Konzepte zur digitalen Übertragung für unterirdische Kommunikation basierend auf magnetischer Induktion

• Antragsteller: Professor Wolfgang Gerstacker
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2011 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 188424568

Mit drahtlosen unterirdischen Sensornetzen (Wireless Underground Sensor Networks, WUSNs) soll eine effiziente drahtlose Übertragung im Untergrundmedium ermöglicht werden. Hierzu wurde ein auf magnetischer Induktion (MI) basierendes Verfahren zur Signalübertragung vorgeschlagen, das an die schwierigen Ausbreitungsbedingungen im Untergrundmedium gut angepasst ist. Es hat sich gezeigt dass das auf MI basierende Verfahren aufgrund einer hohen Robustheit gegenüber Änderungen der Bedingungen im Untergrundmedium die Systemleistungsfähigkeit hinsichtlich erreichbarer Datenrate und Reichweite im Vergleich zu traditioneller, auf elektromagnetischen Wellen basierender Übertragung deutlich verbessern kann. Bisher wurden im Projekt bereits Ansätze zur Netzoptimierung und zum Entwurf von Signalverarbeitungsalgorithmen für MI-WUSNs erarbeitet. Das Ziel der vorgeschlagenen Verfahren ist typischerweise, die erreichbare Datenrate für Punkt-zu-Punkt-Übertragung bzw. den theoretischen Durchsatz eines Netzes mit vielen Sensorknoten zu verbessern. In diesem Teil des Projekts soll die Leistungsfähigkeit der digitalen Übertragung durch Einführung von auf mehreren Spulen basierenden Transceivern weiter verbessert werden. Dieser Ansatz wird durch die Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Systeme mit mehreren Antennen in der RF-Kommunikation motiviert, durch die hohe Diversitäts- und Multiplexinggewinne erzielt werden können. Weiterhin müssen Sensorknoten aus ihrer Umgebung Energie aufnehmen (sogenanntes Energy Harvesting) und sich gegenseitig mit drahtloser Leistungsübertragung unterstützen, um einen Betrieb mit ausreichendem Maß an Energie im Untergrundmedium mit nur beschränktem Zugang zur Oberfläche sicherzustellen. Derartige Verfahren sollen entworfen und untersucht werden. Eine wichtige Aufgabe von drahtlosen Sensornetzen ist die Lokalisierung von Personen und Objekten. Um diese Funktionalität in MI-WUSNs zu ermöglichen und eine hinreichende Genauigkeit sicherzustellen, werden neuartige Lokalisierungsalgorithmen entwickelt, die an die typischen Signalausbreitungsbedingungen von MI-WUSNs angepasst sind.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen