Test- und Evaluierungsumgebung für Mobilfunksysteme und -protokolle

• Fachliche Zuordnung: Elektrotechnik und Informationstechnik
• Förderung: Förderung in 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 538292349

Mobilfunksysteme sind nicht nur ein integraler Bestandteil unseres Alltags, sondern nehmen auch eine wichtige Rolle in Wertschöpfungsketten ein. Mit der Entwicklung des Mobilfunks der 5. Generation wurde dieser Entwicklung Rechnung getragen, indem ein flexibler Funkzugang („New Radio“) sowie ein skalierbares Kernnetz („5G Core“) standardisiert wurden. In 5G ist es möglich, die physikalische Schicht des Funkzugangs auf die Dienstqualität anzupassen. Ebenso ist das Kernnetz flexibel in Cloud-Umgebungen integrierbar und kann eine Vielzahl von Anwendungsszenarien unterstützen. Zwischen physikalischer Schicht des Funkzugangs und Kernnetz werden viele weitere Protokolle benötigt, z.B. Protokolle der Zugriffsschicht (MAC), Verbindungskontrolle (RLC) und zur Adaptierung und Konvergenz verschiedener Dienste (PDCP, SDAP). Deren wesentliches Design und Funktionsweise ähnelt dem der 4. Generation (LTE), d.h. während es disruptive Entwicklungen auf der physikalischen Schicht und im Kernnetz gab, wurden auf den oberen Schichten der Funkschnittstelle evolutionäre Verbesserungen umgesetzt. Das beantragte Gerät hat zum Ziel, verschiedene Protokolle der Funkschnittstelle zu evaluieren, und neue Protokolle zu implementieren und deren Leistungsfähigkeit zu quantifizieren. Der Fokus liegt auf flexible, selbst-lernende Protokolle, die nicht vordefinierten Systemprozeduren folgen, sondern sich auf unterschiedliche Szenarien adaptieren, z.B. unterschiedliche Eingangsparameter und unterschiedliche Abläufe von Systemroutinen (Network Function Services). Innerhalb dieses Vorhabens sollen u.a. Mobilitätprotokolle sowie Protokolle zur Detektion und Vermeidung von „RF Jamming“ untersucht werden. Mobilitätsprotokolle sind von tragender Bedeutung in einem Mobilfunksystem, da sie die Mobilität zwischen verschiedenen Zellen und Funkzugangstechnologien ermöglichen. „RF Jamming“ ist vermutlich eines der größten Probleme beim Einsatz von Mobilfunk in kritischen Anwendungsszenarien bzw. kritischer Infrastruktur, da ein erfolgreiches „RF Jamming“ zum Stillstand ganzer Systeme führen kann. Das beantragte Gerät ermöglicht die Analyse bestehender Systeme, v.a. den Ablauf verschiedener Protokolle und den Einfluss verschiedener Parameterwerte. Weiterhin erlaubt es die Entwicklung und das Testen neuer Protokolle, welche auch über die 5. Generation hinaus Relevanz besitzen. Die Verwendung von standardisierter Hardware („Commercial off the Shelf“) und experimenteller Hardware („Software Defined Radio“) erlaubt weiterhin eine Bewertung der Koexistenz mit herkömmlichen Systemen, welche für die erfolgreiche Einführung neuer Protokolle von wesentlicher Bedeutung ist. Die Nutzung eines Kanalemulators erlaubt es, dass sehr unterschiedliche Szenarien basierend auf Kanalmessungen oder auf der Basis von Kanalmodellen reproduzierbar getestet werden können. Die Speicherung und Verarbeitung der gewonnenen Daten erfolgt auf dedizierten Storageservern sowie hierfür geeigneten Verarbeitungsservern.

• DFG-Verfahren: Forschungsgroßgeräte
• Großgeräte: Test- und Evaluierungsumgebung für Mobilfunksysteme und -protokolle
• Gerätegruppe: 2730 Modulatoren, Frequenzhub- und -modulationsmeßgeräte
• Antragstellende Institution: Karlsruher Institut für Technologie
• Leiter: Professor Dr.-Ing. Peter Rost