Überblick Der Lehrstuhl für Mobilkommunikation existiert seit Ende 2001 und ist als Stiftungslehrstuhl durch die Firma Ericsson initiiert und anfinanziert worden. Zusammen mit den beiden Lehrstühlen für Informationsübertragung sowie Multimediakommunikation und Signalverarbeitung bildet der Lehrstuhl für Mobilkommunikation die organisatorische Einheit des Laboratoriums für Nachrichtentechnik. Der Lehrstuhl vertritt das Thema Mobilkommunikation in Forschung und Lehre in verschiedensten Aspekten, z.B. Verfahren zur digitalen Übertragung über mobile Kanäle, Mobilfunkkanalbeschreibung und -messung, Mobilkommunikationsnetze etc. Forschungsgebiete: Funknetzanalyse und -optimierung Ein wichtiger Teilbereich des Arbeitsgebietes ist die Untersuchung verschiedene Aspekte des Funkzugangsnetzes eines Mobilkommunikationssystems. Dies beinhaltet die Analyse und Optimierung der Kapazität und Qualität von Funknetzen durch Betrachtung von Algorithmen zur Sendeleistungsregelung, zum Weiterreichen beim Wechsel der Funkzelle (Handover) sowie zur Kanal- und Frequenzzuteilung. Ein wichtiges Hilfsmittel zur Bewertung von Funknetzen ist die Funknetzsimulation. Entzerrungs- und Detektionsverfahren für Mobilkommunikationssysteme Ein zweiter Schwerpunkt ist die Funkübertragung mit ihren Komponenten Kanalcodierung, Modulation, Kanalschätzung, Entzerrung und Synchronisation, wobei der Fokus hier auf mobilfunkspezifischen Aufgabenstellungen liegt. So werden z.B. Konzepte zur Funkübertragung für den Mobilfunkstandard EDGE (Enhanced Data Rates for GSM Evolution), der eine Weiterentwicklung des GSM-Standards darstellt, entwickelt. Da bei EDGE ein vielstufiges Modulationsverfahren (achtstufige Phasenumtastung, 8PSK) zur Erzielung einer hohen spektralen Effizienz zum Einsatz kommt, ist die Wiedergewinnung der gesendeten Datensequenz aus dem verzerrten Empfangssignal ein wesentlich schwierigeres Problem als bei GSM. Zu dessen Lösung wurden Verfahren zur aufwandsgünstigen zustandsreduzierten Entzerrung entwickelt. Weiterhin wird untersucht, inwieweit die übertragbaren Datenraten bei EDGE durch den Einsatz von mehreren Sendeantennen sowie Space-Time-Codierung noch weiter gesteigert werden können. Ein derartiges Konzept ist vor allem für den Downlink (Übertragung von der Basisstation zur Mobilstation) interessant, da hier zumeist nur eine Empfangsantenne toleriert werden kann, dagegen sendeseitige Diversität zur Verfügung steht. Interferenzunterdrückung für Mobilkommunikationssysteme Ein weiteres Problem bei Mobilkommunikationssystemen sind Interferenzen durch Signale anderer Teilnehmer. Mit Interferenzunterdrückungsverfahren kann die Kapazität eines zellularen Mobilfunksystems entscheidend gesteigert werden. Zu unterscheiden sind dabei Verfahren, die auf gemeinsamer Detektion von Nutzsignal und Interferenz basieren, sowie weniger komplexe, für die Praxis eventuell besser geeignete Verfahren, bei denen eine Unterdrückung der Interferenz vor der Detektion des Nutzsignals vorgenommen wird. Am Lehrstuhl werden Verfahren aus beiden Klassen entwickelt und optimiert. Als Anwendung wird erneut das GSM/EDGE-System betrachtet. Besonders interessant dabei sind Verfahren, die auch bei einer einzigen Empfangsantenne anwendbar sind (Single Antenna Interference Cancellation). Hierzu konnten gemeinsam mit dem Lehrstuhl für Informationsübertragung und der Firma Com-Research wichtige Beiträge geliefert