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Advancing the state of the art of MIMO: the key to the successful evolution of wireless networks

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Schnellere und effizientere drahtlose Netzwerke sind möglich

Da drahtlose Technologien wie 5G in der europäischen Kommunikation immer wichtiger werden, haben Forschende Techniken entwickelt, um diese Technologien effizienter zu gestalten und das vollwertige Internet der Dinge zu realisieren.

Digitale Wirtschaft

Breitband ist die häufigste Form des Internetzugangs in der EU. 2019 wurde es von 88 % der Haushalte genutzt – 33 Prozentpunkte mehr als der Anteil von 2009. MIMO-Technologien (Multiple Input Multiple Output) wurden als Schlüsselelement für den erfolgreichen Einsatz von Netzwerken der nächsten Generation angesehen. Es bestehen jedoch noch viele praktische Probleme wie Frequenzknappheit, Energieeffizienz und dynamische drahtlose Umgebungen. „Die drahtlose Kommunikation ist ein wesentlicher Faktor für das moderne Leben. Sie wurde und wird umfassend in unsere täglichen Aktivitäten integriert“, sagt Keivan Navaie, Projektkoordinator von ATOM. „Die Hauptressource für die Bereitstellung von drahtlosen Diensten, das Funkspektrum, ist jedoch äußerst begrenzt und daher sehr teuer.“ Das EU-finanzierte Projekt ATOM hatte die volle Ausschöpfung des Potentials von MIMO-Technologien zur Revolutionierung drahtloser Netzwerke zum Ziel. Das Team arbeitete daran, Forschungsergebnisse zwischen europäischen und anderen Ländern zu verbreiten sowie einen Rahmen für fortschrittliche MIMO-Lösungen zur Realisierung einer umweltfreundlichen, sicheren und drahtlosen Kommunikation mit hohem Datendurchsatz bereitzustellen. Diese Forschung wurde im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen durchgeführt. „Wir befassen uns mit genau diesen Problemen im Herzen der Forschungsgemeinschaft für drahtlose Kommunikation“, bemerkt Navaie. „Wir entwickeln Techniken zur besseren Nutzung des verfügbaren Funkspektrums und zur Bereitstellung von nachhaltigen, kostengünstigeren drahtlosen Diensten mit einem geringeren CO2-Fußabdruck. Dadurch werden vielseitige Technologien ermöglicht, die einer breiteren Gemeinschaft zur Verfügung gestellt werden.“

Potential von MIMO ausschöpfen

ATOM-Partner erschlossen Technologien, welche die gleichzeitige Übertragung von Strom und Informationen in MIMO-Systemen ermöglichen. Sie gestalteten diese Funktion, um die technische Herausforderung der Energieversorgung zu bewältigen, welche für die Realisierung des Internets der Dinge, oder IoT, benötigt wird. Das Internet der Dinge muss in kleinen Größen und ohne direkten Zugang zum Stromnetz aufgebaut werden. Die Forschenden förderten Techniken für den nicht-orthogonalen Mehrfachzugriff in der drahtlosen Kommunikation. Dazu erstellten sie Analysewerkzeuge zur besseren Effizienz des Funkspektrums. ATOM war Pionier dieser bahnbrechenden Technologie, indem es mobile Edge-Verarbeitung, neue Technologien wie Millimeterwellen und Drohnen einbezog, die eine Vielzahl von Anwendungen in verschiedenen Umgebungen und Situationen abdecken. ATOM entwickelte außerdem verschiedene andere MIMO-Technologien, die sich mit Problemen wie der optimalen Nutzung von 5G für die Datenübertragungseffizienz und Techniken zur Ressourcenzuweisung, welche den Mobildienst für Nutzende verbessern, befassen. Das Team erschuf eine Technologie, die den 3D-Raum zur Verringerung von Interferenzen in ausgelasteten Netzwerken analysiert. Dieses System verbessert die Sicherheit der geheimen Kommunikation und das Design des Caching in dichten Netzwerken.

Nutzung der 5G-Technologie

„Im Laufe des Projekts hat sich die drahtlose Technologie immens verändert und es wurde die 5G-Technologie eingeführt“, stellt Navaie fest. „Dieser Fortschritt hat sich positiv auf unsere Forschung ausgewirkt. Durch dieses Projekt konnten wir einen Beitrag zu seiner Entwicklung leisten.“ ATOM führte neue Technologien wie intelligente Funkoberflächen, Millimeterwellen-Kommunikation und drohnenfähige Mobilfunknetze ein.

Anerkennung für wirkungsvolle Innovation

Die Europäische Kommission hat das ATOM-Projekt für das Programm Innovationsradar ausgewählt, welches mögliche Innovationen und Innovatoren in EU-finanzierten Forschungs- und Innovationsrahmenprogrammen unterstützt. Die in diesem Projekt vorgestellten Konzepte sind transformativ und haben zu einem Paradigmenwechsel in der drahtlosen Zugangstechnologie geführt. Der Wechsel kann die Nutzung des Funkspektrums verbessern, ohne die Qualität der drahtlosen Dienste zu beeinträchtigen.

Schlüsselbegriffe

ATOM, MIMO, drahtlose Kommunikation, 5G, intelligente Funkoberfläche, drahtloses Netzwerk, Mehrfacheingang, Mehrfachausgang

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