Während sich die Infrastruktur für den 5G-Standard derzeit noch im Aufbau befindet, wird im Projekt »ARIADNE« (Artificial Intelligence Aided D-band Network for 5G Long Term Evolution) bereits an dessen Optimierung geforscht. 5G zeichnet sich durch hohe Frequenzen und damit hohe Übertragungsraten aus, die beinahe latenzfreie Übertragungen ermöglichen. Jedoch ist die dafür nötige Sichtverbindung gerade in urbanen Gebieten nicht immer gewährleistet. Durch den sog. Auslöschungseffekt, bei dem eine reflektierte Kopie das eigentliche Signal überlagert, kann es zu Verbindungsstörungen kommen. Solche Szenarien sollen mit der »Beyond 5G«-Technologie des ARIADNE-Projekts besser handhabbar sein. Ziel ist die Entwicklung einer energieeffizienten und zuverlässigen Mobilfunkkommunikation im hochfrequenten D-Band (130 – 174,8 GHz).

Forschungsschwerpunkte

ARIADNE widmet sich drei großen Forschungsbereichen:

Entwicklung von Hardware-Komponenten: In diesen Forschungsschwerpunkt bringt das Fraunhofer IAF seine Kompetenzen aus dem Bereich der Hochfrequenzelektronik ein und entwickelt gemeinsam mit seinen Partnern neue Funkmodule mit höchster spektraler Effizienz, die die Frequenz-Diversität ausnutzen und eine Steuerschnittstelle für die Optimierung im Netz bieten. Dabei soll erstmals die neue 20-nm-InGaAs-HEMT-Technologie auf Silizium eingesetzt werden.

Erforschung von Metaoberflächen: Um Netzstörungen bei Nicht-Sichtverbindungen zu vermeiden, wird in ARIADNE die Optimierung der Funkverbindung durch Metaoberflächen erforscht. Metaoberflächen sind verstellbare Reflektoren für Funkwellen und sollen Netzsteuerungsproblemen in urbanen Gebieten entgegenwirken, indem sie Funkwellen reflektieren und damit die Ausbreitung außerhalb der Sichtverbindung gewährleisten. Bereits heute kommen Metaoberflächen in niedrigeren Frequenzbereichen zum Einsatz, sollen im Rahmen von ARIADNE aber auch auf das D-Band angepasst werden. Die Steuerung der Metaoberflächen erfolgt über einen zentralen Netzcontroller.

KI-basierte Anpassung der Netzsteuerung: Um eine konstante und bei jeder Wetterlage zuverlässige Funkverbindung bereitzustellen, sollen Methoden des maschinellen Lernens und der künstlichen Intelligenz (KI) für das Netzmanagement eingesetzt werden. Durch maschinelles Lernen wird eine fundierte Datenanalyse bereitgestellt, auf deren Grundlage ein KI-basiertes Netzsteuerungssystem Probleme frühzeitig erkennen und abwenden soll.

Demonstratoren veranschaulichen Forschungsergebnisse

Nach Abschluss des Projekts Ende 2022 sollen zwei Demonstratoren entstehen: Der erste Demonstrator soll eine bei allen Wetterbedingungen zuverlässige Verbindung über 100 m mit einer Datenrate von 100 Gbit/s erreichen. Der zweite Demonstrator soll als Proof-of-Concept im Labor zeigen, wie eine Metaoberfläche die Ausbreitungsbedingungen für eine Funkübertragung in der Umgebung verbessern kann.

An ARIADNE sind neben dem Fraunhofer IAF zehn weitere Partner aus fünf europäischen Ländern beteiligt. Das Projekt wird von der Europäischen Union im Rahmen des Programms »Horizon 2020« gefördert.