FOR 2863, Teilprojekt C1: Device Discovery und Strahlverfolgung

Um eine drahtlose Verbindung zwischen zwei Endgeräten aufzubauen, ist der erste Schritt, dass sich die beiden Endgeräte ggenseitig finden. In der Literatur wird dieser Vorgang oft mit dem Begriff "Device Discovery" or "Inital Access" bezeichnet. Device Discovery in Funknetzen funktioniert in der Regel so, dass der Sender eine Kennung (Beacon) aussendet, die den Sender Identifiziert und die dann vom Empfänger detektiert werden kann. Das zunächst detektierende Endgerät sendet danach ein Signal zum ursprünglich sendenden Endgerät zurück. Eine Voraussetzung für eine direkte Umsetzung eines solchen einfachen Protokolls ist eine omnidirektionale Aussendung der Senderkennung. Bei 200 GHz und höher werden jedoch Hochgewinnantennen eingesetzt, die den hohen Pfadverlust bei diesen Frequenzen kompensieren. Dies macht es für die beiden beteiligten Endgeräte ungleich schwerer sich zu finden, wenn die Positionen gegenseitig nicht bekannt sind. Der typische Ansatz bei 60 GHz verwendet Antennen mit zunächst breiteren Antennenkeulen, die dann während des Suchprozesses sukzessive schmaler werden. Ein derartiger Ansatz funktioniert bei 300 GHz jedoch nicht, da selbst für die Phase des Device Discovery Hochgewinnantennen benötigt werden. Eine Möglichkeit die gegenseitige Position zu finden, ist die Verwendung eines Funksignals bei einer niedrigeren Frequenz mit dem zunächst eine grobe Richtungsschätzung erfolgt, die dann unter Einsatz von Hochgewinnantennen weiter verfeinert wird. Um die Verbindung auch nach der Initialisierungsphase im Umfeld sich bewegender Sender und Empfänger bzw. sich bewegender anderer Objekte, die die Verbindung abschatten bzw. die Funksignale streuen können, aufrecht zu erhalten, müssen Strahlverfolgungsalgorithmen eingesetzt werden. Die Verfahren müssen dabei sowohl eine robuste Verbindung ermöglichen als auch möglich energieeffizient implementiert werden. Kenntnisse über die sich ändernde Umgebung sind dabei ein Schlüssel für die robuste Kommunikation und benötigt eine nachhaltige Beobachtung und Auswertung. Die Kombination aus der Kenntnis der Umgebung und maschinellem Lernen ist dabei eine Möglichkeit für die Lösung der komplexen Kontrollaufgaben. Da Verfahren im laufenden Betrieb angewendet werden müssen, müssen Signalaufzeichnung und Auswertung in einer sehr kurzer Zeit ausgeführt werden, die in der Größenordnung der relevanten Veränderungen liegt. Dies erfordert eine zeiteffiziente Implementierung, so das Beschleunigungstechniken zur Anwendung kommen müssen, die die entsprechende Rechenleistung bei gleichzeitig niedrigem Energieverbrauch ermöglichen. Die Forschungsfragstellungen, die für das Device Discovery und die Strahlverfolgung gelöst werden müssen sind: (i) in Messverfahren und Algorithmen müssen erforscht, ausgewertet und bewertet werden und (ii) Methoden, die eine echtzeitfähige Implementierung dieser Verfahren ermöglichen müssen erforscht werden.