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Schaake, Christian;
Entwicklung eines "on-Die"-Messverfahrens zur thermischen Charakterisierung von gehäusten integrierten Schaltungen. - Ilmenau. - 67 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2024

Eine genaue Kenntnis der on-Die Chip Temperatur ist heutzutage ein unverzichtbarer Bestandteil jeder Chip Temperatur-Regelung und Schutz-Schaltung. Die präzise Messung der Temperatur im Chip, das damit einhergehende Lokalisieren von Hotspot Regionen und eine angemessene Kühlstrategie bestimmen maßgeblich die maximal mögliche Performance sowie die Zuverlässigkeit des ICs und minimieren seine Leistungsaufnahme. Im Rahmen der vorliegenden Diplomarbeit ist es das Ziel, ein neues on-Die Messverfahren zur thermischen Charakterisierung von gehäusten integrierten Schaltungen zu entwickeln und dieses vorzustellen. Zunächst wird ein kurzer Überblick über die verschiedenen Arten der Temperaturmessung in elektrischen Schaltungen gegeben. Mit dieser Arbeit wird gezeigt, welche Überlegungen und Schritte beim Entwurf eines on-Die Temperatur-Messverfahrens notwendig sind, welche Probleme auftreten und wie daraus ein fertiges funktionierendes Messsystem für einen integrierten Schaltkreis nachträglich implementiert werden kann, ohne explizit Temperatursensoren beim IC-Design vorzusehen. Die beim Entwurf und der späteren Messung aufgetretenen Probleme hinsichtlich der Software-Ansteuerung, des Messaufbaus und der Messabweichungen werden diskutiert und mittels Parallelisierung von Softwareteilen, Signal-Aufbereitungsschritten, Kalibrierung und Regressionsanalysen der Messdaten Lösungen aufgezeigt. Es folgen ein Ausblick und Ansatzpunkte, welche in späteren Arbeiten weitergehend betrachtet werden können. Die Arbeit stellt anhand des entworfenen Systems eine neue Messmethode vor, wie eine präzise on-Die Messung zur Erfassung der intrinsischen Temperatur für eine Vielzahl von verschiedenen Chips einfach umgesetzt bzw. nachträglich implementiert werden kann. Zur Validierung der Messergebnisse der ESD-Dioden Messung wurde eine Vergleichsmessung mit Hilfe einer Widerstandsmessung realisiert und eine Simulation des Temperaturverhaltens des Messobjekts durchgeführt. Am Ende der Arbeit steht ein fertiger, voll funktionsfähiger Messaufbau, welcher eine automatische Charakterisierung der eingangsseitigen ESD-Dioden ermöglicht. Mit Hilfe des aufgenommenen Dioden-Verhaltens kann die on-Die Chip Temperatur (im Betrieb des Chips) über eine Spannungsmessung von außen gemessen werden.



Gherekhloo, Sepideh;
Massive MIMO and multi-hop mobile communication systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2024. - 1 Online-Ressource (xxiv, 151 Seiten). - (Research reports from the Communications Research Laboratory at Ilmenau University of Technology)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2024