werden, die 2004 mit dem Vodafone Innovationspreis ausgezeichnet wurden. Zusammen mit Industriepartnern wurden eine Implementierung des Verfahrens in Mobiltelefonen sowie Feldtests vorgenommen, die eine signifikante Kapazitätssteigerung von bis zu 80 % erkennen lassen. SAIC ist inzwischen in der GSM-Standardisierung eine eigene Arbeitsgruppe gewidmet und steht kurz vor der Markteinführung. Wireless Local Area Networks (WLANs) Weiterhin werden Wireless Local Area Network (WLAN) Systeme betrachtet. Der WLAN-Standard IEEE 802.11b bietet Datenraten von 1, 2, 5.5 und 11 MBit/s im Industrial Scientific Medical (ISM) Frequenzband (Bereich um 2.4 GHz) an. Für 5.5 und 11 MBit/s wird das spezielle blockcodierte Modulationsverfahren Complementary Code Keying (CCK) verwendet. Am Lehrstuhl wurden leistungsfähige Detektoren für eine CCK-Übertragung über verzerrende Kanäle, wie sie in realen WLAN-Anwendungen auftreten, entwickelt, mit denen eine bessere Robustheit der Übertragung als mit zuvor bekannten Detektoren erreicht werden kann. Auch wurden Space-Time-Codierung und Interferenzunterdrückungsverfahren für eine Weiterentwicklung des Standards bzw. eine weitere Verbesserung der Leistungsfähigkeit betrachtet. Mobilkommunikationssysteme der vierten Generation basierend auf OFDM Untersuchungen zu UMTS (Universal Mobile Telecommunications System) sowie Mobilkommunikationssystemen der vierten Generation, die auf Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) basieren, runden den Themenbereich Funkübertragung ab. OFDM bietet insbesondere ein hohes Potenzial zur flexiblen Ressourcenzuteilung. Es wird untersucht, inwieweit sich dies gewinnbringend bei der Zusammenfassung mehrerer individueller Kanäle zu einem Multicast-Kanal in Verbindung mit einem Gleichwellennetz nutzen lässt. Messung und Modellierung von MIMO-Kanälen Ein weiterer Schwerpunkt liegt auf dem Gebiet der Funkkanalmessung und -modellierung insbesondere für Mehrantennensysteme (MIMO, Multiple-Input Multiple-Output Systeme). Zur Kanalvermessung ist ein MIMO-Channel-Sounder angeschafft worden, mit dem die Übertragungseigenschaften von Systemen mit mehreren Antennen in unterschiedlichsten Umgebungen gemessen und ausgewertet werden können. Die gemessenen Kanaldaten dienen sowohl als Grundlage zur Parametrisierung und zum Entwurf von Signalverarbeitungsalgorithmen für Mehrantennensysteme als auch als Basis für Funknetzsimulationen zur Beurteilung des Kapazitätsgewinns, der mit derartigen Systemen erzielt werden kann.
Forschungsschwerpunkte
- Funknetzanalyse und –optimierung
Digitale Übertragungsverfahren für die Mobilkommunikation Mehrantennensysteme Messung und Modellbildung von Mobilfunkkanälen Mobilkommunikationssysteme der vierten Generation
Forschungsrelevante apparative Ausstattung
- Netz von ca. 20 Arbeitsplatzrechnern für Mitarbeiter und Studenten
MIMO Channel Sounder auf dem modernsten Stand der Mobilfunkmeßtechnik Signalgeneratoren, Spektrumanalysatoren sowie diverse Laborgeräte
Kooperationsbeziehungen
Wissenschaftliche TagungenDer Lehrstuhl für Mobilkommunikation war beteiligt an der Ausrichtung
und Organisation der ITG Conference on Source and Channel Coding (SCC) 2004 und 2006.
VeröffentlichungsreihenErlanger Berichte aus Informations- und Kommunikationstechnik, Hrsg.: A. Kaup, W. Koch, J. Huber. Aachen: Shaker Verlag, http://www.shaker.
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