Markom

Aufgabenstellung

Im Rahmen des Projektes maritime Kommunikation (MarKom) soll ein VHF Datenlink in Software Defined Radios (SDRs) durch GNU Radio implementiert werden. Die SDRs können jeweils bis zu zwei Sende- und Empfangsantennen (ETTUS B210) nutzen. Der zu implementierende VHF Datenlink wird im ITU-M2092 Standard beschrieben. Die Revision 0 des Standards wird momentan überarbeitet und im Laufe dieses Herbstes als Revision 1 veröffentlicht. Dieser Standard erlaubt die Möglichkeiten von Mehrantennensystemen. Das MarKom Projekt hat zum Ziel, zum ersten Mal Mehrantennensysteme für die maritime Funkkommunikation zu implementieren und zu evaluieren. Zum Abschluss des Projektes steht eine Demonstration über einer Wasserstrecke.

ETTUS USRP_B210
Quelle: https://www.ettus.com/product/details/USRP-B200-Enclosure

Ausgangssituation

In der maritimen Kommunikation wird das AIS (Automatic Identification System) seit 2003 genutzt um Kollisionen zwischen Schiffen zu vermeiden. Neben dieser Kernfunktionalität wird das AIS genutzt, um weitere nicht sicherheitskritische Daten auszutauschen. Dieses führt an manchen Orten zu einer Überlast im AIS. Daher wird seit einigen Jahren ein neues System unter dem Namen VDES standardisiert. VDES steht für das VHF Data Exchange System, und besteht aus drei Komponenten: AIS, ASM, und VDE. ASM (Application Specfic Messages) ist ein Protokoll für standardisierte Nachrichten. VDE besteht aus einer breitbandigeren terrestrischen und einer Satelliten-Komponente zur Übertragung jeglicher digitaler Daten. Das System ist seit 2015 spezifiziert in der Version 0, und diesen Herbst wird die Version 1 publiziert mit dem Ziel dieses als neuen ITU Standard bei der World Radio Conference 2019 zu akzeptieren. VDE erlaubt in der maritimen Kommunikation erstmals höhere Modulationsverfahren, wie 16-QAM, und setzt auf einen Turbo Code als Fehlerschutzverfahren.

Momentan arbeiten länderübergreifend verschiedene Firmen (Schweden, Dänemark, England, Deutschland, Südafrika) an einer Umsetzung des Standards (Revision 0 bzw. dann 1), um Prototypen im Laufe des Jahres 2018 zu veröffentlichen. All diese Prototypen setzen bislang nur auf Ein-Antennensysteme. Hier können nun die weltweit ersten Mehrantennensysteme im Bereich VDES umgesetzt werden.

Zielsetzung

Das Testsystem wird aus einem PC mit GNU Radio und den beiden SDRs bestehen. Die Kommunikationsstrecke wird durch ein Interface mit einem realen Datenstrom (vorzugsweise Video) getestet. Nach der Testphase mit einer Antenne wird das System für die Nutzung von zwei Antennen erweitert. Hierzu existiert bei dem B210 Board bereits je ein weiterer RF-Eingang und -Ausgang. Es wird zuerst am Empfänger Mehrantennenalgorithmen implementiert.  Die möglichen Verfahren sind Selection oder Maximum Ratio Combining. Eine Verifikation des Systems durch Performanz Vergleiche wird mit dem Ein-Antennensystem durchgeführt. Anschließend wird der Sender zur Nutzung von Mehrantennen erweitert.