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PSSS-Verfahren für Funkkommunikation in der industriellen Automatisierung

Anwendungen in der industriellen Automatisierung haben strikte Anforderungen an Latenz und Zuverlässigkeit der Datenübertragung. Diese lassen sich bis heute nur mit drahtgebundenen Feldbussystemen erfüllen. Zukünftige Anwendungen erfordern jedoch auch eine höhere Flexibilität und Mobilität des Kommunikationsnetzes, z.B. für autonome Fahrzeuge in der Lagerlogistik oder Roboter innerhalb einer Fertigungszelle, als es ein kabelgebundenes System ermöglichen kann. Deshalb gewinnen drahtlose Systeme zunehmend an Popularität. Sie bieten die geforderte Flexibilität, sowie eine einfache Nachrüstbarkeit und geringeren Wartungsaufwand als kabelgebundene Verfahren. Jedoch ergeben sich auch einige Herausforderungen im Bereich von Zuverlässigkeit und Sicherheit, speziell in der Fabrikautomatisierung, die bisher von keinem aktuellen Funksystem vollständig gelöst werden können. Eine spezielle Anpassung an die Übertragungsbedingungen der industriellen Automatisierung ist daher nötig.

Parallel Sequence Spread Spectrum (PSSS) bietet einen flexiblen Mehrfachzugriff auf Basis von nahezu orthogonalen Codes. Hierbei werden zyklisch verschobene Codes zur Übertragung der Daten verwendet. Es ergibt sich somit eine Möglichkeit der Ressourcenzuweisung innerhalb der Dimensionen Zeit und Code. PSSS bietet eine hohe Flexibilität bezüglich der belegten Bandbreite, der Ressourcenzuweisung, sowie die Option einer schnellen Anpassung an unterschiedliche Übertragungssituationen. Zudem sind die Fehler innerhalb eines PSSS-Frames gleichverteilt. Bei Verwendung von PSSS wirkt sich ein Fadingkanal demnach ähnlich wie ein AWGN-Kanal aus. Dies kann besonders bei schnell veränderlichen Übertragungssituationen, wie sie in industriellen Umgebungen auftreten können, von Vorteil sein.

Die Arbeiten am Lehrstuhl konzentrieren sich auf die Verbesserung des PSSS-Verfahrens durch simulative und messtechnische Methoden. Dies umfasst eine Optimierung der Parameter und die Orthogonalisierung der zur Spreizung verwendeten Codesequenzen. Zudem wird die Entwicklung geeigneter Methoden zur Kanalentzerrung und der Entwurf von Fehlerschutzverfahren durchgeführt.




Veröffentlichungen:

E. L. Peter; R. Kays
Bitfehlerverhalten von PSSS und OFDM im industriellen Umfeld
10. Jahreskolloquium Kommunikation in der Automation (KommA), Magdeburg, 2019

W. Endemann, R. Kays, E. L. Peter
Orthogonalization of Parallel Sequence Spread Spectrum Codes for High Order Modulation
16th International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS), Oulu, 2019

E. L. Peter, W. Endemann, R. Kays
Performance of PSSS Systems in Multipath Channels
21th International ITG Conference on Systems, Communications and Coding, Rostock, Februar 2019

L. Underberg, R. Kraemer, J. von Hoyningen-Huene, R. Kays
ParSec: Ein innovatives Funksystem für die Fertigungsautomation
at - Automatisierungstechnik, Methoden und Anwendungen der Steuerungs-, Regelungs- und Informationstechnik Journal, Januar 2019

R. Croonenbroeck, L. Underberg, W. Endemann, R. Kays
Parallel Sequence Spread Spectrum: Performance Analysis in Industrial Wireless Channels
15th International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS), Lissabon, Portugal, August 2018

L. Underberg, R. Croonenbroeck, A. Wulf, W. Endemann, R. Kays
A PSSS Approach for Wireless Industrial Communication Applying Iterative Symbol Detection
IEEE Transactions on Industrial Informatics, Mai 2018

R. Croonenbroeck, L. Underberg, A. Wulf, R. Kays
Measurements for the Development of an Enhanced Model for Wireless Channels in Industrial Environments
13th IEEE International Conference on Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (WiMob), Rom, Italien, Oktober 2017

L. Underberg, R. Croonenbroeck, R. Kraemer, R. Kays
ParSec: Wireless Industrial Communication - First PSSS Measurements in Industrial Environment
13th IEEE International Workshop on Factory Communication Systems (WFCS), Trondheim, Norwegen, Mai 2017

R. Kraemer, M. Methfessel, R. Kays, L. Underberg, A.C. Wolf
ParSec: A PSSS Approach to Industrial Radio with Very Low and Very Flexible Cycle Timing
European Signal Processing Conference (EUSIPCO), Budapest, Ungarn, August 2016

L. Underberg, R. Kays, R. Kraemer, A.C. Wolf
PSSS - Innovatives System zur Funkkommunikation für Industrie 4.0
Proc. VDE-Kongress 2016, (2016)



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M.Sc. Elias Peter