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Fachzeitschrift für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik

Wireless Bild 5: Prinzip

Wireless Bild 5: Prinzip des DSAs • keine Verkopplungen im Digitalteil • beliebige Demodulationsarten programmierbar • digitale Filterung gelingt fast perfekt • Signalstärkeanzeige fast perfekt möglich • neue Funktionen, wie Spektrumspeicherung, möglich • Hardwareaufwand relativ gering • zukunftssicher durch Software-Update Nach der Vorstellung Mitolas soll der SDR noch „smart“ werden, worunter er im Wesentlichen „selbstbewusst, HFbewusst und nutzerbewusst“ versteht. Auch Cognitive Radio ist ein weitfassender Begriff und meint nicht nur Kommunikationsempfänger. Cognizant heißt „wissend, zuständig“. Die Technik geht also dem Bediener zur Hand, der Empfänger beispielsweise, indem er Demodulationsarten automatisch gemäß der gewählten Frequenz einstellt oder selbsttätig Empfangsbedingungen abcheckt und darüber informiert. Abhängig von den Parametern, auf die das Konzept ausgerichtet werden soll, unterscheidet Mitola zwischen Full Cognitive Radio (jeder mögliche Parameter) und Spectrum Sensing Cognitive Radio (nur das Spektrum). Die IEEE unterscheidet gemäß Bild 4. Bild 6: Grundaufbau eines Cognitive Radio Transceivers (Quelle: Electronic Design) CR = SDR + High IQ CR erweitert somit die Definition von SDR durch Einführung vom Features, die den Empfänger oder Sender intelligent machen, verleiht ihm gewissermaßen einen hohen Intelligenz-Quotienten (IQ). Das Wireless Innovation Forum definiert CR als „Funkanwendung, bei der Kommunikationssysteme ihre Umgebung wahrnehmen und intern Entscheidungen fällen können bezüglich ihrer Arbeitsweise in Abhängigkeit von diesen Informationen und vordefiniertem Verhalten. Die Umwelt-Information kann, muss aber nicht die das Kommunikationssystem betreffenden lokalen Informationen berücksichtigen.” Man spricht hier auch von adaptiven Funkanwendungen. Sie verwenden einen internen Speicher, welcher Anweisungen für verschiedene Situationen enthält. Diese gespeicherten Informationen über die eigenen Möglichkeiten ermöglicht das Fällen eigener Entscheidungen. Teilweise ist der Zugriff auf externe Datenbanken möglich. Ein solcher Empfänger bewertet das Nutzsignal und Störsignale sowie das Antennenrauschen, bildet dazu gewissermaßen einen Erfahrungsschatz und optimiert 42 hf-praxis 2/2017

Wireless den Empfang auf dessen Basis. Davon kann auch das Sendeteil profitieren, sodass für Transceiver ein Prinzipaufbau gemäß Bild 5 typisch ist. Empfänger als auch Sender sind bezüglich Frequenz und Modulationsart sehr agile SDR-Baugruppen, sodass der Zusatzaufwand maximalen Nutzen bringen kann. Der Cognitive Prozessor erhält von Empfänger und Sender Daten über deren Parameter und Arbeitsbedingungen und teilt diesen SDR-Baugruppen daraufhin mit, wie sie sich bezüglich Frequenz, Betriebsart, Modulation, Sendeleistung, Protokoll und anderen Faktoren verhalten sollen. Ein wichtiger Aspekt beim CR ist der Dynamic Spectrum Access (DSA), der es ermöglicht, einen durch andere Dienste nicht genutzten Kanal einzustellen, siehe Bild 6. Das CR-Konzept versucht somit, zwei Hauptprobleme aktueller drahtloser Kommunikation zu lösen: begrenzte Frequenzressourcen und Unvereinbarkeit verschiedener Systeme. Ein CR findet einen ungenutzten Kanal im Frequenzspektrum und arbeitet darin mit optimierten Empfängereinstellungen bzw. angepasster Sendeleistung. CR ist aber auch in der Lage, nach Analyse fremder Signale sich auf diese bezüglich Betriebsart und Modulation einzustellen und somit Interoperabilität zu erreichen. Bild 7: Neue Trends beim CR Ausprägungen von CR Man findet heute schon verschiedene Arten von Cognitive Radios. Beispielsweise ist sogenannter Policy-basierender Funk vorprogrammiert mit streng definierten Möglichkeiten, wie Wellenformen (Modulationsarten) und Prozeduren (Betriebsweisen). Der Benutzer wählt eine der vordefinierten Arbeitsweisen. diese werden bereits im Herstellungsprozess eingebracht, können aber over the air ge-updatet werden. Eine andere Ausprägung ist das voll rekonfigurierbare CR. Dieser weitestgehend flexible Transceiver arbeitet in einem weiten Frequenzbereich mit stark verschiedenen HF-Leistungen. Diese Art von Funkanwendung lässt sich sehr leicht veränderten Umweltbedingungen und neuen Applikationen bzw. Kommunikationsbedingungen anpassen. Beispiel xMax Carrier-Class CR System Das System für die mobile Kommunikation nutzt Frequenzen im ISM-Band 902...928 MHz. Zunächst wurde es für Anwendungen in der U.S. Army entwickelt. Der Test im militärischen Network-Integration-Evaluation-Prozess wurde gut bestanden. Der Prototyp bestand aus einer kompakten mobilen Basisstation (Foto) und einem zugehörigen Handset. Dabei fand Time Division Multiple Access (TDMA) als Duplex-Spielart mit cognitiver Technology Anwendung. Unterstützt werden Voice-over-Internet-Protocol- Neue Trends beim Cognitive Radio sind in Bild 7 aufgelistet. Man sieht: CR hat Zukunft! FS Anrufe und SMS. Das Handset umfasst eine vollständige WiFi-Station. Das over the air aktualisierbare Waveform-Protokoll erlaubt den einsatz in einem festen, schnell reagierenden cognitiven Funknetzwerk. Neben WiFi sind WiMAX und traditionelle zellulare Technologien, wie LTE, möglich. Die HF-Sendeleistung erreicht bis zu 4 W (EIRP). Das System unterteilt das verfügbare Frequenzspektrum in 18 jeweils 1,44 MHz breite Kanäle und nutzt die robuste Binary Phase-Shift Keying Modulation (BPSK) zusammen mit dem TDMA Anwendung, sodass jeder Kanal bis zu zwölf Sprachverbindungen führen kann. Die zweite Entwicklungsstufe des xMax-Systems verzichtet auf das spezielle Handsets und ersetzt es durch Standard-Smartphones. Genau dies entspricht den Wünschen des Militärs, denn so werden bei höchster Übersichtlichkeit Gewicht und Kosten gespart. Nun kommt Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) zur Anwendung, und jeder 1,44-MHz-Kanal ist mit 128 Subcarriers belegt. Weitere Veränderungen, wie MIMO, verbessern die Leistungsfähigkeit und erweitern die Einsatzmöglichkeiten erheblich. hf-praxis 2/2017 43

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© beam-Verlag Dipl.-Ing. Reinhard Birchel