Forschung: Vollduplex-Technik verdoppelt Kapazität von Handynetzen

Forscher der Rice University haben eine Vollduplex-Technik für drahtlos verbundene Geräte wie Mobiltelefone und Tablet-PCs entwickelt, die den Weg für 5G-Netzwerke eröffnet. Sie erlaubt ihnen, in der Verbindung mit den Funkmasten auf einer Frequenz gleichzeitig zu „sprechen“ und zu „hören“. Die Forscher demonstrierten ein neues Gerät, mit dem Mobilfunkanbieter den Datendurchsatz ihrer Netze verdoppeln können, ohne einen einzigen neuen Funkmasten errichten zu müssen. Sie bewiesen die Funktionalität in einem echten Netzwerk.

Mobilfunktechnik erfordert bislang zwei verschiedene Frequenzen für Senden und Empfangen. Mit „Full-Duplex“ erfolgt die Kommunikation in beiden Richtungen gleichzeitig, wie es auch im telefonischen Festnetz der Fall ist. Im Mobilfunknetzen galt das lange als unmöglich, aber die Mitarbeiter der Rice University im texanischen Houston überwanden die Vollduplex-Hürde durch eine zusätzliche Antenne und einige Tricks. „Wir senden zwei Signale in einer Weise, dass sie sich an der Empfangsantenne aufheben – den Ohren des Gerätes“, erklärt Ashutosh Sabharwal, Professor an der Rice University. „Die Aufhebungswirkung ist nur lokal, so dass der andere Knoten noch immer hören kann, was wir senden.“

Laut Sabharwal benötigt diese Lösung kaum neue Hardware bei mobilen Geräten wie Netzwerken, weshalb sich so gut wie alle Netzbetreiber der Welt für sie interessierten. Die besondere Herausforderung sieht er darin, neue Mobilfunkstandards für Vollduplex zu entwickeln, die er in wenigen Jahren mit der Aufrüstung der Netzbetreiber auf Netze für 4.5G oder 5G erwartet.

Schon im Februar stellten Wissenschaftler der Stanford University ein System vor, das das gleichzeitige Senden und Empfangen von Funksignalen über einen einzigen Kanal erlaubte. Die Rice University ging jedoch einen Schritt weiter – ihre Demonstration wies eine zehnfach bessere Signalqualität als jemals zuvor auf. „Wir sind auch die Ersten, die asynchrones Vollduplex vorführen konnten“, erklärte Jade Boyd von der Rice University gegenüber ZDNet und ergänzte: „Unsere Leute haben die erste experimentelle Arbeit über Vollduplex mit Richtungsantennen veröffentlicht und konnten mit einer theoretischen Analyse aufwarten, um die experimentellen Ergebnisse zu erklären.“

Die Teams von Stanford und Rice gehen das gleiche Problem mit unterschiedlichen Methoden an. Die von Rice entwickelte Technik aber soll es den Handyherstellern erlauben, Vollduplex als zusätzlichen Modus mit vorhandener Hardware anzubieten, da sie bereits verbaute Komponenten dafür einsetzen können. „Das kommt den Geräteherstellern sehr entgegen, da der Platz knapp ist in mobilen Geräten“, erklärte Sabharwal. Es bedeutet, dass sie keine neue Hardware hinzufügen müssen, die nur Vollduplex unterstützt.“