Vielantennensendeempfänger mit effizienter Hardware

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Georg Fischer; Professor Dr.-Ing. Ralf Reiner Müller
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2018 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 409561515

• Erstellungsjahr: 2022

Zusammenfassung der Projektergebnisse

Die Studien dieses DFG-Projekts wurden in drei Arbeitspaketen (WPen) durchgeführt: • WP-1, in dem die grundlegenden Grenzen von Hardware-effizienten MIMO-Transceivern (HE MIMO TRn) untersucht wurden. • WP-2, in dem neuartige Designs für HE MIMO TR untersucht wurden. • WP-3, in dem verschiedene Aspekte der Geheimhaltung von HE MIMO TRn untersucht wurden. Die theoretischen Studien in WP-1 zeigen die Leistungsfähigkeit der betrachteten Designs und Technologien für HE MIMO TR auf. Sie bieten einen breiten theoretischen Rahmen, aus dem verschiedene Algorithmen für digitale Vorcodierung und analoges Beamforming abgeleitet werden können. Unsere Untersuchungen in WP-2 verdeutlichen die Anwendung unserer theoretischen Ergebnisse, die in WP-1 entwickelt wurden, auf das Design von HE MIMO TRn. Insbesondere zeigen die Ergebnisse die Skalierbarkeit und Leistungsfähigkeit von HE MIMO TRn, die durch intelligente reflektierende Flächen (IRSen) realisiert werden. Dieses Ergebnis steht im Einklang mit unserer ursprünglichen Intuition, die wir in unserem Forschungsantrag formuliert haben. Die Ergebnisse von WP-3 zeigen außerdem das Geheimhaltungspotenzial von HE MIMO TRn mit großen Antennenarrays. In dieser Hinsicht erweisen sich IRS-unterstützte MIMO-Systeme als sehr robust gegenüber verschiedenartigen Lauschangriffen. Die in den WPen gesammelten Ergebnisse schlagen neue Techniken vor und verdeutlichen die Leistungsfähigkeit verschiedener bekannter Ansätze für den Entwurf und die Implementierung von HE MIMO TRn. Wie im Forschungsantrag erwartet, scheinen die IRSen ein gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis zu bieten. Eine natürliche Richtung für zukünftige Arbeiten ist daher die Durchführung weiterer Forschungen über IRS-unterstützte MIMO-Systeme und Architekturen. Die Arbeiten in dieser Richtung laufen derzeit und können zu neuen DFG-Forschungsanträgen führen.

Projektbezogene Publikationen (Auswahl)

• PAPR-Limited Precoding in Massive MIMO Systems with Reflect- and Transmit-Array Antennas. 2019 53rd Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, 1690-1694. IEEE.
  Bereyhi, Ali; Jamali, Vahid; Müller, Ralf R.; Fischer, Georg; Schober, Robert & Tulino, Antonia M.
  
• RLS Precoding for Massive MIMO Systems with Nonlinear Front-End. 2019 IEEE 20th International Workshop on Signal Processing Advances in Wireless Communications (SPAWC), 1-5. IEEE.
  Bereyhi, Ali; Asaad, Saba; Muller, Ralf R. & Chatzinotas, Symeon
  
• Secure Regularized Zero Forcing for Multiuser MIMOME Channels. 2019 53rd Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, 1108-1113. IEEE.
  Asaad, Saba; Bereyhi, Ali; Muller, Ralf R. & Schaefer, Rafael F.
  
• “A fair comparison between spatial modulation and antenna selection in massive MIMO systems.” in Proc. VDE 23rd International ITG Workshop on Smart Antennas, 2019.
  Bernhard Gade, Ali Bereyhi, Saba Asaad & Ralf R. Müller
  
• A Single-RF Architecture for Multiuser Massive MIMO Via Reflecting Surfaces. ICASSP 2020 - 2020 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing (ICASSP), 8688-8692. IEEE.
  Bereyhi, Ali; Jamali, Vahid; Muller, Ralf R.; Tulino, Antonia M.; Fischer, Georg & Schober, Robert
  
• Secure Transmission in IRS-Assisted MIMO Systems with Active Eavesdroppers. 2020 54th Asilomar Conference on Signals, Systems, and Computers, 718-725. IEEE.
  Bereyhi, Ali; Asaad, Saba; Muller, Ralf R.; Schaefer, Rafael F. & Poor, H. Vincent
  
• Securing Massive MIMO Systems: Secrecy for Free With Low-Complexity Architectures. IEEE Transactions on Wireless Communications, 20(9), 5831-5845.
  Bereyhi, Ali; Asaad, Saba; Muller, Ralf R.; Schaefer, Rafael F.; Fischer, Georg & Poor, H. Vincent
  
• Detection of Spatially Modulated Signals via RLS: Theoretical Bounds and Applications. IEEE Transactions on Wireless Communications, 21(4), 2291-2304.
  Bereyhi, Ali; Asaad, Saba; Gade, Bernhard; Muller, Ralf R. & Poor, H. Vincent
  
• Secure Active and Passive Beamforming in IRS-Aided MIMO Systems. IEEE Transactions on Information Forensics and Security, 17, 1300-1315.
  Asaad, Saba; Wu, Yifei; Bereyhi, Ali; Muller, Ralf R.; Schaefer, Rafael F. & Poor, H. Vincent
  
• Channel Hardening of IRS-Aided Multi-Antenna Systems: How Should IRSs Scale?. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 41(8), 2321-2335.
  Bereyhi, Ali; Asaad, Saba; Ouyang, Chongjun; Müller, Ralf R.; Schaefer, Rafael F. & Poor, H. Vincent