Energieeffiziente Funkkommunikation

Mobilfunkkommunikationssysteme bilden mehr und mehr das „zentrale Nervensystem“ für die Digitalisierung vieler vertikaler Branchen wie Transport und Fertigung. Diese Kommunikationsverbindungen sind entscheidend für die Schließung der Regelschleife zwischen mobilen Sensoren und Aktoren. Daher sind Zuverlässigkeit, geringe Latenz und ein energieeffizienter Betrieb essenzielle Eigenschaften.

Der Energieverbrauch ist ein wichtiger Parameter, da das Mooresche Gesetz bald an physikalische Grenzen stößt. Demnach kann die Verkleinerung der Chipstrukturen den erhöhten Energieverbrauch durch höhere Datenraten und von Analog-Digital-Wandlern (ADC) oder Digital-Analog-Wandlern (DAC) nicht ausgleichen. In Mobilfunkkommunikationssystemen entfallen 70 % des Energieverbrauchs auf das Funkzugangsnetz (RAN), was in erster Linie auf die Leistungsverstärker in den Basisstationen zurückzuführen ist, die erforderlich sind, um die Signaldämpfung zwischen Basisstationen (BS) und Benutzergeräten (UE) zu überwinden. Die Verwendung von nahezu passiven, verteilten, reflektierenden intelligenten Oberflächen (RIS) zur Veränderung der Funkumgebung, insbesondere in Innenräumen, bietet eine wichtige Möglichkeit, den Stromverbrauch zu senken und die Zuverlässigkeit bei Frequenzen über 20 GHz (Millimeterwelle) zu verbessern.

In Kooperation mit Siemens erforscht das AIT im Projekt RISILIENT die Nutzung von RIS in industriellen Szenarien für die Kommunikation, aber auch für die Lokalisierung von Objekten. Dafür wurde am AIT ein eigenes RIS-Labor etabliert, in dem wir Experimente mit neuartigen Prototypen in einer kontrollieren Umgebung durchführen können.

Neben den technologischen Aspekten der Funksysteme sind auch die regulatorischen Bedingungen von großer Bedeutung. Im Beitrag von Siemens beschreibt Martin Schiefer seine Einschätzung zu der Nutzung von Campusnetzen für industrielle Anwendungen.