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Dissertationen

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Erstellt: Wed, 08 Apr 2020 23:02:03 +0200 in 0.7460 sec


Naskovska, Kristina;
Advanced tensor based signal processing techniques for wireless communication systems and biomedical signal processing. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (xxi, 224 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Zahlreiche messbare Signale in verschiedenen Bereichen der digitalen Signalverarbeitung, z.B. in der drahtlosen Kommunikation, im Mobilfunk, biomedizinischen Anwendungen, der Bild- oder akustischen Signalverarbeitung und dem maschinellen Lernen sind mehrdimensional. Tensoren erhalten die mehrdimensionale Struktur und stellen eine natürliche Darstellung dieser Signale/Daten dar. Darüber hinaus bieten Tensoren oft eine verbesserte Trennbarkeit von enthaltenen Signalkomponenten. Daher profitieren wir von der Verwendung der Tensor-Algebra in den oben genannten Anwendungen und vielen mehr. In dieser Arbeit stellen wir die Vorteile der Nutzung der Tensor-Algebra in zwei Bereichen der Signalverarbeitung vor: drahtlose MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) Kommunikationssysteme und biomedizinische Signalverarbeitung. Darüber hinaus tragen wir zu theoretischen Aspekten der Tensor-Algebra bei, indem wir neue Eigenschaften und Berechnungsmethoden für die Tensor-Zerlegung ableiten. Oftmals verfügen wir lediglich über eine elementweise oder ebenenweise Beschreibung des Signalmodells, welche nicht die explizite Tensorstruktur zeigt. Daher ist die Ableitung aller Tensor-Unfoldings nicht offensichtlich, wodurch die multidimensionale Struktur dieser Modelle nicht trivial nutzbar ist. Wir schlagen eine alternative Darstellung der elementweisen Multiplikation oder der ebenenweisen Multiplikation auf der Grundlage des generalisierten Tensor-Kontraktionsoperators vor. Weiterhin nutzen wir diese neuartige Darstellung und deren Eigenschaften zur Ableitung der letztendlichen Tensor-Modelle. Es existieren eine Vielzahl von Tensor-Zerlegungen, die verschiedene Signalmodelle beschreiben, wie die HOSVD (Higher Order Singular Value Decomposition), CP/PARAFAC (Canonical Polyadic/ PARallel FACtors) Zerlegung, die BTD (Block Term Decomposition), die PARATUCK2-(PARAfac und TUCker2) und die PARAFAC2-Zerlegung (PARAllel FACtors2). Dabei ist die CP-Zerlegung am weitesten verbreitet und wird findet in zahlreichen Gebieten Anwendung. Daher ist die Entwicklung von Algorithmen zur effizienten Berechnung der CP-Zerlegung von besonderer Bedeutung. Das SECSI (Semi-Algebraic Framework for approximate CP decomposition via Simultaneaous matrix diagonalization) Framework ist ein effizientes und robustes Werkzeug zur Berechnung der approximierten Low-Rank CP-Zerlegung durch simultane Matrixdiagonalisierung. In dieser Arbeit stellen wir fünf Erweiterungen des SECSI-Frameworks vor, welche die Rechenkomplexität des ursprünglichen Frameworks reduzieren bzw. Einschränkungen für die Faktormatrizen einführen. Darüber hinaus werden die PARAFAC2- und die PARATUCK2-Zerlegung in der Regel mit einer ebenenweisen Notation beschrieben, die sich in Form der allgemeinen Tensor-Kontraktion, wie sie in dieser Arbeit vorgeschlagen wird, ausdrücken lässt. Wir nutzen diese neuartige Darstellung, um explizite Tensormodelle für diese beiden Zerlegungen abzuleiten. Darüber hinaus verwenden wir das PARAFAC2-Modell, um einen ALS-Algorithmus (Alternating Least-Squares) für die Berechnung der PARAFAC2-Zerlegungen abzuleiten. Weiterhin nutzen wir die neuartigen Kontraktionseigenschaften für elementweise und ebenenweise Multiplikationen, um MIMO Multi-Carrier-Mobilfunksysteme zu modellieren. Wir zeigen, dass dieses sehr allgemeine Modell verwendet werden kann, um das Tensor-Modell des empfangenen Signals für MIMO-OFDM- (Multiple- Input Multiple-Output - Orthogonal Frequency Division Multiplexing), Khatri-Rao codierte MIMO-OFDM- und zufällig codierte MIMO-OFDM-Systeme abzuleiten. Wir schlagen die Übertragungstechniken der Khatri-Rao-Kodierung und zufällige Kodierung vor, um eine zusätzliche Tensor-Struktur des Sendesignal-Tensors einzuführen, welcher gewöhnlich keine bestimmte Struktur aufweist. Darüber hinaus zeigen wir, dass dieses Modell auf andere Multi-Carrier-Techniken wie GFDM (Generalized Frequency Division Multiplexing) erweitert werden kann. Unter Verwendung dieser Modelle auf der Empfängerseite entwerfen wir verschiedene Typen von Empfängern für diese Systeme, die die traditionellen matrixbasierten Lösungen in Bezug auf die Symbolfehlerrate übertreffen. Im letzten Teil dieser Arbeit zeigen wir die Vorteile der Verwendung von Tensor-Algebra in der biomedizinischen Signalverarbeitung durch die gemeinsame Zerlegung von EEG-(ElectroEncephaloGraphy) und MEG- (MagnetoEncephaloGraphy) Signalen. Diese werden in der Regel gleichzeitig erfasst, wobei sie gemeinsame Aspekte derselben Gehirnaktivität beschreiben. Daher können EEG- und MEG-Signale mit gekoppelten Tensor-Zerlegungen wie der gekoppelten CP Zerlegung analysiert werden. Wir nutzen das vorgeschlagene gekoppelte SECSI-Framework (eine der vorgeschlagenen Erweiterungen des SECSI-Frameworks) für die Berechnung der gekoppelten CP Zerlegung, um zunächst den photic driving effect zu validieren und zu analysieren. Darüber hinaus validieren wir die Auswirkungen von Schädeldefekten auf die Messsignale von EEG und MEG durch eine gemeinsame EEG-MEG-Zerlegung mit dem gekoppelten SECSI-Framework. Beide Anwendungen zeigen, dass wir von gekoppelten Tensor-Zerlegungen profitieren, wobei die Methoden des gekoppelten SECSI-Frameworks erfolgreich zur Analyse biomedizinischer Daten genutzt werden können.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00040540
