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Intelligente Reflexionsflächen für die Millimeter Wave-basierte Fahrzeugvernetzung

Beitrag zur IEEE Vehicular Networking Conference (VNC) 2020

Das Millimeter Wave (mmWave)-Spektrum von 5G birgt bekanntermaßen durch die hohe verfügbare Bandbreite das Potenzial für Hochleistungsdatenübertragungen. Obschon die von dieser Technologie erforderte gerichtete Funkübertragung eine Herausforderung im Vergleich zu herkömmlichen Mobilfunknetzen darstellt, ist eine Übertragung nicht nur bei bestehender Sichtverbindung möglich. Vielmehr können auch Reflexionen z.B. an Gebäudewänden genutzt werden, um Signale „über Bande“ weiterzuleiten. Während die eigenständige und automatisierte Erkundung der im Umfeld verfügbaren Reflexionsflächen zeit- und ressourcenintensiv ist, verspricht eine neuartige Technologie, für die unter anderem der Begriff „Reconfigurable Intelligent Surface (RIS)“ verwendet wird, eine Revolution dieser Herangehensweise.

Versorgung eines abgeschatteten Teilnehmers über gesteuerte Reflexion an Reconfiguruable Intelligent Surface (RIS)

In sogenannten Smart Radio Environments bereichern RISs die Funkumgebung, indem sie gezielt die Mehrwegeausbreitung von Funksignalen beeinflussen. Dies ist möglich durch die Ansteuerung und Veränderung der funktechnischen Eigenschaften sogenannter Meta-Oberflächen. Auf diese Weise können störende Überlagerungen von Funksignalen abgemildert werden, indem beispielsweise eine Absorption oder Phasenverschiebung eingestellt wird. Aber auch eine Bündelung oder Fokussierung eines Signals auf den designierten Empfänger ist möglich, um die Übertragung zu begünstigen. Durch eine Änderung der Reflexionseigenschaften kann sogar der Abstrahl- oder Reflexionswinkel eines einfallenden Signals dynamisch angepasst werden. Für die mmWave-Kommunikation von 5G bedeutet das insbesondere, dass die RIS Technologie als elektronisch steuerbare Reflexionsflächen herangezogen werden kann, um mit einem zielgerichteten und nachführbaren Reflexionswinkel ein mobiles Endgerät jenseits einer direkten Sichtverbindung zur Basisstation versorgen zu können. Die Platzierung der RISs kann dabei zu einem integralen Bestandteil der Funknetzplanung werden, sodass Basisstationen und intelligente Reflexionsflächen kooperativ eine verbesserte Flächendeckung der mmWave-Mobilfunknetzversorgung vor allem in Abschattungsbereichen erzielen.

Diese Thematik hat innerhalb des Konsortiums des Competence Center 5G.NRW der Lehrstuhl für Kommunikationsnetze der TU Dortmund im Rahmen einer wissenschaftlichen Forschungsarbeit am Beispiel des Universitätscampus in Simulationen untersucht: Eine exemplarisch zentral positionierte mmWave-Basisstation erzielt zunächst nur eine geringe Abdeckung der umliegenden Straßen mittels Sichtverbindung. Unter Zuhilfenahme von geschickt platzierten RISs ist schließlich eine vollständige Abdeckung möglich. Mehr Details dazu finden Sie in der nachfolgenden Videopräsentation der Arbeit sowie in der verlinkten Veröffentlichung (Autorenversion).

Die Forschungsarbeit wird aktuell auf der zwölften IEEE Vehicular Networking Conference (VNC) vorgestellt, die vom 16. bis zum 18. Dezember 2020 aufgrund der globalen Corona-Lage erstmalig rein virtuell stattfindet und eine der wichtigsten Konferenzen der IEEE Intelligent Transportation Systems Society (ITSS) und der IEEE Communications Society (IEEE ComSoc) darstellt.

Unter den zahlreichen Paper-, Demo- und Poster-Beiträgen finden sich interessante Forschungsarbeiten zum Thema der Fahrzeugvernetzung, die immer wieder auch schlaglichtartig potenzielle Anwendungsfelder von 5G aufzeigen. Zusätzlich werden in Keynote-Vorträgen und einer Panel Diskussion insbesondere auch die Sicherheits- und Zuverlässigkeitsaspekte der Funkkommunikation thematisiert und die für Vehicle-to-Everything (V2X) Kommunikation verfügbaren Frequenzspektren diskutiert.

Um auch das Networking unter den Konferenzteilnehmern trotz der virtuell ausgerichteten Veranstaltung intuitiv zu ermöglichen, wird zudem ein innovativer, Browser-basierter Video-Web-Meeting Dienst eingesetzt, der die auf einer Konferenz üblichen spontanen Gespräche und die Vernetzung untereinander auf spielerische Weise in eine virtuellen Welt in Retro-Optik überführt.

Weitere Informationen zur IEEE Vehicular Networking Conference (VNC) 2020 finden Sie auf der Konferenz-Webseite. Der komplette Konferenzberichtsband erscheint demnächst im Archiv des IEEE.

Weiterführende Links:

  • Webseite der Veranstaltung
  • Konferenzbeitrag: K. Heimann, A. Marsch, B. Sliwa, C. Wietfeld, „Reflecting Surfaces for Beyond Line-Of-Sight Coverage in Millimeter Wave Vehicular Networks“, in IEEE Vehicular Networking Conference (VNC), Dezember 2020. (Autorenversion verfügbar)

Ansprechpartner

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