FORTE – Facility for Over-the-Air Research and Testing

Hybrid Low-Cost Multiantennen-GNSS-Empfänger (HYLOC)

Das Ziel von HYLOC ist die Untersuchung und Funktionsvalidierung einer neuartigen Mehrantennen-GNSS-Empfängerarchitektur, die ähnliche Robustheitseigenschaften aufweist wie verfügbare High-End-Empfänger, aber aufgrund ihrer wesentlich geringeren Komplexität mit drastischen Bauteilkosten- und Platzeinsparungen sowie einem geringen Energieverbrauch einhergeht.

Die Empfängerarchitektur soll in komplexen Funkumgebungen auch bei starken Störsignalen und Mehrwegeausbreitung zuverlässige Positions-, Geschwindigkeits- und Zeitinformationen liefern. Dafür kommt anstatt der bisher eingesetzten rein digitalen Beamforming-Verfahren ein neues hybrides Verfahren zum Einsatz. Dabei wird in der ersten Stufe analoges Nullsteering durchgeführt, um Störquellen auszublenden. In einer zweiten digitalen Stufe werden die Empfangs-Beams in Richtung der Satelliten ausgerichtet, um Mehrwegesignale und weitere Störquellen auszublenden.

Im Rahmen der Grundlagenforschung soll ein erstes Labormuster eines diskret aufgebauten analogen Beamformers entstehen, welcher die qualitative Verifikation in der Anwendung ermöglicht.

Projektinformation HYLOC

Drone-Shield

5G-Mobilfunksysteme sollen zukünftig durch vertikale Services die Flugdatenerfassung und Flugkontrolle für die kommerzielle Anwendung von Drohnen unterstützen. Dabei kommt es vor allem auf die Verifikation übertragener Flugdaten und den Nachweis nicht-regelkonformen Verhaltens an. Ziel des Vorhabens »Drone-Shield« ist es, die dafür notwendigen hardware- und software-basierten Funktionen zu entwickeln, die mit der Standardfunktionalität von 5G nicht ohne Weiteres umsetzbar sind.

Projektinformation Drone-Shield

Entwicklung multistandardfähiger Modems und Funktestlösungen für den weltweiten Einsatz im Schienenverkehr (EMMTES)

FRMCS (Future Railway Mobile Communication System) ist der neue globale Standard für Kommunikationsanwendungen im Schienenverkehr. Zukünftige Funkmodems für die Bahnkommunikation sollen gleichzeitig für den bestehenden 2G- sowie die neueren 4G- und 5G-Standards geeignet sein und dabei alle geforderten Frequenzbänder und Leistungsmerkmale für den FRMCS-Betrieb unterstützen. Dafür ist eine neue Generation von Funkmodulen nötig, für die im Projekt EMMTES ein Konzept entwickelt wird. Ergänzend dazu soll eine skalierbare und zukunftsfähige Testinfrastruktur für die Funkkanalemulation erarbeitet und demonstriert werden, die spezifische Bahnanwendungen berücksichtigt.

Dieser Ansatz kommt dem Bedarf an zukunftsfähigen Funkmodulen entgegen, der in der Migrationsphase und darüber hinaus in der Realisierung zukünftiger Kommunikationsanwendungen erwartet wird. Durch die standardkonforme und interoperable Umsetzung sollen die entwickelten Module weltweit in allen FRMCS-basierten Bahnnetzen einsetzbar sein

Virtuelle Elektromagnetische Umgebung für die Erprobung und Entwicklung von Funksystemen (VEUSys)

Ziel des Vorhabens ist die Erweiterung einer bereits bestehenden Geräteinfrastruktur in der Fraunhofer-Versuchsanlage FORTE (Facility for Over the air Research and TEsting) für den Test von Funksystemen über die Luftschnittstelle in einer virtuellen elektromagnetischen Umgebung. Diese Umgebung soll es ermöglichen, beliebige Funkanwendungen im Bereich von wenigen MHz bis 6 GHz unter realistischen Wellenausbreitungsbedingungen wiederholbar und unter kontrollierten Bedingungen zu emulieren.

Aufgrund der Zunahme der Komplexität und der Vielzahl der Anwendungsszenarien von Funksystemen sind Freifeldtests oftmals zu kostenintensiv und/oder aufgrund von regulatorischen Einschränkungen nicht zulässig (z. B. Frequenzregulierung, nur sehr begrenzt mögliches autonomes Fahren im Testbetrieb). Das Testsystem findet Anwendungen in den Bereichen des Mobilfunks (4G, 5G), der Satellitennavigation (GPS, Gallileo), der Fahrzeug-zu-Fahrzeug-, der Fahrzeug-zu-Infrastruktur- sowie der Industriekommunikation.

Modulare Signalverarbeitungsplattform für Mobilkommunikation und Funksensorik (RadioLab)

Ziel des Vorhabens ist die Anschaffung und Inbetriebnahme einer Signalverarbeitungsplattform für Anwendungen in der Mobilkommunikation und Funksensorik. Das anzuschaffende Großgerät soll in einem variablen Frequenzbereich bis 20 GHz und mit einer Bandbreite von bis zu 800 MHz HF-Signale erfassen und erzeugen können. Die sender- und empfängerseitige Mehrkanaligkeit unterstützt moderne Mehrantennen-MIMO-Prinzipien (MIMO: Multiple-Input-Multiple-Output). Die enthaltene FPGA-Rechenleistung erlaubt eine programmierbare Echtzeitsignalverarbeitung.

Das Gerät ist besonders für Anwendungen auf den Gebieten der Funkkanalmessungen (Channel Sounding), MIMO-Funkkommunikation sowie Funklokalisierung und Radarsensorik ausgelegt. Damit wird die Demonstration von Signalverarbeitungsprinzipien ermöglicht, die vor allem im Kontext des zukünftigen Mobilfunkstandards der 5. Generation interessant werden.

Test- und Kalibriersystem zur Analyse hochdynamischer, frequenzumsetzender Millimeterwellen-Komponenten und -Systeme bis 300 GHz (CALeX300)

Ziel des Vorhabens ist die Implementierung einer Messumgebung, um Systemkomponenten wie Frequenzumsetzer, Verstärker, Transceiver-Strukturen und Antennen im Millimeterband bis zu einer Frequenz von 300 GHz zu analysieren, zu charakterisieren und in Hinsicht auf ihre Performanz zu bewerten. Dies ist essentiell für die Entwicklung und Erprobung von Komponenten und Systemen im Bereich der Millimeterwellen für 5G und anderer zukünftiger breitbandiger Kommunikationssysteme. Die Messtechnik soll es ermöglichen, beliebige Systemkomponenten im Bereich von wenigen kHz bis 300 GHz unter realistischen, breitbandigen und frequenzumsetzenden Betriebsparametern zu testen und stellt ein enormes wissenschaftliches sowie wirtschaftliches Potential bei der Entwicklung, der Erprobung und dem Test von Millimeterwellen-Breitband-Funksystemen dar.

Millimeterwellen Over-The-Air Testumgebung (MOTA)

Im Mittelpunkt des Vorhabens steht die Erweiterung einer bereits bestehenden Geräteinfrastruktur im sub-6-GHz Bereich in der Fraunhofer-Versuchsanlage FORTE (Facility for Over the air Research and TEsting). Ziel ist die Bereitstellung einer breitbandigen Over-the-Air (OTA) Millimeterwellen-Testumgebung, um breitbandige Funksysteme, die hauptsächlich im Millimeterwellenbereich liegen, zu entwickeln, erproben und demonstrieren.

Die beantragte Testumgebung für breitbandige Millimeterwellenfunksysteme umfasst sowohl das terrestrische als auch das Satellitenumfeld. Sie soll dazu dienen, die entwickelten Systemkomponenten wie Frontend, Antennenarray und Modem sowie die prototypischen Implementierungen von Signalverarbeitungsalgorithmen auf SDR-Plattformen gemeinsam in einer Umgebung zu testen. Zudem soll deren Zusammenspiel erprobt bzw. demonstriert werden. Zu den beantragten Erweiterungen gehören 24 dual-polarimetrische Hornantennen, breitbandige Up-/Down-Konverter, mehrkanalige digitale Verarbeitungsknoten, vielkanalige Netzwerkswitches sowie Backplane-Server. 

5G Funkkommunikationstester für Over-the-Air Testumgebung (FunOTA)

In dem Vorhaben geht es um die Weiterentwicklung der Test- und Analysefähigkeiten der Fraunhofer-Versuchsanlage Facility for Over-the-Air Research and TEsting (FORTE) im Bereich der 3GPP-Mobilfunkstandards 5G und 6G. Die hohe Entwicklungsdynamik in diesem Sektor erfordert eine Erweiterung der Labore mit speziellen Mess- und Prüfgeräten. Um wettbewerbsfähig zu bleiben und weiterhin standardkonforme Tests an zukünftigen Endgeräten bzw. Systemen durchführen sowie Testmethoden entwickeln zu können, soll ein neuer Funkkommunikationstester beschafft werden. 