Röding, Matthias;
Polarimetrische Analyse breitbandiger Radar-Signale für bildgebende Anwendungen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (V, 171 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Wie Systeme ihre Umwelt erfassen und Umgebungen wahrnehmen ist in den letzten Jahren in nahezu allen Lebensbereichen in den Fokus technischer Entwicklungen gerückt. Es sind Anwendungen der Assistenz oder Automatisierung im privaten Raum (Smart Home), in der Produktion (Industrie 4.0) oder in Mobilitätssystemen der Logistik bzw. des Verkehrs (autonomes Fahren), welche möglichst qualitativ hochwertige und von Umgebungseinflüssen unabhängige Sensorinformationen für ihre korrekte Funktionsweise benötigen. Radar-Sensoren bieten die Möglichkeit von der Umgebung zurückgestreute Signale zu erfassen und durch räumlich verteilte Messungen eine Abbildung der Umwelt vorzunehmen. Unter Nutzung einer synthetischen Apertur und Radar-Signalen großer Bandbreite entstehen dabei Kartierungen, welche räumliche Informationen von Rückstreuobjekten bereitstellen. Die Auswertung des Polarisationszustands gesendeter und empfangener Signale, bietet außerdem eine detailliertere Aussage über deren Interaktion mit der Umgebung und ursächliche Streumechanismen. In der klassischen Radar-Fernerkundung sind die Aufgaben der Bildgebung und der Polarimetrie voneinander getrennte Verarbeitungsschritte, da erst nach der Bildgebung die notwendige Auflösung zur Trennung einzelner Mechanismen zur Verfügung steht. Informationen der Objekte wie Form oder Ausrichtung im Raum werden entsprechend durch Auswertung des polarimetrischen Streumechanismus im Bildbereich gewonnen. Ziel dieser Arbeit ist die Erweiterung wissenschaftlicher Ausgangspunkte der bildgebenden UWB-Radar-Sensorik durch Methoden der Radar-Polarimetrie der Fernerkundung. Durch die Erschließung polarimetrischer Signalanalyse breitbandiger Radar-Signale als Vorverarbeitung bildgebender Verfahren, können polarimetrische Mechanismen bereits im Zeitbereich identifiziert und ausgewertet werden. Die daraus gewonnenen Informationen dienen der Zerlegung der Radar-Daten in einzelne Rückstreukomponenten, wodurch bildgebende Verfahren die Umgebung des Sensors mit höherer Genauigkeit und Interpretierbarkeit erfassen. Dazu werden zwei neuartige Methoden detailliert diskutiert und mit bestehenden polarimetrischen Verfahren in Bezug gesetzt. Es handelt sich dabei, um einen modellbasierten Ansatz für die Zerlegung im Zeitbereich und ein Verfahren der statistischen Analyse in Zeit- und Bildbereich. Die Funktionsweise der Methoden wird in dieser Arbeit mit Simulationsdaten veranschaulicht und mithilfe von Messungen in realitätsnaher Umgebung verifiziert.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00040525
Jancke, Roland;
Modellierung der Zuverlässigkeit bei Entwurf und Verifikation von Mixed-Signal-Schaltungen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource (190 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die zunehmende Verbreitung von Elektronik im Alltag und die weitere Verringerung der Strukturgrößen stellt neue Anforderungen an die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit integrierter Schaltungen. Modellierung zur Unterstützung des Schaltkreis- und Systementwurfs wird seit langer Zeit eingesetzt, bisher hauptsächlich zur Nachbildung des funktionalen Verhaltens einer Schaltung. Die vorliegende Arbeit verfolgt zwei Ziele: - Zu bekannten Modellierungsverfahren für das funktionale Verhalten wird eine Systematik entwickelt und in einen durchgängigen Modellierungsablauf abgebildet. - Die Methodik wird um die Modellierung nichtfunktionaler Eigenschaften erweitert, insbesondere werden Verfahren zur Berücksichtigung der Zuverlässigkeit entwickelt. Für die Zuverlässigkeitsmodellierung werden in erster Linie Degradationseffekte betrachtet, die während des bestimmungsgemäßen Betriebs entstehen und sich auf das elektrische Verhalten integrierter Bauelemente auswirken. Als eine wesentliche Voraussetzung für die entwickelten Verfahren zur Berücksichtigung der elektrischen Degradation wird lineare Schadensakkumulation angenommen. Dies bedeutet, dass die zeitliche Abfolge des anliegenden Stresses keine Rolle spielt, sondern sich die entstehende Schädigung linear akkumuliert. Das Ergebnis der Arbeit ist eine systematische Vorgehensweise zur Modellierung des funktionalen Verhaltens von analogen