Optische drahtlose Systeme mit MIMO Architektur in einer industriellen Umgebung (OWIND)
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Hauptziel des OWIND-Projekts war die Erforschung optischer Drahtlosverbindungen (Optical Wireless Communication, OWC), die die Anforderungen der zukünftigen industriellen Fertigung wie künstliche Intelligenz, Augmented Reality sowie flexible Produktionsanpassungen für einzelne Produkte unterstützen. Die Hauptanforderungen für diesen Anwendungsbereich sind hohe Datenraten, geringe Latenz und zuverlässige Konnektivität. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde ein optisches Multilink-System konzipiert. Das Ziel von OWIND war es, Konzepte für ein vernetztes und verteiltes OWC-System zu entwickeln, Systemmodelle zu erstellen und die Konzepte in praktischen Demonstrationen zu testen. Das OWIND-Projekt wurde als Kooperation zwischen der TU Berlin und der Universidade Federal de Espírito Santo in Vitória, Brasilien, durchgeführt. Da die Demonstration eines vollständig vernetzten Systems im Projekt aufgrund der eingeschränkten Zusammenarbeit während der COVID-19-Pandemie nicht umgesetzt werden konnte, wurden umfangreiche Arbeiten an grundlegenden Problemen der OWC-Verbindungen durchgeführt. Es wurde ein Modell für vernetzte OWC-Systeme erstellt und sowohl simultane Kanalschätzung als auch Soft-Handover wurden als erste Schritte demonstriert. Die Forschungsarbeiten konzentrierten sich auf die Optimierung eines OFDM-basierten Modulationsformats für die Anwendung in verteilten OWC-Systemen. Es wurde eine vollständige Bitübertragungsschicht (Physical Layer, PHY) für OWC-Netzwerke entwickelt und evaluiert, die auch im IEEE-Standard 802.15.13-2023 standardisiert wurde. Ziel dieser Entwicklungen war es, die Energieeffizienz und die Verbindungsreichweite von OWC-Netzwerken zu erhöhen, um die Implementierung verteilter Systeme mit praktikablen Zellgrößen zu erleichtern. Darüber hinaus wurde ein laserbasierter Sender mit hoher Bandbreite experimentell getestet, um hohe Datenraten im Bereich > 1 Gbit/s pro Verbindung bei hoher Energieeffizienz zu ermöglichen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
-
“Simulation results with bit-loading for the LC-optimized PHY,” IEEE 802.11bb task group, doc. 11-19/1566r3, Sep. 2019
M. Hinrichs, K. L. Bober, V. Jungnickel & R. Fischer
-
Demonstration of Optical Wireless Communications Using the Pulsed Modulation PHY in IEEE 802.15.13. 2020 22nd International Conference on Transparent Optical Networks (ICTON). IEEE.
Hinrichs, Malte; Schmidt, Christian; Poddig, Benjamin; Hilt, Jonas; Hellwig, Peter; Schulz, Dominic; Bober, Kai Lennert; Schostak, Jonathan; Freund, Ronald & Jungnickel, Volker
-
Efficient Line Coding for Low-Power Optical Wireless Communications. 2021 IEEE 94th Vehicular Technology Conference (VTC2021-Fall), 1-7. IEEE.
Hinrichs, Malte; Poddig, Benjamin; Nolle, Markus; Hellwig, Peter; Freund, Ronald & Jungnickel, Volker
-
Increasing the LED Bias Point of an OFDM-based VLC System through Multi-objective Optimization. 2021 SBMO/IEEE MTT-S International Microwave and Optoelectronics Conference (IMOC), 1-3. IEEE.
Costa, Wesley; Camporez, Higor; Pontes, Maria; Segatto, Marcelo; Rocha, Helder; Silva, Jair; Hinrichs, Malte; Paraskevopoulos, Anagnostis; Jungnickel, Volker & Freund, Ronald
-
Performance Evaluation of a Soft Handover Framework Applied to VLC Systems. 2021 SBMO/IEEE MTT-S International Microwave and Optoelectronics Conference (IMOC). IEEE.
Camporez, Higor A. F.; Costa, Wesley S.; Silva, Jair A. L.; Rocha, Helder R. O. & Segatto, Marcelo E. V.
-
Simultaneous Channel Estimation for Pulsed-Modulation Optical Wireless Communications. ICC 2022 - IEEE International Conference on Communications, 565-570. IEEE.
Schostak, Jonathan; Hinrichs, Malte; Bober, Kai Lennert; Freund, Ronald & Jungnickel, Volker
-
4 Gbit/s optical wireless communication with high-power transmitter. IET Conference Proceedings, 2023(34), 1290-1293.
Hinrichs, M.; Silveira, M.; Boniello, G.; Schulz, D.; Schubert, M.; Böhnke, R.; Xu, W.; Freund, R. & Jungnickel, V.
-
A Performance Comparison of OFDM and Pulsed PHY Modulations in Optical Wireless Communications. 2023 South American Conference On Visible Light Communications (SACVLC), 124-129. IEEE.
Hinrichs, Malte; Costa, Wesley; Rocha, Helder; Pontes, Maria; Segatto, Marcelo; Paraskevopoulos, Anagnostis; Jungnickel, Volker; Freund, Ronald & Silva, Jair
-
IEEE Standard for Multi-Gigabit per Second Optical Wireless Communications (OWC), with Ranges up to 200 m, for Both Stationary and Mobile Devices. IEEE.
-
Increasing the power and spectral efficiencies of an OFDM-based VLC system through multi-objective optimization. Journal of the Optical Society of America A, 40(6), 1268.
Costa, Wesley; Camporez, Higor; Pontes, Maria; Segatto, Marcelo; Rocha, Helder; Silva, Jair; Hinrichs, Malte; Paraskevopoulos, Anagnostis; Jungnickel, Volker & Freund, Ronald
-
Increasing the reach of visible light communication links through constant-envelope OFDM signals. Optics Communications, 530, 129179.
Camporez, Higor; Costa, Wesley; Pontes, Maria; Segatto, Marcelo; Rocha, Helder; Silva, Jair; Hinrichs, Malte; Paraskevopoulos, Anagnostis; Jungnickel, Volker & Freund, Ronald
-
Toward AI-Enhanced VLC Systems for Industrial Applications. Journal of Lightwave Technology, 41(4), 1064-1076.
Costa, Wesley; Camporez, Higor; Hinrichs, Malte; Rocha, Helder; Pontes, Maria; Segatto, Marcelo; Paraskevopoulos, Anagnostis; Jungnickel, Volker; Freund, Ronald & Silva, Jair
-
“Transmission of Pilot Seqeunces” United States Patent Application 20240205053, Jun. 2024 (granted)
J. Andree, M. Hinrichs, K. L. Bober & V. Jungnickel
