Forschung -

Mobilfunk jenseits von 5G

Auch der neueste Mobilfunkstandard 5G hat noch Verbesserungspotenzial: Besonders in urbanen Gebieten, die einen direkten Sichtkontakt zwischen Sender und Empfänger erschweren, funktioniert die Funkverbindung oft nicht zuverlässig. In dem kürzlich gestarteten EU-Projekt ‚Ariadne‘ erforschen elf Partner aus fünf europäischen Ländern, wie sich eine fortschrittliche Systemarchitektur für ‚Beyond 5G‘ entwickeln lässt.

Ziel des Projekts mit dem vollständigen Titel ‚Artificial-Intelligence-Aided D-Band Network for 5G Long-Term Evolution« ist die Entwicklung einer energieeffizienten und zuverlässigen Mobilfunkkommunikation auf der Basis von Frequenzen im D-Band (130 bis 174,8 GHz). Dieses ist allerdings nicht zusammenhängend, was eine Anpassung der bisherigen Funksystemarchitektur und der Netzsteuerung erfordert.

In Ariadne soll mittels einer neuartigen Hochfrequenz-Funkarchitektur sowie eines KI-Netzverarbeitungskonzept ein intelligentes Kommunikationssystem ‚Beyond 5G‘ geschaffen werden: Bis 2022 möchte das Projektkonsortium eine Funkverbindung mit Datenraten auf der 100-GBit/s-Skala nahezu ohne Latenz realisieren.

Ariadne umfasst drei große Forschungsgebiete: Hardwarekomponenten, Metaoberflächen sowie die KI-basierte Netzsteuerung. Dr. Thomas Merkle, Forscher und Projektkoordinator seitens des Fraunhofer IAF erläutert: »Unser Schwerpunkt liegt auf der Entwicklung von neuen Funkmodulen mit höchster spektraler Effizienz, die die Frequenzdiversität ausnutzen und eine Steuerschnittstelle für die Optimierung im Netz bieten. Dabei soll erstmals unsere neue 20-nm-InGaAs-HEMT-Technologie auf Silizium eingesetzt werden«, erklärt seitens des Instituts.

In Ariadne werden sogenannte Metaoberflächen – verstellbare Reflektoren für Funkwellen – und ihr Beitrag zur Optimierung der Funkverbindung erforscht. Sie sollen Netzsteuerungsproblemen in urbanen Gebieten entgegenwirken: Wenn zwischen Basisstationen auf den Hausdächern und den Nutzern in den Häuserschluchten keine Sichtverbindung herrscht, sollen Metaoberflächen Funkwellen reflektieren und somit dennoch die Ausbreitung gewährleisten. Am Fraunhofer IAF beschäftigen sich die Forschenden mit sogenannten Reflect-Arrays: kleinen Metaoberflächen an Antennen, die der Strahlschwenkung und -bündelung dienen.

Bislang beruht die Mobilfunksteuerung zumeist auf klassischen mathematischen Verfahren. In Ariadne sollen nun maschinelles Lernen und Künstliche Intelligenz zum Zuge kommen. Während bei ersterem eine fundierte Datenanalyse das Ziel ist, soll mithilfe von KI ein System zur Netzsteuerung entstehen, das Probleme nicht nur erkennt und darauf reagiert, sondern diese sogar vorhersehen und abwenden kann.

Das finale Ziel der Partner ist es, die einzelnen Projektbausteine in einem Testsystem zusammenzubringen. Ein Demonstrator soll eine unter allen Wetterbedingungen zuverlässige 100-GBit/s-Verbindung über 100 m erreichen; ein zweiter soll als Proof-of-Concept im Labor zeigen, wie eine Metaoberfläche die Ausbreitungsbedingungen verbessern kann.

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