Výzkum v oblasti perspektivních komunikačních systémů na vybraných evropských pracovištích Zbyněk Raida a kolektiv V současné době je mimořádná pozornost věnována výzkumu, zaměřenému na implementaci nových komunikačních služeb v perspektivních kmitočtových pásmech. S pásmem v oblasti 40 GHz se počítá pro pevné bezdrátové komunikace, s pásmem v oblasti 60 GHz pro bezdrátové gigabytové komunikace, s pásmy 71 až 76 GHz, 81 až 86 GHz a 92 až 95 GHz pro mikrovlnné spoje. Výzkum zaměřený na komunikační systémy určené pro uvedená kmitočtová pásma se nemůže věnovat pouze anténám, přenosovým vedením a vysokofrekvenčním obvodům, určeným pro práci v základním pásmu. Vzhledem k velké šířce pásem, které jsou u perspektivních komunikačních systémů k dispozici, musejí na výzkum v oblasti mikrovlnných struktur navazovat práce věnované pokročilým technikám zpracování signálů a jejich interpretace uživatelům. V následujících odstavcích uvádíme významné evropské výzkumné skupiny, které se výzkumu ve výše popsaných oblastech věnují. S výzkumem týmů, uvedených v této zprávě, máme osobní zkušenost a s výzkumníky, kteří jsou součástí těchto týmů, jsme v osobním kontaktu. U každé výzkumné skupiny je uvedena stručná charakteristika její činnosti, a dále odkaz na internetové stránky, na nichž lze nalézt podrobnosti o výzkumu. Pořadí výzkumných skupin je abecedně řazeno podle domovské země. - 1 -
Université Catholique de Louvain, Microwaves Laboratory Louvain la Neuve, Belgie http://sites.uclouvain.be/emic/ Laboratoř má dlouholeté zkušenosti s výzkumem vysokofrekvenčních struktur pracujících na kmitočtech do 110 GHz. Ve svém výzkumu se laboratoř věnuje aktuálním výzkumným směrům, jako jsou například metamateriály, mikroelektromechanické systémy (MEMS), obvodům a zařízením vyrobeným v křemíku na izolátoru (SOI). Velkou pozornost laboratoř věnuje výzkumu vlivu elektromagnetických polí na živé organizmy. Ghent University, Department of Information Technology (INTEC) Gent, Belgie http://www.intec.ugent.be/ Skupina Prof. Martense se zabývá výzkumem komunikačních systémů jak bezdrátových tak kabelových. Pozornost je věnována jak fyzické vrstvě těchto systémů tak novým interaktivním aplikacím (platforma HDTV, multimediální systémy, webové platformy). Skupina širokopásmových komunikačních sítí se mimo jiné zaměřuje na existující perspektivní komunikační systémy jako hifi, WiMAX, Bluetooth, UMTS a další. Technical University of Denmark Department of Electrical Engineering Lyngby, Dánsko http://www.elektro.dtu.dk Skupina elektromagnetických systémů se komplexně zabývá anténami, komponenty a obvody, které pracují od mikrovlnných kmitočtů po terahertzové kmitočtová pásma. Pozornost je věnována výzkumu terahertzových struktur (opticky řízené terahertzové zesilovače, terahertzové kamery pro nedestruktivní defektoskopii), výzkumu metamateriálových struktur (optimalizace topologie metamateriálů pro miniaturizaci antén pro bezdrátové komunikační systémy) a výzkumu mikrovlnných struktur (speciální komunikační antény). - 2 -
