Mehrträger-Systeme zur drahtlosen Kommunikation

Mehrträger-Datenübertragungsverfahren wie orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) und discrete multitone (DMT) haben in den letzten Jahren große Bedeutung erlangt. Sie werden derzeit in mehreren Standards verwendet (xDSL, DAB, DVB, HIPERLAN/2 usw.) und sind vielversprechende Kandidaten für zukünftige Mobilkommunikationssysteme der 4. Generation. Ihre wesentlichsten Vorteile sind hohe Flexibilität, ausgezeichnete Leistungs-fähigkeit auch unter schwierigen Einsatzbedingungen und effiziente Implementierbarkeit. Für den Einsatz in den festen und mobilen Funkübertragungssystemen der Zukunft werden Mehrträger-Verfahren hohen Ansprüchen hinsichtlich Datenrate, Bitfehlerrate, Mobilität, Reichweite, Flexibilität und Dienstgüte genügen müssen. Die Entwicklung fortschrittlicher Mehrträger-Verfahren, die wesentlich leistungsfähiger sind als derzeitige Verfahren, ist daher sowohl praktisch wichtig als auch theoretisch anspruchsvoll. Ziel des in diesem Projektantrag beschriebenen Forschungsprojekts ist es, verbesserte Mehrträger-Verfahren für zeitvariante Umgebungen zu entwickeln. Zeitvariante Kanäle sind besonders für die Mobilfunk-Übertragung von Bedeutung. Unter anderem wollen wir im Rahmen des vorgeschlagenen Projekts die folgenden Themen behandeln: Prädiktive Entzerrung zeitvarianter Mobilfunkkanäle ohne Verwendung von Pilotsymbolen; Anwendung von Kanalprädiktion auf Mehrträger-Systeme mit Raum-Zeit-Signalver-arbeitung und adaptiver Modulation; Verallgemeinerte Mehrträger-Systeme basierend auf Impulsformung, biorthogonalem Impuls-entwurf und/oder Mehrfachimpuls-Modulation; Modellierung und Simulation zeitvarianter Kanäle im Rahmen der Mehrträger-Funk-übertragung. Das vorgeschlagene Projekt stützt sich auf unsere Vorarbeiten in den Bereichen Kanalprädiktion, statistische Signalverarbeitung und Zeit-Frequenz-Methoden.

Die Ergebnisse dieses Projekts sind ein Beitrag zur Entwicklung fortschrittlicher drahtloser Datenübertragungssysteme (z.B. verbesserte Mobiltelefonie-Netze und lokale Funknetze). Sie werden somit zur Innovation in einem international anerkannten technologischen Schlüsselgebiet beitragen. Drahtlose Übertragungssysteme müssen Beeinträchtigungen durch den Funkkanal wie z.B. Mehrwegeausbreitung und Schwund begegnen. Ein in dieser Hinsicht sehr attraktives Übertragungsverfahren ist die Mehrträgermodulation, die mehrere Funkfrequenzen parallel zur Datenübertragung benützt. Das bekannteste Mehrträgerverfahren, "orthogonal frequency division multiplexing" (OFDM), ist Bestandteil von Übertragungsstandards für Anwendungen wie digitaler Audio- und Video-Rundfunk, lokale Funknetze sowie drahtloser Breitband-Internetzugang. Im Rahmen dieses Projekts wurden verschiedene Aspekte der Mehrträgermodulation untersucht. Wir entwickelten Algorithmen, die es dem Empfänger erlauben, den Funkkanal vollautomatisch und ohne Verwendung von Trainingsdaten (im Vorhinein zwischen Sender und Empfänger vereinbarte Pseudodaten) zu messen. Weiters entwarfen wir verbesserte Übertragungsimpulse (die Signale, welche die eigentlichen Daten tragen) und schlugen verallgemeinerte Mehrträgersysteme mit mehreren verschiedenen Übertragungsimpulsen vor. Schließlich berechneten wir die mit OFDM maximal erzielbaren Datenraten für die großen Übertragungsbandbreiten, welche von zukünftigen ultraschnellen Funkübertragungssystemen benötigt werden. Weitere Projektergebnisse beziehen sich auf eine wichtige neue Entwicklung, die sogenannten MIMO-Funksysteme (MIMO = multiple-input multiple-output). MIMO-Systeme erzielen durch Verwendung mehrerer Sende- und Empfangsantennen wesentlich höhere Datenraten und eine bessere Verbindungsqualität. Wir entwickelten effiziente Verfahren für die Messung von MIMO-Kanälen und für die Datenrückgewinnung im Empfänger. Weiters entwickelten wir Mehrantennen-Empfängerverfahren für eine spezielle Variante des UMTS- Mobiltelefoniestandards. Schließlich schlugen wir realistische statistische Modelle für Funkkanäle sowie neuartige Verfahren zur Modellierung und Verarbeitung instationärer Zufallssignale vor.