und Mixed-Signal-Schaltungen. Diese wird ergänzt um neue Verfahren zur Berücksichtigung zuverlässigkeitsrelevanter Eigenschaften der Schaltung. Analogien zur Mechanik erlauben es, in diesem Bereich etablierte Vorgehensweisen zur Beschreibung und Analyse der Zuverlässigkeit zu übernehmen und auf die Degradationseffekte integrierter Halbleiterbauelemente anzuwenden. Entsprechende Lebensdauermodelle zu relevanten Degradationsmechanismen sind dargestellt. Ausgehend von der generellen Struktur solcher Modelle werden allgemeine Maße zur Zuverlässigkeitsbewertung von Bauelementen unter Anwendungsbedingungen abgeleitet. Die Diskussion von Methoden zur Analyse der Zuverlässigkeit ganzer Schaltungen im Entwurf rundet die Darstellung ab. Die entwickelten Verfahren dienen der Unterstützung eines schnellen und fehlerfreien Entwurfs sicherer und zuverlässiger Schaltungen. Anhand der Optimierung einer Schaltung auf der Grundlage ihres Alterungsverhaltens wird dieser Nutzen verdeutlicht.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000642
Benkenstein, Andreas;
Die besonderen Bedingungen der Abscheidung von diamantähnlichen Kohlenstoffschichten in Hohlkathodenanordnungen mit hohen Aspektverhältnissen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource ( 203 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

In dieser Arbeit wurde eine Hohlkathodenentladung (engl.: hollow cathode discharge, kurz HCD) und die damit erzeugte diamantartige Kohlenstoffschicht (engl.: diamond-like carbon, kurz DLC) in einer Sacklochgeometrie untersucht. Es wurde eine keramische Kapillare zur Gasführung verwendet, welche über eine Positionierungsstrecke von außerhalb des Sacklocheinganges bis nahe an das innere Sacklochende verfahren wurde. Zur elektrischen Anregung wurde eine gepulste Gleichspannung mit einer Frequenz von 200 kHz direkt an den Probenkörper angeschlossen. Das Hauptziel war die Erarbeitung eines Grundlagenverständnisses über die Wirkmechanismen bei der Plasmagenerierung und der DLC-Beschichtung. Aufbauend auf die Analyse der Gasdruckverteilung und des Anregungssignals wurden Spannungs-Strom-Charakteristiken unter Argonatmosphäre bestimmt. Dabei konnte die Spannungs-Strom-Charakteristik in drei Bereiche unterteilt werden: die anormale Glimmentladung, die Hohlkathodenentladung und ein Übergang zur Lichtbogenentladung. Anhand eines Referenzprozesses wurden DLC-Schichten hergestellt. Die Haupteinflussgrößen elektrische Spannung und Gasdruck wurden während des Argonbombardements zur Plasmafeinreinigung in Bezug auf die Schichthaftung untersucht. Eine Verbesserung der Schichthaftung konnte durch die mit der Spannungssteigerung einhergehende Leistungserhöhung beobachtet werden. Der positive Effekt einer Re-Depositionsschicht aus Kathodenmaterial auf die Schichthaftung konnte nachgewiesen werden. Die Einflüsse auf die Schichteigenschaften wie Wachstumsraten, sowie Schichtdickenprofile und Schichthärte auf der Probenlängsachse konnten messtechnisch identifiziert werden. Die Schichtbereiche mit unterschiedlichen Wachstumsraten hängen stark von der Kapillarenposition ab. In weiteren Beschichtungsexperimenten wurden der Gesamtdruck, die elektrische Anregungsspannung und das Verhältnis aus Reaktivgas und Arbeitsgas variiert. Eine Unterscheidung von Bereichen nach Druck und aktiver Kathodenfläche in der Hohlkathode bei eingefahrener Kapillare konnte vorgenommen werden. Nachdem die Einflussgrößen und Mechanismen in den einzelnen HCD-Zonen identifiziert und analysiert wurden, werden die Prozesse zur Beschichtung von Sacklochgeometrien beherrscht. Aufbauend auf den Ergebnissen der Arbeit können die Parameter der Beschichtung in einer Sacklochgeometrie gezielt verändert werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000106
Steinwandt, Jens;
Advanced array signal processing algorithms for multi-dimensional parameter estimation. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (xx, 389 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die hochauflösende Parameterschätzung für mehrdimensionale Signale findet Anwendung in vielen Bereichen der Signalverarbeitung in Mehrantennensystemen. Zu den Anwendungsgebieten zählen beispielsweise Radar, die Mobilkommunikation, die Kanalschätzung in multiple-input multiple-output (MIMO)-Systemen und bildgebende Verfahren in der Biosignalverarbeitung. In letzter Zeit sind eine Vielzahl von Algorithmen zur Parameterschätzung entwickelt worden, deren Schätzgenauigkeit durch eine analytische Beschreibung der Leistungsfähigkeit objektiv bewertet werden kann. Eine verbreitete Methode zur Verbesserung der Schätzgenauigkeit von Parameterschätzverfahren ist die Ausnutzung von Vorwissen bezüglich der Signalstruktur. In dieser Arbeit werden mehrdimensionale ESPRIT-Verfahren als Beispiel für Unterraum-basierte Verfahren entwickelt und analysiert, die explizit die mehrdimensionale Signalstruktur mittels Tensor-Signalverarbeitung ausnutzt und die statistischen Eigenschaften von nicht-zirkulären Signalen einbezieht. Weiterhin werden neuartige auf Signalrekonstruktion basierende Algorithmen