Molekulare Kommunikation

Herkömmliche drahtlose Kommunikationssysteme verwenden elektromagnetische (EM) Wellen zur Informationsübertragung. Dieser Ansatz ist für viele konventionelle Anwendungen, wie z.B. dem Mobilfunk, der Kabelübertragung, etc., gut geeignet. Für Anwendungen, bei denen Netzwerkknoten mit Abmessungen im Nano- oder Mikrobereich kommunizieren müssen, oder für Kommunikation in schwierigen Umgebungen, wie z.B. in Flüssigkeiten oder in explosiven Gasen, sind EM-basierte Kommunikationssysteme aber oft ungeeignet. Für solche Anwendungen wurde das neue Konzept der molekularen Kommunikation (MK) vorgeschlagen. Im nebenstehenden Bild ist der Grundaufbau einer möglichen Partikel-basierten MK gezeigt. Hierbei werden Moleküle oder sehr kleine Partikel mit Abmessungen in Bereich von Mikro- bis Nanometern als Informationsträger verwendet. Diese Informationsträger werden von einem Sender in einen Übertragungsweg geleitet, dem sogenannten Kanal, der diese zu einem Empfänger führt, wo die Teilchen detektiert werden können. Werden die Teilchen in einem bestimmten Muster übertragen, kann in der Art und Weise eine Information aufgeprägt und mitübertragen werden.

Während die Mehrzahl der bisherigen Arbeiten auf diesem Gebiet Nano- und Mikroanwendungen – oft mit biologischem oder medizinischem Bezug – im Fokus hatte, wird zunehmend auch die Eignung von MK für makroskopische industrielle Anwendungen untersucht. Zu diesem Zweck müssen die notwendigen kommunikations- und informationstheoretischen Werkzeuge, eine leistungsfähige Simulationsumgebung und flexible Testbeds und Demonstratoren entwickelt werden.

Projektziel
Das Gesamtziel des Verbundvorhabens ist die Erforschung der Eignung von makroskopischer MK für industrielle Anwendungen. Zu diesem Zweck sollen flüssigkeits- und luftbasierte makroskopische MK-Systeme entworfen und demonstriert werden. Dazu sollen Schritt für Schritt alle notwendigen Funktionalitäten (z.B. Modulations-, Kanalschätz-, und Detektionsverfahren) und Werkzeuge (z.B. analytische Methoden, effiziente Simulationsumgebungen, geeignete Testbeds und Demonstratoren) entwickelt werden. Darüber hinaus sollen konkrete Anwendungsszenarien („Use Cases“) für MK erarbeitet und die jeweiligen Vor- und Nachteile der vorgeschlagenen MK-Konzepte im Vergleich zu existierenden Alternativlösungen evaluiert werden.

Verbundpartner

• Prof. Robert Schober, IDC, FAU Erlangen-Nürnberg
• Prof. Georg Fischer, LTE, FAU Erlangen-Nürnberg
• Dr. Dr. Jens Kirchner, LTE, FAU Erlangen-Nürnberg
• Prof. Holger Boche, TU München
• Prof. Peter Adam Höher, Christian-Albrechts-Universität zu Kiel
• Prof. Hans Schotten, TU Kaiserslautern
• Prof. Falko Dressler, Universität Paderborn