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Im Teilprojekt Cool Wireless Audio des sächsischen Spitzenclusters für Energieeffizienz in der IKT Cool Silicon arbeiten die Forscher an einem drahtlosen Kommunikationssystem, das die drahtlose Übertragung einer hohen Anzahl von unabhängigen und echtzeitfähigen Audiokanälen in hoher Qualität bei geringem Leistungsverbrauch ermöglicht.

 

„So soll beispielsweise eine Übertragung von bis zu hundert Audiokanälen mit einer Sampling-Rate von 48 Kilohertz und 16 bis 24 Bit sowie optional von Videokanälen in HDTV-Qualität ermöglicht werden“,  erläutert Dr. Corrado Carta, Projektleiter am Lehrstuhl für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie der Technischen Universität (TU) Dresden. „Unter Berücksichtigung des für die drahtlose Datenübertragung erforderlichen Protokolloverheads werden Datenraten bis 1 Gigabyte pro Sekunde bei einer sehr geringen Fehlerrate und hohen Robustheit der Drahtlosverbindung benötigt.“

 

An dem Forschungsprojekt, das durch das Sächsische Ministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) mit knapp 800.000 Euro gefördert wird, beteiligen sich neben den Wissenschaftlern der TU Dresden auch die Freedelity GmbH aus Dresden, die IMM Ingenieurbüro GmbH aus Mittweida sowie die beyerdynamic GmbH & Co. KG aus Heilbronn, einer der etablierten und weltweit anerkannten Anbieter im Bereich der drahtlosen Konferenz- und Kommunikationssysteme.

 

„Existierende Drahtlossysteme für professionelle Übertragung von Audio- und Videosignalen arbeiten in den UHF/VHF-Bändern unterhalb 1 GHz und teilweise auch im 2,4 GHz ISM-Bereich“, erläutert Carta. „Durch die Einführung des digitalen Fernsehens DVB-T in Europa wird es jedoch zunehmend schwieriger, ausreichende Bandbreiten für diese Anwendungen im UHF/VHF-Band zu erhalten. Die dort vorgeschriebene Kanalbandbreite von 200 kHz ist zudem sehr gering, was die Qualität einer digitalen Übertragung beeinträchtigt. Stand der Technik ist daher die analoge Frequenzmodulation, wobei die Audiosignale zusätzlich durch Kompander vorverarbeitet werden. Auch dadurch wird die Signalqualität deutlich eingeschränkt.“

 

Auch im 2,4 GHz-Band ist die Anzahl der Kanäle begrenzt, je nach Signalqualität z.B. auf acht Kanäle. „Zusätzlich beherbergt dieses Frequenzband auch die Bluetooth und 802.11b/g/n Standards“, so Carta. „Daher können massive Interferenzen die Performanz stark einschränken. So müssen Datenpakete oft mehrmals gesendet werden. Dies führt zu Verzögerungen, die für professionelle Audio- und Kommunikationssysteme nicht akzeptabel sind.“ Derselbe Effekt ergibt sich, wenn Daten komprimiert werden, um die Kanalbandbreite zu reduzieren.

 

Um diese Probleme zu vermeiden, wollen die Wissenschaftler das Frequenzband bei 5-6 GHz nutzen, da dort mit mehr als 450 MHz eine deutlich höhere Bandbreite zur Verfügung steht. Auch ist die Reichweite von Signalen in diesem Frequenzbereich sehr gut für die Anwendung geeignet. Sie erlaubt Distanzen bis zu etwa hundert Metern, auch durch Wände hindurch. Der Entwicklungsschwerpunkt bei diesem System liegt im Bereich der digitalen Signalverarbeitung.

 

Eine massive Verbesserung der Datenrate könne zudem durch die Nutzung des mehrere GHz breiten Frequenzbandes um 60 GHz ermöglicht werden. Dieses System eignet sich ebenfalls sehr gut für eine hochratige Übertragung über geringere Distanzen von bis zu 30 Metern. Dafür muss jedoch ein 60-GHz-Hochfrequenzfrontend entwickelt werden, da noch keine geeigneten und leistungsarmen Baugruppen auf dem Markt verfügbar sind.

 

„Die Bandbreite für drahtlose Konferenzkommunikationssysteme wird durch die 60-GHz-Technologie im Vergleich zum Stand der Technik mehr als verzehnfacht. Somit können zahlreiche Audiokanäle simultan in CD-Qualität unkomprimiert übertragen werden“, erläutert Projektkoordinator Carta. „Dadurch haben die beteiligten Partner einen klaren Technologievorsprung.“

 

Die Wissenschaftler werden zudem ein skalierbares Basisband, das sowohl für die 5-GHz- als auch die 60-GHz-Hochfrequenzschnittstelle geeignet ist, und eine Anwenderschnittstelle entwickeln. Generelle Optimierungsziele sind eine minimale Latenzzeit und ein minimaler Leistungsverbrauch bei einer hohen Robustheit der Datenübertragung.