vorgestellt, die die nicht-zirkuläre Signalstruktur bei der Rekonstruktion ausnutzen. Die vorgestellten Verfahren ermöglichen eine deutlich verbesserte Schätzgüte und verdoppeln die Anzahl der auflösbaren Signale. Die Vielzahl der Forschungsbeiträge in dieser Arbeit setzt sich aus verschiedenen Teilen zusammen. Im ersten Teil wird die analytische Beschreibung der Leistungsfähigkeit von Matrix-basierten und Tensor-basierten ESPRIT-Algorithmen betrachtet. Die Tensor-basierten Verfahren nutzen explizit die mehrdimensionale Struktur der Daten aus. Es werden für beide Algorithmenarten vereinfachte analytische Ausdrücke für den mittleren quadratischen Schätzfehler für zwei Signalquellen hergeleitet, die lediglich von den physikalischen Parametern, wie zum Beispiel die Anzahl der Antennenelemente, das Signal-zu-Rausch-Verhältnis, oder die Anzahl der Messungen, abhängen. Ein Vergleich dieser Ausdrücke ermöglicht die Berechnung einfacher Ausdrücke für den Schätzgenauigkeitsgewinn durch den forward-backward averaging (FBA)-Vorverarbeitungsschritt und die Tensor-Signalverarbeitung, die die analytische Abhängigkeit von den physikalischen Parametern enthalten. Im zweiten Teil entwickeln wir einen neuartigen general least squares (GLS)-Ansatz zur Lösung der Verschiebungs-Invarianz-Gleichung, die die Grundlage der ESPRIT-Algorithmen darstellt. Der neue Lösungsansatz berücksichtigt die statistische Beschreibung des Fehlers bei der Unterraumschätzung durch dessen Kovarianzmatrix und ermöglicht unter bestimmten Annahmen eine optimale Lösung der Invarianz-Gleichung. Mittels einer Performanzanalyse der GLS-basierten ESPRIT-Verfahren und der Vereinfachung der analytischen Ausdrücke für den Schätzfehler für eine Signalquelle und zwei zeitlich unkorrelierte Signalquellen wird gezeigt, dass die Cramer-Rao-Schranke, eine untere Schranke für die Varianz eines Schätzers, erreicht werden kann. Im nächsten Teil werden Matrix-basierte und Tensor-basierte ESPRIT-Algorithmen für nicht-zirkuläre Signalquellen vorgestellt. Unter Ausnutzung der Signalstruktur gelingt es, die Schätzgenauigkeit zu erhöhen und die doppelte Anzahl an Quellen aufzulösen. Dabei ermöglichen die vorgeschlagenen Tensor-ESPRIT-Verfahren sogar die gleichzeitige Ausnutzung der mehrdimensionalen Signalstruktur und der nicht-zirkuläre Signalstruktur. Die Leistungsfähigkeit dieser Verfahren wird erneut durch eine analytische Beschreibung objektiv bewertet und Spezialfälle für eine und zwei Quellen betrachtet. Es zeigt sich, dass für eine Quelle keinerlei Gewinn durch die nicht-zirkuläre Struktur erzielen lässt. Für zwei nicht-zirkuläre Quellen werden vereinfachte Ausdrücke für den Gewinn sowohl im Matrixfall also auch im Tensorfall hergeleitet und die Abhängigkeit der physikalischen Parameter analysiert. Sind die Signale stark korreliert oder ist die Anzahl der Messdaten sehr gering, kann der spatial smoothing-Vorverarbeitungsschritt mit den verbesserten ESPRIT-Verfahren kombiniert werden. Anhand der Performanzanalyse wird die Anzahl der Mittellungen für das spatial smoothing-Verfahren analytisch für eine Quelle bestimmt, die den Schätzfehler minimiert. Der nächste Teil befasst sich mit einer vergleichsweise neuen Klasse von Parameterschätzverfahren, die auf der Rekonstruktion überlagerter dünnbesetzter Signale basiert. Als Vorteil gegenüber den Algorithmen, die eine Signalunterraumschätzung voraussetzen, sind die Rekonstruktionsverfahren verhältnismäßig robust im Falle einer geringen Anzahl zeitlicher Messungen oder einer starken Korrelation der Signale. In diesem Teil der vorliegenden Arbeit werden drei solcher Verfahren entwickelt, die bei der Rekonstruktion zusätzlich die nicht-zirkuläre Signalstruktur ausnutzen. Dadurch kann auch für diese Art von Verfahren eine höhere Schätzgenauigkeit erreicht werden und eine höhere Anzahl an Signalen rekonstruiert werden. Im letzten Kapitel der Arbeit wird schließlich die Cramer-Rao-Schranke für mehrdimensionale nicht-zirkuläre Signale hergeleitet. Sie stellt eine untere Schranke für den Schätzfehler aller Algorithmen dar, die speziell für die Ausnutzung dieser Signalstruktur entwickelt wurden. Im Vergleich zur bekannten Cramer-Rao-Schranke für beliebige Signale, zeigt sich, dass im Fall von zeitlich kohärenten Signalen, für einen Messvektor oder für eine Quelle, beide Schranken äquivalent sind. In diesen Fällen kann daher keine Verbesserung der Schätzgüte erzielt werden. Zusätzlich wird die Cramer-Rao-Schranke für zwei benachbarte nicht-zirkuläre Signalquellen vereinfacht und der maximal mögliche Gewinn in Abhängigkeit der physikalischen Parameter analytisch ermittelt. Dieser Ausdruck gilt als Maßstab für den erzielbaren Gewinn aller Parameterschätzverfahren für zwei nicht-zirkuläre Signalquellen.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00038132
Ibrahim, Mohamed;
