Hochfrequenztechnik und Elektromagnetische Verträglichkeit

Forschungsprojekt kogANT:Übersicht

Titel: Abstimmbare und rekonfigurierbare UHF-Mehrtor-
antennensysteme für kognitive Funkgeräte mit
kleinen Formfaktoren (kogANT)


im Rahmen des Verbundvorhabens

Kognitive drahtlose Kommunikationssysteme (kogLTE)
(Leitung des Verbundvorhabens: Prof. Dr. Stefan Heinen,
UMIC Exzellenzcluster, RWTH Aachen)
Förderung: Bundesministerium für Bildung und Forschung
"IKT 2020 - Forschung für Innovation"
Förderkennzeichen 16BU1211
Laufzeit: 01.03.2012 bis 31.05.2015
Volumen: 221.820,00 Euro
Ausführung: Hochschule RheinMain (Prof. Dr. Schroeder, M. Sc. Montaha Bouezzeddine)

Forschungsprojekt kogANT: Beschreibung

Das Forschungsprojekt kogANT ist Teil eines Verbundvorhabens mit mehreren Partnern (Universitäten und Unternehmen), in dem Technologien für kognitive drahtlose Kommunikationssysteme entwickelt werden.  Hintergrund ist die schnelle Zunahme des Datenvolumens den Mobilfunknetzen. Allein für die Jahre 2012 bis 2016 wird eine Zunahme des weltweiten mobilen Datenvolumens von 1,3 auf über 10 Exabytes pro Monat prognostiziert. Dazu wird ein deutlich größeres Spektrum an Funkfrequenzen benötigt als dem Mobilfunk heute zugewiesen ist. In der Vergangenheit hat man Teile des Funkspektrum stets fest verschiedenen Diensten, z.B. Mobilfunk, Fernsehen, Rundfunk zugewiesen. Dies hat dazu geführt, dass heute orts- und zeitabhängig erhebliche Teile des Funkspektrums ungenutzt bleiben. Mit dem Konzept des Cognitive Radio, auf Deutsch etwa "wahrnehmungsfähiges Funksystem", soll dies geändert werden. Durch laufende Beobachtung des Funkspektrums sollen die an einem gegebenem Ort aktuell verfügbaren, ungenutzten Funkfrequenzen erkannt und dann automatisch genutzt werden.


Die verwendeten Funkgeräte müssen dazu in der Lage sein, sich in einem großen zusammenhängenden Frequenzbereich auf nahezu beliebige Sende- bzw. Empfangsfrequenzen einzustellen. Heutige Mobilfunkgeräte können dies nicht. Sie unterstützen zwar bereits mehrere unterschiedliche Frequenzbänder, diese sind aber relativ klein und werden bereits beim Entwurf des Gerätes festgelegt.  Grund dafür ist, dass heutige Geräte für die einwandfreie Funktion auf hochselektive Frequenzfilter und Duplexer (eine spezielle Kombination von Filtern zur Trennung von Sende- und Empfangssignal) angewiesen sind. Auch die heute verfügbaren Mobilfunkantennen lassen sich jeweils nur schmalbandig, in kleinen, vorgegebenen Frequenzbändern nutzen. Als Schlüssel zur Lösung des Problems werden neuartige integrierte Hochfrequenzschaltungen (Chips) mit hohem Dynamikbereich betrachtet, die ohne vorgeschaltete hochselektive Frequenzfilter und Duplexer arbeiten können.

Das an der Hochschule RheinMain bearbeitete Teilprojekt kogANT befasst sich mit der Entwicklung dazu passender MIMO Antennensysteme.  Das Kürzel MIMO steht für Multiple-Input Multi-Output und besagt, dass ein Antennensystem mehrere unterschiedliche Signale, die sich entlang verschiedener Funkpfade ausbreiten gleichzeitig so erfassen kann, dass diese später wieder getrennt werden können. Diese Mehrtor-Antennensysteme müssen in einem Frequenzbereich einsetzbar sein, der wesentlich größer ist, als die mit herkömmlichen passiven Antennen in Geräten kleiner Bauform erreichbaren Momentanbandbreiten.  Dazu müssen Ihre Eigenschaften durch die Software des Funkgerätes gezielt verändert werden können. Zukünftige Antennensysteme für kognitive Endgeräte gehen daher in ihrer Funktionalität weit über die einer klassischen Drahtantenne oder Dipolantenne hinaus.  Es handelt sich um komplexe Systeme mit einer digitalen Schnittstelle zur Abstimmung und Rekonfiguration.  Dazu trägt auch bei, dass an die Antennen aufgrund des Wegfalls von Filtern und Duplexern im Rahmen der Gesamtarchitektur zusätzliche Anforderungen gestellt werden.