Gemeinsame Optimierung von verallgemeinerten Mehrträger-Signalformen und Leistungsallokation für den bidirektionalen Relay-Systeme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Volker Kühn; Dr.-Ing. Dirk Wübben
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2013 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 245945805

Moderne Kommunikationssysteme haben sich zu komplexen Systemen entwickelt, welche eine Vielzahl von Diensten mit unterschiedlichen Qualitätsanforderungen unterstützen. Diese Entwicklung ist verbunden mit einer stetigen Nachfrage nach höheren Datenraten und wirkt sich auch auf die Systemarchitektur aus. Die Verwendung von Relays wird dabei als eine der Schlüsseltechnologien zur Steigerung des Durchsatzes und der räumlichen Verfügbarkeit zukünftiger Mobilfunksysteme angesehen. Da Relay-Knoten der Halbduplex-Beschränkung unterliegen, sind kooperative Verfahren zur effizienten Übertragung erforderlich. Für den gegenseitigen Austausch von Nachrichten zwischen zwei Knoten hat die Betrachtung von bidirektionalem Relaying für großes Interesse gesorgt, da diese die zeitgleiche Übertragung beider Richtungen in einem Frequenzband ermöglicht. Nach einer initialen Übertragung sendet das Relay in einer zweiten Phase eine kombinierte Nachricht an beide Nutzer. Die wesentlichen Gewinne werden hierbei durch die Anwendung der Netzwerkcodierung auf der physikalischen Schicht (PLNC) und den entsprechenden Detektionsverfahren erreicht. Eine weitere Schlüsseltechnologie für zukünftige Mobilfunksysteme ist die Mehrträgerübertragung mit nicht-orthogonalen Impulsformen, was als verallgemeinertes Frequenzmultiplexverfahren (GFDM) oder auch Filterbank-basierte Mehrträgerverfahren (FBMC) bekannt ist. Hierbei weisen die Impulse eine gute Lokalisierung im Zeit-und-Frequenzbereich auf und erlauben somit eine flexible Nutzung der Ressourcen in diesen Dimensionen. Dabei ermöglicht die Anpassung der Impulsformen eine erhöhte Robustheit bezüglich Synchronisierungsfehlern. Da eine genaue Synchronisierung gerade in Netzwerken mit mehreren verteilten Knoten nur schwer erreicht werden kann, stellt die Anwendung dieser nicht-orthogonalen Mehrträgerverfahren für bidirektionale Relay-Systeme einen vielversprechenden Ansatz dar.Das Hauptziel dieses Projektes ist die gemeinsame Entwicklung von Impulsformungsfiltern für GFDM und von Strategien zur Ressourcenallokation für bidirektionale Relay-Systeme mit PLNC. Angestrebt ist eine hohe spektrale Effizienz bei gleichzeitiger Robustheit gegenüber Übertragungseinflüssen. Hierzu sind innovative Signalformen sowie Codierungs- und Modulationskonzepte erforderlich. Das Design der Signalformen erlaubt eine effiziente Nutzung der Zeit-Frequenzebene und berücksichtigt dabei Synchronisierungsaspekte wie beispielsweise Zeit- bzw. Frequenz-Offsets. Darüber hinaus soll mit Hilfe flexibler, nicht-orthogonaler Signalformen ein Kompromiss zwischen Intercarrier- und Intersymbolinterferenz gefunden werden. Kanaländerungen oder variablen Ratenanforderungen soll mit flexibel adaptierbaren Impulsformen begegnet werden, z. B. über Codebuch-basierte Ansätze. Die flexible Anpassung der Sendeparameter kann insbesondere in der Mehrfachzugriffsphase des bidirektionalen Relaying-Systems ausgenutzt werden und resultiert in skalierbaren Detektionsverfahren am Relay.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 1397: Communications in Interference Limited Networks (COIN)
• Beteiligte Person: Professor Dr.-Ing. Armin Dekorsy