Massive-MIMO-Systeme fuer Kommunikation und Lokalisierung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Robert Schober; Professor Dr.-Ing. Martin Vossiek; Professor Dr.-Ing. Robert Weigel
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 259038323

Mehr-Antennen-Technologien (sog. MIMO-Systeme) sind ein Kernelement aller aktueller und zukünftiger drahtloser Kommunikations- und Lokalisierungssysteme. In herkömmlichen Kommunikations- und Lokalisierungssystemen ist die Anzahl der Antennen (jede mit eigenem unabhängigen Transceiver) stark beschränkt (typischerweise auf weniger als 20 Antennen). Aktuelle Forschungen haben jedoch gezeigt, dass Mehr-Benutzer-Systeme mit hunderten oder sogar tausenden von Antennen an der Basisstation interessante Vorteile gegenüber herkömmlichen MIMO-Systemen besitzen. Solche Systeme werden als Massive-MIMO- oder Large-Scale-MIMO-Systeme bezeichnet. Obwohl Massive-MIMO-Systeme in den letzten zwei Jahren intensiv untersucht wurden, besteht noch erheblicher Forschungsbedarf bzgl. geeigneter Signalverarbeitungsalgorithmen und Signalformen bevor solche Systeme in der Praxis eingesetzt werden können. Ein weiterer wichtiger Aspekt, der noch nicht untersucht wurde, ist die Anwendung von Massive-MIMO-Systemen für die Lokalisierung. Außerdem erfordern die große Anzahl an Antennen mit zugehörigen kohärenten Transceivern sowie die zu erwartenden hohen Datenraten neue Methoden für den Entwurf der für Massive-MIMO-Systeme benötigten elektronischen Schaltungen und Systeme. Architekturen klassischer MIMO-Systeme können nicht einfach auf die Dimensionen von Massive-MIMO-Systemen hochskaliert werden. Darüber hinaus ist auch noch nicht geklärt, ob herkömmliche MIMO-System- und Kanalmodelle auch für die für Massive-MIMO-Systeme typischen Geometrien und Umgebungen Gültigkeit haben. Deshalb sind Kanalmessungen in realistischen Umgebungen notwendig und die existierenden Modelle für Hardwareungenauigkeiten müssen für Massive-MIMO-Systeme verifiziert und ggf. modifiziert werden. Diese Punkte verdeutlichen, dass zur Systemoptimierung und zur Verifizierung von theoretischen Ergebnissen ein geeignetes und flexibles Massive-MIMO-Testbed notwendig ist. Deshalb verfolgen wir in diesem Projekt einen ganzheitlichen Ansatz für den Entwurf von Massive-MIMO-Systemen und bündeln unsere Expertise in Signalverarbeitung und Nachrichtentechnik (Lehrstuhl für Digitale Übertragung, Schober), Lokalisierung und Antennendesign (Lehrstuhl für Hochfrequenztechnik, Vossiek) und Transceiver-Entwurf und Implementierung (Lehrstuhl für Technische Elektronik, Weigel). Das beantragte Projekt verfolgt folgende Ziele: 1) Entwurf effizienter, sicherer, robuster und hochperformanter Precoding- und Detektions-Algorithmen. 2) Entwurf von Antennen mit sehr stabilen Phaseneigenschaften. 3) Entwicklung neuartiger Synchronisationsprotokolle, Algorithmen zur Auflösung von Mehrwegeausbreitung und Lokalisierungstechniken. 4) Entwurf von Schaltungen und Architekturen für Massive-MIMO-Systeme. Die genannten Ziele werden sowohl durch theoretische Forschung als auch mit Hilfe einer Implementierung/Verifizierung der entwickelt Algorithmen, Schaltungen und Systemarchitekturen in einem Massive-MIMO-Testbed erreicht.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen