der Paketgröße führt zu einer geringeren Netzwerkauslastung, für die die Ergebnisse vorgestellt werden.
Investigation of requirements for single flux quantum qubit control. - Ilmenau. - 87 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Einer der vielversprechendsten Ansätze für den Bau eines gate-basierten Quantencomputers ist die Verwendung supraleitender Schaltkreise, wie sie von Unternehmen wie IBM und Google gebaut und betrieben werden. Bei dieser Technologie befinden sich die physischen Qubits in einer kryogenen Kühlvorrichtung. Ihr Quantenzustand wird durch Hochfrequenzsignale manipuliert, die bei Raumtemperatur erzeugt werden. Um wirtschaftlich relevante Berechnungen durchführen zu können, muss die Anzahl der physikalischen Qubits drastisch erhöht werden. Jedes Qubit muss individuell angesteuert werden, jedoch sind derzeit die Möglichkeiten für das Signalmultiplexing in den Leitungen begrenzt. Daher wird die Vergrößerung der Qubit-Anzahl auf einem einzelnen Chip in naher Zukunft durch den für die Verdrahtung verfügbaren Platz begrenzt. Somit ist es zwingend notwendig, verbesserte Möglichkeiten zur Zustandskontrolle der Qubits zu entwickeln. Kürzlich wurde demonstriert, dass Spannungspulse, wie sie von der Einzel-Fulssquantenlogik erzeugt werden, zur Realisierung von Ein-Qubit-Gates verwendet werden können. Eine Vorraussetung für einen Machbarkeitsnachweis ist die Adaptierung eines solchen Kontrollschemas für einen bestehenden Herstellungsprozess. Als ersten Schritt, passt diese Arbeit zwei der vielversprechendsten Ansätze in einer WRSpice-Simulation an die Schaltungsparameter an, die in den Dokumenten einer foundry spezifiziert werden. Es wird gezeigt, dass die simulierten Pulse der erwarteten Signalform sehr ähnlich sind, so dass die Implementierung von Ein-Qubit-Gates plausibel erscheint. Die einzige Einschränkung ist, dass einer der Entwürfe einen unerwarteten parasitären DC-Anteil aufweist, der wahrscheinlich behoben werden muss. Diese Arbeit legt den Grundstein eines systemischen Ansatzes für den Entwurf und die Implementierung von Qubit-Steuerung auf der Basis von Einzel-Fulssquantenlogik mit bestehender Technologie.
Improving the spatial correlation characteristics of antenna arrays using linear operators and wide-band modelling. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2024), S. 67-73
The analysis of wireless communication channels at the mmWave, sub-THz and THz bands gives rise to difficulties in the construction of antenna arrays due to the small maximum inter-element spacing constraints at these frequencies. Arrays with uniform spacing greater than half the wavelength for a certain carrier frequency exhibit aliasing side-lobes in the angular domain, prohibiting non-ambiguous estimates of a propagating wave-front’s angle of arrival.In this paper, we present how wide-band modelling of the array response is useful in mitigating this spatial aliasing effect. This approach aims to reduce the grating lobes by exploiting the angle- and frequency-dependent phase-shifts observed in the response of the array to a planar wave-front travelling across it.Furthermore, we propose a method by which the spatial correlation characteristics of an array operating at 33 GHz carrier frequency with an instantaneous bandwidth of 1 GHz can be improved such that the angular-domain side-lobes are reduced by 5-10 dB. This method, applicable to arbitrary antenna array manifolds, makes use of a linear operator that is applied to the base-band samples of the channel transfer function measured in space and frequency domains. By means of synthetically simulated arrays, we show that when operating with a bandwidth of 1 GHz, the use of a derived linear operator applied to the array output results in the spatial correlation characteristics approaching those of the array operating at a bandwidth of 12 GHz. Hence, non-ambiguous angle estimates can be obtained in the field without the use of expensive high-bandwidth RF front-end components.
https://doi.org/10.1109/WSA61681.2024.10511328
Excitation signal design for THz channel sounding and propagation parameter estimation. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2024), insges. 5 S.
In this publication, we analyze how the performance of propagation parameter estimation for THz channel sounding can be improved by the power spectrum design of a multicarrier waveform. To this end, we discuss the Fisher information of the propagation parameters and the corresponding deterministic Cramèr-Rao lower bound (CRB) as well as their relation to the carrier powers of the excitation signal. We use these quantities to design waveforms that improve range estimation. In practice, evaluating the Fisher information requires prior knowledge of the propagation scenario which is usually unavailable. Hence, we propose two solutions which we compare numerically to the classical approach of equal power distribution. The evaluation shows that an optimized power distribution can improve the CRB comparable up to a 4 dB gain in signal-to-noise ratio (SNR) if knowledge about the propagation scenario is available and slightly less if the scenario is unknown.
https://doi.org/10.23919/EuCAP60739.2024.10501423
Characterization of typical instantaneous exposure and usage scenarios in the vicinity of 5G massive-MIMO base stations. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2024), insges. 5 S.
A recurring discussion is whether it is useful to specify a typical exposure in addition to the theoretical maximum exposure for massive-MIMO systems, but currently no reliable method exists. Therefore, typical 5G use cases are investigated, grouped according to their throughput, and three typical data rates are derived. To evaluate the reproducibility of data rates and corresponding exposures, three measurement runs have been performed at four measurement points (MP) with different cell utilization by other users, while a 5G UE generated the typical data rates in the vicinity of the MP. Furthermore, temporal variations have been considered by evaluating three different averaging times. The results demonstrate that the exposure values are reproducible within typical measurement uncertainty across different averaging times and even across different measurement runs. Therefore, this method is considered to be capable of providing reproducible measurements of the typical exposure in addition to the maximum possible exposure.
https://doi.org/10.23919/EuCAP60739.2024.10501436
Characterization of propagation from measurements at sub-THz for ISAC applications in an emulated dynamic industrial scenario. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2024), insges. 5 S.
The large blocks of free instantaneous bandwidth at (sub-)THz and the utilization of high gain radio interfaces makes the (sub-)THz suitable for sensing applications. In this paper we present the analysis of novel dual-polarized double directional measurements at 190 GHz in an industrial setting with integrated sensing and communication applications in view. The set-up consists of a bi-static configuration emulating two access points with beam-steering capabilities in a machine room. One access point serves a machine with a wireless link, while the other access point senses the environment to detect moving objects. The objective is to detect possible obstructions that could interrupt the communication link or cause accidents on the production line. The results have shown that the system aspects as narrow beams and large bandwidths allow the early identification of objects in the environment from the measured channel impulse response.
https://doi.org/10.23919/EuCAP60739.2024.10501207