In der Dissertationsschrift wird ein neuartiges Konzept der Realisierung der Direkten Digitalen Frequenzsynthese (DDS) vorgestellt. Ausgehend von der analysierten Literatur werden das Wirkprinzip eines Standard-DDS-Synthesizer analysiert und Möglichkeiten zur Aufwandsreduktion untersucht. Ein neuartiger Ansatz zur Realisierung einer vollständig digitalen DDS ergibt sich in der Anwendung der Pulse-Output-DDS. Bei der Pulse-Output-DDS wird neben dem D/A-Wandler auch die Sinus-ROM-Tabelle aus dem prinzipiellen Aufbau der Standard-DDS entfernt. Ausgehend von einer derart modifizierten DDS-Struktur wird ein geeignetes DDS-Modell entwickelt, mit welchem alle auftretenden Synthesefehler systematisch erfaßt und bewertet werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse über die prinzipbedingten Synthesefehler bilden die Grundlage für Erweiterungen der Pulse-Output-DDS mit deren Hilfe eine qualitative Verbesserung des synthetisierten Signals erreicht wird. Dabei steht vor allem die Anwendung von Verfahren der digitalen Signalverarbeitung im Vordergrund, die zu einer Verringerung bzw. Kompensation oder zu einer spektralen Veränderung des auftretenden DDS-Fehlersignals geeignet sind. Es werden die erreichbaren Verbesserungen, aber auch die theoretischen und praktischen Grenzen von folgenden Verfahren aufgezeigt: absolute Verringerung des DDS-Fehlersignals Dithering des DDS-Fehlersignals Rauschformung (Noise-Shaping) des Fehlersignalspektrums Insbesondere bei der Rauschformung werden unterschiedliche Ansätze untersucht und bewertet mit dem Ziel, ein optimales Verfahren für den Rauschformungsprozeß bei der Verwendung in einer Pulse-Output-DDS zu finden. Durch die echtzeitfähige Implementation eines erweiterten DDS-Systems in einem Standard-CMOS-Prozeß werden die gefundenen theoretischen Lösungen verifiziert.

In der Dissertationsschrift wird ein neuartiges Konzept der Realisierung der Direkten Digitalen Frequenzsynthese (DDS) vorgestellt. Ausgehend von der analysierten Literatur werden das Wirkprinzip eines Standard-DDS-Synthesizer analysiert und Möglichkeiten zur Aufwandsreduktion untersucht. Ein neuartiger Ansatz zur Realisierung einer vollständig digitalen DDS ergibt sich in der Anwendung der Pulse-Output-DDS. Bei der Pulse-Output-DDS wird neben dem D/A-Wandler auch die Sinus-ROM-Tabelle aus dem prinzipiellen Aufbau der Standard-DDS entfernt. Ausgehend von einer derart modifizierten DDS-Struktur wird ein geeignetes DDS-Modell entwickelt, mit welchem alle auftretenden Synthesefehler systematisch erfaßt und bewertet werden können. Die gewonnenen Erkenntnisse über die prinzipbedingten Synthesefehler bilden die Grundlage für Erweiterungen der Pulse-Output-DDS mit deren Hilfe eine qualitative Verbesserung des synthetisierten Signals erreicht wird. Dabei steht vor allem die Anwendung von Verfahren der digitalen Signalverarbeitung im Vordergrund, die zu einer Verringerung bzw. Kompensation oder zu einer spektralen Veränderung des auftretenden DDS-Fehlersignals geeignet sind. Es werden die erreichbaren Verbesserungen, aber auch die theoretischen und praktischen Grenzen von folgenden Verfahren aufgezeigt: absolute Verringerung des DDS-Fehlersignals Dithering des DDS-Fehlersignals Rauschformung (Noise-Shaping) des Fehlersignalspektrums Insbesondere bei der Rauschformung werden unterschiedliche Ansätze untersucht und bewertet mit dem Ziel, ein optimales Verfahren für den Rauschformungsprozeß bei der Verwendung in einer Pulse-Output-DDS zu finden. Durch die echtzeitfähige Implementation eines erweiterten DDS-Systems in einem Standard-CMOS-Prozeß werden die gefundenen theoretischen Lösungen verifiziert.

