QOSMOS: Kognitive Funktechnologie optimiert Funkfrequenznutzung

Mit der steigenden Anzahl und Vielfalt von Smartphones und anderen internetfähigen Geräten wächst auch der Bedarf für ein größeres Funkfrequenzspektrum. In die kognitive Funktechnologie, die im EU-finanzierten Projekt QOSMOS entwickelt wurde, werden große Hoffungen gesetzt: Sie könnte zum Erreichen dieses Ziels beitragen und gleichzeitig die Telekommunikationskosten begrenzen, die angebotene Dienste verbessern und völlig neue Märkte eröffnen. [...]

QOSMOS-Projekt: Kognitive Funktechnologie als Problemlöser (c) Ezio Gutzemberg - Fotolia.com
QOSMOS-Projekt: Kognitive Funktechnologie als Problemlöser

In naher Zukunft wird sich die Telekommunikationsbranche mit drei Herausforderungen konfrontiert sehen: dem Bedarf für ein breiteres Funkfrequenzspektrum, stetig wachsenden Datenmengen und einem zunehmenden Preisdruck durch den Verbraucher. Das Spektrum hingegen ist eine endliche Ressource.

Die Mitglieder des http://www.ict-qosmos.eu/ - external-link>QOSMOS-Projekts befassten sich mit dem zweifachen Problem von Knappheit und Kosten und entwickelten eine kognitive Funktechnologie, welche die Nutzung des Funkfrequenzspektrums dynamisch optimiert, indem auf wenig genutzte Bereiche zugegriffen wird und Frequenzen von verschiedenen Geräten gemeinsam genutzt werden.

„Das Ziel ist es, isoliert genutzte Bereiche abzubauen,“ sagt Projektkoordinator Michael Fitch von British Telecom. „Jeder neue Dienst und jede neue Technologie benötigt einen neuen Frequenzbereich, und wenn viele verschiedene Geräte jeweils über ihren eigenen Bereich verfügen, entstehen solche isoliert genutzte Bereiche.“

Dies macht Spektrummanagement sehr ineffizient. Die Projektpartner haben daher drei Technologien entwickelt: eine zentralen Manager, der das „Portfolio“ des Spektrums einer Region oder eines Landes in Echtzeit steuert, eine Ressourcenverwaltung, die das Spektrum einzelnen Systemen zuweist und die Umgebung überprüft, sowie ein Terminal für kognitiven Funk.

Die Projektmitglieder entwickelten darüber hinaus den Prototyp eines Sende-Empfängers, um FBMC-Wellenformen (Filter Bank Multicarrier) zu erzeugen. Man geht davon aus, dass FBMC die aktuell weit verbreitete OFDM-Technologie (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) ersetzen wird. Bei FBMC-Übertragung wird das Spektrum in rechteckige Blöcke eingeteilt, sodass es dicht gepackt ist und effizienter genutzt werden kann.

INTERFERENZEN VERMEIDEN
Da durch QOSMOS wenig genutzte Bereiche des bereits zugewiesenen Spektrums verwendet werden sollen, ist ein entscheidender Aspekt die Vermeidung von Interferenzen. Beispielsweise wurde in einem frühen Pilotversuch der britischen Medienaufsichtsbehörde Ofcom Technologie aus dem QOSMOS-Projekt eingesetzt, um auf TV-White Spaces zuzugreifen, d. h. auf ungenutzte, TV-Sendern zugeordnete Bereiche im UHF-Frequenzband. Ohne intelligentes Spektrummanagement könnten Interferenzen von sekundären Spektrumbenutzern die Sendequalität für die Zuschauer beeinträchtigen.

„Zur Vermeidung von Interferenzen wird tiefergehende Spektrumverwaltung erforderlich“, so sagt Fitch. „Und es geht nicht nur um die Auswahl des optimalen Frequenzbereichs, sondern auch um die geeignete Wellenform.“ Er betont des Weiteren, dass die Anzahl und Vielfalt der Geräte, die pro Zelle auf das Netz zugreifen, gewaltig ist, und dass jedes Gerät andere Anforderungen hat. So überträgt z. B. ein Automatisierungssensor regelmäßig Zustandsinformationen mit geringem Datenvolumen, wohingegen eine Set-Top-Box für den Fernsehempfang eine viel höhere Bandbreite mit erheblich komplizierterem Spektrummanagement notwendig macht.

MEHR ALS TECHNOLOGIE
Die Mitglieder des QOSMOS-Konsortiums entwickelten nicht nur die Technologie, sie befassten sich auch damit, wie sie eingesetzt werden könnte. Sie führten eine Analyse der Wertschöpfungskette durch und entwickelten Anwendungsfälle, welche die Kosten des Zugriffs auf wenig genutzte Frequenzbereiche mit dem Neukauf von Spektrum vergleicht, und sie ermittelten die Bereiche, in denen kognitive Funktechnologie vermarktet werden könnte.

Besitzer von Frequenzbereichen könnten etwa ihre Spektrumressourcen für kurze Zeiträume vermieten, während Netzwerkmanager hochwertige Dienste für das Spektrummanagement anbieten könnten. Mit der Zeit könnte ein vollkommen neuer Markt für den Mikro-Handel mit Frequenzbereichen entstehen.

Das Projekt gipfelte in Veranstaltungen, die von British Telecom im Vereinigten Königreich bzw. von Microsoft in Washington, D.C. abgehalten wurden. Das französische Commissariat à l’Energie Atomique führt derzeit die Entwicklung des FBMC-Sende-Empfängers weiter, und mehrere Konsortiumsmitglieder werden die Technologie für das Spektrummanagement wahrscheinlich vermarkten. Darüber hinaus ist die britische Behörde Ofcom laut Fitch bereit, die TV-White Spaces ab 2015 zu kommerzialisieren.

QOSMOS dauerte von Januar 2010 bis März 2013 und umfasste 14 Konsortiumspartner aus der EU sowie einen weiteren Partner aus Japan. Das Projekt wurde mit 9,4 Millionen Euro aus dem 7. Rahmenprogramm gefördert. (pi)

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