Mehr Speed in breitbandigen Mobilfunknetzen

Die als Multiple-Input Multiple-Output oder kurz MIMO bezeichneten Systeme gelten als sehr viel versprechende Technik, um die Übertragungskapazität in breitbandigen Mobilfunknetzen weiter zu steigern. Und genau das bezwecken die beiden TU Wien-Wissenschaftler Sebastian Caban und Christian Mehlführer. Ihr Forschungsschwerpunkt liegt auf der Entwicklung und experimentellen Überprüfung von innovativen Mehrantennensystemen. Mit ihren Forschungsarbeiten haben Caban und Mehlführer einen wesentlichen Beitrag zur experimentellen Erforschung dieser Zukunftstechnologie geleistet. Anlass für die Auszeichnung mit dem 5000,- Euro dotierten Förderpreis der Vodafone-Stiftung.

Mit der kommerziellen Einführung der breitbandigen High Speed Downlink Packet Access (HSDPA)-Technik hat der Mobilfunk endgültig begonnen, auch bei den Datenübertragungsgeschwindigkeiten mit dem Festnetz gleichzuziehen. Gegenwärtig wird weltweit daran geforscht, die Datenraten sowie die Kapazität in diesen Funknetzen noch weiter zu erhöhen. Als eine der zukunftsträchtigsten Technologien gelten dabei Mehrantennensysteme. Diese so genannten MIMO-Systeme ermöglichen es, über eine einzige Funkstrecke zwischen Sender und Empfänger – also ohne zusätzliche Nutzung von Frequenzbändern – ein Vielfaches der bislang möglichen Übertragungsraten zu realisieren bzw. Sendeleistung erheblich zu reduzieren um Mobilkommunikation damit umweltverträglicher zu machen.

Die Idee, mobile Übertragungskapazitäten durch die Verwendung mehrerer Antennen auf der Sender- und Empfängerseite wesentlich zu steigern, stammt aus den frühen neunziger Jahren. Mehrantennensysteme sind seitdem zu einem der derzeit meistdiskutierten Themen auf internationalen Konferenzen im Bereich mobiler Nachrichtentechnik geworden. Allerdings stützt sich die große Mehrzahl aller bislang zu diesem Thema vorgestellten Arbeiten noch immer auf theoretische Betrachtungen oder es wurden Versuchsanordnungen verwendet, die das Vorhandensein mehrerer Antennen lediglich simulieren.

Caban und Mehlführer – Von der Theorie zur Praxis

Im Gegensatz dazu haben Sebastian Caban und Christian Mehlführer, die sich am Institut für Nachrichtentechnik der TU Wien schon seit vielen Jahren mit der MIMO-Technik beschäftigen, Mehrantennensysteme tatsächlich realisiert und in echten Freiraumexperimenten HSDPA-Signale zu Testzwecken übertragen. Auf dem Weg von der Konzeption zur tatsächlichen Entwicklung von entsprechenden Endgeräten stellen die Forschungen von Caban und Mehlführer damit eine wichtige Brücke zwischen Theorie und Praxis dar.

Die bei solchen Testdurchläufen erzielten Ergebnisse helfen, die in Simulationen benutzten Kanalmodelle besser der Realität anzupassen. So lässt sich die Zukunftstechnologie MIMO-HSDPA bereits im Vorfeld eines Standardisierungsprozesses bezüglich seiner Leistungsfähigkeit optimieren. Insbesondere ermöglicht das von Caban und Mehlführer entwickelte Testsystem, verschiedene mögliche Antennenkonfigurationen sehr effizient und effektiv zu vergleichen.

Die Ergebnisse der Arbeiten von Christian Mehlführer und Sebastian Caban wurden in zahlreichen Fachveröffentlichungen vorgestellt. Ein eindruckvolles Teilergebnis der Forschungen der jungen Wissenschaftler ist beispielsweise die Übertragung von MIMO-HSDPA Signalen mit einer aus vier Elementen bestehenden Mobilfunkantenne mit einer Grundfläche von lediglich 34 x 34 Quadratmillimetern. Hierbei zeigte sich, dass sich auch bei geringen Abmessungen des Antennensystems überraschend hohe Verbesserungen im Datendurchsatz im Vergleich zu herkömmlichen Einfachantennenübertragungssystemen realisieren lassen.

Zur Zeit arbeiten Sebastian Caban und Christian Mehlführer an einer Erweiterung des Testbeds für Messungen in Freiraumszenarien über größere Distanzen, Messungen zur Mehrfachantennenerweiterung von Worldwide Interoperability for Microwave Access (WiMAX)-Systemen und der Untersuchung von effizienten Empfängerstrukturen für MIMO HSDPA. Besondere Aufmerksamkeit wird dabei auch auf den Einfluss des Antennenabstandes gelegt. Im Hinblick auf die fortschreitende Miniaturisierung von mobilen Endgeräten sind entsprechende Ergebnisse für Hersteller sehr interessant.

Vodafone Stiftung für Forschung

Die Stiftung wird im Stifterverband für die Deutsche Wissenschaft geführt, ihr Ziel ist die Förderung von Forschung und wissenschaftlicher Weiterentwicklung auf dem Gebiet der Mobilkommunikation. Sie soll darüber hinaus den Austausch auf diesem Gebiet initiieren und das Zusammenwirken der Wissenschaftler untereinander, aber auch zwischen Wissenschaft und Industrie fördern.

Zu diesem Zweck schreibt die Stiftung jährlich drei Preise aus: den mit 25.000,- Euro dotierten Innovationspreis und zwei mit je 5.000,- Euro dotierte Förderpreise. Alle Preise werden vorzugsweise an Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus dem deutschen Sprachraum verliehen.

Der Innovationspreis würdigt hervorragende wissenschaftliche Arbeiten auf dem Gebiet der Mobilkommunikation. Mit den Förderpreisen werden überdurchschnittliche Arbeiten von Nachwuchswissenschaftlerinnen und -wissenschaftlern mit den Schwerpunkten Natur-/Ingenieurwissenschaften oder Markt-/Kundenorientierung ausgezeichnet.

Rückfragehinweis:
DI Sebastian Caban
Technische Universität Wien
Institut für Nachrichtentechnik und Hochfrequenztechnik
Gußhausstraße 25-29 / 389, A-1040 Wien
Tel.: +43-1-58801-38988
Handy: +43 699 10317332
E-mail: sebastian.caban@tuwien.ac.at