AAlto University School of Science and Technology Dept. of Radio Science and Engineering Helsinky, Finsko http://radio.tkk.fi/en/ Ústav patří do elitní sítě SMARAD (Smart and Novel Radios Research Unit) a je součástí tzv. MilliLab (Millimeter Wave Laboratory of Finland), která má status externí laboratoře Evropské kosmické agentury. V rámci MilliLab jsou prováděna měření systémů na čipu do 110 GHz a vlnovodných struktur do 700 GHz. Spektrální měření jsou realizována do 325 GHz a výkonová měření jsou prováděna do kmitočtu 3 THz. Výzkum je zaměřen na perspektivní struktury, jakými jsou např. polovodičová vedení s rozprostřeným zesílením, mikro-elektromechanické struktury, metamateriálové struktury, antény a směšovače pracující do 650 GHz, atd. Ústav je rovněž součástí evropské sítě excelence Metamorphose, která sdružuje pracoviště zaměřená na meta-materiálový výzkum. University College Cork Department of Electrical and Electronic Engineering Cork, Irsko http://www.ucc.ie/en/eleceng/ Výzkumná skupina se věnuje metodice návrhu CMOS čipů pro bezdrátové komunikace pracující v pásmu 57 až 64 GHz. Díky extrémní šířce komunikačního kanálu je dominantní aplikací nekomprimovaný přenos obrazového signálu s vysokým rozlišením na krátké vzdálenosti. Uvažuje se zejména o využití v oblasti monitorování výrobních procesů (velmi přesné obrábění). Dublin institute of Technology Antenna and High Frequency Research Centre Dublin, Irsko http://ahfr.dit.ie/ Výzkum je zaměřen na oblast širokopásmových antén pro rekonfigurovatelné rádiové systémy, na antény pro systémy využívající šíření signálu více komunikačními kanály (MIMO), na antény pro biomedicínské aplikace a další. Při návrhu antén je využíváno periodických struktur, speciálních keramických substrátů, evolučních metod návrhu v časové oblasti a metod založených na měření antén v blízkém poli. - 3 -
Technische Universität Darmstadt Electrical Engineering and Information Technology Darmstadt, Německo http://www.etit.tu-darmstadt.de Výzkumná skupina prof. Meissnera se zabývá generováním terahertzových signálů směšováním optických signálů (rozdílový signál spadá do oblasti terahertzových vln). Pro oblast terahertzových kmitočtů jsou zkoumána a vyvíjena zařízení na bázi Schottkyho diod. Pozornost je věnována zařízením pro pásma milimetrových vln (dominantně pro pásmo 77 GHz); důraz je kladem na zdroje výkonu, antény, vlnovodové a planární komponenty. Výzkumná skupina prof. Hartnagela se věnuje aktivním mikrovlnným strukturám a fotonice (podmínkám emise fotonů polovodičovými strukturami). Johann Wolfgang Goethe-University, Institute of Physics Frankfur am Main, Německo http://goetheunibator.org/ Výzkum skupiny vedené prof. Krozerem je dominantně zaměřen na terahertzovou elektroniku a její využití v oblasti bezpečnosti, biomedicínských aplikací a snímání. IMST, GmbH Kampf Lintfort, Německo http://www.imst.com IMST je firma, která se věnuje komerčnímu výzkumu v oblasti bezdrátových komunikačních systémů. Výzkumná činnost je financována z projektů evropských rámcových programů, z projektů pro Evropskou kosmickou agenturu a z komerčních kontraktů. Pozoruhodných výsledků bylo dosaženo ve výzkumu planárních elektronicky řízených antén pro mobilní aplikace (projekt SANTANA), ve výzkumu širokopásmových technologií pro komunikaci uvnitř budov a ve vývoji periodických anténních struktur pro družicovou komunikaci. - 4 -
