Maximale spektrale Effizienz durch parallelisierte Multiple-Input-Multiple-Output-Übertragung (MIMO) mittels hochauflösender 3D-Antennentopologien, Zweite Phase


Der rapide Anstieg des mobilen Datenverkehrs und die damit verbundene Verdichtung des Netzes erfordern in Zukunft skalierbare und flexible drahtlose Knotenpunkte mit günstigen Formfaktoren für das Front-/Backhauling, um hohe Datenraten, geringe Latenzzeiten und Energieverbräuche, welche in der 5.Generation (5G) des Netzes notwendig sind, zu erreichen. Die erste Phase des Forschungsprojektes maximumMIMO ist auf den Entwurf von mmWave LoS MIMO Systemen mit hohem Durchsatz, erzielt durch hoch parallelisierte Systemarchitekturen und Antennenanordnungen mit vielen Elementen, fokussiert. Ein hierarchisches MIMO Transceiver Konzept basierend auf räumlichen Multiplex- und Beamforming-Gewinnen wurde entwickelt und die optimalen Antennenanordnungen wurden für deterministische LoS Kanäle bestimmt. Diese Untersuchungen haben gezeigt, dass die vorgestellten drahtlosen Punkt-zu-Punkt Verbindungen Durchsatzraten von 100 Gb/s und mehr mit hoher Energieeffizienz erreichen. Um noch höhere Raten zu erreichen und um mehrere Endpunkte in einem Backhaul Netzwerk zu unterstützen ist es erforderlich 3D-MIMO Systeme für Mehrwege- und Mehrdirektionale-Szenarien zu entwickeln. Verschiedene Forschungsherausforderungen für diese Systeme können als logische Erweiterung der Arbeit aus der ersten Phase betrachtet werden. In der zweiten Phase von maximumMIMO werden zwei Hauptrichtungen verfolgt. Zum einen mmWave 3D MIMO mit Mehrwegeausbreitung und Punkt-zu-Mehrpunkt Kommunikation, und zum anderen mmWave LoS MIMO für höheren Durchsatz und höhere Effizienz. Die angestrebten Systemparameter für die zweite Phase decken sich weitgehend mit den definierten Kennzahlen (KPI) der europäischen 5G Netzwerkinitiative. Im Gegensatz zur ersten Projektphase, die auf optimal angeordnete Antennen für Punkt-zu-Punkt Verbindungen konzentriert war, wird sich die zweite Phase auf mmWave Kommunikation mit mehreren deterministischen Pfaden fokussieren, welche zusätzlich mehrere Endpunkte aus verschiedenen Richtungen mit einer 3D MIMO Anordnung unterstützt. Die Forschungsthemen umfassen: Rekonfigurierbare 3D MIMO Anordnungen, Transceiver mit hybrider Signalverarbeitung von niedriger Komplexität, breitbandige Kanalschätzung, Entzerrung und Kanalcharakterisierung im mmWave Band, Synchronisation und RF Imperfektionskompensation, grobe Quantisierung und niedriger Energieverbrauch, Nutzerdetektion und Schedulling mit adaptivem Beamforming, und Mehrnutzer 3D MIMO Basisbandarchitekturen für hohe Bandbreiten und niedrige Latenzzeiten. Die Verifizierung der erarbeiteten Lösungen wird mit einem MIMO Demonstrator in einer realitätsnahen Anwendungsumgebung erfolgen. Die 2. Phase des Projekts maximumMIMO adressiert mehrere der Forschungsziele des DFG Schwerpunktprogramms SPP1655: Systemarchitekturen für Durchsatzraten von 100 Gb/s und mehr, hybride Signalverarbeitung für hohe Energieeffizienz mit niedriger Komplexität, Basisbandverarbeitung für hohe Bandbreiten und gemeinsame PHY/MAC Protokollentwicklung.


Projektleitung
Graß, Eckhard Prof. Dr. (Details) (Drahtlose Breitbandkommunikationssystem (S))
Winkler, Frank (Details) (Technische Informatik)

Beteiligte Organisationseinheiten der HU

Laufzeit
Projektstart: 02/2017
Projektende: 04/2019

Forschungsbereiche
Betriebs-, Kommunikations-, Datenbank- und verteilte Systeme, Informatik, Nachrichten- und Hochfrequenztechnik, Kommunikationstechnik und -netze, Theoretische Elektrotechnik

Forschungsfelder
Drahtlose Kommunikationssysteme

Publikationen
[1]
Sequential Channel Equalization in Strong Line-of-Sight MIMO Communication
X. Song, D. Cvetkovski, W. Rave, E. Grass, G. Fettweis
IEEE Transactions on Wireless Communications 18(1), 340 (2019)

[2]
Design and Experimental Evaluation of Equalization Algorithms for Line-of-Sight Spatial Multiplexing at 60 GHz
X. Song, T. Hälsig, D. Cvetkovski, W. Rave, B. Lankl, E. Grass, G. Fettweis
IEEE Journal on Selected Areas in Communications (JSAC) 36(11), 2570 (2018)

[3]
Hardware-in-the-Loop Demonstration of a 60 GHz Line-of-Sight 2x2 MIMO Link
D. Cvetkovski, E. Grass, T. Hälsig, B. Lankl
Proc. 17th IEEE International Conference on Smart Technologies (IEEE EUROCON 2017), 631 (2017)

Zuletzt aktualisiert 2021-09-06 um 10:41