Applications of compressive sensing to direction of arrival estimation. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (xii, 154 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die Schätzung der Einfallsrichtungen (Directions of Arrival/DOA) mehrerer ebener Wellenfronten mit Hilfe eines Antennen-Arrays ist eine der prominentesten Fragestellungen im Gebiet der Array-Signalverarbeitung. Das nach wie vor starke Forschungsinteresse in dieser Richtung konzentriert sich vor allem auf die Reduktion des Hardware-Aufwands, im Sinne der Komplexität und des Energieverbrauchs der Empfänger, bei einem vorgegebenen Grad an Genauigkeit und Robustheit gegen Mehrwegeausbreitung. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Anwendung von Compressive Sensing (CS) auf das Gebiet der DOA-Schätzung mit dem Ziel, hiermit die Komplexität der Empfängerhardware zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Richtungsauflösung und Robustheit zu erreichen. CS wurde bereits auf das DOA-Problem angewandt unter der Ausnutzung der Tatsache, dass eine Superposition ebener Wellenfronten mit einer winkelabhängigen Leistungsdichte korrespondiert, die über den Winkel betrachtet sparse ist. Basierend auf der Idee wurden CS-basierte Algorithmen zur DOA-Schätzung vorgeschlagen, die sich durch eine geringe Rechenkomplexität, Robustheit gegenüber Quellenkorrelation und Flexibilität bezüglich der Wahl der Array-Geometrie auszeichnen. Die Anwendung von CS führt darüber hinaus zu einer erheblichen Reduktion der Hardware-Komplexität, da weniger Empfangskanäle benötigt werden und eine geringere Datenmenge zu verarbeiten und zu speichern ist, ohne dabei wesentliche Informationen zu verlieren. Im ersten Teil der Arbeit wird das Problem des Modellfehlers bei der CS-basierten DOA-Schätzung mit gitterbehafteten Verfahren untersucht. Ein häufig verwendeter Ansatz um das CS-Framework auf das DOA-Problem anzuwenden ist es, den kontinuierlichen Winkel-Parameter zu diskreditieren und damit ein Dictionary endlicher Größe zu bilden. Da die tatsächlichen Winkel fast sicher nicht auf diesem Gitter liegen werden, entsteht dabei ein unvermeidlicher Modellfehler, der sich auf die Schätzalgorithmen auswirkt. In der Arbeit wird ein analytischer Ansatz gewählt, um den Effekt der Gitterfehler auf die rekonstruierten Spektra zu untersuchen. Es wird gezeigt, dass sich die Messung einer Quelle aus beliebiger Richtung sehr gut durch die erwarteten Antworten ihrer beiden Nachbarn auf dem Gitter annähern lässt. Darauf basierend wird ein einfaches und effizientes Verfahren vorgeschlagen, den Gitterversatz zu schätzen. Dieser Ansatz ist anwendbar auf einzelne Quellen oder mehrere, räumlich gut separierte Quellen. Für den Fall mehrerer dicht benachbarter Quellen wird ein numerischer Ansatz zur gemeinsamen Schätzung des Gitterversatzes diskutiert. Im zweiten Teil der Arbeit untersuchen wir das Design kompressiver Antennenarrays für die DOA-Schätzung. Die Kompression im Sinne von Linearkombinationen der Antennensignale, erlaubt es, Arrays mit großer Apertur zu entwerfen, die nur wenige Empfangskanäle benötigen und sich konfigurieren lassen. In der Arbeit wird eine einfache Empfangsarchitektur vorgeschlagen und ein allgemeines Systemmodell diskutiert, welches verschiedene Optionen der tatsächlichen Hardware-Realisierung dieser Linearkombinationen zulässt. Im Anschluss wird das Design der Gewichte des analogen Kombinations-Netzwerks untersucht. Numerische Simulationen zeigen die Überlegenheit der vorgeschlagenen kompressiven Antennen-Arrays im Vergleich mit dünn besetzten Arrays der gleichen Komplexität sowie kompressiver Arrays mit zufällig gewählten Gewichten. Schließlich werden zwei weitere Anwendungen der vorgeschlagenen Ansätze diskutiert: CS-basierte Verzögerungsschätzung und kompressives Channel Sounding. Es wird demonstriert, dass die in beiden Gebieten durch die Anwendung der vorgeschlagenen Ansätze erhebliche Verbesserungen erzielt werden können.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000490
Alazab Elkhouly, Mostafa;
Standardized testing conditions for satellite communications on-the-move (SOTM) terminals. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (xii, 123 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Von Beginn an haben Satelliten Kommunikationsdienste über große Distanzen bereitgestellt. Endgeräte für die mobile Satellitenkommunikation sind mit einer Nachführeinrichtung ausgestattet, um den verwendeten Satelliten bei Bewegung zu verfolgen. Für höchstmöglichen Datendurchsatz und um Störaussendungen zu benachbarten Satelliten zu vermeiden bedarf es akkurater Nachführalgorithmen. Die Prüfung solcher Satcom-On-The-Move (SOTM) Terminals wird dabei zunehmend wichtig, wie Betreiber von Satellitendiensten anhand des negativen Einflusses suboptimaler Geräte auf ihre Infrastruktur bemerken. Herkömmlich werden SOTM-Terminals im Rahmen von Feldtests mit operativen Satelliten geprüft. Solche Tests sind allerdings nicht exakt wiederholbar. Die Reproduzierbarkeit von Tests ist jedoch insbesondere beim Vergleichstest mehrerer Terminals wichtig. Dieser Beitrag widmet sich der Untersuchung eines umfassenden Qualifikationstests von SOTM-Terminals innerhalb einer Laborumgebung, welche Reproduzierbarkeit ermöglicht. Wesentlicher Vorteil der Laborumgebung ist die Möglichkeit, Terminals