Band-interne Vollduplex Kommunikation fuer Anwendungen mit Anforderungen zur Sicherheit und niedriger Latenz

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Gerald Enzner; Professor Dr.-Ing. Aydin Sezgin
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 449601577

Die Anforderungen an drahtlose Netzwerke, hohe Datenraten, niedrige Latenz und bessere Sicherheit zu ermöglichen, steigen ununterbrochen. In diesem Zusammenhang steht die Kommunikationstechnologie vor einigen Herausforderungen. Da viele Protokolle eine bidirektionale Kommunikation spezifizieren, um z.B. Feedback und einen Zwei-Wege-Quittierungsbetrieb zu unterstützen, wurden dazu in der Vergangenheit unterschiedliche temporale/spektrale Ressourcen für den Versand und den Empfang im Halbduplex-Modus (HD) benötigt. Im Zeitmultiplex ist es insbesondere für den HD-Modus notwendig, dass das Senden abgeschlossen werden muss, bevor der Empfang stattfinden kann. Dies jedoch führt offensichtlich zu einer Verzögerung. Ein anderer wichtiger Aspekt ist die Sicherheit der Datensignale, insbesondere bei der Betrachtung der vorgesehenen Anwendungsfälle zukünftiger Funknetzwerke. Aufgrund der offenen Luftschnittstelle kann jede übertragene Nachricht abgehorcht werden. So ist insbesondere weiterhin ungelöst, wie Kommunikationsnetzwerke mit unterschiedlichen Sicherheitsanforderungen der Nutzer entworfen werden sollen. Die band-interne Vollduplex-Kommunikation (IBFD) stellt eine vielversprechende Technologie dar, um sich diesen Herausforderungen zu stellen. Die IBFD ermöglicht Kommunikationsteilnehmern zur gleichen Zeit und im gleichen Frequenzband zu senden und zu empfangen. Zudem erweitern sich die Möglichkeiten für Anwendungen in Bezug auf Sicherheit und Niedrig-Latenz enorm. Um diese Aspekte von IBFD-Netzwerken zu erforschen, ist das gemeinschaftliche Projekt daher auf zwei Ebenen, der Netzwerkebene und der Knotenebene, organisiert.Auf Ebene der Knoten sollen Fortschritte in der IBFD-Technologie erwirkt werden. Die größte Herausforderung ergibt sich aus der Tatsache, dass sich die HF-Komponenten für das Senden und Empfangen eines Gerätes in unmittelbarer Nähe zueinander befinden, was dazu führt, das eine große Leistung vom Sende- in den Empfangszweig als Eigeninterferenz (SI) eingekoppelt wird. Somit muss die SI signifikant reduziert werden. Hierzu sollen fortschrittliche lineare sowie nichtlineare, adaptive Algorithmen untersucht werden. Auf Netzwerkebene soll der optimale Informationsfluss von Signalen in Zwei-Wege-Netzwerken mit partiellem Informationszugriff und Echtzeitanforderungen untersucht werden. Die Netzwerkebene dient als „obere“ Ebene, bei der von der eigentlichen Realisierung der IFBD-Technologie durch geeignete Modellierung abstrahiert werden soll. So soll insbesondere die Wechselwirkung der beiden Ebenen erforscht werden, während existierende Untersuchungen mehrheitlich diese Ebenen getrennt betrachten. Das geplante Projekt ist daher ein gemeinschaftlicher Ansatz zum Entwurf von Modellen, Algorithmen sowie geeigneten Metriken zur Erfassung der Leistungsfähigkeit. Abschließend sollend die Ergebnisse des Projekts in einer gemeinsamen Implementierung zur Förderung gegenseitiger Inspiration der beiden Ebenen implementiert werden.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen