PSSS-basierte drahtlose Kommunikation für latenzkritische, ultrazuverlässige Kommunikation in der Fabrikautomatisierung
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Anwendungen in der Fabrikautomation stellen hohe Anforderungen an die Zuverlässigkeit (BER ≤ 10^-9), die Zykluszeiten (im Bereich 50 µs - 100 µs) und die Verfügbarkeit (99,999%) eines Kommunikationssystems. Leider erfüllt die funkbasierte Datenübertragung diese hohen Anforderungen noch nicht ausreichend. Die drahtlose Vernetzung ist jedoch aufgrund ihrer Flexibilität, der einfachen Installation und der Mobilität der Knotenpunkte wünschenswert. Das Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) Verfahren ist in der Mobilkommunikation und in lokalen Netzen bereits weit verbreitet. Im Rahmen der 5G-ACIA soll OFDM nun auch verstärkt in industriellen Umgebungen innerhalb von 5G-Netzen eingesetzt werden. Im Rahmen des Projekts wurde das bisher wenig beachtete Konzept des Parallel Sequence Spread Spectrum (PSSS) weiter erforscht. Dieses Verfahren der physikalischen Schicht (PHY) wurde erstmals im BMBF-Projekt ParSec untersucht. Die Antragsteller sehen ein großes Potenzial für den Einsatz dieses Konzepts, insbesondere im Anwendungsbereich der industriellen Kommunikation. Industrielle Funkkanäle sind durch viele starke Reflexionen gekennzeichnet, die zu deutlichen Einbrüchen im Frequenzgang der Kanalübertragungsfunktion führen. Das PSSS-System basiert auf orthogonalen Spreizcodes und ermöglicht als Code- Division-Multiplex eine ausreichende Abschwächung dieser Effekte bei hohen Bandbreiten. Kombiniert mit einem geeigneten Fehlerschutzverfahren für kurze Paketlängen, wie sie in der Fabrikautomation vorkommen, ist es wahrscheinlich möglich, die geforderte Leistungsfähigkeit auch unter schwierigen Ausbreitungsbedingungen mit geringer Komplexität der Implementierung zu gewährleisten. Im Projekt wurde dieser Ansatz analysiert. Konzepte zur Synchronisation, Kanalschätzung und Entzerrung sind entwickelt und eingehend untersucht worden. Darüber hinaus wurden die Möglichkeiten eines bisher nicht erprobten Duplex-Konzepts (Code Division Duplex (CDD)) untersucht. Es wurden grundlegende Erkenntnisse gewonnen, die sich auch auf andere Funkkommunikationsanwendungen als das industrielle Szenario übertragen lassen. Die Leistungsfähigkeit wird durch den Vergleich des PSSS-Konzepts mit einem Orthogonal Frequency Division Multiple Access (OFDMA)-Ansatz bewertet.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Improved Parallel Sequence Spread Spectrum Transmission for High Bandwidth Efficiency. 2020 IEEE 91st Vehicular Technology Conference (VTC2020-Spring), 1-5. IEEE.
Peter, Elias L.; Endemann, Wolfgang & Kays, Rudiger
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A Study of Barker Spreading Codes for High-Speed PSSS Wireless Systems. 2021 Joint European Conference on Networks and Communications & 6G Summit (EuCNC/6G Summit), 112-117. IEEE.
Lopacinski, L.; Maletic, N.; Hasani, A.; Krishnegowda, K.; Gutierrez, J.; Kraemer, R. & Grass, E.
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Influence of Roll-off Pulse Shaping on a Parallel Sequence Spread Spectrum Signal. 2021 IEEE 19th International Conference on Industrial Informatics (INDIN), 1-5. IEEE.
Peter, Elias L.; Endemann, Wolfgang & Kays, Rudiger
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Modulation and Coding Schemes for Variable-Rate Parallel Sequence Spread Spectrum. 2021 IEEE 32nd Annual International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), 446-451. IEEE.
Lopacinski, L.; Hasani, A.; Maletic, N.; Gutierrez, J.; Kraemer, R. & Grass, E.
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Parallel Sequence Spread Spectrum based Ultra-Reliable Low Latency Communication for Factory Automation. 2021 26th IEEE International Conference on Emerging Technologies and Factory Automation (ETFA ), 01-04. IEEE.
Krishnegowda, Karthik; Peter, Elias L.; Scheide, Matthias; Wimmer, Lara; Kays, Rudiger; Grass, Eckhard & Kraemer, Rolf
