Opportunistische Nutzung des Frequenzspektrums: Kollaborative Analyse des Spektrums mit speziell anfertigen RFICs und digitaler Signalverarbeitung

• Antragsteller: Dr.-Ing. Vaclav Valenta
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2014 bis 2016
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 254393704

Cognitive Radios (CRs) und Technologien für die dynamische Nutzung des Funkspektrums basieren auf opportunistischer Nutzung der Ressource Frequenz und werden derzeit als eine potentielle Lösung für die Verknappung des verfügbaren Spektrums angesehen, die eine direkte und unvermeidliche Folge der traditionellen festen Frequenzzuweisung ist. Durch opportunistischen Zugriff auf lokal vorübergehend nicht oder nur wenig genutzte Teile des Frequenzspektrums, welche eigentlich an sogenannte primäre Nutzer vergeben sind, könnten wertvolle Funkressourcen für künftige Funksysteme genutzt werden. Neben regulatorischen Aspekten müssen darüber hinaus viele technische Herausforderungen gelöst werden. Die Suche nach vorhandenen Funkressourcen, so genanntes Spectrum Sensing gehört zu den anspruchsvolleren Problemen und bildet den Schwerpunkt dieser Forschung, welche optimierte Spectrum Sensing-Strategien mit Hilfe eines experimentellen Netzwerks, bestehend aus verteilten Sensorplattformen mit speziellen integrierten Schaltungen und Basisband-Verarbeitung demonstrieren soll. Das Projekt soll drei Phasen haben:1) In der ersten Phase wird eine flexible und rekonfigurierbare Plattform für Spectrum Sensing entwickelt. Diese Phase umfasst die Konzeption und Realisierung der wichtigsten Teile der Plattform: ein maßgeschneidertes Frontend RFIC, eine flexible digitale Basisbandverarbeitung und optimierte Spectrum Sensing-Algorithmen.2) Der Einsatz von verteilt arbeitenden Spectrum Sensing-Plattformen ist für die zweite Phase des Projekt vorgesehen: mehrere Sensorplattformen mit unterschiedlichen Hardware- und Software-Konfigurationen werden in einem verteilten Netzwerk in realistischen Szenarien eingesetzt. Daten zur möglichen Frequenznutzung der einzelnen Knoten werden gespeichert und dienen der Validierung der Strategien in verschiedenen Szenarien.3) Die Verarbeitung der gesammelten Daten des entwickelten Sensornetzwerks wird in der dritten Phase durchgeführt. Basierend auf Beobachtungen, werden unterschiedliche Algorithmen zur Entscheidungsfindung untersucht mit dem Ziel, eine Reihe von Strategien zur verteilten, kollaborativen Entscheidung über verwendbare Frequenzen und Bandbreiten zu definieren. Aspekte, die hierbei berücksichtigt werden sollen, sind beispielsweise die Analyse von Rauschen, Optimierung der Entscheidungsschwelle, Ansätze aus der Spieltheorie sowie harte Entscheidungsstrategien.Während bisherige Forschungsansätze zu CR überwiegend den nachrichten- bzw. netzwerktechnischen Aspekt untersuchte, schlagen wir eine Untersuchung vor, die die Nichtidealitäten realer Frontends und reale Szenarien des Funkfelds mit berücksichtigen. So können Aspekte wie Rauschen, Nichtlinearitäten in Gegenwart starker Interferenz sowie generell die Partitionierung zwischen analogem Frontend und digitalem Basisband mit berücksichtigt werden. Ziel ist die Entwicklung von alltagstauglichen Cognitive Radio-Ansätzen mit echter kollaborativer Kognition.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen