Europäischer Erfinderpreis 2016 MIMO – wie eine Zufallsentdeckung bei Regen ein neues Zeitalter in der Nachrichtentechnik einläutete

Ultraschnelle Wireless-Verbindung dank Mehrantennentechnik: Multiple Input Multiple Output macht's möglich. Mit einem ersten Patent 1994 seiner Zeit voraus, legte Erfinder Arogyaswami Paulraj mit MIMO die Basis für die moderne Drahtlos-Kommunikation.

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Der indische Elektroingenieur Arogyaswami Paulraj (72), heute emeritierter Professor an der amerikanischen Stanford Universität, hat mit Multiple Input Multiple Output, kurz MIMO, eine drahtlose Netzwerktechnologie erfunden, die Daten nicht nur schneller, sondern auch in größeren Mengen bewegen kann. Gemeinsam mit zwei seiner Postdoktoranden, David Gesbert und Robert Heath, hat er den Weg für die mobile Kommunikation von heute geebnet.

Durch die Verwendung mehrerer Antennen steigerte Paulraj mit seinem Forschungsteam die Leistungsfähigkeit von Datenfunksystemen. MIMO hat die Effizienz der Frequenznutzung vervielfacht und ist die zentrale Technologie in allen modernen drahtlosen Netzwerken. Dank seiner Skalierbarkeit spielt MIMO auch eine entscheidende Rolle, wenn im Jahr 2020 die nächste Generation von Mobilfunk-Netzwerken, 5G, zum Einsatz kommt.

Schnellere Bitrate und breitere Netzabdeckung

Paulraj verbessert die spektrale Effizienz und die Verbindungsgeschwindigkeit sowie die Abdeckung von drahtlosen Netzwerken. Einfach gesagt: Durch Hinzufügen zusätzlicher Antennen an beiden Enden einer drahtlosen Verbindung - das heißt einerseits an Basisstationen und Routern, andererseits an mobilen Endgeräten wie Smartphones - können höhere Datenraten innerhalb der gleichen Kanalbandbreite übertragen werden. Die Sender-Antennen splitten die Daten, bevor sie übermittelt werden. Die Antennen des Empfängergerätes setzen dann die Signale wieder zusammen.

Paulraj und sein Team haben die Mehrwegausbreitung neu durchdacht und verwenden Verzerrungen, um verschiedene Signalwellen zu unterscheiden. Je mehr Antennen hinzugefügt werden, desto schneller ist die Verbindungsgeschwindigkeit. Theoretisch lässt sich der Datendurchsatz mit einer beliebigen Anzahl von Antennen entsprechend auf ein Vielfaches erhöhen. „Wenn man ein Zwei mal Zwei-System [vier Antennen] hat, erhält man die doppelte Datenmenge", erklärt Paulraj. „Ein Vier mal Vier- System überträgt die vierfache Datenmenge. Im Mobilfunk oder beim Wi-Fi, wo die Bandbreite sehr, sehr begrenzt ist, kann die Geschwindigkeit der Verbindung mit vielen Antennen erhöht werden."

MIMO: Zufallsentwicklung für ein US-Airforce-Problem

Arogyaswami Paulraj wurde bei der indischen Marine zum Elektroingenieur ausgebildet und absolvierte eine 30-jährige Dienstzeit. 1973 promovierte er am indischen Institute of Technology. Nachdem er mehrere Forschungszentren in Indien gegründet hatte, zog Paulraj mit seiner Familie nach Kalifornien, um an der Universität Stanford zu forschen.

Er sollte ein technisches Problem für die US Airforce lösen. Durch eine Zufallsentdeckung bei Regen (siehe Video) entwickelte er dabei MIMO und läutete ein neues Zeitalter in der Nachrichtentechnik ein.

MIMO war seiner Zeit voraus

Sein erstes MIMO-bezogenes Patent meldete Paulraj bereits 1994 an. Es dauerte allerdings fast ein Jahrzehnt bis zur ersten kommerziellen Anwendung. Paulrajs Erfindung war ihrer Zeit voraus. Er hatte Schwierigkeiten, Forschungsförderung zu erhalten und die Idee von großen Technologiefirmen lizensieren zu lassen.

Zudem erforderte die Technologie digitale Netze - das amerikanische Drahtlos-Netzwerk basierte jedoch noch bis in die frühen 2000er Jahre auf analogen Systemen. Die Hersteller von Wi-Fi-Routern nutzten MIMO erstmals im Jahr 2008. Für die Übertragung von Handy-Daten mit 4G LTE wird die Technologie seit 2009 kommerziell eingesetzt, seit 2011 auch in Deutschland.

Heute gilt Paulrajs Innovation als Standard und ist im täglichen Leben unverzichtbar geworden. In Zukunft kann die Auslastung in 5G Netzwerken mit Massive-MIMO-Konzepten noch sehr viel höher sein. Service-Provider investieren stark in die Netzinfrastrukturen, um ihren Kunden noch schnellere Verbindungen zu bieten: Schätzungen zufolge werden im Jahr 2020 im Vergleich zu heute 33-mal mehr Daten genutzt.

Seit 1992 unterrichtet Paulraj als Professor der Elektrotechnik in Stanford. Er gründete zwei Firmen, die MIMO vorangetrieben haben: Iospan Wireless im Jahr 1999 und 2004 Beceem Communications

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