mmCell: Ermöglichung von Mobilfunknetzen der nächsten Generation durch Millimeterwellen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Matthias Hollick, seit 4/2024
• Fachliche Zuordnung: Sicherheit und Verlässlichkeit, Betriebs-, Kommunikations- und verteilte Systeme
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 416765679

Zellulare Netze leiden unter zwei grundlegenden Problemen: (i) drahtlose Spektrum-knappheit, und (ii) Ineffizienz der bestehenden zentralen Architektur. Das Problem der Spektrumknappheit wird angegangen, indem Kommunikation von den bisher genutzten Sub-6GHz-Frequenzen auf extrem hochfrequente Bänder (30-300 GHz), d.h. Millimeterwellen (mmWave) [3], umgestellt wird. Die Ineffizienz der bestehenden Architektur kann durch Dezentralisierung gelöst werden. In bestehenden Architekturen leitet die Basisstation alle Kommunikationen vom Sender zum Empfänger weiter. Durch das Verzichten auf diesen Man-in-the-Middle kann eine signifikante Erhöhung der Effizienz erzielt werden. Weiterhin ermöglicht dies eine direkte Kommunikation zwischen dem Sender und dem Empfänger, d.h. Device-to-Device (D2D) Kommunikation.Obwohl die zuvor genannten Lösungen eine natürliche Entwicklung darstellen, schließt ihre Umsetzung erhebliche Herausforderungen in sich. Auf der einen Seite, leidet die mmWave Kommunikation unter starker Signaldämpfung. Dadurch wird der Betrieb von langen Funkstrecken und Funkstrecken ohne Sichtverbindung deutlich erschwert. Beide Szenarien spielen aber eine wesentliche Rolle in zellularen Netzen. Auf der anderen Seite erfordert D2D-Kommunikation komplexe Interferenzkontrollmechanismen, Ressourcenallokation, Privatsphärenschutz, und Sicherheitsmechanismen. Solche Mecha-nismen können nur schwer in bestehenden Netzen umgesetzt werden. In mmCell werden realistische Ansätze untersucht um diese grundlegenden Probleme zu lösenWir erforschen Mechanismen um die Probleme der mmWave D2D Kommunikation in zellularen Netzen zu lösen. Dabei setzen wir einen besonderen Schwerpunkt auf Aspekte der Medienzugriffssteuerung, wie zum Beispiel Entdeckung, Scheduling, Energieeffizienz und Mobilität. Des Weiteren erarbeiten wir Lösungen um mmWave D2D Kommuni-kation in der nächsten Generation von Mobilfunknetzen zu ermöglichen. Dabei befassen wir uns unter anderem mit Interferenzmanagement, Multi-Hop-Kommunikation und Energieeffizienz. In diesem Antrag bringen wir analytische Techniken zur Modellierung und Optimierung von Systemen zum Einsatz, wie zum Beispiel Spieltheorie und maschinelles Lernen. Darüber hinaus validieren wir unsere analytischen Ergebnisse in der Praxis mithilfe von hochmodernen Software-Defined-Radio (SDR) Plattformen. Dieser Antrag zielt insbesondere darauf ab mmWave D2D Kommunikation in zellularen Netzen zu er-möglichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Ehemaliger Antragsteller: Dr. Arash Asadi, Ph.D., bis 3/2024