Area 2 – Kommunikationssysteme: Energieeffizienz für mobile Endgeräte und Infrastrukturen

Die Verbundprojekte der Area 2 erforschen die Verbesserung der Software und Hardware in modernen mobilen Kommunikationssystemen sowie die erforderlichen Systemkomponenten. Ziel ist die Entwicklung von Basistechnologien für energieeffiziente Systeme und leichte webkompatible Endgeräte.

Kommunikation und die Teilhabe aller an dieser stellen die Welt vor eine stetig größer werdende Herausforderung. Allein der globale Mobilfunkverkehr wird sich laut Prognosen des amerikanischen Telekommunikationsunternehmens Cisco Systems bis 2014 um das 39-fache erhöhen. Die geographisch höchsten Wachstumsraten haben dabei der Mittlere Osten und Afrika mit jährlich 133 Prozent, gefolgt von Asien und der Pazifikregion mit 119 Prozent und Nordamerika mit 117 Prozent. Die Gründe für diese explodierenden Wachstumsraten liegen vor allem in den großen infrastrukturellen Unterschieden zwischen den Regionen weltweit, die aus Ressourcengründen nicht mit Kupfer oder Glasfaserkabeln ausgestattet werden können. Hier leistet die Mobilfunktechnik der nächsten Generation (LTE, „Long Term Evolution“) einen bedeutenden Beitrag dafür, dass Volkswirtschaften binnen kurzer Zeit Jahrzehnte der wirtschaftlichen Rückständigkeit aufholen, weil sie kostengünstig an das globale Datennetz angeschlossen werden können. Gleichzeitig gab es in den letzten zwei Jahren weltweit einen Nachfrageboom nach mobilen Endgeräten (Netbooks, Smartphones, Tablet-PCs, E-Reader etc.), dessen Ende nicht absehbar ist.

In Area 2 erforschen die Projektpartner der Projekte CoolReader, CoolBaseStations, CoolBroadcastRepeater, CoolSoftware, CoolRF28, CoolRelay, CoolDigitalRadio sowie CoolCellular, CoolWirelessAudio, CoolPOF, CoolNavigate, CoolCar und CoolIMES die Kommunikationsstrukturen der Zukunft.

Im Projekt CoolReader arbeiten die Forscher an der Entwicklung eines nahezu energieautarken, elektronischen Lesegerätes (Business Reader), das mit Solarzellen betrieben werden kann. Bei der Erarbeitung der dafür notwendigen Komponenten sind bereits Erfolge zu vermelden: Die erste Version eines mechanisch flexiblen Gerätedeckels mit nichttransparenten bifokalen hocheffizienten Solarzellen, der gleichzeitig als Displayschutz dient, ist bereits Ende Februar 2011 verfügbar. Auch Testchips zur Optimierung des Powermanagements und der Signalverarbeitung sind bereits entworfen worden.

Neben der Entwicklung von Endgeräten ist die Verbesserung der Energieeffizienz bei Infrastrukturen mobiler Kommunikationsnetzen besonders wichtig. Damit befassen sich die Vorhaben CoolBaseStations, CoolBroadcastRepeater und CoolCellular. Die Projektpartner von CoolBroadcastRepeater wollen auch Randbereiche und Abschattungen durch kleine, effiziente Signalrepeater mit guten Rundfunksignalen versorgen und die für ein gutes Signal nötige Sendeleistung von Rundfunktürmen reduzieren – so werden auch Strahlenbelastung und Energiebedarf verringert. Die Forscher im Projekt CoolBaseStations arbeiten an Schlüsseltechniken und –komponenten zur Verbesserung der Energieversorgung mittels Solar- oder Brennstoffzellen, die in Zukunft einen netzautarken Betrieb von Basisstationen in Makro- und Femtozellen ermöglichen sollen. Ihre Arbeit wird von der im Projekt CoolSoftware entwickelten Systemsoftware zur Optimierung des Energieverbrauchs der Rechnerressourcen und den Forschungen des Projektes CoolCellular zur Auslegung der Mobilfunksysteme in Abhängigkeit von Effizienz, Netzabdeckung, Nutzerlast, Fläche und Zellart ergänzt.

In der nächsten Forschungsphase von Cool Silicon werden nun die bestehenden Projekte fortgeführt und durch die Projekte CoolRF28 und CoolRelay ergänzt, die Designkits für die neueste 28-nm-CMOS-Generation und hochperformante Relays erforschen. Ihre Kombination soll den Energiebedarf für Schaltungen des UMTS und LTE Hochvolumenmarktes um die Hälfte reduzieren und leistungsstarke energieeffiziente Mobilfunknetze ermöglichen. Das Projekt CoolDigitalRadio erforscht den Übergang von analoger zu digitaler Rundfunkversorgung mit sehr guten Empfangseigenschaften bei leistungsarmem Betrieb und CoolWirelessAudio entwickelt ein echtzeitfähiges Kommunikationssystem für die drahtlose Audiosignalübertragung. Der drahtgebundenen Kommunikation mit festinstallierten Kommunikationsnetzen, zum Beispiel in Gebäuden, widmet sich das Projekt CoolPOF. Auch Softwaresysteme im Automobil sind mit CoolCar Teil der Forschung. CoolNavigate setzt auf CoolSoftware aus Phase 1 auf und fokussiert auf die Optimierung der Anwendungsverteilung in mobilen Endgeräten.

Gemeinsam entwickeln die Partner der Verbundprojekte in Area 2 Komponenten, Anwendungen und Lösungen für die Herstellung und den Betrieb hochperformanter mobiler Endgeräte mit niedrigem Energiebedarf und tragen so zur Lösung eines globalen Problems bei. Denn: Mithilfe der Entwicklungen aus dem Spitzencluster Cool Silicon kann der wachsenden Nachfrage nach Kommunikationsteilhabe bei geringeren Kosten und nahezu gleichbleibendem Energiebedarf entsprochen werden.

Kontakt: media@cool-silicon.org