Drahtlose Breitbandkommunikation

Zur Abdeckung des steigenden Bedarfs an Datenraten sind die Erhöhung der spektralen Übertragungseffizienz und die Nutzung weiterer Spektralbereiche, z. B. im Millimeterwellen-Band und im D-Band (~ 140 GHz), notwendig.

Insbesondere sind Strahlformung und MIMO-Techniken im Fokus von Forschung und Entwicklung. Strahlformung (Beamforming) erlaubt größere Reichweiten für drahtlose Kommunikation und die Verringerung von Interferenz- und Abschattungseffekten. Durch die geringe Wellenlänge kann die Größe des benötigten Antennen-Arrays klein gehalten werden. Weiterhin wird die Belastung der Umwelt durch elektromagnetische Wellen verringert und die Energieeffizienz steigt. Diese Techniken werden unter anderem zur Realisierung von 5G-Netzen benötigt und eingesetzt und für 6G-Kommunikationssysteme weiterentwickelt.

Forschungsziele

  • PHY- und MAC-Entwicklung für Gigabit-WLAN und -WPAN
  • Millimeterwellen (mm-Wave)-Backhaul- und Fronthaul-Netzwerke
  • hybrid-Beamforming und MIMO-Verfahren zur Steigerung der spektralen Effizienz
  • präzise Entfernungsbestimmung, Lokalisierung und Innenraum-Positionierung
  • Industrie-WLAN mit hoher Dienstgüte und geringer Latenz für taktile Internet-Anwendungen

Forschungsschwerpunkte

  • Kommunikationssysteme mit höchsten Datenraten
  • 5G- und 6G-Mobilfunksysteme
  • Signalverarbeitung, Beamforming und MIMO
  • latenz-​ und sicherheitskritische WLAN-Systeme
  • Systemlösungen für Lokalisierung und Abstandsbestimmung

Der steigende Bedarf an Funkübertragungsraten von einigen Gigabits pro Sekunde bedeutet hohe technische Herausforderungen. Dies kann erreicht werden durch die Erhöhung der spektralen Effizienz und durch Nutzung weiterer Spektralbereiche, z. B. im Millimeterwellen-(mm-Wave)-Band. Insbesondere sind Strahlformung und Multiple-Eingang-Multiple-Ausgangs-Techniken (MIMO) im Fokus von Forschung und Entwicklung. Strahlformung (beamforming) erlaubt größere Reichweiten für drahtlose Kommunikation und die Verringerung von Interferenz- und Abschattungseffekten. Durch die geringe Wellenlänge kann die Größe des benötigten Antennen-Arrays klein gehalten werden.

Momentan laufen verschiedene Standardisierungsaktivitäten im Rahmen der 3GPP (5G). Erste Überlegungen zum 6G-Mobilfunk-Standard haben begonnen. IEEE802.11ay, welcher höhere Datenraten bis zu 100 Gbit/s ermöglichen soll, ist in der Verabschiedung. Der Standard IEEE802.11az ermöglicht präzise Synchronisation sowie die Entfernungsmessungen von mobilen Terminals und damit auch Lokalisierungsfunktionalität.

Die gegenwärtigen technologischen Fortschritte ermöglichen die Entwicklung von Kommunikationssystemen mit ultrahohen Datenraten. Daher gibt es momentan zahllose Aktivitäten, welche das 60-GHz-Band und das D-Band (140 GHz) für Anwendungen mit ultrahohen Datenraten nutzen.

Diese Systeme werden einen Quantensprung zu höheren Datenraten erreichen. Dies wird neue Dienste und Anwendungen ermöglichen oder vereinfachen, welche mit den gegenwärtigen Funktechnologien nicht umsetzbar sind.

Ein weiterer interessanter Aspekt ist die Integration von Entfernungsbestimmung und Lokalisierung in das Kommunikationssystem. Die hohe Bandbreite sowie hochperformante Basisband-Prozessoren erlauben eine sehr genaue Schätzung der Distanz zwischen Sender und Empfänger durch Time-of-Flight-Messung. Dies erlaubt neue standortbasierte Dienste mit extrem geringen Zusatzkosten.

Forschungsergebnisse

Ein mm-Wellen-Frontend-Chipsatz und ein Modul, welches Strahlformung ermöglicht, wurde weiterentwickelt und ist in verschiedenen Versionen für unterschiedliche Applikationen verfügbar. 

Prof. Dr.-Ing. Eckhard Grass

IHP
Im Technologiepark 25
15236 Frankfurt (Oder)
Deutschland

Telefon: +49 335 5625 731 
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