Fraunhofer Institute for High Frequency Physics and Radar Techniques Wachtberg, Německo http://www.fhr.fgan.de Výzkumný ústav se věnuje konceptům, metodám a systémům pro snímání elektromagnetických polí v oblasti milimetrových a sub-milimetrových vln. Část výzkumu je zaměřena na fázované anténní řady, na aplikace radarů a na metody numerické analýzy elektromagnetických polí. RWTH Aachen, Institut für Hochfrequenztechnik Aachen, Německo http://www.ihf.rwth-aachen.de/ Výzkum je zaměřen na anténní řady pracující v pásmech do 40 GHz a na využití těchto antén v perspektivních komunikačních systémech. Universität Karlsruhe Institut für Hochfrequenztechnik und Elektronik (IHE) Karlsruhe, Německo http://www.ihe.kit.edu/ Ústav se soustřeďuje na výzkum širokopásmových komunikačních systémů a jejich komponentů (antény, filtry, aktivní obvody). Pozornost je věnována vývoji komunikačních modulů pracujících do kmitočtu 240 GHz. Co se týká aplikačního zaměření, vyvinuté systémy jsou určeny pro oblast komunikace mezi automobily, pro systémy komunikující více přenosovými kanály (MIMO) a pro širokopásmové komunikační systémy. - 5 -
Vienna University of Technology Institute of Communications and Radio-Frequency Engineering Vídeň, Rakousko http://www.nt.tuwien.ac.at Ústav se věnuje širokému spektru výzkumných oblastí, které komplexně pokrývají problematiku moderních komunikačních systémů od systémů mobilních přes flexibilní bezdrátové systémy po systémy multimediální a optické. Výzkum ústavu je úzce navázán na činnost Laboratoře Christiana Dopplera (základní výzkum v oblasti bezdrátových komunikací) a na Telecommunications Research Center Vienna; http://www.ftw.at University of Navarra, Grupo de Antenas Pamplona, Španělsko http://antenas.unavarra.es Výzkum skupiny je zaměřen zejména na antény pracující v oblasti milimetrových vln. Skupina je známá inovativními návrhy trychtýřových antén, výzkumem v oblasti struktur s elektromagnetickým zádržným pásmem a dalších periodických struktur. Originální výzkum je skupinou realizován v oblasti koherentně vyzařujících periodických struktur a kvazi-optických systémů. Centre Tecnologic de Telecomunicacions de Catalunya Barcelona, Španělsko http://www.cttc.es Výzkum je zaměřen na moderní komunikační systémy (softwarově definované rádio, kognitivní rádio, kooperující a oportunistické komunikace v bezdrátových sítích, systémy s více nosnými, atd.). Pozornost je zaměřena rovněž na systémy využívající pro přenos informace více kanálů (Multiple Input Multiple Output, MIMO). Pozornost je také věnována rekonfigurovatelým zařízením na bázi mikro-elektromechanických systémů a adaptivním zařízením. - 6 -
ETH Zurich, Laboratory for Millimeter-Wave Electronics Curych, Švýcarsko http://www.mwe.ee.ethz.ch/ Výzkum laboratoře je úzce zaměřen na velmi rychlé polovodičové komponenty (zejména tranzistory), které jsou schopny pracovat na kmitočtech do 110 GHz. Při vývoji velmi rychlých tranzistorů jsou kombinovány vrstvy různých polovodičových materiálů, aby bylo dosaženo co možná nejvyšší rychlosti pohybu elektronů, a jsou redukovány rozměry tranzistorů, aby byly minimalizovány délky trajektorií elektronů. Popsaný výzkum je navázán na činnost laboratoře FIRST 1 Center for Micro- and Nanoscience; http://www.first.ethz.ch/ University of Birmingham, Communications Engineering Birmingham, Velká Británie http://www.eee.bham.ac.uk Výzkumný tým dosáhl pozoruhodných výsledků v oblasti výzkumu antén, integrovaných do oděvů a využívaných pro přenos informací o biologických funkcích člověka; důraz je kladen na systémy v pásmu 60 GHz. Pozornost je věnována rovněž anténám, vhodným pro implantování do lidského organizmu. Původní oblastí výzkumu jsou rovněž mikrovlnné aktivní obvody a antény pro adaptivní a inteligentní systémy. 1 Frontiers In Research: Space and Time. - 7 -