Interferenzdynamik in drahtlosen Netzen

Die zeitliche und örtliche Dynamik von Interferenz in drahtlosen Kommunikationsnetzen bestimmt die Performanz von Diversitätstechniken und Protokollen. In diesem Projekt soll ein grundlegendes Verständnis für Interferenzkorrelation entwickelt und deren Auswirkungen auf die Systemperformanz analysiert werden. Unter Berücksichtigung verschiedener Korrelationsursachen - Knotenpositionen, Kanal und Datenverkehr - werden mathematische Ausdrücke für den Korrelationskoeffizienten der Interferenzleistung hergeleitet. Darauf basierend werden die Erfolgswahrscheinlichkeit und der Durchsatz von kooperativen Diversitätstechniken untersucht.

In drahtlosen Kommunikationssystemen treten Interferenzen auf. Darunter versteht man die Überlagerung eines Signals mit Störsignalen. Interferenz stört einen Empfänger beim Empfangen und De- codieren des gewünschten Signals. Senden beispielsweise mehrere Geräte ihre Datenpakete gleichzeitig auf einem Frequenzkanal zu einer Basisstation, so kommt es zu Paketkollisionen an dieser Basisstation. Eine wichtige Funktion ist deshalb das Interferenzmanagement, das heißt die Interferenzsignalverarbeitung und das Vermeiden oder Reduzieren von Interferenz mithilfe von Vielfachzugriffsprotokollen oder Schedulingverfahren. Dabei ist zu beachten, dass ein Empfänger im Allgemeinen keiner konstanten Interferenzleistung aus- gesetzt ist, sondern diese in hohem Maße über die Zeit und den Ort des Empfängers variiert. Gründe für dieses dynamische Verhalten sind zum Beispiel die Mobilität von Geräten und Hindernissen sowie das variierende Sendeverhalten. Im FWF- Projekt Interferenzdynamik in drahtlosen Netzen wurde diese zeitliche und örtliche Dynamik von Interferenz grundlegend erforscht. Es wurden stochastische Interferenzmodelle entwickelt und daraus Ausdrücke für die Übertragungsqualität hergeleitet. Ein besseres Verständnis der Interferenzdynamik ist für das Interferenzmanagement von essentieller Bedeutung. Um die Zuverlässigkeit von drahtlosen Übertragungen zu verbessern, wird ein Signal oft über mehrere Antennen (örtliche Diversität) oder mehrmals hintereinander (zeitliche Diversität) übertragen. Die Leistungsfähigkeit dieser Ansätze hangt jedoch vom Unterschied der Interferenzen in den verschiedenen Übertragungswegen bzw. Zeitpunkten ab. Sind die Interferenzwerte zweier Wege hoch korreliert, ist es nicht sinnvoll, ein Signal in kurzen Abstanden über beide Wege zu übertragen, da entweder beide erfolgreich oder beide erfolglos waren. Diversitätsverfahren funktionieren jedoch sehr gut, wenn die Übertragungswege unabhängig voneinander sind. Das Projekt trug zur Theorie der Interferenzdynamik auf mehreren Ebenen bei: Erstens wurde die Interferenzdynamik anhand einer Vielzahl von Szenarien charakterisiert, indem der Korrelationskoeffizient sowie die gemeinsame Wahrscheinlichkeit von erfolgreichen Übertragungen zu verschiedenen Zeitpunkten und Orten berechnet wurden. Zweitens wurden mathematische Methoden entwickelt, sogenannte Interferenzfunktionale, die für eine Vielzahl von Analysemethoden in drahtlosen Netzen wichtig sind. Drittens wurde gezeigt, dass die Interferenzdynamik einen entscheidenden Einfluss auf die Performanz von Diversitätstechniken hat. In einem Nachfolgevorhaben sollen die gewonnenen Erkenntnisse zur Prädiktion von Interferenz eingesetzt werden.