Seit den späten 1990er Jahren wurden massive MIMO (multiple-input multiple-output) Systeme vorgeschlagen, um die erreichbaren Datenraten in drahtlosen Kommunikationssystemen zu verbessern. Um die hohen Pfadverluste in den Hochfrequenzbändern zu überwinden, wird die Verwendung von massive MIMO in zukünftigen drahtlosen Kommunikationssystemen eher ein Muss als eine Option sein. Gleichzeitig ist aufgrund der hohen Kosten und des hohen Energieverbrauchs der herkömmlichen volldigitalen Beamforming-Architektur eine neue Beamforming-Architektur erforderlich. Unter den vorgeschlagenen Lösungen hat eine hybride analog digitale (HAD) Beamforming- Architektur erhebliche Aufmerksamkeit erhalten. Die vielversprechenden Gewinne durch den Einsatz von massive MIMO hängen stark von der Verfügbarkeit von genauer Kanalzustandsinformation (CSI) ab. Diese Arbeit betrachtet ein breitbandiges OFDM-System mit massive MIMO. Wir schlagen eine Kanalschätzmethode namens SALSA (sequential alternating least squares approximation) vor, die eine versteckte Tensorstruktur in der gemessenen Uplink-Matrix unter Berücksichtigung der HADArchitektur an der Basisstation (BS) ausnutzt. Anschließend wird die Kanalmatrix sequentiell mit einer ALS (alternating least squares)-Methode geschätzt. Der vorgeschlagene SALSA-Algorithmus ist unabhängig von den Kanaleigenschaften auf jedes massive MIMO-System anwendbar. Detaillierte Simulationsergebnisse zeigen, dass SALSA im Vergleich zu den klassischen LS (least squares)- und MMSE (minimum mean squared error)-Verfahren eine flexiblen Abtausch zwischen Komplexität und Genauigkeitaufweist. Anschließend schlagen wir einen Entwurf für die Beamforming-Matrix mit geringer Komplexität vor, der auf jede hybride Architektur anwendbar ist und bei dem wir den Entwurf der Basisband- und der analogen Beamforming-Matrizen entkoppeln. Wir zeigen, dass das Design der analogen Beamforming-Matrix als eine Reihe von konvexen Teilproblemen geschrieben werden kann, die iterativ aktualisiert werden, bis Konvergenz erreicht ist. Im Vergleich zu den Referenzalgorithmen erreicht unser Algorithmus entweder eine vergleichbare Leistung oder übertrifft sie erheblich, je nach der HAD Beamforming Architektur. Der von uns vorgeschlagene Entwurf für die Beamforming- Architektur weist eine geringe Komplexität auf und ist auf jede Hybridarchitektur anwendbar. Die Erkundung neuer, weniger überlasteter Frequenzbänder, wie der Frequenzen im Millimeterwellenbereich (mmWave), d. h. 30 - 300 GHz, wurde als vielversprechende Lösung zur Erhöhung der Netzkapazität vorgeschlagen. Diese Frequenzbänder weisen jedoch im Vergleich zum Sub-6-GHz-Band hohe Pfadverluste auf, so dass sie nur für Kurzstrecken- und Innenraumkommunikationsszenarien geeignet sind. Rekonfigurierbare intelligente Oberflächen (RISs - Reconfigurable intelligent surfaces) wurde als kostengünstige und umweltfreundliche Lösung zur Verbesserung der Kommunikationsreichweite und zur Überwindung von Blockierungsproblemen in zukünftigen drahtlosen Kommunikationsnetzwerken eingeführt. Diese Arbeit betrachtet ein RIS-basiertes mmWave MIMO-System, bei dem die RIS aus passiven reflektierenden Elementen besteht. Wir schlagen zwei neue Kanalschätzmethoden für Single RIS (S-RIS)-basierte Systeme vor. Unter Ausnutzung der geringen Rangstruktur von mmWave-Kanälen in der räumlichen Auflösung schlagen wir einen nichtiterativen TRICE (Two-stage RIS-aided Channel Estimation)-Algorithmus vor, bei dem jede Stufe als mehrdimensionales Richtungs (DoA)-Schätzproblem formuliert wird. Infolgedessen ist unser TRICE-Algorithmus sehr allgemein in dem Sinne, dass jede effiziente mehrdimensionale DoA-Schätzlösung ohne weiteres in jeder Stufe zur Schätzung der zugehörigen Kanalparameter verwendet werden kann. Wir erweitern dann unseren TRICE-Algorithmus, indem wir die Tensorstruktur der empfangenen Signale ausnutzen, die eine CPD (canonical polyadic decomposition)-Analyse, auch bekannt als PARAFAC (Parallel Factor)- Analyse, ermöglicht. Diese Erweiterung wird als TenRICE (Tensor-based RIS Channel Estimation) bezeichnet, wobei die Tensorfaktormatrizen mit einer ALS-Methode geschätzt werden. Numerische Simulationen bewerten die resultierende Systemleistung und zeigen, dass beide Methoden im Vergleich zu den Benchmark-Lösungen weniger Trainingsaufwand und Rechenkomplexität erfordern, während TenRICE eine überlegene Leistung aufweist, die der Cramér Rao Schranke CRB nahekommt. Anschließend schlagen wir ein heuristisches, nicht-iteratives zweistufiges Verfahren zum Entwurf der RIS-Reflexionskoeffizienten vor, bei dem der RIS-Reflexionsvektor in geschlossener Form unter Verwendung der FroMax (Frobenius-Norm Maximization)-Strategie ermittelt wird. Unsere Simulationsergebnisse zeigen, dass FroMax eine vergleichbare Leistung wie Benchmark-Methoden mit geringerer Komplexität erreicht. Da die Leistung von S-RIS-gestützten Systemen von der Entfernung der RIS zum Sender und Empfänger abhängt, haben Systeme mit mehreren RISs in den letzten Jahren mehr Aufmerksamkeit erhalten. In dieser Arbeit wird ein Double RIS (D-RIS)-basiertes MIMO-System mit flachem Fading betrachtet und es werden Methoden zur Kanalschätzung vorgeschlagen, wenn (i) beide RISs den gleichen Trainingsaufwand haben und (ii) die RISs unterschiedliche Trainingsaufwände haben. Für den Fall (i) schlagen wir eine ALS-basierte Kanalschätzungsmethode, genannt CEJOINT (channel estimation for joint training), vor, die die Tucker2-Tensorstruktur der empfangenen Signale nutzt. Wir zeigen, dass, wenn die reflektierenden Elemente des S-RIS-Systems sorgfältig zwischen den beiden RISs in einem D-RIS-System verteilt werden, der Trainingsaufwand im D-RIS-System reduziert werden kann und die Schätzgenauigkeit im Vergleich zum S-RIS-System ebenfalls erhöht werden kann. Für den Fall (ii) zeigen wir, dass das empfangene Signal als ein 4-dimensionaler-Tensor dargestellt werden kann, der ein nested PARAFAC-Zerlegungsmodell erfüllt. Unter Ausnutzung einer solchen Struktur schlagen wir eine geschlossene Form für eine KRF (Khatri-Rao Factorization)-basierte und eine iterative ALS-basierte Kanalschätzungsmethode vor, die als KRF-SEPT (KRF-based for separate training) bzw. ALS-SEPT SEPT (ALS-based for separate training) bezeichnet werden. Die numerischen Ergebnisse zeigen, dass beide vorgeschlagenen Methoden eine vergleichbare Leistung haben, solange die Identifizierbarkeitsbedingungen der KRF-SEPT-Methode erfüllt sind, während die ALS-SEPT-Methode eine zufriedenstellende Leistung mit weniger Trainingsaufwand erreichen kann. Darüber hinaus kann die Leistung der vorgeschlagenen ALS-SEPT-Methode durch die Verwendung von KRF-SEPT als Initialisierung weiter verbessert werden.



