Hochauflösendes Radar mit integrierter Kommunikation

Derzeit vollzieht sich ein Wandel in der Radartechnik. Analoge Sensoren werden von Systemen mit digitalen Modulationsverfahren verdrängt, die einen großen Vorteil haben: Sie können zusätzlich für Kommunikation eingesetzt werden. Seit einigen Jahren wird intensiv daran geforscht, die Modulationsart OFDM (Orthogonal Frequency-Division Multiplexing), die bislang bei WLAN oder LTE zum Einsatz kommt, auch für Radaranwendungen zu nutzen.

Stand der Technik

Mit der klassischen Radartechnik, die auf der frequenzmodulierten Dauerstrichmethode (FMCW) basiert, ist Kommunizieren nur eingeschränkt möglich. Aufgrund des fehlenden Digital-Analog-Wandlers im Sender lassen sich nur über Umwege sehr geringe Datenmengen auf das Sendesignal aufbringen. Wird dagegen OFDM eingesetzt, kann das Radarsignal Teil eines Joint-Communication-and-Sensing-Systems werden. Die Abtastraten der DA- und AD-Wandler bei OFDM-Radaren müssen dafür mehr als zehnmal höher als bei FMCW sein. Dies wäre bei den hohen Bandbreiten, die für präzise Radarsysteme notwendig sind, extrem teuer.

Technologie

Forschende des Instituts für Hochfrequenztechnik und Elektronik (IHE) des KIT haben eine Möglichkeit gefunden, die Signalbandbreite im Radarkanal zu vergrößern ohne gleichzeitig die Abtastraten der Wandler erhöhen zu müssen, so dass sehr kostengünstige Wandler einsetzbar sind. Dafür wird ein schmalbandiges OFDM-Signal mit einem Frequenzkamm hochgemischt, dessen Kammfrequenzen jeweils genau den Abstand des Basisbandsignals haben. Weil nur ein kleiner Teil der möglichen Unterträger belegt wird, entstehen Lücken. Diese werden im Empfänger dazu genutzt, alle Unterträger des breitbandigen Signals in einem schmalen Frequenzband zu vereinen. Nach der Abtastung können sie separiert und digital wieder zum breitbandigen Spektrum zusammengefügt werden.

Vorteile

Das Verfahren stellt eine hohe Entfernungsauflösung des Radars zu günstigen Konditionen sicher und ist dank der digitalen Kombinationsfähigkeit vielseitig nutzbar. Spätestens wenn um 2030 der neue 6G-Kommunikationsstandard kommt, könnte in Basisstationen ein Radar integriert werden, um etwa den Straßenverkehr zu überwachen.

Optionen für Unternehmen

Die Erhöhung der Bandbreite mittels Frequenzkamm ist sehr interessant für ausrüstende Unternehmen im Mobilfunk, kann aber auch für die Kommunikation eines Fahrzeugs mit seiner Umwelt oder für die Überwachung einer Produktionslinie eingesetzt werden. Um die Vorteile der Technologie voll auszuspielen, wäre zudem eine Kooperation mit einer Herstellfirma von Halbleiter-Chips ein wichtiger Schritt. Das KIT sucht Partnerinnen und Partner aus diesen Bereichen.