Robuste adaptive Funkübertragungssysteme unter Ausnutzung der Kanalinformationen aus dem Reverse Link

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Karl-Dirk Kammeyer; Professor Dr.-Ing. Steffen Paul; Professor Dr.-Ing. Martin Schneider
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2008 bis 2014
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 71227297

Für die Erfüllung der Anforderungen an zukünftige mobile Übertragungssysteme hinsichtlich hoher Datenrate und Quality of Service (QoS) ist die Anwendung adaptiver Sendestrategien von essentieller Bedeutung. Daher stellt die geschickte Ausnutzung und Verteilung der Ressourcen Zeit, Frequenz und Raum einen besonders wichtigen Bestandteil laufender Forschungs- und Standardisierungsaktivitäten dar. Die Optimierung der dabei entwickelten Algorithmen ist stark abhängig vom Grad der Kanalkenntnis am Sender. Eine Möglichkeit zur Gewinnung der Kanalkenntnis am Sender besteht in der Übertragung der Kanalzustands information vom Empfänger zum Sender über einen Feedback-Kanal, die jedoch in einer Verringerung der Nutzdatenrate resultiert. Da insbesondere bei Mehrantennen- und Mehrträgersystemen die Menge des benötigten Feedbacks mit der Anzahl an Sendeantennen und Unterträgern stark ansteigt, sind effizientere Ansätze zur Gewinnung der Kanalinformation am Sender von großem Interesse. Im Allgemeinen werden die Übertragungsrichtungen in Mobilfunksystemen mittels Zeit- oder Frequenzduplex voneinander getrennt. Da bei Time Division Duplex (TDD) der gleiche physikalische Übertragungskanal für den Forward Link (zu betrachtende Übertragungsstrecke von Sender zu Empfänger) als auch für den Reverse Link (Datenübertragung an den Sender) genutzt wird, stellt sich die Frage, in wie weit deren physikalische Äquivalenz gewinnbringend für die Nutzung der Kanalkenntnis am Sender verwendet werden kann. Bei Erfüllung der so genannten Reziprozität entsprechen sich Forward und Reverse Link exakt, so dass der im Sender aus dem Reverse Link geschätzte Kanal direkt für die adaptive Signal Verarbeitung verwendet werden kann. Da sich jedoch die Schaltungskomponenten der Transceiver in Sender und Empfänger unterscheiden, gilt die auf dem physikalischen Kanal erfüllte Reziprozität im Allgemeinen nicht mehr für den Übertragungskanal an den Schnittstellen zum digitalen Basisband. Um dennoch eine möglichst gute Link-Äquivalenz Vorhabenbeschreibung Institut für Telekommunikation und Hochfrequenztechnik und Seite 4 von 36 Institut für Theoretische Elektrotechnik und Mikroelektronik, Universität Bremen (Ähnlichkeit der Übertragungsfunktionen von Forward und Reverse Link) zu erzielen, ist beispielsweise die Kalibrierung der Frontends mittels zusätzlicher oder modifizierter Schaltungen und Signalverarbeitung denkbar. Das Ziel des vorliegenden Forschungsvorhabens besteht in der systematischen Untersuchung der Link-Äquivalenz und in der Beantwortung der Frage, in welcher Form der Sender bei der Nutzung adaptiver Strategien von dem Reverse Link profitieren kann. Hierzu ist eine gemeinsame Analyse und Optimierung auf Seiten der Algorithmen und der Hardware erforderlich, um so in effizienter Form eine Steigerung der Übertragungsqualität zu erzielen. Ausgehend von einer detaillierten Modellierung und messtechnischen Verifikation der Systemkomponenten (Schaltungskomponenten des Frontends, Charakteristika der Antennen, usw.) wird die Verbesserung sowohl der Hardwarestruktur als auch der digitalen Basisbandverarbeitung angestrebt. Basierend auf den gewonnenen Erkenntnissen sind sende- und empfangsseitige Schaltungs- und Signalverarbeitungsstrategien zu entwickeln, welche die nicht-perfekte Link-Äquivalenz im Entwurf berücksichtigen bzw. sich robust hinsichtlich linearer und nicht-linearer Effekte verhalten. In Abhängigkeit vom Grad der erzielten Link-Äquivalenz und der genutzten Feedbackrate sind verschiedene Systemkonzepte (Ein- und Mehrantennensystem, Mehrnutzerszenarien, usw.) auch in Hinblick auf den Grad der Kanalkenntnis (instantane Kanalkenntnis, Langzeitkanalkenntnis, usw.) zu untersuchen und im Einzelnen zu bewerten. Nach Auffassung der Antragsteller wird die Ungleichheit der Links bei den bisherigen Sendealgorithmen nicht hinreichend bzw. nur unter idealisierten Bedingungen berücksichtigt. Da eine Fülle wichtiger Aspekte hinsichtlich der beschriebenen Problemstellung noch ungeklärt ist, wird hier ein entsprechender Forschungsbedarf gesehen. So wird mit den hier vorgenommenen Untersuchungen eine gezielte Qualitätsspezifikation der Schaltungskomponenten in den Transceivern mit dem Ziel einer kosteneffizienten Realisierung ermöglicht. Als Motivation dient die Erzielung hoher Übertragungsqualität bei geringen Schaltungskosten und minimierter Feedbackrate.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr.-Ing. Dirk Wübben