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Automatisch Lücken im Funkspektrum erkennen

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Das 3D-Spektrogramm zeigt ein Funkspektrum im 2,4 GHz-Band mit einer WLAN Übertragung (breite Bögen in der Mitte), einer Bluetooth-Übertragung (Spitzen mit roten Enden) sowie eines Mikrowellenofens (kurze Balken bei 2,46 GHz). Es ist deutlich zu erkennen, dass zwischen den einzelnen Übertragungen Lücken sind, die für zusätzlich Übertragungen genutzt werden können. (c) Fraunhofer ESK

Der in Halle 5, Stand 5-228, vorgestellte Prototyp zeigt das Funkspektrum in einem 3D-Spektrogramm, markiert die prognostizierten Lücken und prüft deren Eintreffen. Diese Methode, Cognitive Radio, verbessert die Übertragungsqualität in einem bereits vollen Funkspektrum ohne aufwändiges, statisches Koexistenzmanagement. Ziel ist eine höhere Verfügbarkeit und Zuverlässigkeit von Funk für die Automatisierung.

Die Fraunhofer ESK arbeitet an einer adaptiven Methode, das Funkspektrum optimal auszunutzen. Dazu haben die Wissenschaftler verschiedene Verfahren für die einzelnen Arbeitsschritte des Cognitive Radio – Kanalprüfung, Vorhersage der Kanalbelegung und intelligenter Kanalzugriff – zunächst evaluiert, die vielversprechendsten Verfahren ausgewählt und angepasst. Entstanden ist ein erster Prototyp: Das automatische Funksystem prüft fortlaufend die Kanäle auf zeitlich ungenutzte Bereiche im Spektrum und sagt diese für die nahe Zukunft voraus. Ein fortlaufendes 3D-Spektrogramm des Funkspektrums macht die aktuelle und vorhergesagte Kanalbelegung sichtbar und dient der Überprüfung der Funktionsweise des Prototyps. Davon können sich die Besucher auf der Messe live am Funkmessplatz der Fraunhofer ESK überzeugen.

Die Kanalprüfung, das Spectrum Sensing, erfolgt im Prototyp per Energie Detektion. Dieses Verfahren erzielte im Test die beste Detektionsgenauigkeit bei vergleichsweise geringer Rechenleistung. Genauigkeit und Komplexität waren auch wichtige Kriterien bei der Auswahl des Prädiktionsverfahrens. Dieses sagt anhand der Informationen aus dem Spektrum Sensing mit Hilfe einer Zeitreihenanalyse die künftige Belegung eines Frequenzbereiches voraus. Im Prototyp der Fraunhofer ESK kommt das Verfahren der Künstlichen Neuronalen Netze (KNN) zum Einsatz, da es neben den genannten Kriterien auch die höchste Anpassungsfähigkeit und Ressourceneffizienz aufweist.

Funksysteme, die simultan und gleichenorts im selben Frequenzbereich betrieben werden, beeinträchtigen sich gegenseitig. Ein zentral koordiniertes Koexistenzmanagement (VDI/VDE Richtlinie 2185) ist sehr aufwändig. Zudem sind die spektralen Ressourcen begrenzt, die Zahl an Funksystemen im industriellen Umfeld steigt jedoch stetig. Die Cognitive Radio-Technologie ermöglicht eine effiziente Nutzung der Ressource Spektrum bei gleichzeitig hoher Zuverlässigkeit. Auf der embedded world 2012 stellt die Fraunhofer ESK ihre Ergebnisse für den Einsatz von Cognitive Radio im industriellen Umfeld vor.

Die Fraunhofer-Einrichtung für Systeme der Kommunikationstechnik ESK
Die Fraunhofer ESK forscht anwendungsorientiert an vernetzten Informations- und Kommunikationssystemen, die sie ressourceneffizient, flexibel und zuverlässig gestaltet. Dabei greift sie auf die Kernkompetenzen Leitungsgebundene Übertragungstechnik, Lokale Funknetze, Zuverlässige Ethernet/IP-Kommunikation, Adaptive Systeme, Modellbasierter Software-Entwurf und Absicherung sowie Multicore-Software zurück. Diese Kompetenzen kommen in den Anwendungsfeldern Automotive, Industrial Communication und Telecommunication zum Einsatz. Zu den Kunden und Partnern der Fraunhofer ESK zählen u.a. Unternehmen aus der Automatisierungstechnik, der Telekommunikationsbranche, der Automobilbranche und der Gebäudetechnik.

Kontakt:
Christiane Weber
Corporate Communication

Fraunhofer-Einrichtung für Systeme der Kommunikationstechnik ESK
Hansastraße 32
80686 München
Telefon: +49 (0)89/54 70 88-339
Fax: +49 (0)89/54 70 88-66339
E-Mail: christiane.weber@esk.fraunhofer.de

Christiane Weber | Quelle: Fraunhofer-Gesellschaft
Weitere Informationen: www.esk.fraunhofer.de
www.esk.fraunhofer.de/de/veranstaltungen/2012/embedded_world_2012.html

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