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Feature Stories - Europas Wettbewerbsvorsprung in der drahtlosen Kommunikation verteidigen

Europa nimmt seit dem Start des GSM-Standards eine weltweit führende Position in der Mobil- und Drahtlos-Kommunikation ein. Doch die europäischen Hochschulen und die Industrie können es sich wahrlich nicht leisten, sich nun einfach auf den Lorbeeren auszuruhen. Und so arbeiten EU-finanzierte Forscher an Technologien, die weit über eine nächste Generation der drahtlosen und mobilen Kommunikation hinausgehen, um den Wettbewerbsvorteil Europas zu erhalten und auszubauen.

Digitale Wirtschaft

"Mit dem Sektor der Drahtlos- und Mobilkommunikation verhält es sich für die europäische Industrie so in etwa wie mit der Geschichte vom Huhn und vom Ei", argumentiert Marco Luise, Professor für Telekommunikation an der Universität Pisa in Italien. "Die Unternehmen haben eine Menge Zeit, Geld und Mühe in die Entwicklung von Anwendungen und Technologien gesteckt, die schnell auf den Markt gebracht werden konnten, und sie haben davon auch profitiert. Aber ihre Ausrichtung auf kurzfristige Ziele ging auf Kosten der Grundlagenforschung für langfristige Entwicklungen: Resultat dessen ist nun ein langsamer Rückgang der Produktinnovation." Weniger innovative Produkte und Technologien - angefangen bei Smartphones und anderen mobilen Geräten bis hin zu Funkprotokollen und Datenübertragungssystemen - bringen Europa in die Gefahr, den Wettbewerbsvorteil auf diesem Gebiet inmitten der Aufschwungs von Konkurrenzprodukten und -technologien, insbesondere aus Asien, zu verlieren. "Das ist eine endlose Rutschbahn, auf der man nur sehr schwer anhalten kann, wenn man einmal in Fahrt gekommen ist", gibt Professor Luise zu bedenken. Nun aber haben europäische Forscher sich auf den Weg gemacht, um diese Talfahrt zu stoppen. Seit mehr als drei Jahren arbeiten 18 Universitäten und Forschungsinstitute in 14 Ländern als Teil des "Network of excellence in wireless communications" (Newcom++) gemeinsam an der Grundlagenforschung. Bahnbrechende Technologien über 4G hinaus Unter den vielen von diesem Exzellenznetz entwickelten technologischen Durchbrüchen befindet sich eine neue Klasse von Kanalkodierungen zur sicheren Datenübertragung über Funknetze. Die sogenannten Polarkodierungen versprechen eine starke Vergrößerung der Bandbreite und somit einen dramatischen Anstieg der Datenübertragungsgeschwindigkeit für Mobilgeräte. Und es handelt sich um die ersten hochleistungsfähigen Kodierungen, die mit Erfolg dekodiert werden können. Der Entwicklung von Erdal Arıkan von der Bilkent Universität in der Türkei, einem der Partner von Newcom++, wurde ein Best Paper Award der Information Theory Society zuerkannt. "Zentrales Thema ist immer die Bandbreite: hat man heute eine Internetverbindung mit einem Megabit (Mb), so will man morgen die 10Mb-Verbindung und übermorgen schon 100Mb", stellt Professor Luise klar. "Deshalb sind die Technologien, die mit der Bandbreite und den verfügbaren Kanäle hantieren können, so sehr wichtig." Die Projektpartner arbeiteten an einigen Technologien, die weit über den aktuellen Stand der Technik in der mobilen und drahtlosen Kommunikation hinausgehen. Die im Rahmen von Newcom++ forschenden Wissenschaftler der Polytechnischen Universität Turin, Italien, forschten zum Beispiel an fortgeschrittenen Dekodieralgorithmen für MIMO-Technik (Multiple-Input Multiple-Output; Systeme mit mehreren Eingangs- und Ausgangsgrößen), bei der sowohl die Sende- als auch die Empfangsgeräte mehrere Antennen haben, um die Kommunikation zu verbessern. Bei neuen 4G LTE-Smartphones befindet sich die MIMO-Technologie bereits im Einsatz, aber die Forscher von Newcom++ entwickelten Techniken zur weiteren Verbesserung der Leistung von Mehrfachantennensystemen bei geringen Kosten. Ein anderer Teil der wissenschaftlichen Arbeit konzentrierte sich auf die sogenannte kooperative Kommunikation, die es einem MIMO-Mobilgerät gestattet, mit anderen mobilen Geräten in der Umgebung zusammenzuarbeiten, um sich mit einer Basisstation zu verbinden. Dieser Multi-Hop-Ansatz vergrößert nicht nur die Reichweite, sondern erhöht auch die Übertragungsgeschwindigkeit. Als eine groß