Detailseite
Projekt
Ultrabreitband-Kommunikation basierend auf "Massive MIMO" und Multimode-Antennen für mobile Endgeräte
Fachliche Zuordnung
Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Förderung
Förderung von 2013 bis 2021
Projektkennung
Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 235628299
Mit dem DFG-Schwerpunktprogramm 1655 wird ein neuer Geschwindigkeitsbereich für drahtlose Systeme von 100 Gbit/s und mehr betreten, beispielsweise für mobilen Internetzugriff. In unserem Beitrag im Rahmen des SPP liegt der Fokus auf einem Innenraumszenario mit begrenzter Mobilität, wobei aufwandsgünstige Endgeräte wie Tablets und Smartphones eingesetzt werden. Um ultra-hohe Datenraten drahtlos übertragen zu können, stellen Ultrabreitbandverfahren die aussichtsreichste Technik bereit. Beschränkt man sich auf den Frequenzbereich von 6-8.5 GHz, bei dem die für EU-Länder definierte EIRP-Maske ein signifikantes Maximum aufweist, so ist eine Bandbreiteneffizienz von mindestens 40 bit/s/Hz notwendig. In unserem interdisziplinären Mikrowellentechnik/Basisbandverarbeitungs-Ansatz wird Expertise aus folgenden Bereichen kombiniert: Systemarchitekturen für extrem hohe Durchsatzraten von 100 Gbit/s und mehr, Realisierung von Paradigmen zur nachhaltigen Reduktion der Komplexität und des Energieverbrauchs von extrem hochratigen drahtlosen Kommunikationssystemen, Algorithmen zur Basisbandverarbeitung mit hoher Bandbreite, und Untersuchungen von Performance-Parametern drahtloser 100-Gbit/s-Systeme. In der ersten Phase bestand der eigene Hauptbeitrag im Entwurf und der Analyse eines Multimoden-Antennendesigns in Zusammenhang mit einer auf die Problemstellung angepassten Basisbandverarbeitung, Multi-Mode Massive MIMO genannt. Dieses Konzept ist sowohl für Endgeräte als auch für Zugangsknoten geeignet. Für Endgeräte mit rechteckförmigem Gehäuse wurde eine Multimoden-Antenne mit bis zu fünf Anschlüssen, für Zugangsknoten ein Antennenarray mit 11x11x4=484 Anschlüssen implementiert und charakterisiert. Als wichtiges Ergebnis konnte festgestellt werden, dass unser Systementwurf aus Sicht beider Communities sinnvoll ist. Allerdings ist die Anzahl an breitbandigen Moden begrenzt, was sich als kapazitätslimitierend herausgestellt hat. Motiviert durch die erfolgsversprechenden Ergebnisse der ersten Phase soll der Multimoden-Ansatz ausgebaut werden. Insbesondere soll der Fokus auf Mehrnutzerszenarios erweitert werden, auch im Hinblick auf die benötigte Hardware. Bezogen auf mobile Endgeräte sollen mit Hilfe einer gemeinsamen Optimierung die möglichen Verbesserungen hinsichtlich des Durchsatzes untersucht werden, wobei die Randbedingung, dass alle Moden die volle Bandbreiten abdecken müssen, verworfen wird. Insbesondere soll der Effekt von zusätzlichen Moden auf die Kanalkapazität untersucht werden. Bezogen auf Zugangsknoten steht eine Reduzierung der Größe der Antennenelemente als auch eine Verringerung deren Abstands im Vordergrund des Projektvorhabens. Es sollen Beamforming-Muster vorausberechnet werden, um die numerische Komplexität der Strahlformungsoptimierung zu verringern. Ferner soll in diesem Zusammenhang eine sendeseitige Strahlformung mit mehreren Datenströmen untersucht werden.
DFG-Verfahren
Schwerpunktprogramme
