Fortschrittliche hybride analoge und digitale Massive-MIMO-Techniken für drahtlose Systeme im Millimeterwellen- und Sub-Terahertz-Bereich (AdAMMM II)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Haardt
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2018
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 402834619

Drahtlose Netze der sechsten Generation (6G) versprechen, 5G Systeme zu verbessern, indem sie extrem hohe Datenraten bieten, massive Konnektivität ermöglichen und eine breite Palette von Anwendungen unterstützen. Da mehrere Technologien in Erwägung gezogen werden, um den wachsenden Anforderungen von 6G und seinen außergewöhnlichen Fähigkeiten gerecht zu werden, können die oberen mmWellen- und Sub-Terahertz (THz)-Frequenzbänder als einer der wichtigsten Wegbereiter angesehen werden. Die Nutzung dieser Bänder wird jedoch durch viele Faktoren eingeschränkt, darunter Hardwarebeschränkungen und die Sub-THz-spezifischen Kanaleigenschaften, die berücksichtigt werden müssen. Daher bietet das Sub-THz-Band verschiedene Herausforderungen und Forschungsaufgaben, die es zu erkunden gilt. Das Ziel dieses Projekts ist die Entwicklung verschiedener hybrider Architekturen und Kanalschätzalgorithmen unter Berücksichtigung der Sub-THz-spezifischen Kanaleigenschaften und Hardwarebeeinträchtigungen, um die Effizienz von Systemen im mmWave- und Sub-THz-Band weiter zu verbessern. Aufbauend auf den Ergebnissen der ersten Phase, in der wir massive hybride analog-digitale Techniken für drahtlose mmWellen-Kommunikationssysteme entwickelt haben, verlagern wir in dieser Projektphase unseren Schwerpunkt auf das Sub-THz-Band sowie extrem große Antennenarrays für den mmWellen und Sub-THz Bereich. Zu diesem Zweck erweitern wir die in Phase I entwickelten Konzepte und Algorithmen auf dieses neue Umfeld. Insbesondere werden wir hochauflösende Kanalschätzalgorithmen entwickeln, indem wir die schwachbesetzte Natur von Sub-THz-Kanälen zusammen mit fortschrittlichen hybriden analog-digitalen Techniken mit geringer Komplexität ausnutzen. Wir werden hybride analog-digitale Architekturen mit Array-of-Subarrays-Strukturen und dynamische Array-of-Subarrays-Strukturen in Betracht ziehen, die weniger Energie benötigen, was ein wichtiger Aspekt künftiger drahtloser Kommunikationssysteme ist. Darüber hinaus werden unsere Precoding- und Kanalschätzalgorithmen die Sub-THz-spezifischen Kanaleigenschaften berücksichtigen, wie z. B. molekulare Absorption, kurze Wellenlängen, Breitbandeffekte und Beam-Squint-Effekte. Außerdem werden wir die durch extrem große Antennenarrays verursachten Nahfeldeffekte untersuchen und neue Lokalisierungstechniken für die Benutzerpositionierung entwickeln, die in dichten städtischen Umgebungen und in Innenräumen funktionieren. Um die spektrale Effizienz zu verbessern und um sowohl die Kosten als auch den Stromverbrauch zu senken, werden wir gemeinsame Kommunikations- und Sensortechniken untersuchen, die eine geringe Komplexität besitzen, aber trotzdem eine gute Performance liefern. Weiterhin werden wir den Einfluss von Hardwarebeeinträchtigungen analysieren, um geeignete Techniken zu deren Bekämpfung zu entwickeln. Schließlich werden wir unsere neuen Algorithmen mit einer analytischen Performance-Analyse und durch numerische Simulationen bewerten.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen