Preisträger: Innovationspreis 2004

Revolution im Mobilfunk

• Software reduziert drastisch Störgeräusche in GSM-Handys
• Enorme Erhöhung der Kapazität von Mobilfunknetzen um bis zu 80 Prozent / Kosten nahezu Null / Erste Geräte in diesem Jahr
• Vodafone-Chef von Kuczkowski: „Quantensprung in der Mobilfunk-Technologie“

Einfach, aber genial: Ein kleines, jedoch um so leistungsfähigeres Software-Programm soll künftig alle lästigen Störgeräusche aus GSM-Mobilfunknetzen automatisch herausfiltern. Übrig bleibt das saubere Übertragungssignal. Drastisch wird mit diesem simplen Trick die Kapazität der Netze gesteigert – bis zu 80 Prozent! Das Ergebnis: Deutlich bessere Sprachqualität, weniger Gesprächsabbrüche und höhere Geschwindigkeit bei der Übertragung von Daten. Gleichzeitig wird die erforderliche Sendeleistung reduziert. Ein Team aus vier Ingenieuren von der Universität Erlangen-Nürnberg hat die Software in jahrelanger Arbeit entwickelt und wurde dafür jetzt mit dem Vodafone Innovationspreis 2004 ausgezeichnet. Jürgen von Kuczkowski, Vorsitzender des Stiftungskuratoriums und Vorsitzender der Geschäftsführung von Vodafone Deutschland, ist begeistert: „Diese Erfindung bedeutet einen Quantensprung in der Mobilfunk-Technologie. Denn Kapazität ist eine äußerst knappe Ressource – und damit bares Geld wert.“

Störgeräusche, so genannte „Interferenzen“, treten in jedem Mobilfunknetz auf. Sie entstehen durch die Überlagerung von Funksignalen mit gleicher Frequenz immer dort, wo sich mehrere Funkzellen überschneiden. Insbesondere in Ballungszentren und Innenstädten ist dies ein permanentes Problem, gegen das bislang kein Kraut gewachsen war. Zwar sind die Folgen – Gesprächsabbrüche oder eine „zerhackte“ Sprachübertragung – für den Handy-Nutzer selbst nur selten spürbar. Den Netzbetreibern jedoch verursachen die Interferenzen enorme Kosten, denn bislang können nur zusätzliche Kapazitäten und die Erhöhung der Sendeleistungen die Verluste durch Störsignale ausgleichen und die hohe Qualität der Verbindung sicherstellen.

In Zukunft könnte das inzwischen patentierte Verfahren für „Single Antenna Interference Cancellation“ (SAIC) der Erlanger Forscher Raimund Meyer, Wolfgang Gerstacker, Robert Schober und Johannes Huber von jedem neuen Handy genutzt werden. Die erforderliche Software wird einfach in den Chip, der auch das Betriebssystem enthält, integriert. „Die Zusatzkosten dafür“, betont Meyer, einer der vier Experten für Nachrichtentechnik, „sind praktisch gleich Null.“ Und im Netz sind ohnehin keine weiteren Anpassungen nötig. Auf Basis eines komplizierten mathematischen Algorithmus unterscheidet dann das Handy innerhalb von Millisekunden, welche Teile des Signals die eigentlichen Informationen enthalten und welche überflüssige Störgeräusche sind und herausgefiltert werden können.

Die so freigesetzten Kapazitäten können in verschiedener Weise genutzt werden: Die Qualität der Netze kann verbessert werden, sowohl bei der Übertragung von Sprache (weniger Verzerrungen) als auch von Daten (höhere Geschwindigkeit). Auch können die Netzbetreiber durch die bessere Ausnutzung der Frequenzen mehr Gespräche gleichzeitig pro Funkzelle und Basisstation zulassen, wodurch sich die erforderlichen Technik-Investitionen bei weiterem Kundenwachstum reduzieren. Schließlich lassen sich auch die Sendeleistungen – und damit die Emissionen – von Handys und Basisstationen reduzieren.

Die spektakuläre Software funktioniert in allen Netzen auf Basis des weltweit verbreiteten GSM-Standards. Je nach Architektur des jeweiligen Netzes sind die positiven Effekte jedoch unterschiedlich stark ausgeprägt. Im ungünstigsten Fall (bei so genannten „asynchronen“ Netzen) beträgt der Kapazitätsgewinn immerhin noch rund 20 Prozent. Die größten Reserven lassen sich in „vollsynchronen“ Netzen mobilisieren: Nicht weniger als 80 Prozent zusätzliche Kapazität wurden hier tatsächlich bereits gemessen – unter Praxisbedingungen mit einem Prototypen-Handy von Philips.

Damit ist das Potenzial der Erfindung längst nicht ausgereizt, denn es lässt sich bei einer der nächsten Mobilfunk-Generationen – bekannt unter den Bezeichnungen „2.5G“ oder „EDGE“ – einsetzen. Meyer und seine Partner gehen nämlich davon aus, dass sich in nicht allzu ferner Zukunft kleine, ins Handy integrierte Doppel-Antennen durchsetzen werden: „Simulationen zeigen, dass dann mit unserem Verfahren Kapazitätsgewinne von deutlich mehr als 100 Prozent möglich sind.“ In Verbindung mit anderen Verbesserungen wie dem Adaptive Multi Rate (AMR) Sprachcodex erwartet Meyer „sogar eine Verdreifachung der Sprachkapazität gegenüber der heutigen Situation“.

Zur weltweiten Vermarktung ihrer Entwicklung gründeten die vier Ingenieure die Firma Com-Research GmbH mit Sitz in Fürth und schlossen eine strategische Partnerschaft mit Philips. Bereits im Laufe dieses Jahres wird Philips Semiconductors einen Chip auf den Markt bringen, in dem das SAIC-Verfahren implementiert ist.

Vereinfachte Darstellung des neuen SAIC-Algorithmus