Realisierungskonzepte von Vollduplex-Transceivern im Millimeterwellenbereich für Anwendungen in drahtlosen Rücktransportnetzen für kleine Funkzellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Slawomir Stanczak, seit 8/2019
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409528830

Dieses Projekt hat die Erforschung der Vollduplex-Technologie für den Einsatz in drahtlosen Kommunikationsnetzen zum Ziel. Bei den Untersuchungen soll insbesondere der Anwendungsfall der Rücktransportnetze (BHN) betrachtet werden. Derartige BHN werden für die drahtlose Anbindung kleiner Mobilfunkzellen benötigt, deren massenhafte Installation im Rahmen von 5G diskutiert wird. Innerhalb dieser BHN erfolgt die Kommunikation über Richtfunk, der im Mikro- oder Millimeterwellenbereich (6–100 GHz) realisiert wird.Gegenwärtige Topologien für drahtlose BHN beruhen zumeist auf einfachen Punkt-zu-Punkt Verbindungen. Komplexere Punkt-zu-Multipunkt Verbindungen, Multi-Hop Verbindungen über Relaisstationen oder maschenförmige Architekturen erfordern einen hohen Planungsaufwand sowie die Verwendung mehrerer Frequenzbänder, um die Interferenzen zwischen den einzelnen Funkstrecken zu minimieren. Bei der angedachten starken Verdichtung der Funkzellen werden jedoch komplexere Netzarchitekturen benötigt, womit die erwähnten Herausforderungen zunehmen werden. Es ist absehbar, dass gegenwärtige Technologien für drahtlose BHN sehr bald an technische oder ökonomische Grenzen stoßen und damit der angedachten Verbreitung der kleinen Mobilfunkzellen im Wege stehen.Die in dem Projekt untersuchte Vollduplex-Technologie ist in der Lage, einen signifikanten Beitrag zur Bewältigung dieser Anforderungen zu liefern. Durch die implizite Fähigkeit dieser Technologie, Eigeninterferenzen zu unterdrücken, können maschenförmige Netze realisiert werden, ohne dabei zusätzliche Frequenzressourcen zu verbrauchen. Vielmehr besitzt die Technologie noch das Potential einer zusätzlichen Steigerung der spektralen Effizienz gegenüber einer konventionellen, halbduplex, Punkt-zu-Punkt Richtfunkverbindung.Innerhalb des Projektvorhabens wird eine Modellierung sowohl des Vollduplex-Transceivers als auch der Kommunikationsnetze vorgenommen. Die Modellierung bildet die Basis für ein analytisches Framework, das zur Bewertung und Optimierung von maschenförmigen Netzen mit Vollduplex-Fähigkeit verwendet werden kann. Das Ergebnis dieses Prozesses ist ein Realisierungskonzept für derartige BHN im Millimeterwellenbereich.Es kommen verschiedene, interdisziplinäre Methoden zum Einsatz. Zum einen analytische Methoden zur Beschreibung und Modellierung der Eigeninterferenz unter Berücksichtigung realer Schaltungstechnik, zum anderen numerische Methoden für die Untersuchung und Modellierung größerer Funknetze unter realen Ausbreitungsbedingungen. Eine generelle Abschätzung der Leistungsfähigkeit derartiger Netze soll hingegen unter vereinfachten Modellannahmen erfolgen. Nicht zuletzt sollen spezielle Transceiver- und Antennentechnologien entwickelt werden, für die analytische und numerische Methoden der Feldtheorie als auch Hochfrequenzmessgeräte zum Einsatz kommen. Die Arbeiten werden begleitet durch experimentelle Untersuchungen an prototypischen Implementierungen von Vollduplex-Transceivern.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Mitverantwortliche: Privatdozent Dr.-Ing. Gholamreza Alirezaei; Professor Dr.-Ing. Wilhelm Keusgen
• Ehemaliger Antragsteller: Professor Dr. Rudolf Mathar, bis 7/2019