unter realitätsnahen Bedingungen zu testen - ohne dass reale Satelliten benötigt werden, was die Kosten reduziert. Diese Arbeit behandelt darüber hinaus die Testmethodik in der Fraunhofer-Testanlage Facility for Over-the-air Research and Testing (FORTE). Wichtige Leistungsparameter wie Nachführgenauigkeit (Antenna De-pointing) und Nachbarsatellitenstörung (Adjacent Satellite Interference, ASI) können akkurat gemessen und ausgewertet werden. Die verwendete Methodik zur Gewinnung der vorgeschlagenen Profile wird in der Arbeit ebenso behandelt wie Testergebnisse von Ka-Band-SOTM Terminals. Wesentlicher Beitrag dieser Arbeit ist die Entwicklung von Bewegungs- und Abschattungsprofilen für SOTM-Terminaltests. Bewegungsprofilen für die Landmobile und Maritime Umgebungen wurden entwickelt. Für jede Umgebung, zwei Klassen wurden definiert, Klasse A mit Profile die hohe Bewegungsdynamik haben und Klasse B mit Profile die relativ niedrige Bewegungsdynamik haben. Die vorgeschlagenen Bewegungsprofile wurden in der GVF-105 Standard des Global VSAT Forums berücksichtigt. Die Standardisierung solcher Profile ist notwendig, um einen fairen Leistungsvergleich verschiedener Terminals zu garantieren und solche Geräte sicher zu identifizieren, welche Interferenzen im Satellitennetz verursachen. Dies bedeutet im Ergebnis einen Gewinn für die gesamte Satellitenindustrie.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000470
Yeryomin, Yevgeniy;
Multikriterielle Handoverentscheidung für moderne mobile heterogene Kommunikationsnetze. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (XV, 169 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die Konvergenz der modernen mobilen Kommunikationsnetze zum Next Generation Network (NGN) und der Einsatz von Multimode-Endgeräten resultieren in einer Kommunikationsumgebung mit mehreren verfügbaren Kommunikationswegen zwischen einem Endgerät und dem Kernnetz. Dabei spielen die Mobilität und demzufolge der Handover eine entscheidende Rolle. Um während einer Handoverentscheidung den Anforderungen verschiedener mobilen Anwendungen zum Beispiel in Bezug auf Quality of Service (QoS) oder Sicherheit Genüge zu tun, sind traditionelle Handoverentscheidungsmethoden aus den Mobilfunknetzen, die im Wesentlichen auf der Auswertung der Empfangssignalstärke basieren, nicht mehr ausreichend. Deswegen wurde in den letzten Jahren eine Reihe von multikriteriellen Handoverentscheidungsmethoden vorgeschlagen. In den vorgeschlagenen Methoden wurden die Themen wie Anwendungssensitivität und Flexibilität der Konfiguration der Handoverentscheidung nicht tief genug analysiert. Weiterhin sind die Optimierungspotentiale während der Handoverentscheidung nicht ausreichend untersucht. Diese Arbeit adressiert die oben angesprochenen Themen und liefert eine Lösung in Form eines FLexible Application-Sensitive HandovEr Decision Frameworks, kurz FLASHED-Framework. Das FLASHED-Framework ist die Implementierung eines multikriteriellen Handover-Entscheidungsalgorithmus, der auf der multikriteriellen Entscheidungsanalyse Multiple-Criteria Decision Making (MCDM) beruht. Das FLASHED-Framework ermöglicht eine flexible, anwendungsabhängige und strukturierte Konfiguration der für eine Handoverentscheidung relevanten Informationssätze. Außerdem sind im FLASHED-Framework drei Handover-Entscheidungsalgorithmen implementiert, die die Optimierungsziele der Nutzer und der Netzwerkbetreiber repräsentieren und mit deren Hilfe die alternativen Kommunikationswege bewertet werden. Zwei dieser Algorithmen wurden im Rahmen der Untersuchungen der Optimierungsmöglichkeiten für eine Handoverentscheidung durch die Reduzierung der überschüssigen Kapazitäten in Abhängigkeit von Anwendungsanforderungen entwickelt. Beim dritten Algorithmus handelt es sich um einen lastverteilungsorientierten Handover-Entscheidungsalgorithmus. Die Verifizierung des vorgeschlagenen und implementierten FLASHED-Frameworks inklusive der vorgeschlagenen Entscheidungsalgorithmen erfolgt in einer im Rahmen dieser Arbeit weiterentwickelten Version der Simulationsumgebung OMNeT++/INET.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00035322
Lavrenko, Anastasia;
Compressive acquisition and processing of sparse analog signals. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (XV, 235 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Seit dem Aufkommen der ersten digitalen Verarbeitungseinheiten hat die Bedeutung der digitalen Signalverarbeitung stetig zugenommen. Heutzutage findet die meiste Signalverarbeitung im digitalen Bereich statt, was erfordert, dass analoge Signale zuerst abgetastet und digitalisiert werden, bevor relevante Daten daraus extrahiert werden können. Jahrzehntelang hat die herkömmliche äquidistante Abtastung, die durch das Nyquist-Abtasttheorem bestimmt wird, zu diesem Zweck ein nahezu universelles Mittel bereitgestellt. Der kürzlich explosive Anstieg der Anforderungen an die Datenerfassung, -speicherung und -verarbeitung hat jedoch die Fähigkeiten herkömmlicher Erfassungssysteme in vielen Anwendungsbereichen an ihre Grenzen gebracht. Durch eine alternative Sichtweise auf den Signalerfassungsprozess können Ideen aus der sparse Signalverarbeitung und einer ihrer Hauptanwendungsgebiete, Compressed Sensing (CS), dazu beitragen, einige dieser Probleme zu mindern. Basierend auf der Annahme, dass der Informationsgehalt eines Signals oft viel geringer ist als was von der nativen Repräsentation vorgegeben, stellt CS ein alternatives Konzept für die Erfassung und Verarbeitung bereit, das versucht, die Abtastrate unter Beibehaltung des Signalinformationsgehalts zu reduzieren. In dieser Arbeit untersuchen wir einige der Grundlagen des endlichdimensionalen CSFrameworks und seine Verbindung mit Sub-Nyquist Abtastung und Verarbeitung von sparsen analogen Signalen. Obwohl es seit mehr als einem Jahrzehnt ein Schwerpunkt aktiver Forschung ist, gibt es noch erhebliche Lücken beim Verständnis der Auswirkungen von komprimierenden Ansätzen auf die Signalwiedergewinnung und die Verarbeitungsleistung, insbesondere bei rauschbehafteten Umgebungen und in Bezug auf praktische Messaufgaben. In dieser Dissertation untersuchen wir, wie sich die Anwendung eines komprimierenden Messkerns auf die Signal- und Rauschcharakteristiken auf die Signalrückgewinnungsleistung auswirkt. Wir erforschen auch Methoden, um die aktuelle Signal-Sparsity-Order aus den komprimierten Messungen abzuleiten, ohne auf die Nyquist-Raten-Verarbeitung zurückzugreifen, und zeigen den Vorteil, den sie für den Wiederherstellungsprozess bietet. Nachdem gehen wir zu einer speziellen Anwendung, nämlich der Sub-Nyquist-Abtastung und Verarbeitung von sparsen analogen Multibandsignalen. Innerhalb des Sub-Nyquist-Abtastung untersuchen wir drei verschiedene Multiband-Szenarien, die Multiband-Sensing in der spektralen, Winkel und räumlichen-Domäne einbeziehen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000167
Cheema, Sher Ali;
Advanced signal processing concepts for multi-dimensional communication systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (xxi, 210 Seiten). . - (Research reports from the Communications Research Laboratory at Ilmenau University of Technology)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die weit verbreitete Nutzung von mobilem Internet und intelligenten Anwendungen hat zu einem explosionsartigen Anstieg des mobilen Datenverkehrs geführt. Mit dem Aufstieg von intelligenten Häusern, intelligenten Gebäuden und intelligenten Städten wächst diese Nachfrage ständig, da zukünftige Kommunikationssysteme die Integration mehrerer Netzwerke erfordern, die verschiedene Sektoren, Domänen und Anwendungen bedienen, wie Multimedia, virtuelle oder erweiterte Realität, Machine-to-Machine (M2M) -Kommunikation / Internet of Things (IoT), Automobilanwendungen und vieles mehr. Daher werden die Kommunikationssysteme zukünftig nicht nur eine drahtlose Verbindung über Gbps bereitstellen müssen, sondern auch andere Anforderungen erfüllen müssen, wie z. B. eine niedrige Latenzzeit und eine massive Maschinentyp-Konnektivität, während die Dienstqualität sichergestellt wird. Ohne bedeutende technologische Fortschritte zur Erhöhung der Systemkapazität wird die bestehende Telekommunikationsinfrastruktur diese mehrdimensionalen Anforderungen nicht unterstützen können. Dies stellt eine wichtige Forderung nach geeigneten Wellenformen und Signalverarbeitungslösungen mit verbesserten spektralen Eigenschaften und erhöhter Flexibilität dar. Aus der Spektrumsperspektive werden zukünftige drahtlose Netzwerke erforderlich sein, um mehrere Funkbänder auszunutzen, wie zum Beispiel niedrigere Frequenzbänder (typischerweise mit Frequenzen unter 10 GHz), mm-Wellenbänder (einige hundert GHz höchstens) und THz-Bänder. Viele alternative Technologien wie Optical Wireless Communication (OWC), dynamische Funksysteme und zellulares Radar sollten ebenfalls untersucht werden, um ihr wahres Potenzial abzuschätzen. Insbesondere bietet OWC ein großes, aber noch nicht genutztes optisches Band im sichtbaren Spektrum, das Licht als Mittel zur Informationsübertragung nutzt. Daher können zukünftige Kommunikationssysteme als zusammengesetzte Hybridnetzwerke angesehen werden, die aus einer Anzahl von verschiedenen drahtlosen Netzwerken bestehen, die auf Funk und optischem Zugang basieren. Auf der anderen Seite ist es eine große Herausforderung, fortschrittliche Signalverarbeitungslösungen für mehrere Bereiche von Kommunikationssystemen zu entwickeln. Diese Arbeit trägt zu diesem Ziel bei, indem sie Methoden für die Suche nach effizienten algebraischen Lösungen für verschiedene Anwendungen der digitalen Mehrkanal-Signalverarbeitung demonstriert. Insbesondere tragen wir zu drei verschiedenen Anwendungsgebieten bei, d.h. Wellenformen, optischen drahtlosen Systemen und mehrdimensionaler Signalverarbeitung. Gegenwärtig ist das Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing (CP-OFDM) die weit verbreitete Multitragetechnik für die meisten Kommunikationssysteme. Um jedoch die CP-OFDM-Nachteile in Bezug auf eine schlechte spektrale Eingrenzung, Robustheit in hoch asynchronen Umgebungen und Unflexibilität der Parameterwahl zu