Spektraleffiziente Modulation mit Hilfe von Nullstellen für Informationsübertragung und Sensing

• Antragsteller: Professor Giuseppe Caire, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 564229564

Die nächste Generation drahtloser Netze muss eine Vielzahl neuer Herausforderungen bewältigen, darunter die Unterstützung einer erheblichen Anzahl von Geräten mit unterschiedlichen Verkehrsmustern wie asynchronen Kurznachrichten und High-Speed-Verbindungen. Bestehende Technologien sind nicht flexibel genug, um diese Komplexität zu bewältigen, so dass innovative Lösungen erforderlich sind. Über die Datenübertragung hinaus müssen künftige Netze auch eine Sensing-Funktionalität integrieren, was die Grundlage für integrierte Sensing- und Kommunikationssysteme (ISAC) bildet. ISAC stellt eine Schlüsselkomponente neuer Technologien dar, indem es Spektral-, Hardware- und Energieressourcen optimiert und gleichzeitig Kommunikation und Radarerfassung vereinheitlicht. Dieser Projektvorschlag konzentriert sich auf die Weiterentwicklung der theoretischen Grundlagen von „Modulation On Zeros“ (MOZ), einem neuartigen Rahmen für integrierte nichtkohärente Kommunikation kurzer Nachrichten und der Radarerfassung. MOZ kodiert Informationen in den Nullstellen von z-Transformations-Polynomen und bietet einzigartige invariante Eigenschaften, die eine robuste Übertragung in Mehrwegeumgebungen ermöglichen, ohne dass eine Kanalschätzung oder Entzerrung erforderlich ist. Durch die Einbettung von Informationen direkt in die Nullstellen von Polynomen macht MOZ separate Radar- und Kommunikationswellenformen überflüssig und bietet ein einheitliches und effizientes Design. Ein Hauptziel dieses Wissenstransferprojekts ist es, die Entwurfsprinzipien für MOZ zu untersuchen, sie in einem informationstheoretischen Rahmen zu setzen bzw. weiterzuentwickeln und damit MOZ näher an die industrielle Ebene heranzuführen. Dies beinhaltet die Analyse grundlegender Eigenschaften von Sequenzen und Kodekonstruktionen, die auf der Grundlage der MOZ-Prinzipien konstruiert wurden und für die Bewertung von Leistungsmetriken für Kommunikation und Radar-Sensing entscheidend sind. Darüber hinaus werden im Rahmen des Projekts die Zusammenhänge zwischen spektraler Effizienz und Signaldesign untersucht, wobei prinzipiell mathematische Werkzeuge zur Optimierung von MOZ-Verfahren höherer Ordnung und Dekodieralgorithmen eingesetzt werden. Theoretische Fortschritte werden auch graphenbasierte Darstellungen von Nullstellen-Konstellationen betreffen, die eine einheitliche Sprache für die Analyse und Optimierung von MOZ-basierten Kommunikations- und Sensingsystemen ermöglichen. Diese Darstellungen erleichtern effiziente Algorithmen für die Signalsynthese und zum Beispiel die Soft-Decision-Dekodierung, die für ein ausgewogenes Skalieren zwischen Leistung und Komplexität in nichtkohärenten und sporadischen Umgebungen unerlässlich sind. Dieses Projekt legt den Schwerpunkt auf Informationstheorie und Kommunikationstheorie, um MOZ als flexible Wellenform für ISAC-Systeme zu etablieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen (Transferprojekt)
• Anwendungspartner: MOXZ GmbH