RSS-NewsfeedM4 - Ultrabreitband-Kommunikation basierend auf "Massive MIMO" und Multimode-Antennen für mobile Endgeräte
Antragsteller
Prof. Dr.-Ing. Peter A. Höher
Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
Institut für Elektrotechnik und Informationstechnik
Arbeitsgruppe Informations- und Codierungstheorie
Prof. Dr.-Ing. Dirk Manteuffel
Leibniz Universität Hannover
Elektrotechnik und Informatilk
Institut für Hochfrequenztechnik und Funksysteme
Zusammenfassung
Eine Funkkommunikation mit Datenraten von 100 Gbit/s und mehr, wie in SPP 1655 angestrebt, erfordert eine extrem hohe Signalbandbreite in Verbindung mit geeigneten Antennen und fortschrittlicher Signalverarbeitung, um gleichzeitig die Bandbreiteneffizienz als auch die Leistungseffizienz zu steigern. Durch eine Fokussierung auf Massenmarktanwendungen, wie Ultrabooks, Tablet-Computer und Smartphones, erhöhen sich die Anforderungen in diesem Projektvorhaben. Betrachtet werden sowohl die Aufwärtsstrecke als auch die Abwärtsstrecke. Eine begrenzte Mobilität der Mobilstation wird zugelassen.
Um die angestrebten Ziele zu erreichen, wird ein interdisziplinärer Ansatz aus den Bereichen Antennenentwicklung und Basisbandverarbeitung verfolgt. Hierbei konzentrieren wir uns auf den Frequenzbereich zwischen 6.0 GHz - 8.5 GHz, in dem die Regulierung in der EU eine spektrale Leistungsdichte von -41.3 dBm/MHz EIRP erlaubt. Daher muss eine Bandbreiteneffizienz von mindestens 40 bit/s/Hz erreicht werden, was gerade im Hinblick auf den Massenmarkt herausfordernd ist.
Das Projektvorhaben verfolgt zwei Schlüsselkonzepte: Ein vielversprechendes Antennenkonzept und ein innovatives Signalverarbeitungskonzept basierend auf „massive MIMO“. Bezüglich des Antennenkonzepts besteht die Kernidee darin, dass pro Antennenelement mehrere Moden angeregt werden, denen jeweils ein eigener Anschluss zugeordnet wird. Folglich können viele Antennenanschlüsse realisiert werden, obwohl nur wenige Antennenelemente implementiert werden müssen. Dieses neue Konzept lässt sich hervorragend in Konsumerprodukte integrieren und ist leicht rekonfigurierbar.
Bezüglich der Basisbandverarbeitung besteht der geplante Beitrag in einem sender- und empfängerseitigen Entwurf von Algorithmen, welche auf das innovative Antennenkonzept zugeschnitten sind. Eine Herausforderung besteht insbesondere darin, die Empfängeralgorithmen derart zu parallelisieren, dass eine aufwandsgünstige Realisierung möglich ist. Das begrenzte EIRP, die anspruchsvolle Bandbreiteneffizienz, als auch die geringen Abmessungen und die begrenzte Rechenleistung des mobilen Terminals bilden die größten Herausforderungen. „Massive MIMO“ ist dadurch charakterisiert, dass der Zugangspunkt (AP) mit einer sehr großen Anzahl von Antennenelementen bestückt wird, das Terminal bevorzugt jedoch mit nur einer einzigen Antenne. Die Abwärtsstrecke soll auf „UWB massive-MIMO MB-OFDM“ mit senderseitiger Strahlformung basieren. Nimmt man im ersten Entwicklungsschritt eine Gruppenantenne mit 5 x 5 Elementen an, die jeweils 5 Moden anregen, so sind 125 Antennenanschlüsse im AP realisierbar. In der Aufwärtsstrecke soll „UWB massive-MIMO MB-OFDM“ mit Diversitätsempfang untersucht werden. Für das Terminal ist ein einziges Antennenelement mit beispielsweise 5 Moden (d.h. 5 Anschlüssen) vorgesehen. In diesem interdisziplinären Ansatz zur Realisierung ultrahoher Bandbreiteneffizienzen stehen in den ersten drei Jahren fundamentale Fragestellungen im Vordergrund.