 

Projektansprechpartner:

Technische Universität Dresden

Dr. Corrado Carta

Projektleiter am Lehrstuhl für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie

E-Mail: Corrado.Carta@tu-dresden.de

Telefon: +49 (0)351 463 43511Im Teilprojekt Cool Wireless Audio des sächsischen Spitzenclusters für Energieeffizienz in der IKT Cool Silicon arbeiten die Forscher an einem drahtlosen Kommunikationssystem, das die drahtlose Übertragung einer hohen Anzahl von unabhängigen und echtzeitfähigen Audiokanälen in hoher Qualität bei geringem Leistungsverbrauch ermöglicht.

 

„So soll beispielsweise eine Übertragung von bis zu hundert Audiokanälen mit einer Sampling-Rate von 48 Kilohertz und 16 bis 24 Bit sowie optional von Videokanälen in HDTV-Qualität ermöglicht werden“,  erläutert Dr. Corrado Carta, Projektleiter am Lehrstuhl für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie der Technischen Universität (TU) Dresden. „Unter Berücksichtigung des für die drahtlose Datenübertragung erforderlichen Protokolloverheads werden Datenraten bis 1 Gigabyte pro Sekunde bei einer sehr geringen Fehlerrate und hohen Robustheit der Drahtlosverbindung benötigt.“

 

An dem Forschungsprojekt, das durch das Sächsische Ministerium für Wissenschaft und Kunst (SMWK) mit knapp 800.000 Euro gefördert wird, beteiligen sich neben den Wissenschaftlern der TU Dresden auch die Freedelity GmbH aus Dresden, die IMM Ingenieurbüro GmbH aus Mittweida sowie die beyerdynamic GmbH & Co. KG aus Heilbronn, einer der etablierten und weltweit anerkannten Anbieter im Bereich der drahtlosen Konferenz- und Kommunikationssysteme.

 

„Existierende Drahtlossysteme für professionelle Übertragung von Audio- und Videosignalen arbeiten in den UHF/VHF-Bändern unterhalb 1 GHz und teilweise auch im 2,4 GHz ISM-Bereich“, erläutert Carta. „Durch die Einführung des digitalen Fernsehens DVB-T in Europa wird es jedoch zunehmend schwieriger, ausreichende Bandbreiten für diese Anwendungen im UHF/VHF-Band zu erhalten. Die dort vorgeschriebene Kanalbandbreite von 200 kHz ist zudem sehr gering, was die Qualität einer digitalen Übertragung beeinträchtigt. Stand der Technik ist daher die analoge Frequenzmodulation, wobei die Audiosignale zusätzlich durch Kompander vorverarbeitet werden. Auch dadurch wird die Signalqualität deutlich eingeschränkt.“

 

Auch im 2,4 GHz-Band ist die Anzahl der Kanäle begrenzt, je nach Signalqualität z.B. auf acht Kanäle. „Zusätzlich beherbergt dieses Frequenzband auch die Bluetooth und 802.11b/g/n Standards“, so Carta. „Daher können massive Interferenzen die Performanz stark einschränken. So müssen Datenpakete oft mehrmals gesendet werden. Dies führt zu Verzögerungen, die für professionelle Audio- und Kommunikationssysteme nicht akzeptabel sind.“ Derselbe Effekt ergibt sich, wenn Daten komprimiert werden, um die Kanalbandbreite zu reduzieren.

 

Um diese Probleme zu vermeiden, wollen die Wissenschaftler das Frequenzband bei 5-6 GHz nutzen, da dort mit mehr als 450 MHz eine deutlich höhere Bandbreite zur Verfügung steht. Auch ist die Reichweite von Signalen in diesem Frequenzbereich sehr gut für die Anwendung geeignet. Sie erlaubt Distanzen bis zu etwa hundert Metern, auch durch Wände hindurch. Der Entwicklungsschwerpunkt bei diesem System liegt im Bereich der digitalen Signalverarbeitung.

 

Eine massive Verbesserung der Datenrate könne zudem durch die Nutzung des mehrere GHz breiten Frequenzbandes um 60 GHz ermöglicht werden. Dieses System eignet sich ebenfalls sehr gut für eine hochratige Übertragung über geringere Distanzen von bis zu 30 Metern. Dafür muss jedoch ein 60-GHz-Hochfrequenzfrontend entwickelt werden, da noch keine geeigneten und leistungsarmen Baugruppen auf dem Markt verfügbar sind.

 

„Die Bandbreite für drahtlose Konferenzkommunikationssysteme wird durch die 60-GHz-Technologie im Vergleich zum Stand der Technik mehr als verzehnfacht. Somit können zahlreiche Audiokanäle simultan in CD-Qualität unkomprimiert übertragen werden“, erläutert Projektkoordinator Carta. „Dadurch haben die beteiligten Partner einen klaren Technologievorsprung.“

 

Die Wissenschaftler werden zudem ein skalierbares Basisband, das sowohl für die 5-GHz- als auch die 60-GHz-Hochfrequenzschnittstelle geeignet ist, und eine Anwenderschnittstelle entwickeln. Generelle Optimierungsziele sind eine minimale Latenzzeit und ein minimaler Leistungsverbrauch bei einer hohen Robustheit der Datenübertragung.

 

Projektansprechpartner:

Technische Universität Dresden

Dr. Corrado Carta

Projektleiter am Lehrstuhl für Schaltungstechnik und Netzwerktheorie

E-Mail: Corrado.Carta@tu-dresden.de

Telefon: +49 (0)351 463 43511