Dies dient als Grundlage für die Entwicklung und Verifizierung zukünftiger Beiträge des Fraunhofer IIS auf den Gebieten der Forschung und Standardisierung der 3GPP-Mobilfunkstandards. Die Demonstration des Funktionsumfangs und der Leistungsfähigkeit der zu entwickelnden Testumgebungen bzw. der zu testenden Systeme nimmt daher eine zentrale Rolle ein.

Umgebungs- und Zustandsbezogene Interpretation von V2X-Multi-Link-Funkkanalmessungen durch Metadaten (Meta4MuLi)

Ziel des Vorhabens ist die Anschaffung einer Geräteinfrastruktur zur Charakterisierung der Umgebungssituation mehrerer mobiler Messknoten und interagierender Objekte einschließlich ihrer exakten räumlichen und zeitlichen Bezüge. Die Ergänzung von Funkkanalmessungen um Meta-Daten ermöglicht völlig neue Forschungsansätze, wie z.B. die umgebungs- und situationsbasierte Vorhersage der Wellenausbreitung in sich dynamisch verändernden Messumgebungen. Mit dieser strategischen Investition soll die wissenschaftliche Wettbewerbsfähigkeit des Antragstellers zusammen mit der TU Ilmenau gesichert werden.

Gemeinsame Kommunikation und Sensorik für Funksysteme der 6. Generation (GKS-6G)

Die Forschungsgruppe beschäftigt sich damit, eine Radar-Sensorik-Funktionalität in die Funksysteme der 6. Generation zu integrieren – mit Schwerpunkt auf den Mobilfunkstandard. Dabei werden neue Mechanismen für das Channel State Information (CSI) Reporting entwickelt. Bisher verfügt der 5G-Mobilfunkstandard über keine Sensorik-Funktionalität.

Zusätzlich werden verschiedene Konzepte und Lösungen für verteilte und kooperative Sensorik sowie Datenfusion des CSI erarbeitet. Diese basieren auf Methoden der Künstlichen Intelligenz und dienen der Umgebungserkennung und Optimierung der Funkressourcen. Das Vorhaben wird durch den Freistaat Thüringen aus Mitteln des Europäischen Sozialfonds Plus gefördert.

Echtzeit-MIMO-Channel-Sounder für richtungsaufgelöste Multi-Band-Messungen in Fahrzeugszenarien (Sound4MuBA)

Das Vorhaben verfolgt das Ziel ist, den bestehenden Echtzeit-MIMO-Sounder um Antennen-Array-Systeme für FR1- und FR3-Bänder zu erweitern. Hierdurch werden richtungsaufgelöste Charakterisierungen in dynamischen Fahrzeugszenarien möglich. Die neuen FR3-Bänder spielen für zukünftige 6G-Mobilfunksysteme und insbesondere für ICAS-Anwendungen eine wesentliche Rolle. Die gemeinsame Betrachtung von FR1- und FR3-Bändern ermöglicht völlig neue Forschungsansätze. Mit dieser strategischen Investition soll die wissenschaftliche Wettbewerbsfähigkeit des Antragstellers zusammen mit der TU Ilmenau gesichert werden.

Das vom Freistaat Thüringen geförderte Vorhaben wurde durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert.

Measurement Platform for Dynamic Communication and Sensing Scenarios (DynComSens)

Ziel des Vorhabens ist die Beschaffung eines Highspeed Data-Recording-Systems zur Erweiterung einer mehrkanaligen und echtzeitfähigen Plattform zur Messwellenformerzeugung und -erfassung im Basisband mit sehr hohen Bandbreiten (> 12 GHz). Dieses wird in Verbindung mit geeigneten Frequenzumsetzern im cmWave-, mmWave- und sub-THz-Bereich für hochauflösende dynamische Applikationen und Szenarien im Bereich der Funkkanalerfassung mit sehr hohem Bandbreitenbedarf benötigt. So lassen sich zukünftige Zielmärkte, zum Beispiel im Bereich der Mobilkommunikation, adressieren. Aufgrund der mehrkanaligen Signalerzeugung und Echtzeiterfassung können zeitvariante Messungen bei verschiedenen Frequenzbändern bzw. Polarisationsausrichtungen simultan mit sehr hohen Bandbreiten mit einer Erfassungsdauer über mehrere Minuten durchgeführt werden.

Das vom Freistaat Thüringen geförderte Vorhaben wurde durch Mittel der Europäischen Union im Rahmen des Europäischen Fonds für regionale Entwicklung (EFRE) kofinanziert.