[pt] IoT refere-se a um sistema de dispositivos de computação inter-relacionados que visa transferir dados através de uma rede sem exigir interação humanohumano ou humano-para-computador. Esses sistemas de comunicação modernos, exigem restrições de baixo consumo de energia e baixa complexidade no receptor. Nesse sentido, o conversor analógico-digital representa um gargalo para o desenvolvimento das aplicações dessas novas tecnologias, pois apresenta alto consumo de energia devido à sua alta resolução. A pesquisa realizada em relação aos conversores analógico-digitais com quantização grosseira mostrou que esses dispositivos são promissores para o projeto de futuros sistemas de comunicação. Para equilibrar a perda de informações, devido à quantização grosseira, a resolução no tempo é aumentada através da superamostragem. Esta tese considera um sistema com quantização de 1 bit e superamostragem no receptor com um canal de downlink MIMO multiusuário com banda ilimitada e apresenta, como principal contribuição, a nova modulação de cruzamento de zeros que implica que a informação é transmitida no instante de tempo zero-crossings. Este método é usado para a pré-codificação temporal através da otimização do design da forma de onda para dois pré-codificadores diferentes, a maximização temporal da distância mínima até o limiar de decisão com forçamento a zero espacial e a pré-codificação MMSE no espácio-temporal. Os resultados da simulação mostram que a abordagem de cruzamento de zeros proposta supera o estado da arte em termos da taxa de erro de bits para os dois pré-codificadores estudados. Além disso, essa nova modulação reduz a complexidade computacional, permite dispositivos de complexidade muito baixa e economiza recursos de banda em comparação com o método mais avançado. Análises adicionais mostram que a abordagem do cruzamento de zeros é benéfica em comparação com o método mais avançado em termos de maior distância mínima até o limiar de decisão e menor MSE para sistemas com limitações de banda. Além disso, foi desenvolvido um esquema de mapeamento de bits para modulação de cruzamento por zero, semelhante à codificação de Gray para reduzir ainda mais a taxa de erro de bits. / [en] The IoT refers to a system of interrelated computing devises which aims to transfer data over a network without requiring human-to-human or humanto- computer interaction. This Modern communication systems demand restrictions of low energy consumption and low complexity in the receiver. In this sense, the analog-to-digital converter represents a bottleneck for the development of the applications of these new technologies since it has a high energy consumption due to its high resolution. The research carried out concerning to the analog-to-digital converters with coarse quantization has shown that such devices are promising for the design of future communication systems. To balance the loss of information, due to the coarse quantization, the resolution in time is increased through oversampling. This thesis considers a system with 1-bit quantization and oversampling at the receiver with a bandlimited multiuser MIMO downlink channel and introduces, as the main contribution, the novel zero-crossing modulation which implies that the information is conveyed within the time instant of the zero-crossings. This method is used for the temporal precoding through the waveform design optimization for two different precoders, the temporal maximization of the minimum distance to the decision threshold with spatial zero forcing and the space-time MMSE precoding. The simulation results show that the proposed zero-crossing approach outperforms the state-of-theart in terms of the bit error rate for both precoders studied. In addition, this novel modulation reduces the computational complexity, allows very low complexity devices and saves band resources in comparison to the state-ofthe- art method. Additional analyses show that the zero-crossing approach is beneficial in comparison to the state-of-the-art method in terms of greater minimum distance to the decision threshold and lower MSE for systems with band limitations. Moreover, it was devised a bit-mapping scheme for zero-crossing modulation, similar to Gray-coding to further reduce the bit error rate.

Communications receivers that rely on 1-bit analogto-digital conversion are advantageous in terms of hardware complexity and power dissipation. Performance limitations due to the 1-bit quantization can be tackled with oversampling. This paper considers the oversampling gain from an information-theoretic perspective by analyzing the channel capacity with 1-bit quantization and oversampling at the receiver for the particular case of AWGN channels. This includes a numerical computation of the capacity and optimal transmit symbol constellations, as well as the derivation of closed-form expressions for large oversampling ratios and for high signal-to-noise ratios of the channel.