Abgeschlossene Projekte

Entwurf einer Cognitive Radio-Architektur basierend auf Optimierten Zeit-Frequenz-Signaldarstellungen (CAROUSAL) [6]

Ziel des Projektes ist es, vorliegende Forschungsergebnisse im Bereich des Cognitive Radio zu validieren. Es soll festgestellt werden, ob die Ergebnisse wirtschaftlich verwertet werden können oder ob ggf. Weiterentwicklungen vorzunehmen sind.

Dazu werden die Forschungsergebnisse der Partner in einen Prototypen überführt, mit dessen Hilfe deutliche Effizienzsteigerungen bei der Ausnutzung zur Verfügung stehender Funkressourcen im industriellen Umfeld nachgewiesen werden sollen.

Der geplante Prototyp verwendet neue Verfahren aus dem Bereich Spectrum Sensing, wobei Signalanalyse und -synthese durch Algorithmen der Zeit-Frequenz-Analyse leistungsfähiger ausgestaltet werden. Neuartige Verfahren zur Kanalprädiktion sowie für den Kanalzugriff sind weitere Bestandteile der geplanten Lösung und sollen zu einem optimalen Ressourcen-Management führen.

Die Validierung der Forschungsergebnisse erfolgt auf Basis einer ausgedehnten Messkampagne in einem realen industriellen Umfeld, das typische Kommunikationssituationen und Störszenarien aufweist. Im Vorfeld werden dazu Testszenarien und -abläufe definiert.

Hinsichtlich der begrenzten Funkressourcen im industriellen Umfeld, restriktiver Nutzungsbedingungen sowie den hohen Anforderungen an die Zuverlässigkeit der Übertragung soll der geplante Prototyp eine deutliche Effizienzsteigerung nachweisen.

Kooperative Sensorkommunikation (COCOON) [7]

Dem in den letzten Jahrzehnten erzielten Fortschritt auf dem Gebiet der drahtlosen Kommunikation ist es zu verdanken, dass aktuell mehr als die Hälfte der Weltbevölkerung drahtlos und mobil kommunizieren kann. Nachdem zunehmend entsprechende Kommunikationssysteme den Zugang zu einer breitbandigen Informationsinfrastruktur ermöglichen, wird zukünftig die Bereitstellung unterschiedlicher Funktionalität im Rahmen massiv vernetzter, drahtloser Sensor- und Kommunikationssysteme die Lebens- und Arbeitswelt revolutionieren. Für diese so genannte ubiquitäre Kommunikation – die hochgradige Vernetzung von Nutzern, Rechnern und physikalischen Objekten an jedem Ort und zu jeder Zeit – ist die Weiterentwicklung wissenschaftlicher Methoden und Werkzeuge, die Entwicklung neuer Basistechnologien sowie neuer Kommunikationsparadigmen zwingend notwendig.

Eine unabhängige Studie des aus Wirtschaft, Politik und Verwaltung zusammengesetzten internationalen Konsortiums "The Climate Group" zeigt, dass sich die durch Informations- und Kommunikationstechnologie (IKT) verursachten CO2-Emissionen – zurzeit 2% der gesamten CO2-Emissionen – bis 2020 verdoppeln werden. Gleichzeitig kann durch die einzigartigen Möglichkeiten von Sensornetzwerken die Energieeffizienz durch Überwachung und Optimierung verbessert werden. So können auch außerhalb des IKT-Sektors die CO2-Emissionen um insgesamt bis zu 10% der weltweiten Gesamtemissionen gesenkt werden. Dies entspricht einer Einsparung von 7,8 Gigatonnen CO2 pro Jahr bezogen auf 2020. Dieses Einsparungspotential übersteigt den aktuellen jährlichen Ausstoß von CO2 der Vereinigten Staaten oder der Volksrepublik China und ist nur durch die Weiterentwicklung und den konsequenten Einsatz von IKT erreichbar.

Neben den genannten Energieeinsparungen ergeben sich vielfältige neuartige Anwendungen und damit verbundene wissenschaftliche Fragestellungen, die sich in den Kontext einer so genannten Smart City einordnen lassen. Dieses Konzept erfordert eine intelligente Umgebung, in der Dienste, die das tägliche Leben unterstützen, allgegenwärtig zur Verfügung stehen. Eingebettet in eine Smart City sind intelligente häusliche Umgebungen (smart home), intelligente Transportsysteme (smart transport), drahtlose persönliche Netze (PAN) und drahtlose Basisnetze. Um diese Vision zu ermöglichen, ist eine Infrastruktur notwendig, in der sämtliche Geräte in einer kooperativen Weise drahtlos miteinander kommunizieren können. In einem solchen Netzwerk mit einer hohen Anzahl von mobilen und stationären Knoten und unter Berücksichtigung verschiedener Dienstgütekriterien (unter anderem der Datenrate oder der Latenzanforderungen) sind folgende Aspekte von elementarer Bedeutung:

  • Flexible und skalierbare Netzwerk- und Komponentenarchitekturen
  • Effizientes Ressourcenmanagement
  • Sicherheits- und kontextsensitive, qualitätsorientierte Dienste
  • Interferenzresistente, kooperative Kommunikation
  • Energie- und bandbreiteeffiziente drahtlose Kommunikation
  • Rekonfigurierbare Transceiver-Architekturen.

