Nicht-lineare Compressive Sensing Mehrnutzerdetektion: Algorithmen und Hardware-Architekturen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Armin Dekorsy; Professor Dr.-Ing. Steffen Paul
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 214171215

Das zentrale Thema dieses Forschungsvorhabens ist die Anwendung von Compressive Sensing (CS) zur Detektion von Signalen in der Nachrichtenübertragung. Prinzipiell zeigt die CS-Theorie auf, dass für schwach besetzte Signale, d.h. für Signale mit einer Vielzahl an Signalwerten gleich Null, eine Signalrekonstruktion weit unterhalb des (Nyquist-)Abtasttheorems möglich ist. Ein Anwendungsfeld für die Detektion schwach besetzter Signale in der Nachrichtentechnik ist die Anbindung von Sensorknoten an einen Aggregationspunkt, denn Sensorknoten sind sporadisch aktiv und damit liegt für die Detektion zu einem Zeitpunkt mit hoher Wahrscheinlichkeit ein schwach besetztes Mehrnutzersignal vor. Während bisherige Mehrnutzerdetektionsverfahren ausschließlich die Daten aktiver Teilnehmer detektieren und damit die Kenntnis der Aktivität einzelner Teilnehmer am Empfänger voraussetzen, kann eine hierzu notwendige Signalisierung bei CS-Mehrnutzerdetektionsverfahren vermieden werden. Kernziel dieses Vorhabens ist es, Detektionsverfahren zu entwerfen, zu implementieren und zu analysieren, die die Eigenschaft schwach besetzter Signale berücksichtigen und diese effizient im Sinne eines Austausches zwischen Komplexität und Leistungsfähigkeit nutzen. Dabei hat dieses Vorhaben eine ganzheitliche Betrachtung des Themas zum Ziel: Zusammen mit der theoretischen Erarbeitung neuer Detektionsverfahren wird auch der Entwurf neuer Hardware-Architekturen und Design-Richtlinien zur Umsetzung und Implementierung der entworfenen CS-Detektoren behandelt. In einem Demonstrator werden zudem die entworfenen Detektionskonzepte in einer realen Testumgebung verifiziert, um den Nachweis der experimentellen Machbarkeit zu erbringen. Im Mittelpunkt stehen CS-Detektionskonzepte, welche auf dem Prinzip der Sphere-Detektion basieren. Weiterhin werden auch alternative Detektionskonzepte untersucht. Als Zugriffstechnologie wird CDMA genutzt. Die zu erwartenden Ergebnisse sind jedoch nicht auf CDMA-Systeme beschränkt, sondern lassen auch Rückschlüsse auf andere Multi-Layer-Übertragungsverfahren, wie z.B. Mehrantennensysteme mit selektiver Antennenauswahl, zu. Zusammenfassend wird das Forschungsvorhaben sowohl neue theoretische Kenntnisse auf dem Gebiet der CS-Detektion liefern, als auch Konzepte und Richtlinien für das Design zukünftiger CS-Detektoren bereitstellen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Personen: Dr.-Ing. Dagmar Peters-Drolshagen; Dr.-Ing. Dirk Wübben