Beschreibung
Dank seiner Einfachheit und Effizienz wurde das Wellenform-Prinzip Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) in den letzten Jahren zum durchschlagendem Erfolg für die drahtlose und drahtgebundene Breitbandkommunikation. Um die stetig steigende Nachfrage nach Datenkommunikation zu decken, wird jedoch in naher Zukunft mehr Wellenform- Effizienz zwingend erforderlich.
Diese Arbeit wurde im Rahmen verschiedener Luftfahrt-Forschungsprojekte bei Airbus Group Innovations, Deutschland angefertigt. Sie gibt Einblick in eine Studie zur Effizienzsteigerung von drahtlosem OFDM mittels angewandter Parameter-Flexibilität. OFDM wird gemäß tatsächlichen Kanalbedingungen und Anforderungen konfiguriert, anstatt Wellenform-Parameter auf erwartbare Extrembedingungen auszulegen, wie es dem heutigen Stand der Technik entspricht.
Modulation und Kanalkodierung (MCS) ist die bislang einzig etablierte und durchgängig untersuchte Form der Echtzeit-Adaptivität. Zur Ausweitung auf andere Parameter fehlte bislang deren Echtzeit-Flexibilität. Eine Lösung ist die Umsetzung eines Software Defined Radios (SDR) vollständig auf einer Field Programmable Gate Array (FPGA)-Plattform. Teil dieser Studie ist solch ein Demonstrator mit Echtzeit-Anpassbarkeit von Schlüsselparametern zur OFDM Subträger-Nutzung, zum OFDM Frame Layout und zum Zeitmultiplex-Mehrfachzugriff (TDMA), als Ergänzung zu MCS. Eine zweite Grundvoraussetzung für Adaptivität ist die Entscheidungsfähigkeit des Systems über vorteilhafte Parameterkonfigurationen. Als Lösung wird ein integrierbarer Channel Sounder vorgeschlagen, der die aktuelle zeitliche Ausbreitungsverzögerung des Kanals und sein Doppler-Spektrum misst. Hiermit lassen sich das Cyclic Prefix (CP) und die Fast-Fourier Transfomation (FFT) optimieren. Darüber hinaus wurde dynamischer Spektrums-Zugriff (DSA) auf Basis spektraler Energieerfassung implementiert. Das Endergebnis ist ein leistungsstarker Prototyp eines vollständigen Kommunikationssystems. Es erstreckt sich von der Netzwerkschicht über die Daten-Link Schicht bis hin zur Komponentenebene (Hard- und Firmware). Eine Neuheit ist zudem eine spektral voll flexible Zeit- und Frequenz-Synchronisation. Umfassende Systemcharakterisierungen wurden durchgeführt in Simulationen, Hardware-in-the-Loop (HIL)-Messungen und Fallstudien. Letztere umfassen ein Kommunikationszenario mit unbemanntem Luftfahrzeug (UAV), eine DSA-Studie für die Flugzeug-Kabine sowie die Luftfahrt-Telemetrie.
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