Optimierung kausaler Sende- und Empfangsfilter für MIMO-Funksysteme mit Intersymbol-Interferenz

• Applicant: Professor Dr.-Ing. Holger Boche
• Subject Area: Electronic Semiconductors, Components and Circuits, Integrated Systems, Sensor Technology, Theoretical Electrical Engineering
• Term: from 2006 to 2009
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 19984651

Zukünftige Mobilfunksysteme sollen Datenraten unterstützen, die heutigen drahtgebundene Verbindungen vergleichbar sind. Dazu werden zum einen Systeme mit zunehmend höheren Bandbreiten benötigt was zu einem immer stärkeren Übersprechen zwischen aufeinander folgenden Symbolen (Intersymbol-Interferenz] führt, wodurch der Aufwand bei der zeitlichen Entzerrung des Empfangssignals steigt. Gleichzeitig wurden in letzten Jahren Mehrantennensysteme zur Steigerung der spektralen Effizienz intensiv untersucht und haben bereits Eingang in die Standardesierung zukünftiger Mobilfunknetze gefunden. Obwohl diese Mehrantennentechniken eine erhebliche Steigerung der Systemkapazität und der erreichbaren Datenraten versprechen, führen sie andererseits zu einer weiteren Erhöhung des Entzerr aufwandes. Für die notwendige Entzerrung des entsprechenden frequenzselektiven Mehrantennenkanals ist momentan hauptsächlich OFDM (OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiple Access] im Gespräch und die überwiegende Anzahl der Publikationen zum Thema Kanalentzerrung für Mehrantennensysteme widmet sich diesem Verfahren. Neben den unbestreitbaren Vorteilen von OFDM, gibt es aber auch einige nicht zu vernachlässigende Nachteile, Insbesondere ist momentan die Synchronisation im so genannten Uplink, d.h. bei der Übertragung von den einzelnen Nutzern zur Basisstation, ein schwieriges Problem. Einzelträgersysteme stellen eine mögliche Lösung für dieses Synchronisationsproblem dar, da für solche Systeme entsprechende Synchronisationsverfahren bekannt sind und zumindest bei Einzelantennensystemen in den momentanen Mobilfunksystemen (d.h. in GSM-Systemen) erfolgreich eingesetzt werden. Dadurch scheint ein Einsatz solcher Einträgerverfahren im Uplink als durchaus sinnvoll. Um dieses aber abschließend beurteilen zu können, müssen die Eigenschaften solcher Entzerrfilter bekannt sein, was bisher nur in unzureichenden Masse der Fall ist, insbesondere bei Filtern für Mehrantennensysteme. Erste Ergebnisse zeigen, dass bei Einträgersystemen mit mehreren Antennen in frequenzselektiven Kanälen gänzlich neue und vergleichsweise komplizierte Phänomene hinsichtlich des Stabilitäts- oder Stetigkeitsverhaltens auftreten, die so von den Mehrträgersystemen nicht bekannt sind und in bisherigen Untersuchungen zu diesem Thema nicht oder nur unzureichend berücksichtigt wurden. Deshalb sollen in diesem Projekt Sendeund Empfangsfilter für frequenzselektive Mehrantennensysteme untersucht und hinsichtlich ihrer systemtheoretischen Eigenschaften charakterisiert werden. So soll beispielsweise abgeleitet werden, wie die Stabilität des Filters von den gegebenen Daten abhängt oder wie sich kleine Fehler in den gegebenen Daten auf den berechneten Filter auswirken. Es sollen die Filter mit minimaler Stabilitätsnorm charakterisiert werden und Methoden zu deren Berechnung angegeben werden. Es wird untersucht, ob und wie gut sich die optimalen Filter durch technisch einfach realisierbare Transversalfilter approximieren lassen. Ausgehend von Filtern für Einzelantennensysteme werden die Untersuchungen auf beliebige Antennenzahlen am Sender und Empfänger erweitert und der Einfluss der Antennenzahlen auf die Stabilität, die Approximierbarkeit und die Stetigkeit hinsichtlich der gegebenen Daten genau charakterisiert. Ein detaillierter Vergleich zwischen Mehrträgerund Einträgerverfahren soll die Arbeiten in diesem Projekt abschließen.

• DFG Programme: Research Grants