angelegte gemeinsame Forschungsinitiative, die mit Finanzmitteln von nahezu 5 Mio. EUR von der Europäischen Kommission unterstützt wird, setzt Newcom++ die Arbeit eines Vorgängerprojekts - Newcom - fort, das den Grundstein für die breitgefächerte Zusammenarbeit zwischen den europäischen Forschern im Bereich der Drahtlos- und Mobilkommunikation legte. Das Projektteam unterstützte außerdem die Ausbildung junger Forscher auf diesem Gebiet, erstellte eine Online-Kollaborationsplattform und eine Datenbank zur Zusammenfassung und Weitergabe von Wissen und gab eine Serie von Broschüren und Veröffentlichungen heraus, die den zukünftigen Bedarf sowie die Herausforderungen und Lösungen auf gründliche Weise analysieren. Die Arbeitsergebnisse versprechen in den kommenden Jahren bei allem, was mit der Bereitstellung billigerer, schnellerer und sichererer drahtloser Internetzugänge zur Erweiterung von Kapazität, Reichweite und Funktionalität mobiler Netzwerke zu tun hat, eine wichtige Rolle zu spielen. "Die von uns entwickelten Technologien gehen über die LTE-4G-Standards (Long Term Evolution; Nachfolgegeneration des Mobilfunkstandards 3G) hinaus, die gegenwärtig in der Mobilfunkkommunikation eingesetzt werden. ... Sie sind keine Technologien der nächsten, sondern eher der 'übernächsten' Generation", wie Professor Luise, technischer Manager von Newcom++, erläutert. "Durch die Arbeit daran hoffen wir, Europas Vorsprung auf dem Gebiet der drahtlosen und mobilen Kommunikation erhalten zu können." "Vieles aus dieser Forschung, was zum Beispiel mit Kapazität, Bandbreite, Lokalisierung und Sicherheit zu tun hat, könnte für eine nächste Generation von Smartphones nach 4G umgesetzt werden, aber einiges davon geht darüber hinaus und streift sogar abstrakte Bereiche wie die Informationstheorie", merkt er an. Eine neue Forschergeneration ausbilden Der langfristige Ansatz des Teams von Newcom++ wurde auch innerhalb eines weiteren wichtigen Aspekts des Projekts deutlich: der Ausbildung junger Wissenschaftler auf dem Gebiet der Drahtlos- und Mobilkommunikation. Innerhalb der dreieinhalb Jahre, in denen das Netzwerk offiziell in Kraft war, wurden in verschiedenen Städten Europas etliche Winter- und Sommerseminare abgehalten. Bei jedem Seminar hatten 40 bis 50 Studenten die Chance, einige der führenden Forscher dieses Gebiets zu erleben und aus erster Hand von ihnen zu lernen. "Wenn wir wollen, dass Europa auf lange Sicht marktführend in der Kommunikationstechnik bleibt, müssen wir auch dafür sorgen, dass es neue Forscher und neue Ideen gibt, um Innovationen voranzutreiben", betont Professor Luise. Viele der am Exzellenznetz beteiligten Forscher nutzen auch weiterhin eine kollaborative Onlineplattform, die unter der Bezeichnung "Virtual center of excellence on wireless communications" (ViCE-WiCom) läuft und die von den Partnern gegründet wurde, um den Wissensaustausch und die Zusammenarbeit zwischen den Universitäten und Forschungsinstituten zu verbessern. Die Plattform konnte auch schon für einen Doktoranden-Fernlehrgang verwendet werden. Weitere konkrete Ergebnisse der Kooperationsbereitschaft in der Forschung sind zwei Bücher: "The NEWCOM++ Vision Book: "Perspectives of Research on Wireless Communications in Europe" sowie "Satellite and Terrestrial Radio Positioning Techniques", die verschiedene, an dem Projekt beteiligte Teams veröffentlichten. Die Partner gründeten außerdem eine gemeinnützige Organisation mit Sitz in Belgien, die European Association for Communications and Networking (Euracon), die sich vor allem auf Bildung, Ausbildung und Veranstaltungsorganisation auf dem Gebiet der Drahtlos- und Mobilkommunikation konzentriert. Es ist überdies ein Folgeprojekt geplant, das die Schaffung eines Netzes europäischer Laboratorien mit dem Schwerpunkt der Weiterentwicklung drahtloser Technologien zum Ziel hat. Newcom++ erhielt innerhalb des Siebten Rahmenprogramms der Europäischen Union (RP7) forschungsunterstützende Finanzmittel. Nützliche Links: - Projekt-Website - Projektdatensatz auf CORDIS - RP7-Projekte zu zukünftigen Netzwerken Weiterführende Artikel: - EU-Projekt spart Energie mit 4G-Mobilfunk - EU-finanzierte Mathematiker setzen das Radiofrequenzdesignpuzzle zusammen