Interferenzmanagement in drahtlosen Netzwerken unter Ausnutzung der Kommunikationsstruktur
Final Report Abstract
Die immer weiter steigende Nachfrage nach höheren Datenraten bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit erfordert die Entwicklung neuer Konzepte und Methoden für drahtlose Kommunikationsnetzwerke, welche die verfügbaren, jedoch begrenzten, Ressourcen optimal ausnutzen. Dabei zeichnet sich insbesondere die Interferenz, d.h. die gegenseitige Störung von Kommunikationsteilnehmern aufgrund gleichzeitiger Nutzung der selben Ressource, als größte Herausforderung dar. Das Ziel des Projekts war die Bestimmung und die Bewertung des Potenzials neuer Konzepte wie z.B. Interferenz-Alignment, für die intelligente Handhabung von Interferenz. So wurde statt der Verschwendung von begrenzten und wertvollen Ressourcen durch Unterdrückung und Vermeidung von Interferenz ein Paradigmenwechsel in Richtung einer effizienteren Handhabung von Interferenz vollzogen. Mit Hilfe informationstheoretischer Methoden wurde die Kapazität, d.h. die höchste Rate bei nahezu fehlerfreier Übertragung, von elementaren Kommunikationssystemen approximativ oder falls möglich exakt bestimmt. Eines der wichtigsten Ergebnisse des Projekts war die Bestimmung von oberen und unteren Schranken hinsichtlich der Summenkapazität des Interferenz-Relay-Kanals. Diese wurden basierend auf einer approximativen Betrachtung mit Hilfe des Konzepts der verallgemeinerten Freiheitsgrade bestimmt. Somit konnte ermittelt werden, welchen Nutzen ein Relay in einem interferenzbegrenzten Kommunikationsszenario und ein signifikanter Gewinn erreicht werden kann. Interessanterweise stellte sich heraus, dass es durchaus sinnvoll sein kann, wenn das Relay nicht mit voller Leistung sendet. Ein wichtiger Aspekt des Projekts war auch die Charakterisierung von Bedingungen, bei denen die Interferenz der Einfachheit halber als weitere Rauschgröße behandelt werden kann, ohne dabei leistungsabhängige Einbußen hinsichtlich der Optimalität zu erzielen. So zeigt sich, dass diese Bedingungen bei einer für zukünftige Mobilfunkgenerationen wichtigen Klasse von Kommunikationskanälen keine triviale Abhängigkeit von den Kanalstärkeparametern aufweisen. Zudem wurden moderne Kommunikationsstrategien wie Widely Linear Processing und Symbolerweiterungen zur Optimierung der Effizienz hinsichtlich der Leistung und der spektralen Effizienz eingesetzt. So zeigt sich, dass mit diesem Ansatz eine deutliche Reduzierung der benötigten Leistung bei gleicher Anforderungen an die Servicequalität des Kommunikationssystems erzielt werden kann. In Folge dessen wurden im Projekt Ergebnisse erzielt, die Einblicke in fundamentale Zusammenhänge gewährten und nun als wichtige Richtlinien für die konkrete Realisierung und den systematischen Entwurf von zukünftigen Kommunikationssystemen dienen. Die Ergebnisse des Projekts wurden in einem Buch, einem Buchkapitel, 10 Journal-Artikeln in international führenden Journalen wie IEEE Trans. On Information Theory und 38 begutachteten Konferenzbeiträgen auf internationalen Fachkonferenzen publiziert. Die währen des Projekts erzielten Ergebnisse resultierten in drei erfolgreich abgeschlossenen Dissertationsarbeiten.
Publications
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