Direkt zum Inhalt | Direkt zur Navigation

Verbesserung für die Mobilkommunikation

07.12.2009: Für eine Arbeit, die sich mit der Signalübertragung im Mobilfunk beschäftigt, erhält Prof. Gerhard Bauch den Best Paper Award auf der IEEE Globecom Konferenz 2009.

Prof. Gerhard Bauch, Professor für Informationsverarbeitung an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität der Bundeswehr München (im Bild rechts), hat gemeinsam mit den Co-Autoren Katsutoshi Kusume (DOCOMO Euro-Labs, im Bild links) und Prof. Wolfgang Utschick (TU München) einen Best Paper Award bei der IEEE Globecom Konferenz in Honolulu, USA, erhalten. Die Globecom ist neben der International Conference on Communications (ICC) eine der beiden Flaggschiff-Konferenzen der IEEE Communications Society im Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), dem weltweit wichtigsten Fachverband. Von mehr als 3500 eingereichten Beiträgen wurden 34 Prozent angenommen. Die Konferenz war in 14 Symposien organisiert, die jeweils einen Best Paper Award vergaben. Prof. Bauch erhielt den Preis des Symposiums „Signal Processing for Communications Symposiums“ für die Arbeit „IDMA vs. CDMA: Detectors, Performance and Complexity“.

Signal-Übertragung in der Mobilkommunikation

Die ausgezeichnete Arbeit behandelt das Problem der gleichzeitigen bandbreiten- und leistungseffizienten Übertragung hochratiger Signale mehrerer Teilnehmer im Mobilfunk. In der Mobilkommunikation werden z.B. für Internet und Videodienste zunehmend hohe Datenraten gefordert, die sich den aus der Festnetzkommunikation gewohnten Datenraten annähern. Die Schwierigkeit besteht in den äußerst ungünstigen Eigenschaften des Mobilfunk-Übertragungskanals: Das Funksignal unterliegt einer starken Dämpfung durch die Entfernung des Empfängers zur Sendeantenne sowie aufgrund von Abschattung durch Gebäude, Berge etc.. Zusätzlich werden die gesendeten Signale an Häusern, beweglichen Objekten wie Autos etc. reflektiert. Am Empfänger überlagern sich diese teilweise verzögerten Signalkomponenten, was zur Auslöschung des Signals in Teilen des Übertragungsbands führt. Durch die Bewegung des mobilen Teilnehmers, aber auch von Objekten zwischen Sender und Empfänger, ändern sich die Kanaleigenschaften ständig in unvorhersehbarer Weise. Eine zuverlässige Übertragung über einen solchen Mobilfunkkanal ist eine große Herausforderung. Zusätzlich soll die Sendeleistung gering gehalten und gegenüber heutigen Systemen sogar wesentlich reduziert werden. Die benötigte Frequenzbandbreite ist eine teure und knappe Ressource, die sich die Teilnehmer eines Mobilfunknetzes teilen müssen. Im Prinzip kann das durch die exklusive Zuweisung von Teilen des Frequenzbands an einen Teilnehmer erfolgen (Frequenzmultiplex) oder aber durch die zeitlich abwechselnde Nutzung des Frequenzbands (Zeitmultiplex).

Hohe Belastung für Batterien bei UMTS-Handys

Die derzeitigen Mobilfunksysteme der dritten Generation (UMTS) nutzen ein sogenanntes Codemultiplexverfahren (Code Division Multiple Access, CDMA). Dabei wird das Signal jedes Teilnehmers durch die Multiplikation mit einem teilnehmerspezifischen Spreizcode über das gesamte Frequenzband des Systems gespreizt. Man vermeidet dadurch, dass ein Teilnehmer zufällig nur in einem Teilfrequenzband sendet, das aufgrund der gegenwärtigen Kanalkonstellation stark gedämpft ist. Der teilnehmerspezifische Spreizcode ermöglicht es, die Signale mehrerer Nutzer zu überlagern, also gleichzeitig in demselben Frequenzband zu senden. Die Extraktion des gewünschten Signals aus diesem überlagerten Multiplexsignal kann sehr rechenaufwendig sein und damit die Batterie des Handys stark belasten.

Neues Verfahren zur Kapazitätssteigerung des Mobilfunknetzes

Die Arbeit untersucht ein alternatives, neuartiges Multiplexverfahren, bei dem den Teilnehmern anstelle eines Spreizcodes ein individueller Interleaver zugewiesen wird, d.h. die Sendesymbole werden nach einer teilnehmerspezifischen Vorschrift verwürfelt (Interleave Division Multiple Access, IDMA). Für dieses Verfahren werden leistungsfähige Empfänger entworfen, die mit wesentlich geringerem Rechenaufwand auskommen als CDMA-Empfänger. Dadurch wird die Batterie-Betriebsdauer verlängert. Zusätzlich wird gezeigt, dass IDMA es ermöglicht, mehr Teilnehmer gleichzeitig in demselben Frequenzband zu bedienen als CDMA. Damit wird die Kapazität eines Mobilfunknetzes gesteigert, ohne die insgesamt benötigte Sendeleistung zu erhöhen.

Zur Seite der Konferenz IEEE Globecom 2009