AgileHyBeams
Förderung von 2019 bis 2023
Entwicklung robuster Algorithmen zur schnellen Strahlselektion und Demonstration von räumlichem Multiplexing mit hybrider Strahlformung bei mm-Wellen
Projektpartner:
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Humboldt-Universität zu Berlin
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Technische Universität Dresden
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Universität der Bundeswehr München
In the context of hybrid beamforming, knowledge of the geometry of the environment can be utilized very beneficially. Efficient beam configurations can be chosen on the basis of the geometric features of the environment without the need of lengthy training processes. The parameters for a mmWave beamforming system that supports fast beam-switching were defined. One main task was formalized as the room reconstruction problem that can be solved by performing full beam sweeping from transmitter and receiver side. The estimated channel impulse response information is used to find the reflection points, therefore, to determine the best possible beams for switching in case of decreasing quality of the wireless connection.
The project was focused to develope algorithms that solve the room geometry reconstruction task. Several approaches were developed using simulations based on ray-tracing channel models and verified experimentally using measurements in an anechoic chamber.
Beschreibung auf der DFG-Seite: https://gepris.dfg.de/gepris/projekt/421544431
Datenübertragung mit Millimeterwellen (mm-Wellen) ist Gegenstand aktueller Untersuchungen, um dem rapiden Wachstum des mobilen Datenverkehrs nachzukommen. Die größte Einschränkung zur Nutzung von mm-Wellen ist deren hohe Freiraumdämpfung, die man mit Gruppenantennen zu kompensieren versucht. Aufgrund der inhärent anisotropen Richtcharakteristiken von Antennenarrays werden zur optimalen Verteilung der Signalenergie an die Nutzer Strahlformungstechniken notwendig. Da eine rein digitale Implementierung dieser Techniken einen hohen Leistungsverbrauch benötigt, wird sog. ‚hybride‘ Strahlformung als guter Kompromiss zwischen Aufwand und Leistungsfähigkeit angesehen. Außerdem ist aufgrund der anisotropen Richtcharakteristiken und der Nutzermobilität im Funkzugangsnetz zu erwarten, dass die Kohärenzzeit deutlich kürzer als in heute üblichen Systemen mit niedrigerer Frequenz ist. Algorithmen, die die Auswahl der analogen Strahlformer beschleunigen, sind daher allgemein von großer Bedeutung für die Anwendung von Antennenarrays und speziell für die erfolgreiche Nutzung von Architekturen mit hybrider Strahlformung.Ziel des Projekts ist es, fundamentale Untersuchungen zu adaptiven beschleunigten Strahlauswahl-verfahren, unter Einbeziehung von Hardwarebeeinträchtigungen, durchzuführen, um dadurch einen praktikablen Systementwurf durchzuführen. Verglichen mit konventionellen Ansätzen basierend auf der Strahlauswahl mittels Tests fester Länge, können hybride adaptive Algorithmen mit Trainings-sequenzen variabler Länge eine höhere zeitliche Effizienz erreichen. Dies wurde von uns bereits für einen einzelnen Nutzer durch den vorgeschlagenen 'sequential competition test‘ gezeigt. Ein derartiger robuster Algorithmus soll optimiert werden und als wesentlicher Baustein zur Anpassung bestehender adaptiver Algorithmen für digitale Strahlformung an die Randbedingungen hybrider Strahlformung dienen.Für ein praktikables Systemkonzept soll der Einfluss von Hardwarebeeinträchtigungen, besonders für breitbandige mm-Wellensysteme mit mehreren Transceivereinheiten charakterisiert werden. Effekte wie Frequenzselektivität, Phasenrauschen etc. aufgrund nicht-idealer Komponenten, können die Leistungsfähigkeit von Algorithmen, die unter idealisierten Annahmen entwickelt wurden, beeinträchtigen oder gar zunichte machen. Weiterhin ist eine suboptimale effiziente Imlementierung der Basisbandalgorithmen zu berücksichtigen, die Datenraten von mehreren Gbit/s zu verarbeiten hat und eine passende Kontrollschnittstelle ist zu definieren, die die Module der digitalen und analogen Strahlformung bei geringer Latenz steuert und koordiniert.Zur Validierung des Systemkonzepts soll ein 60 GHz-Demonstrator aufgebaut werden und Mehrnutzerübertragung (räumliches Multiplexing) von einer Basisstation zu zwei Nutzern durchgeführt werden. Die analoge Strahlformung soll durch Vektormodulatoren, die von den Projektpartnern bereitgestellt werden, durchgeführt werden.