BLAST- eine Mehrwege-Funktechnologie

06.01.2003
Verbesserte Ausbreitungsbedingungen und größere übertragungskapazität bei Funknetzen

Murray Hill, New Jersey /Bonn, 19.06.2001 BLAST (Bell Laboratories Layered Space-Time) ist eine drahtlose Kommunikationstechnik, die sende- und empfangsseitig mit mehreren Antennen arbeitet und damit höhere übertragungsraten als herkömmliche Systeme bietet.

Das extrem bandbreiteneffiziente Konzept nutzt mit Hilfe mehrerer benachbarter Antennen eine Reihe unabhängiger Co-Kanäle. BLAST setzt die Mehrwegeübertragung gezielt ein und erreicht damit einen äußerst hohen spektralen Wirkungsgrad (Bit/s/Hz). Dafür werden die mehrfachen Streusignalstrecken als getrennte, aber parallele Unterkanäle verarbeitet.

Funkwellen breiten sich nicht nur von der Sende- zur Empfangsantenne aus, sondern werden durch Reflektionen an Objekten gestreut. Diese Streuungen kommen als Mehrwegeübertragung beim Empfänger an. Da die übertragenen Signale über unterschiedliche Strecken am Empfangsort eintreffen, entstehen bei konventionellen Mobilfunksystemen Beeinträchtigungen der Übertragungsqualität. Die Signalkopien treffen mit zeitlicher Verzögerung beim Empfänger ein und können sich gegenseitig überlagern oder auslöschen.

Bei BLAST wird der von einem Teilnehmer erzeugte Datenstrom in mehrere parallele Teilströme aufgeteilt und über ein sendeseitiges Antennenfeld gleichzeitig übertragen. Hierbei werden alle Teilströme im gleichen Frequenzband gesendet, so dass das Funkspektrum äußerst effizient genutzt wird. Da die Nutzerdaten parallel über mehrere Antennen gesendet werden, erhöht sich die effektive Übertragungsrate annähernd proportional zur Anzahl der eingesetzten Sendeantennen.



Beim Empfänger werden die mehrfachen Datenteilströme sowie deren gestreute Kopien ebenfalls von einem Antennenfeld empfangen. Dabei empfängt jede Antenne alle übertragenen Teilströme in überlagerter Form, also nicht als Einzelsignale. Wenn allerdings die Mehrwegestreuung ausreichend groß ist, werden die Teilströme leicht unterschiedlich gestreut. Dies ist der Fall, weil sie von unterschiedlichen Antennen aus gesendet worden sind, die wiederum Standortunterschiede aufweisen. Mit Hilfe von hochentwickelten Signalverarbeitungssystemen können diese geringen Streuunterschiede dazu genutzt werden, die einzelnen Teilströme zu identifizieren und wiederherzustellen. Damit lässt sich der nicht vermeidbare Effekt der Mehrwegübertragung dazu nutzen, durch eine räumliche Parallelisierung die Datenübertragungsraten beträchtlich zu erhöhen. Bei Verwendung der BLAST-Technologie sind also Mehrwegübertragungen erwünscht.

Die empfängerseitigen BLAST-Signalverarbeitungsalgorithmen bilden das Herzstück des Systems. Sie registrieren gleichzeitig die Signale aller Empfangsantennen und extrahieren aus dem Signalgemisch zunächst das stärkste Teilstromsignal und anschließend die schwächeren Signale. Diese lassen sich einfacher wiederherstellen, sobald die stärkeren Signale als mögliche Störquelle entfernt worden sind. Auch hier hängt die Möglichkeit der Teilstromtrennung von den geringen Unterschieden in der Art der Ausbreitung aufgrund der Umgebungsbedingungen ab. Geht man von der allgemein anerkannten theoretischen Annahme der unabhängigen Rayleigh-Streuung aus, nimmt die theoretische Kapazität der BLAST-Architektur annähernd linear mit der Anzahl der Antennen zu, selbst dann, wenn die Gesamtsendeleistung gleich bleibt. Natürlich wirkt sich die Streuung in der realen Welt ungünstiger aus als in der unabhängigen Rayleigh-Annahme, und es bleibt noch zu klären, wie viel Kapazität in unterschiedlichen Umgebungen tatsächlich zur Verfügung steht. Aber selbst unter relativ ungünstigen Ausbreitungsbedingungen sollte BLAST deutlich höhere Kapazitäten bereit stellen als konventionelle Architekturen. Mit einem Laborprototyp konnte Lucent bereits einen spektralen Wirkungsgrad von 20-40 Bit/s/Hz an Bandbreite nachweisen. Diese Zahlen sind mit bisherigen Techniken nicht zu erreichen.

In der Testumgebung der Bell Labs konnte das BLAST-Team einen im Mobilfunkbereich bisher unerreichten spektralen Wirkungsgrad von 20 bis 40 Bit pro Sekunde/Hz nachweisen. Im Vergleich dazu liegen die mit traditionellen drahtlosen Modulationstechniken erzielbaren Wirkungsgrade im Zellularfunk zwischen 1 bis 5 bit/s/Hz bzw. zwischen 10 und 12 bit/s/Hz bei Punkt-zu-Punkt-Festverbindungen. Bei einer 30-kHz-Bandbreite entspricht der bislang im Laborversuch erzielte spektrale Wirkungsgrad einer nutzbaren Datenübertragungsrate von ca. 0,5 Mbit/s bis 1 Mbit/s. Die mit konventionellen Verfahren bei dieser Bandbreite erreichten Datenraten liegen bei 50 kbit/s.

Lucent Technologies realisiert schon heute Kommunikationsnetze der nächsten Generation für Netzbetreiber und Service Provider. Der Netzwerkausrüster entwickelt und vertreibt Systeme, Software und Serviceleistungen für die wachstumsstärksten Marktsegmente: Optische Netze, Mobilfunk- und Datennetze. Dabei stehen Lösungen im Vordergrund, die eine zuverlässige, breitbandige und mobile Internetnutzung ermöglichen.


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