Aufgrund der enorm hohen Knotenanzahl und -dichte werden neuartige Ansätze zur Lösung der genannten Anforderungen benötigt, etwa Strategien zum Interferenz-Management, skalierbare Architekturen zur Unterstützung heterogener Netze und Dienste sowie Realisierungsmöglichkeiten energieeffizienter und rekonfigurierbarer Transceiver-Architekturen.

Ziel des gemeinsam mit der TU Darmstadt im Rahmen des LOEWE-Programms durchgeführten LOEWE-Schwerpunkts Kooperative Sensorkommunikation (COCOON) ist die Etablierung eines interdisziplinären Forschungs­schwerpunkts, der grundlegende wissenschaftliche Frage­stellungen der kooperativen Sensorkommunikation adressiert. Es sollen wissenschaftliche Methoden und Werkzeuge für die kooperative Sensorkommunikation entwickelt und in einer Plattform thematisiert werden. Ausgangspunkt ist die Annahme einer dynamischen Anordnung von räumlich verteilten, autonomen, als gegeben vorausgesetzten Sensoren, die die Knotenpunkte eines komplexen Kommunikationsnetzwerkes darstellen, wobei keine neuartigen Sensoren oder Sensortechniken entwickelt werden sollen.

In diesem gemeinsam mit der Universitätsklinik Düsseldorf durchgeführten Projekt werden die Simulation und experimentelle Verifikation der Radiofrequenzablation für Nierentumore untersucht. Mittels eines speziellen Applikators, der in einem ambulanten Vorgang in das betroffene Gebiet des Patienten eingebracht wird, speist ein Generator einen hochfrequenten elektrischen Strom ein, der mit der Zeit zu einer Erwärmung des erkrankten Bereichs und somit zur Abtötung der Tumorzellen führt. Ziel ist es, ein Computermodell zu erstellen, das die Veränderungen der Gewebestruktur, hervorgerufen durch die Erwärmung, im Verlauf der Behandlung berücksichtigt, um eine entsprechende Planung der Dosen vor einem Eingriff durchführen zu können. Hierfür kommen verschiedene Simulationsprogramme zur Anwendung wie z.B. das Softwarepaket Femlab der Firma Comsol, das die Berechnung von gekoppelten partiellen Differenzialgleichungen, wie sie bei der Beschreibung des vorliegenden Problems auftreten, ermöglicht. Dies sind zum einen die Biowärmeleitungsgleichung und zum anderen die Gleichungen zur Beschreibung der elektromagnetischen Feldgrößen. Hinzu treten die Navier-Stokes-Gleichungen der Fluiddynamik zur Berücksichtigung der Perfusion, die durch Blut- und Urinfluss in der Niere entsteht und zur Abkühlung des Zielgebiets führt. Die Simulation wird verglichen mit Ergebnissen eines experimentellen Aufbaus im Labor. Um die Resultate in einer realen Umgebung zu verifizieren, werden Musterbehandlungen an Schweinen durchgeführt, wobei Messsonden den Temperaturverlauf als Zeitfunktion an unterschiedlichen Positionen im Zielgewebe aufnehmen.

