Siemens überträgt ein Gigabit pro Sekunde im Mobilfunk

Berichteten wir heute Morgen erst über einen Weltrekord im Festnetz, so gibt es jetzt noch einen im Mobilfunk: Dieser ist den Forschungslabors des Siemens-Bereichs Communications gelungen. Erstmals wurden in Echtzeit Daten mit einer Geschwindigkeit von einem Gigabit pro Sekunde per Mobilfunk übertragen; das entspricht 1 000 Megabit pro Sekunde (MBit/s). Zum Vergleich: Die schnellste Funkverbindung zu einem mobilen Endgerät schaffen derzeit WLAN-Netze mit rund 50 MBit/s.

Um die hohe Geschwindigkeit zu erreichen, kombinierte Siemens ein "intelligentes Antennensystem" aus drei Sende- und vier Empfangsantennen mit Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM). Diese Technologien, die das Frequenzspektum besonders effizient nutzen, gelten in der Forschung als viel versprechende Bausteine für die Mobilfunkgeneration nach W-CDMA bzw. UMTS.

Bis zur nächsten Mobilfunkgeneration, mit der ungefähr ab dem Jahr 2015 zu rechnen ist, wird der Bedarf an Übertragungskapazität für Sprache, Daten, Bild und Multimedia nach vorsichtigen Schätzungen um den Faktor 10 anwachsen. "Zukünftige Mobilfunksysteme müssen das Frequenzspektrum bei möglichst niedriger Sendeleistung so effizient wie möglich nutzen", sagte Christoph Caselitz, Leiter des Geschäftsgebiets Mobile Networks bei Siemens Communications. "Mit unserem Experimentalsystem konnten wir nachweisen, wie leistungsfähig intelligente Antennen in Kombination mit dem OFDM-Verfahren sind. Damit haben wir einen wichtigen Baustein für zukünftige Mobilfunksysteme geschaffen."

Das Frequenzsprektrum effektiver nutzen

Die intelligenten Antennensysteme werden in der Nachrichtentechnik "Mehrantennen-Systeme" oder auch "MIMO-Systeme" (MIMO steht für "Multiple Input, Multiple Output") genannt. Dabei übertragen mehrere Antennen gleichzeitig unterschiedliche Datenströme in demselben Funkkanal und Frequenzband. Das ist vergleichbar mit einem Raum, in dem sich mehrere Gesprächsgruppen gebildet haben, die sich gleichzeitig parallel miteinander unterhalten können, ohne sich gegenseitig zu stören. Im Vergleich zu konventionellen Einzelantennen, die jeweils auf einer separaten Frequenz senden, lässt sich durch das MIMO-Verfahren die Datenrate vervielfachen, indem die teure Ressource Frequenzspektrum wesentlich effizienter genutzt wird.

Der Grund, warum Mehrantennen-Systeme heute noch nicht die Regel sind, liegt unter anderem darin, dass eine sehr hohe Rechenleistung auf der Empfangsseite benötigt wird. Denn die von mehreren Antennen gleichzeitig gesendeten Informationen kommen auch auf mehreren Empfangsantennen an und müssen für das Empfangsgerät in Echtzeit rekonstruiert werden. Das überfordert laut Siemens die derzeit gängigen Chips für die Mobilfunkindustrie. Diese Herausforderung haben die Forscher bei Siemens gemeistert, indem sie neue optimierte Signalverarbeitungs-Algorithmen entwickelten, die auf den heute verfügbaren Hardwarebausteinen effizient eingesetzt werden können.

Präsentation auf dem 3GSM World Congress 2005

Das Experimentalsystem wird im 5-GHz-Band betrieben und hat eine Bandbreite von 100 MHz. Das verwendete Übertragungsverfahren Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) schützt die Signale weitestgehend vor Störungen wie Echos, die durch Reflexionen an Gebäuden entstehen. Das seit langem bekannte Verfahren, das als viel versprechende Übertragungstechnologie für den zukünftigen Mobilfunk gilt, wird bereits heute bei WLAN sowie dem digitalen Fernsehen (DVB) und Rundfunk (DAB) angewandt.

Derzeit arbeitet das Forscherteam von Siemens daran, die Datenrate weiter zu steigern und die Mobilität von Endgeräten mit mehreren Antennen zu erhöhen. Das Experimentalsystem zur Gigabit-Übertragung, das auf dem 3GSM World Congress 2005 in Cannes zum ersten Mal der Öffentlichkeit präsentiert werden soll, hat Siemens in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Nachrichtentechnik (Heinrich-Hertz Institut) und dem Institut für angewandte Funksystemtechnik GmbH entwickelt.