Entwurf und Analyse von optimalen Übertragungsverfahren für verzögerungszeit-sensitiven Datenverkehr über drahtlose Mehrwege-Schwundkanäle

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Zukünftige drahtlose Übertragungssysteme der vierten und folgenden Generationen werden Dienste anbieten, die sehr hohe Ansprüche an die Verzögerungszeiten und die Zuverlässigkeit bei der Kommunikation stellen. Bei verzögerungszeit-sensitiven Multimedia-Daten muss eine Mindestanzahl von erfolgreich dekodierten Paketen bereits auf der physikalischen Übertragungsschicht innerhalb einer endlichen und festen Zeitspanne garantiert werden. Demgegenüber stellt sich der Mobilfunkkanal - der zeit- und frequenzselektive Schwundkanal - als sehr karges und unzuverlässiges Übertragungsmedium dar. Daraus ergibt sich zum einen die Frage nach der Steuerung der benötigten Cross-Layer-Optimierung. Zum anderen müssen die Qualtiy- of-Service-Anforderungen in informationstheoretische Maße übersetzt, integriert und modelliert werden. Der traditionelle Ansatz zum Entwurf und zu der Analyse von Übertragungsverfahren betrachtet gewöhnlich mittlere Performanzkriterien, wie die mittlere Fehlerrate, die mittlere Kapazität, oder die Ausfallwahrscheinlichkeiten. Im Gegensatz zur klassischen Informationstheorie gibt die Delay-Limited Kapazität an, wie viel Information in jedem Zustand des Schwundkanals garantiert fehlerfrei übertragen werden kann. Um Latenzzeit-Vorgaben zu erfüllen, muss der Sender seine Sendestrategie adaptiv an die jeweilige Kanalsituation anpassen. Bisher ist bekannt, dass eine Erfüllung von strikten Latenzzeit-Vorgaben unter mittlerer Leistungsbeschränkung im flachen Rayleigh-Schwundkanal nicht möglich ist, die Delay- Limited Kapazität ist Null. Durch geschicktes Ausnutzen von zusätzlichen Freiheitsgraden, wie zum Beispiel mehrere Sende- und Empfangsantennen oder Frequenzselektivität, kann allerdings eine Rate größer als Null garantiert werden. Mehrantennensysteme haben sich als fester Bestandteil zukünftiger Mobilfunksysteme etabliert und es wird viele zeitsensitive Dienste wie etwa multimediale Spiele mit harten Delay-Anforderungen geben. Daher sollen im Projekt informationstheoretische und kommunikationstheoretische Grundlagen für den verzögerungszeit-sensitiven Mobilfunkdatenverkehr, die erreichbare Übertragungsrate und die Qualität unter zugesicherter Latenzzeit untersucht werden. Dabei werden optimale Sendestrategien unter Leistungsbeschränkungen und unter Vorgabe der maximalen Verzögerungszeit sowie der minimalen Performanz entwickelt. Der Einfluss der stochastischen Kanalparameter auf die erreichbare Delay-Limited Leistung wird ebenfalls charakterisiert. Schließlich werden nützliche Hinweise auf konkrete Verfahren und Techniken zur Realisierung von zukünftigen Mobilfunksystemen mit nicht-elastischem Verzögerungszeit-kritischem Datenverkehr erwartet.