Koordination von Interferenzeffekten in drahtlosen mehrträgerbasierten Funknetzen - zentrale und verteilte Strategien

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Der Beherrschung von Interferenz kommt eine wesentliche Schlüsselrolle bei der Planung und dem Betrieb von Kommunikationsnetzen zu, schließlich wird beispielsweise die Leistungsfähigkeit zellularer Mobilfunknetze im Wesentlichen durch die auftretende Intra- und Interzellinterferenz begrenzt. Die Informationstheorie beschäftigt sich bereits seit langer Zeit mit dem Phänomen von interferierenden Übertragungsstrecken, ohne dass das Problem der optimalen Sende- und Empfangsstrategien bislang einer Lösung zugeführt werden konnte. Die dabei im Allgemeinen getroffene Annahme, jeder Empfänger habe Kenntnis über die Codebücher aller Sender, entspricht dabei selten den in realen Kommunikationsszenarien zugrunde liegenden Verhältnissen. Eine weitere Reihe alternativer Arbeiten basiert auf der Annahme, dass umgekehrt alle Sender über ein breitbandiges Leitungsnetz miteinander verbunden sind, so dass sämtliche Nachrichtenquellen prinzipiell als einzige Sendeeinheit mit räumlich weit entfernten Antennengruppen betrachtet werden können. Als für die Praxis interessanter schätzen wir das Szenario ein, in dem die Sender nur beschränkt kooperieren können - bei dem also insbesondere eine gemeinsame Vorcodierung der Symbole nicht möglich ist - und gleichzeitig die Empfänger die Interferenz nur als zusätzlichen stochastischen Störprozess wahrnehmen, also keine Möglichkeit haben andere Datenströme zu decodieren. Im Rahmen des beantragten Forschungsvorhabens wollen wir daher eine allgemeine Klasse von Interferenzszenarien betrachten, die zellulare Mobilfunksysteme sowie Ad-Hoc Kommunikationsnetze einschließt. Im Vordergrund wird die Analyse und der Entwurf von verteilten dezentralen Verfahren zur sendeseitigen Koordination von Interferenzprozessen stehen. Zum Kern des geplanten Arbeitsprogramms wird die Untersuchung von Verfahren zählen, die auf Absprachen zwischen den Sendeeinrichtungen, basierend auf Interferenzpreisen, beruhen und somit eine aufwändige Signalisierung zwischen den Interferenzquellen sowie zwischen den Sendern und Empfängern vermeiden helfen. Während diese Ansätze für den skalaren Fall bereits vorgeschlagen und untersucht wurden, stellt der Einsatz von mehrträger- und multiantennenbasierten Systemen eine neue Herausforderung dar. Die anspruchsvolle Aufgabe besteht in der gemeinsamen optimalen Zuweisung von Ressourcen in den Dimensionen Frequenz und Raum. Im Rahmen des geplanten Arbeitsprogramms sollen dabei unterschiedliche Entwurfskriterien untersucht werden, die von der Maximierung eines Summennutzens bis hin zu so genannten Quality of Service Problemen reichen. Neben informationstheoretischen Kriterien sollen weitere Gütemaße Verwendung finden. Eine wesentliche Voraussetzung für die Realisierung von Verfahren zur Interferenzkoordination ist die Kenntnis von Systemzustandsinformationen. Diese erstrecken sich von der Quantisierung komplexer Parameter des Übertragungskanals, über die Signalisierung von Codebüchern bis hin zu konzentrierter Information im Form von Preisen für verhandelbare Interferenzeffekte in den Dimensionen Frequenz und Raum. Ein weiterer Arbeitspunkt wird daher dem Entwurf effizienter Signalisierungsverfahren gewidmet sein.