Adaptive 6G RAN Technologien

Die Arbeitsgruppe hat das Ziel, Technologien u. Funktionen für 6G-Radio (Air Interface) und 6G-Sensing zusammenzuführen, Joint (Radio) Communications & Sensing (JCAS), und neue Architekturen, Methoden und Protokolle zu erforschen, die auf die Anwendung für hochzuverlässige industrielle Funklösungen (6G Industrial Radio) sowie private und örtlich begrenzte Netze und Netzerweiterungen (6G Campusnetze) ausgerichtet sind. Dabei wird die Nutzbarmachung der Frequenzbereiche Sub-6-GHz, 26 GHz bis THz adressiert.

Grundpfeiler dafür ist die Entwicklung einer skalierbaren 6G-Breitband-Testplattform für 6G-Kommunikationstrecken (Radio) und die sensorische Erfassung der Funknetzumgebung (Sensing). Techniken werden erforscht, um die Funkumgebung eines Netzes in Bezug auf aktive Funkvorgänge (Teilnehmer, unbewusste sowie bewusste Interferenzen) sowie funkunabhängige Kontexte (Objekte, Bewegung, Strukturen) zu analysieren und die Fähigkeiten der Kommunikation anwendungsspezifisch zu adaptieren/optimieren. Durch adaptive RAN Features u. Protokolle sollen die Netze kognitiv und antizipierend agieren und gem. Funk- u. Netzwerkressourcennutzung erlauben. Es werden optimierte Wellenformen u. Algorithmen für die ultraschnelle Industrial-Radio-Funkkommunikation (D2D & D2-Multi-Device, THz) und neue 6G-Campusnetz-Systemansätze und -Spektrumsnutzungskonzepte erforscht sowie Rückwärtskompatibilität zu 5G-Netzen und Integration in öffentliche Netze betrachtet.

Ziele im Projekt

  • Skalierbare 6G-Breitband-Testplattform für Radio und Sensing
    • Spezifikation Gesamtsystem, Beschaffung flexibler Sub-6GHz- und 26-GHz-HF-Frontends
    • Konzeption und Design der Backplane für die Sensorknoten zur Aufnahme / zum Betrieb der Basisband-Sub-Einheiten (auf Basis von RF-SoCs) inkl. Synchronisation, Takt- und Triggerverteilung
    • Flexible, rekonfig. Basisband- und Rechen-Hardware für mmW & THz inkl. Netzanbindung (faseropt.)
    • Flexibel konfigurierbares und einsetzbares, kosteneffizientes Datenakquise-System zur Speicherung und Wiedergabe von Rohdaten bis 800 GBit/s
    • FPGA-Firmware für Basisband-Sub-Einheiten zur Aufzeichnung und Wiedergabe der Rohdaten sowei Onboard-Prozessierung in Verbindung mit AP10
  • Real-time Radio Sensing
    • Systementwurf für Sub-6-GHz & 26-GHz für den Einsatz in 6G-Campusnetzen mit hoher Resilienz
    • Detektion, Lokalisierung, Tracking u. Klassifikation von kooperativen und nichtkooperativen Emittern sowie von dynamischen Radarzielen in Mehrwegeumgebungen
    • Anti-Jamming/-Interferenz-Management auf der Basis von JCAS, Beamforming-Unterstützung
    • Integrierte Funkkanalcharakterisierung und Umgebungserkennung
  • JCAS in 6G-RAN
    • Strategien und Algorithmen zur Integration und Nutzbarmachung von Sensing-Daten (Environment Mapping) zur Selbstoptimierung von 6G-Netzen, Potenzialauslotung für JCAS in Sub-10-GHz-Bändern
    • Neue Kanalmodelle und Simulationsumgebungen für verteilte JCAS-Netze
    • Effiziente Signalverarbeitung u. Zugriffsverfahren mit dyn. Ressourcenallokation
    • Schaltungen und System- & Netzwerkarchitekturen für JC&S in zellularen Netzen
  • Adaptive 6G Protokolle und Industrial Radio
    • Applikations-spezifische, adaptive 6G Protokolle und Kommunikationsdienste, Framework für dynamisch adaptierbare Protokolle, Verfahren zu Automation der Radio-Protokoll-Optimierung
    • Protokolle für Organisches Networking, D2D u. D2-Multi-Device (Sub-6-GHz bis THz)
    • Neue Wellenformen zur ultraschnellen Übertragung über kaskadierte Faser-Funk-Systeme, Ende-zu-Ende Netzwerkanbindung der THz-Funkstrecken, Beamsteering für THz-Links
  • 6G Campusnetze
    • Erforschung neuer Systemkonzepte und Architekturen auf Basis der Technologien, Komponenten, Module und Subsysteme
    • Campusnetz-spezifische Spektrum-Nutzungsstrategien und Short-term Ressource Trading Strategien
    • Integration in öffentliche Mobilfunknetze und 5G-Rückwärtskompatibilität

 

Rolle im Projekt

  • Aufbau und Bereitstellung eines 26 GHz-MIMO-Testbeds zur Erprobung und Validierung von Algorithmen im Bereich JCAS in den Experimentalfeldern in AP10
  • Bereitstellung der RFSoC Basisband-Sub-Einheiten als Hardware-Plattform für die GNU Radio Toolbox in AP10
  • Bereitstellung der Datenakquise- und Wiedergabesysteme für AP10 und ggf. flexibel einsetzbar für weitere Anwendungen (Aufzeichnung beliebiger Rohdaten von FPGAs)
  • Evaluierung der entstehenden JCAS-Lösungen in einem realen Testbed
  • Weiterverarbeitung der Sensing-Informationen (Aufbau einer 6G-Processing-Pipeline)

Bisherige Ergebnisse und Erfolge

  • Spezifikationen 26-GHz-MIMO-Testbed (RFSoC-Systeme, Backplane, HF-Frontend) 

Technik und Ressourcen

  • FPGA-Basisband-Boards auf Basis des RFSoC (in Entwicklung)
  • Mehrkanalige HF-Frontends für den Frequenzbereich 24–30 GHz (in Entwicklung)
  • Backplane-Einheiten zur Synchronisation einer großen Anzahl an FPGA-Boards (in Entwicklung)
  • Speichersysteme zur echtzeitfähigen Aufzeichnung einer großen Kanalanzahl mit Basisbanddaten (in Entwicklung/Anschaffung)
  • Mobileinheiten auf Basis des RFSoC zur Emulation von Mobilfunkteilnehmern (in Entwicklung)
  • 24 GHz Noise Radar
  • Ultrabreitbandmodem für 1 Tb/s THz Funkstrecke

Kontakte

Prof. Norman Franchi

Leitung

Dr. Benjamin Nuß

Fachexperte

Prof. Norbert Wehn

Fachexperte

Prof. Dr. Eckhard Grass

Fachexperte

Dr. Lara Wimmer

Fachexpertin

Dr. Vladica Sark

Fachexperte

Prof. Thomas Zwick

Fachexperte

Prof. Jürgen Becker

Fachexperte

Prof. Marina Petrova

Fachexpertin

Prof. Sebastian Randel

Fachexperte

Patrick Gröschel

Fachexperte

Prof. Andreas Stöhr

Fachexperte

Prof. Robert Weigel

Fachexperte

Prof. Hans D. Schotten

Fachexperte