Titel Universal Radio-Link Platform For Efficient User-Centric Access (URANUS)
Typ STREP der EU [5]
Inhalt Entwurf eines universalen funkbasierten Kommunikationssystems, das eine Übertragung mit allen existierenden standardisierten und nicht-standardisierten drahtlosen Systemen in einer einheitlichen Implementierung zulässt (Einzelbetrieb),gleichzeitige Verbindungen mit unterschiedlichen Luftschnittstellen ermöglicht (Mehrfachbetrieb) unddie Einführung zukünftiger persönlicher Kommunikation (benutzer-definierter Betrieb) und rekonfigurierbarer Luftschnittstellen erleichtert; neuartiger und effizienter parametrischer Ansatz zur Beschreibung drahtloser Transceiver im komplexen Basisband mit Hilfe einer verallgemeinerten Mehrträgerdarstellung (Generic Multi Carrier Represen-tation, GMCR), bei dem ein spezifisches Signalformat oder eine bestimmte Betriebsart eindeutig durch eine Menge entsprechender Parameter dargestellt wird (gemeinsame Transceiverstruktur für z.B. OFDM- oder W-CDMA-basierte Luftschnittstellen); mehr...
Partner Europäische Industriepartner, Universitäten, Forschungsinstitute
Zeitraum 01.2006 - 12.2008
Titel My personal Adaptive Global NET and Beyond (MAGNET Beyond)
Typ IP der EU [2]
Inhalt Benutzerorientierung, Personalisierung und Personal Networks (PNs); Systeme mit Einbindung intelligenter Umgebungen, die sich an die Benutzerbedürfnisse anpassen, ohne Aspekte der Privatsphäre oder Sicherheit eines einzelnen Benutzers außer Acht zu lassen; adaptive Verfahren für PAN-optimierte Luftschnittstellen auf Basis von niederratigem FM-UWB und hochratigem MC-SS; neuartige heterogene protocol stacks mit einer universalen Konvergenzschicht; PANs, PNs und deren Zusammenschluss (Federation) als wesentlicher Teil von Systemen der nächsten Generation; Implementierung und Vermarktung einer realen sicheren PN-Architektur; autonome Bildung eines P-PAN und die Erweiterung auf PN-to-PN-Kommunikation sowie Bildung von Überlagerungsübertragung zwischen Geräten und Knoten von unterschiedlichen PNs; Benutzerprofile und Implementierung eines Pilotdienstes; Kontext- und Dienstermittlung; Trust- und Identity Management; mehr...
Partner Europäische Industriepartner, Universitäten, Forschungsinstitute
Zeitraum 01.2006 - 06.2008
Titel Network of Excellence in Wireless COMmunications (NEWCOM)
Typ NoE der EU [1]
Inhalt Leitung des Moduls "Receiver Design for Multicarrier Systems"; Untersuchung von Multiuser-OFDM-Systemen in breitbandigen und interferenzbegrenzten Umgebungen (z.B. Betrieb in unlizensierten Frequenzbändern); Betrachtung verschiedener Modi (MC-CDMA, MC-TDMA); neuartige Verfahren zur robusten Kanalschätzung, Detektion und (Turbo-)Decodierung
Partner Europäische Universitäten, Forschungsinstitute
Zeitraum 03.2004 - 02.2006
Titel My personal Adaptive Global NETwork (MAGNET)
Typ IP der EU [2]
Inhalt Leitung des Cluster MC-TDMA; Signalverarbeitung in der physikalischen Schicht eines Wireless Personal Area Network (WPAN); Entwurf einer flexiblen adaptiven breitbandigen Luftschnittstelle auf Basis von OFDM für WPAN (Reichweite ≈ 10 m) unter Berücksichtigung neuartiger Verfahren (MIMO, nichtorthogonale Mehrträgerübertragung, Ausnutzung von Kanalzustandsinformation im Rahmen adaptiver Modulation und Codierung etc.); parametrische Beschreibung der Verfahren zum Entwurf einer adaptiven MAC-Schicht
Partner Europäische Industriepartner, Universitäten, Forschungsinstitute
Zeitraum 01.2004 - 12.2005
Titel Towards Mobile Broadband Multimedia Networks
Typ COST-Projekt [3]
Inhalt Untersuchung von stochastischen Kanalmodellen und Übertragungsverfahren in der physikalischen Schicht zukünftiger Systeme der vierten Mobilfunkgeneration; Vorschlag nichtorthogonaler Mehrträgerübertragung zur Erhöhung der Flexibilität konventioneller OFDM-Systeme; Effizienzsteigerung digitaler Signalverarbeitung in heterogenen Systemen durch Konzepte wie Software Defined Radio und adaptiver Modulation
Partner Europäische Universitäten und Forschungseinrichtungen
Zeitraum 05.2001 - 04.2005
Titel Kanalschätzung und Detektion für mobile Endgeräte
Typ Bilaterales Projekt
