Kampf dem Kabelsalat mit PULSERS

Mit der fast vergessenen Ultrabreitband-Technologie wollen Wissenschaftler die Informationsübertragung revolutionieren: Das Verfahren wurde vor über 100 Jahren von dem Italiener Marconi begründet. Ihm gelang es als erstem, drahtlos ein Signal über den Nordatlantik zu schicken.

Erst seit 30 Jahren besteht die Idee, ein „Pulsradio“ zu entwickeln. Seit drei Jahren gibt es auf diesem Gebiet verstärkt europäische Forschungsinitiativen. Auch die Europäische Kommission unterstützt diese Aktivitäten in ihrem 6. EU-Forschungsrahmenprogramm. Das Projekt PULSERS führt jetzt diese internationalen Forschungsvorhaben zusammen.

Die TU Ilmenau ist mit dem Institut für Kommunikations- und Messtechnik im Forschungsverbund vertreten.

PULSERS – Pervasive Ultra-wideband Low Spectral Energy Radio Systems – hat das Ziel, neue Technologien der drahtlosen Breitbandkommunikation mittels ULTRABREITBAND- Funktechnologie zu entwickeln. Bestehende Funksysteme, wie zum Beispiel Wireless LAN (nach 802.11), Bluetooth und das Navigationssystem GPS könnten durch das neue System in vielen Anwendungen übertroffen und ergänzt werden.

Das neue System soll durch seine hohe Flexibilität, die sehr hohe maximale Datenrate (mehr als 100 Megabit pro Sekunde), den geringen Energieverbrauch und die Möglichkeit einer sehr genauen Positionsbestimmung, auch in geschlossenen Gebäuden, eine Lücke im Bedarf schließen.

Das Projekt läuft in drei Zweijahresphasen bis 2009. Die Europäische Kommission fördert dieses sog. „Integrierte Projekt“ in den ersten zwei Jahren mit 7,7 Millionen Euro. Koordinator des Vorhabens, das 30 Partner aus 12 Ländern umfasst, ist die GWT GmbH Dresden.

Unter der Leitung von Professor Dr. Reiner Thomä beteiligt sich von der TU Ilmenau das Institut für Kommunikations- und Messtechnik an diesem internationalen Forschungsprojekt. Die Wissenschaftler um Prof. Thomä erhalten in der ersten Phase Fördermittel in Höhe von 230.000 Euro.

Sie haben die Aufgabe übernommen, ein Messsystem für die Untersuchung der räumlichen Ausbreitung der ultrabreitbandigen Funkwellen zu entwickeln. Dazu werden sehr schelle digitale Schaltungen in integrierter SiGe-Technik und als hybride LTCC-Module benötigt. Außerdem werden Antennenarrays und hochauflösende Algorithmen für die Messung der Ausbreitungsrichtungen der Wellen bzw. für die genaue Ortung der Mobilstationen entwickelt. Die Messungen erfolgen einem Bereich von ca. 3 GHz bis 10.6 GHz. Zum Vergleich: eine UMTS-Verbindung belegt eine Bandbreite von 2 x 5 MHz bei ca. 2 GHz.

Das technologische Prinzip

Die drahtlose Übertragung mittels ULTRABREITBAND- Funktechnologie basiert auf dem Übermitteln von Funksignalen mit sehr großen relativen Frequenz-Bandbreiten. Diese belegen in der Regel mindestens 500 MHz und damit um den Faktor 100 mehr als zum Beispiel das neue Mobilfunksystem UMTS.

Da mit zunehmender Bandbreite auch die Übertragungskapazität steigt, bietet die ULTRABREITBAND- Funktechnologie eine sehr hohe maximale Übertragungskapazität, d.h. eine sehr schnelle Datenübertragung.

Das Verfahren ermöglicht nach neuesten Abschätzungen Funkdatenraten bis zu mehreren hundert Millionen Bit pro Sekunde. Zum Vergleich: Bluetooth ermöglicht maximal eine Million Bit pro Sekunde. Bei WLAN liegt der Wert bei rund fünfzig Millionen Bit pro Sekunde.

Die Anwendungen

Neue Anwendungen sieht die Industrie vor allem im Bereich der Übertragung zwischen Geräten der sogenannten Heim- und Büro-Elektronik sowie im Bereich von Sensor-Netzwerken. Systeme, wie Wireless LAN (WLAN) und Bluetooth zeigen den Weg der Entwicklung auf: Die Geräte werden flexibler und wesentlich einfacher einsetzbar, durch drahtlose Vernetzung von Computer, TV, DVD und Videorecorder.

Drahtlose Sensor-Netzwerke im Masseneinsatz sind bisher weitgehend unbekannt. Wichtige Anwendungen könnten in Zukunft in der Vermeidung von Umweltkatastrophen liegen, z.B. durch Waldbrand-Monitoring, Deichfeuchte- und Druckmonitoring oder Luft- bzw. Gewässer- Qualitätsüberwachung.

Die genaue zeitliche Auflösung der Signale bei der ULTRABREITBAND- Funkübertragung ermöglicht außerdem eine Bestimmung der Positionen von ULTRABREITBAND- Geräten, auch innerhalb von Gebäuden.

Die Anwendungen sind daher äußerst vielfältig.

Der Ablauf

Das Forschungsvorhaben ist 2004 gestartet und wird voraussichtlich 2009 abgeschlossen werden. Es ist in drei Realisierungsphasen, die je zwei Jahre dauern, untergliedert. In der ersten Phase will man Systemszenarien definieren, neue Komponenten entwickeln und bei der Festlegung der Regeln und Standards für den Funkbereich mitwirken. Es wird bereits ein lauffähiger Demonstrator zum Test der Flexibilität und der Lokalisierung hergestellt und in Betrieb genommen. In Phase zwei folgen dann die Entwicklung weiterer Komponenten und die Demonstration der sehr hohen Geschwindigkeiten. Zum Abschluss von Phase zwei wird es einen erweiterten Demonstrator geben. In der letzten Phase werden spezielle Funktionen integriert und konkrete Applikationen des Systems vorgestellt.

Kontakt/Information an der TU Ilmenau:

Institut für Kommunikations- und Messtechnik
TU-Projektleiter Prof. Dr.-Ing. habil. Reiner Thomä
Tel. 03677 69-2622
Reiner.Thomae@tu-ilmenau.de
EU-Forschungsreferent der TU Ilmenau: Dr. Dirk Schlegel,
Tel. 03677 69-2550
Dirk.Schlegel@tu-ilmenau.de