Ordnungsreduzierte Antennensysteme mit stationärer Eigenwertoptimierung (OASE)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Thomas Zwick
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270591662

Durch die Vielzahl neuer und zukünftiger Funkdienste und die ständig steigende Nachfrage nach höheren Datenraten bei gleichzeitig steigender Übertragungsqualität, muss der vorhandene Funkkanal möglichst effizient für die Informationsübertragung genutzt werden, indem alle zur Verfügung stehenden Freiheits-grade des drahtlosen Kommunikationssystems bestmöglich ausgenutzt werden. Um diese steigenden Herausforderungen zu erfüllen, muss ein vorteilhafter Mittelweg zwischen der Größe der Kanalmatrix (den Systemkosten) und der hiermit erreichbaren Kanalkapazität (max. Geschwindigkeit der Kommunikation) gefunden werden, während gleichzeitig sogenannte Funklöcher vermieden werden (Verfügbarkeit bzw. Zuverlässigkeit der Kommunikation).In diesem Forschungsvorhaben werden innovative kapazitätsoptimierende Antennen-Designstrategien mit Hilfe von zeitvarianten MIMO-Kanalmessungen und -simulationen entwickelt und verifiziert. Durch das Einbeziehen von dynamisch gemessenen Kanalinformationen in die Antennendesign-Strategie können die Antennenanzahl (die Ordnung des Systems / seiner Kanalmatrix) und somit der Hardwareaufwand des mobilen Kommunikationssystems reduziert werden, da ein System mit weniger, dafür aber optimierten Antennen eine gleiche Leistungsfähigkeit aufweisen kann, wie ein heuristisch designtes Mehrantennen-system [Taz12]. Um dies zu erreichen, werden wenige Sende- / Empfangsketten mit patternrekonfigurier-baren Antennen verwendet, welche zwischen festen Richtcharakteristiken umschalten können. Dadurch werden die Hardware- und Entwicklungskosten, der Platzbedarf und die Komplexität des Gesamtsystems im Vergleich zu einem phasengesteuerten Antennenarray mit adaptiver Strahlformung reduziert. Gleich-zeitig sollen bei der erreichbaren Transinformation und der Verfügbarkeit des Systems wenige bzw. keine Einbußen entstehen, weil das beschriebene Antennensystem die signifikanten Eigenwert-Tendenzen und -Gruppen des Übertragungskanals ausnutzt, welche die vorteilhaften Übertragungseigenschaften verkör-pern. Diese sogenannte Antennensynthese wird sowohl auf Raytracing-basierte Kanalsimulationen als auch auf Kanalmessungen angewendet und die Ergebnisse anschließend verifiziert und verglichen. Vo-raussetzung hierfür sind dominante Vorzugsrichtungen in automobilen Kanälen, welche in gewissen Grenzen stationär sind. Ein Beispiel hierfür ist der in [RMSZ13] beschriebene Waveguide-Effekt in Stra-ßenschluchten. Diese stationären Eigenschaften ermöglichen eine antennenbasiere Optimierung der Übertragung bereits zur Designphase des Antennensystems und benötigen im Betrieb keine adaptive Kanalschätzung mit dynamischer Anpassung. Basierend auf diesen Designstrategien können patternre-konfigurierbare Einzel- und Mehrantennensysteme für Kraftfahrzeuge entworfen werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen