GWT – Gesellschaft für Wissens- und Technologietransfer

05.01.2005 | Aktuelles

Mit halber Energie zehnmal so schnell

Forscher entwickeln eine neue Funktechnologie zur Übertragung von Daten im UWB – Ultra-Breitband. Das von der GWT koordinierte Vorhaben, mit dem Namen PULSERS, bündelt 30 Partner aus 12 Ländern. Es ist mit rund 45 Mio. Euro eines der größten EU-Forschungsvorhaben.

Ein Jahr nach dem Start präsentierten die Partner des Europäischen Forschungsprojektes PULSERS (www.pulsers.net) in Genf/ Schweiz erste Ergebnisse. Ziel ist die Entwicklung drahtloser Sensornetzwerke, die sowohl neue mobile Dienste als auch die genaue Lokalisation von Objekten bieten können. Das von der Europäischen Union unterstützte und durch GWT koordinierte Projekt bündelt die Kompetenzen von 30 Mitgliedsorganisationen aus Industrie und Wissenschaft mit Standorten in 12 Ländern in Europa, Nahost und Asien. Verschiedene Komponenten eines Ultrabreitbandsystems (UWB) wurden vorgestellt, darunter integrierte Schaltkreise, Antennen und andere diskrete Komponenten sowie erstmals ein Funksystem mit Lokalisationsfunktionen.
Längst sind attraktive Funk-Bänder besetzt. Regulierungsbehörden und Entwickler können die Nachfrage nach immer schnelleren Funk-Übertragungen nicht mehr befriedigen. Einen Ausweg soll die Ultrabreitband-Technologie bieten.

Vision
PULSERS verfolgt die Vision »optimal verbunden – überall und jederzeit«. Dies geschieht durch wissenschaftliche Forschung und innovative Entwicklung von schmalbandigen Drahtlossystemen und -architekturen auf der Basis der Ultrabreitband-Funktechnik. PULSERS ist dabei neue Konzepte für Komponenten, wie die Bitübertragungs-Schicht und die Medienzugangskontrolle (MAC) sowie weitere Hardware- und Software-Plattformen zu entwickeln, die eine Vielzahl unterschiedlicher Benutzerszenarien unterstützten. Durch das Zusammenbringen von Experten auf diesem Gebiet, aus vielen europäischen Staaten sowie aus Asien, möchte die Forschungsorganisation PULSERS den Stand der Technik vorantreiben und den Einsatz von UWB weltweit fördern.

Ergebnisse
In den ersten 12 Monaten hat das Projekt Fortschritte in verschiedenen Arbeitsbereichen erreicht. Diese dokumentieren sich in zahlreichen Beiträgen zu wissenschaftlichen Konferenzen und Workshops sowie in 39 Forschungsberichten und Vorlagen an die Europäische Kommission. Das Projekt hat bedeutende Ergebnisse in Bezug auf Systemszenarien, Systemarchitektur, Basistechnologien sowie Regulierung und Standards erreicht.

Systemszenarien
Eine wichtige Aufgabe des Projekts war die Identifizierung und Festlegung der Hauptparameter für eine Reihe von Benutzeranwendungsszenarien in kommerziellen und industriellen Umgebungen sowie im Heimbereich. Beispiele reichen von der sehr schnellen Datenübertragung für lokale Videospeicherung in Audio- und Videogeräten für mobile Anwendungen über schnelle Datenübertragung von Gerät zu Gerät (Peer-to-Peer-Spiele) bis hin zur genauen Standortverfolgung von Objekten in intelligenten Büros, Krankenhäusern, Lagern oder industriellen Umgebungen. Weitere Anwendungsfälle bieten sich für die sichere Datenübertragung mit niedrigeren Datenraten für Heimsensornetze an, wie elektronische Peripheriegeräte, Kennzeichen, medizinische Betreuung und intelligente Selbstorganisation. Die ersten Zwischenergebnisse dieser Aktivität wurden angewendet, um typische technische Anforderungen an UWB-Systeme für die anvisierten Szenarien abzuleiten. Sie bestätigten die ursprünglich vorgesehene Trennung der Arbeitsbereiche in UWB-Systeme mit hoher Datenrate und UWB-Systeme mit niedriger Datenrate kombiniert mit Lokalisation.

Systemarchitektur
Die Bitübertragungsschicht der UWB-Systeme mit niedriger Datenrate/Lokalisation wurde auf Modellierungsebene gründlich untersucht. Da dieses Forschungsfeld relativ neu ist und keine Standards existieren, haben die Ingenieure viel Freiraum für ihre Arbeit. Diese Untersuchungen führten zu ersten Vorschlägen. Diese wurden nach ihrer Komplexität und der Eignung für verschiedene Anwendungsszenarien klassifiziert. Auf der Ebene der Medienzugangskontrolle wurden ebenfalls neue Konzepte entwickelt. Hauptkriterien bei der Gestaltung dieser UWB-Systeme mit geringen Datenraten/Lokalisation sind niedrige Herstellkosten sowie ein niedriger Energieverbrauch.
Für die Systeme mit hohen Datenraten werden Untersuchungen in zwei Richtungen betrieben: bekannt als physikalische MBOFDM- und DS-SS-Schichten. Beide System-Vorschläge befinden sich im Wettbewerb mit dem Standard IEEE 802.15.3a. Parallel dazu wurde ein neues System auf der Basis eines gepulsten Mehrband-UWB-Systems, mit nichtkohärentem Empfang, vorgeschlagen. Dieses wird zur Zeit für die Nutzung in verschiedenen Umgebungen untersucht. Auf Systemebene wurden die Schnittstellen zwischen den verschiedenen Schichten definiert. Es wurde eine Untersuchung zur Interoperabilität zwischen UWB-Systemen mit hoher und niedriger Datenrate durchgeführt. Sie liefert Vorschläge darüber, wie die Koexistenz und Interoperabilität zwischen verschiedenen UWB-Geräten und -Anwendungen ermöglicht werden kann. Vorschläge für Weiterentwicklungen bestehender Systeme der Medienzugangskontrolle wurden auf Konzeptebene geliefert. Die PULSERS-Partner entwickelten ein spezielles Computersimulationssystem, um einen effizienten und tragfähigen Leistungsvergleich zwischen den verschiedenen Systemarchitekturen und -konzepten zu ermöglichen.

Basistechnologien
Auf Implementierungsebene wurden wichtige funktionelle Hochfrequenz- und Basisband-Bausteine für UWB-Systeme definiert und gestaltet. Die ersten HF-Test-Chips wurden hergestellt und stehen für Messungen zur Verfügung.
Zur Charakterisierung des Radio-Funk-Kanals wurden Prototyp-Antennen und -Antennenfelder entwickelt und teilweise hergestellt.
Außerdem wurde ein Echtzeit-MIMO-Kanalmessgerät entwickelt, mit dem Funkkanalmodelle auf ihre Anwendbarkeit geprüft werden sollen.
Für das digitale Basisband wurden wichtige Bausteine identifiziert und deren Komplexität für verschiedene UWB-Implementierungskonzepte beurteilt.

Regulierung und Standards
Im vergangenen Jahr 2004 spielte PULSERS eine wichtige Rolle bei Regulierungsaktivitäten bezüglich UWB in Europa und auf globaler Ebene. PULSERS koordiniert eine Gruppe engagierter Industriepartner, die mit einem von der Europäischen Kommission ausgegebenen Mandat ausgestattet sind. Sie stellen im Rahmen der europäischen Regulierungsanstrengungen Fachbeiträge und Expertisen für verschiedene Institutionen zur Verfügung, darunter die European Conference of Postal and Telecommunications Administrations (CEPT), Electronic Communications Committee (ECC) und Task Group TG3.
Theoretische Untersuchungen und Messkampagnen wurden zur Stützung dieser Beiträge benutzt. PULSERS-Mitglieder nahmen an den TG3-Treffen teil und präsentierten Argumente für die Förderung eines regulierenden Rahmenwerks, das bestehende Drahtlosdienste respektiert, aber genügend Raum für den Betrieb von UWB-Geräten lässt.
PULSERS ist auch auf globaler Ebene innerhalb der Task Group 1/8 (TG 1/8) der International Telecommunication Union (ITU) aktiv. Ähnlich wie die Arbeitsgruppe CEPT TG3 widmet sich diese Gruppe der Durchführung von Untersuchungen zur Koexistenz von UWB-Funk und bestehenden Funkdiensten. PULSERS-Mitglieder aus der Industrie beteiligen sich außerdem aktiv an verschiedenen Arbeitsgruppen von Standardisierungs-Organisationen, wie IEEE und ETSI.