Inhalt Vorschlag mehrerer Verfahren zur blinden Interferenzunterdrückung in der Abwärtsstrecke von UTRA mit WCDMA; Untersuchung linearer zeitinvarianter/zeitvarianter Entzerrer sowie Verfahren zur regenerativen Interferenzsubtraktion; Verbesserung der Kanalschätzung durch Erhöhung der Modellordnung und gleichzeitige Vergrößerung des Beobachtungsintervalls
Partner Siemens AG
Zeitraum 01.2000 - 09.2004
Titel Joint Space-Time WCDMA Demodulator
Typ Bilaterales Projekt
Inhalt Raum-Zeit-Signalverarbeitung zur Kanalschätzung in der Aufwärtsstrecke von UTRA mit WCDMA; Auswahl geeigneter Parameter zur Beschreibung der Übertragungseigenschaften mit dem Ziel, eine Strahlformung in der Abwärtsstrecke vorzunehmen (erfordert Frequenzkompensation aufgrund der FDD-Übertragung); Untersuchung der Übertragungsgüte bei imperfekter Kanalschätzung unter Berücksichtigung der Kanalcodierung (Faltungscodes, Turbocodes)
Partner Alcatel SEL AG
Zeitraum 09.2001 - 08.2002
Titel Adaptive Multicarrier Access System (ADAMAS)
Typ IST-Projekt [4]
Inhalt Definition eines neuartigen adaptiven Übertragungssystems außerhalb von Gebäuden für den breitbandigen drahtlosen Zugriff auf der Basis orthogonaler Mehrträgerübertragung; Entwicklung eines Kanalmodells für die un-/lizensierte Übertragung bei 5.8/10.5 GHz; adaptive Modulation/Codierung für die Übertragung von Bitraten von 64 kbps. . .25 Mbps
Partner Lucent, INTRACOM, RUNCOM, Hellenic Telecomm. Org.
Zeitraum 04.2000 - 03.2003
Titel Radio Channel and Smart Antenna Research
Typ Bilaterales Projekt
Inhalt Modellierung der physikalischen Ausbreitungsbedingungen in drahtlosen Funksystemen im Bereich 5. . . 60 GHz; Anwendung intelligenter Antennen zur Schätzung des Funkkanals in MIMO-Mehrträgersystemen; Vorschlag eines LMMSE-Kanalschätzers mit Berücksichtigung räumlicher Korrelationsfunktionen, die im Rahmen von Messungen bei 24 GHz am IKT bestimmt wurden; Untersuchung des Einflusses nichtidealer Systemkomponenten auf die Kanalschätzung; Quantifizierung der Bitfehlerraten bei Raum-Zeit-Codierung und imperfekter Kanalschätzung
Partner Sunrise, Nokia Research
Zeitraum 01.2000 - 12.2002
Titel Advanced Signal Processing for Link Capacity Increase in UMTS (ASILUM)
Typ IST-Projekt [4]
Inhalt Untersuchung effizienter Kombinationen verschiedener Algorithmen (intelligente Antennen, Mehrbenutzerdetektion, Turbocodierung, Raum-Zeit-Codierung usw.) zur Erhöhung der Kapazität in terrestrischem UMTS (TDD und FDD); kombinierte Simulation auf Systemebene/Verbindungsebene mit parametrischer Schnittstelle unter COSSAP; Untersuchung der Verfahren bez. verschiedener Implementierungsaspekte wie Komplexität, Festpunktarithmetik, Aufteilung Hardware/Software, Kalibrationsfehler etc.
Partner Mitsubishi, Ascom, Inst. Superior Tecnico, IMST, CEA Leti
Zeitraum 01.2000 - 12.2001
Titel Wireless Flexible Personalized Communications
Typ COST-Projekt [3]
Inhalt Untersuchung eines neuartigen breitbandigen stochastischen Kanalmodells; Durchführung ortsvarianter Funkkanalmessungen des Mobilfunkkanals im Bereich 24 GHz mit einer Bandbreite von 1 GHz; verbesserte Verfahren zur Interferenzunterdrückung in UMTS; Signalverarbeitung mit intelligenten Antennen
Partner Europäische Universitäten und Forschungseinrichtungen
Zeitraum 01.1998 - 12.2000
Titel FRAMES (Future Radio Wideband Multiple Access System)
Typ EU-Projekt
Inhalt Studie eines Empfängerkonzepts mit mehreren Antennen für die Basisstation eines CDMA-Mobilfunksystems (FRAMES mode 2)
Partner CSEM
Zeitraum 9.1995 - 6.1999
Titel FRANS (Fibre Radio ATM Network and Services)
Typ EU-Projekt
Inhalt Vorschlag eines Verfahrens zur kohärenten gemeinsamen Demodulation in der Basisstation eines Multi-2Mb/s-CDMA-Funksystems und Definition der Luftschnittstelle
Partner CEA Leti, Elektrobit
Zeitraum 9.1995 - 5.1999

Fussnoten

[1] NOE . . . Network of Excellence (6. Rahmenprogramm der EU)

[2] IP . . . Integrated Project (6. Rahmenprogramm der EU)

[3] COST . . . Coopération européenne dans le domaine de la recherche scientifique et technique

[4] IST . . . Information Society Technology (5. Rahmenprogramm der EU)

[5] STREP . . . Specific Targeted Research Project (6. Rahmenprogramm der EU)

[6] VIP . . . Validierung des Innovationspotenzials wissenschaftlicher Forschung (BMBF)

[7] LOEWE . . . Landes-Offensive zur Entwicklung Wissenschaftlich-ökonomischer Exzellenz (Land Hessen)