https://doi.org/10.22032/dbt.61615
Petkoviâc, Bojana; Ziolkowski, Marek; Töpfer, Hannes; Haueisen, Jens
A new stress tensor approach for application to the conductor surface. - In: Compel, ISSN 2054-5606, Bd. 0 (2024), 0

Purpose: The purpose of this paper is to derive a new stress tensor for calculating the Lorentz force acting on an arbitrarily shaped nonmagnetic conductive specimen moving in the field of a permanent magnet. The stress tensor allows for a transition from a volume to a surface integral for force calculation. Design/methodology/approach: This paper derives a new stress tensor which consists of two parts: the first part corresponds to the scaled Poynting vector and the second part corresponds to the velocity term. This paper converts the triple integral over the volume of the conductor to a double integral over its surface, where the subintegral functions are continuous through the different compartments of the model. Numerical results and comparison to the standard volume discretization using the finite element method are given. Findings: This paper evaluated the performance of the new stress tensor computation on a thick and thin cuboid, a thin disk, a sphere and a thin cuboid containing a surface defect. The integrals are valid for any geometry of the specimen and the position and orientation of the magnet. The normalized root mean square errors are below 0.26% with respect to a reference finite element solution applying volume integration. Originality/value: Tensor elements are continuous throughout the model, allowing integration directly over the conductor surface.



https://doi.org/10.1108/COMPEL-10-2023-0543
Alves Costa, Heraldo Cesar; Myint, Saw James; Andrich, Carsten; Giehl, Sebastian W.; Schneider, Christian; Thomä, Reiner
Modelling micro-Doppler signature of drone propellers in distributed ISAC. - In: IEEE Xplore digital library, ISSN 2473-2001, (2024), insges. 6 S.

Integrated Sensing and Communication (ISAC) comprises detection and analysis of non-cooperative targets by exploiting the resources of the mobile radio system. In this context, micro-Doppler is of great importance for target classification, in order to distinguish objects with local movements. For developing algorithms for target classification, it is necessary to have a large amount of target signatures. Aiming to generate these data, this paper proposes a mathematical model for the micro-Doppler of drone rotating propellers, and validate the proposed model by comparing it to measured micro-Doppler. Results show that the proposed mathematical model can generate micro-Doppler data very similar to those from measurement data.



https://doi.org/10.1109/RadarConf2458775.2024.10548468
Liu, Tianyi; Deram, Sai Pavan; Ardah, Khaled; Haardt, Martin; Pfetsch, Marc E.; Pesavento, Marius
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
Ge, Li; Jiang, Xue; Chen, Lin; Liu, Xingzhao; Haardt, Martin
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
Bodla, Chakravarthy;
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.



Reum, Thomas;
Consequences of the potential gauging process for modeling electromagnetic wave propagation. - In: IEEE open journal of antennas and propagation, ISSN 2637-6431, Bd. 0 (2024), 0, S. 1-12

This predominantly theoretical article focuses on a qualitative discussion of peculiarities, which are introduced in practical electromagnetic (EM) wave propagation scenarios when the gauge for the electrodynamic potentials is not chosen in accordance to the appropriate space-time metric of the underlying physical framework. Based on ordinary vector calculus, this is done for the viewpoint of radio frequency (RF) engineers by using two examples of guided EM waves: one large-scale case of a terrestrial scenario and one small-scale case involving a device level setup. Readers may benefit especially from this practical orientation, since gauging is often analyzed primarily mathematical by solely arguing on terms of equations instead of discussing concrete applications. The provided context aims to enhance the usual perspective and is applicable for a wide class of situations involving various wave types at any frequency.



https://doi.org/10.1109/OJAP.2024.3412162
Stolzenberg, Clara Frederike Louise;
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.



Bolugudde Prabhakar, Guru Karthik;
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.