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Höhere spektrale Effizienz für Mobilfunkkommunikation

download.jpgDieser Code liefert die Softwareschnittstelle für ein ZigBee-Netzwerk mit vier Knoten und Unslotted-... 

Um die Herausforderungen im Zusammenhang mit der 5G-Mobilfunkkommunikation, dem IoT und neuen Anwendungsbereichen wie Car-to-Car-Kommunikation zu bewältigen, haben Forscher der KU Leuven ein Netzwerk aus SDR-Geräten (Software-Defined Radio) aufgebaut. Die SDRs nutzen das sogenannte Inband-Vollduplex-Verfahren und sind so in der Lage, gleichzeitig Daten zu senden und funktechnische Störungen zu erkennen.

 

Derzeitige Mobilfunkgeräte prüfen zunächst, ob der Übertragungskanal frei ist und senden dann ihre Daten. In normalen Situationen mit nur wenigen Geräten funktioniert diese Methode auch reibungslos. Allerdings ist die Wahrscheinlichkeit sehr hoch, dass in einem dichten Netzwerk zwei oder mehr Geräte den Übertragungskanal gleichzeitig als frei erkennen und ihre Daten übereinander senden, was zu Kollisionen und beschädigten Daten führt.

transmitter.jpgAbbildung 1: Wenn zwei Geräte gleichzeitig Daten senden, kommt es beim Empfänger zu einer Überlagerung der beiden Signale und damit zu einer Kollision und Beschädigung des Datenpakets.

Mithilfe eines FPGA-basierten USRP-RIO-Geräts und der LabVIEW Communications System Design Suite konnte das Team der KU Leuven eine Lösung entwickeln, die das Inband-Vollduplex-Verfahren nutzt. Da die Übertragungskanäle kontinuierlich auf benachbarte Sender überprüft und Übertragungen bei Erkennen eines weiteren Senders abgebrochen werden, verhindert die Lösung Kollisionen und damit verbundene Datenbeschädigungen. 

 

In Simulationen wurde gezeigt, dass sich mit diesem Verfahren ein äußerst effizientes Netzwerk erstellen lässt, das den doppelten Durchsatz bietet.

 

hello.jpgAbbildung 2: Der Inband-Vollduplex-Prototyp nutzt ein USRP-RIO-Gerät mit einem Kintex-7-FPGA von Xilinx in Verbindung mit einem Electrical Balance Duplexer, um das gleichzeitige Senden und Überprüfen zu ermöglichen.

 

NIrio.jpgAbbildung 3: Der Netzwerkprototyp der KU Leuven besteht aus sechs USRP-RIO-Geräten mit Inband-Vollduplex-Funktion, die mit einem Netzwerk aus 20 USRP-RIO-Geräten in einer Halbduplex-Konfiguration verbunden sind.

 

Laufende Experimente mit diesem Netzwerk zeigen bereits die Vorteile des gleichzeitigen Sendens und Überprüfens. Das Team plant jedoch schon die Skalierung auf ein Netzwerk mit über 40 SDRs, um die neue Technologie in einer dichteren Konfiguration zu testen. Das Potenzial für die Zukunft ist riesig.

 

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Autor

Tom Vermeulen, Doktorand, KU Leuven