überwinden, wurden viele alternative Wellenformen vorgeschlagen. Solche Mehrfachträgerwellenformen umfassen einen Filter bank Multicarrier (FBMC), ein Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM), einen Universal Filter Multicarrier (UFMC) und ein Unique Word Orthogonal Orthogonal Frequency Division Multiplexing (UW-OFDM). Diese neuen Luftschnittstellenschemata verwenden verschiedene Ansätze, um einige der inhärenten Mängel bei CP-OFDM zu überwinden. Einige dieser Wellenformen wurden gut untersucht, während andere sich noch in den Kinderschuhen befinden. Insbesondere die Integration von Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) -Konzepten mit UW-OFDM und UFMC befindet sich noch in einem frühen Forschungsstadium. Daher schlagen wir im ersten Teil dieser Arbeit neuartige lineare und sukzessive Interferenzunterdrückungstechniken für MIMO UW-OFDM-Systeme vor. Das Design dieser Techniken zielt darauf ab, Empfänger mit einer geringen Rechenkomplexität zu erhalten. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Anwendbarkeit von Space-Time Block Codes (STBCs) auf UW-OFDM und UFMC-Wellenformen. Zu diesem Zweck stellen wir neue Techniken zusammen mit Detektionsverfahren vor. Wir vergleichen auch die Leistung dieser Wellenformen mit unseren vorgeschlagenen Techniken mit den anderen Wellenformen des Standes der Technik, die in der Literatur vorgeschlagen wurden. Wir zeigen, dass raumzeitblockierte UW-OFDM-Systeme mit den vorgeschlagenen Methoden nicht nur andere Wellenformen signifikant übertreffen, sondern auch zu Empfängern mit geringer Rechnerkomplexität führen. Der zweite Anwendungsbereich umfasst optische Systeme im sichtbaren Band (390-700 nm), die in Plastic Optical Fibers (POFs), Multimode-Fasern oder OWC-Systemen wie der Kommunikation über Visible Light Communication (VLC) verwendet werden können. VLC kann Lösungen für eine Reihe von Anwendungen anbieten, einschließlich drahtloser lokaler, persönlicher und Körperbereichsnetzwerke (WLAN, WPAN und WBANs), Innenlokalisierung und -navigation, Fahrzeugnetze, U-Bahn- und Unterwassernetze und bietet eine Reihe von Datenraten von wenigen Mbps zu 10 Gbps. VLC nutzt voll sichtbare Light Emitting Diodes (LEDs) für den doppelten Zweck der Beleuchtung und Datenkommunikation bei sehr hohen Geschwindigkeiten. Daher verwenden solche Systeme Intensitätsmodulation und Direct Detection (IM / DD), wodurch gefordert wird, dass das Sendesignal reellwertig und positiv sein sollte. Dies impliziert auch, dass die herkömmlichen Wellenformen, die für die Radio Frequency (RF) Kommunikation ausgelegt sind, nicht direkt verwendet werden können. Zum Beispiel muss eine hermetische Symmetrie auf das CP-OFDM angewendet werden, um ein reellwertiges Signal zu erhalten (oft als Discrete Multitone Transmission (DMT) bezeichnet), das im Gegenzug die Bandbreiteneffizienz verringert. Darüber hinaus begrenzt die LED / LED-Treiberkombination die elektrische Bandbreite. Alle diese Faktoren erfordern die Verwendung spektral effizienter Übertragungsverfahren zusammen mit robusten Entzerrungsschemata, um hohe Datenraten zu erzielen. Deshalb schlagen wir im zweiten Teil der Arbeit Übertragungsverfahren vor, die für solche optischen Systeme am besten geeignet sind. Insbesondere demonstrieren wir die Leistung der PAM-Blockübertragung mit Frequenzbereichsausgleich. Wir zeigen, dass dieses Schema nicht nur leistungsstärker ist, sondern auch alle modernen Verfahren wie CP-DMT-Schemata übertrifft. Wir schlagen auch neue UW-DMT-Schemata vor, die vom UW-OFDM-Konzept abgeleitet sind. Diese Schemata zeigen auch ein sehr überlegenes Bitfehlerverhältnis (BER) -Performance gegenüber den herkömmlichen CP-DMT-Schemata. Der dritte Anwendungsbereich konzentriert sich auf mehrdimensionale Signalverarbeitungstechniken. Bei der Verwendung von MIMO, STBCs, Mehrbenutzerverarbeitung und Mehrträgerwellenformen bei der drahtlosen Kommunikation ist das empfangene Signal mehrdimensional und kann eine multilineare Struktur aufweisen. In diesem Zusammenhang können Signalverarbeitungstechniken, die auf einem Tensor-Modell basieren, gleichzeitig von mehreren Formen von Diversität profitieren, um Mehrbenutzer-Signaltrennung / -entzerrung und Kanalschätzung durchzuführen. Dieser Vorteil ist eine direkte Konsequenz der Eigenschaft der wesentlichen Eindeutigkeit, die für matrixbasierte Ansätze nicht verfügbar ist. Tensor-Zerlegung wie die Higher Order Singular Value Decomposition (HOSVD) und die Canonical Polyadic Decomposition (CPD) werden weithin zur Durchführung dieser Aufgaben empfohlen. Die Leistung dieser Techniken wird oft mit zeitraubenden Monte-Carlo-Versuchen bewertet. Im letzten Teil der Arbeit führen wir eine Störungsanalyse erster Ordnung dieser Tensor-Zerlegungsmethoden durch. Insbesondere führen wir eine analytische Performanceanalyse des Semi-algebraischen Frameworks für approximative Canonical polyadic decompositions Simultaneous matrix diagonalizations (SECSI) durch. Das SECSI-Framework ist ein effizientes Werkzeug zur Berechnung der CPD eines rauscharmen Tensor mit niedrigem Rang. Darüber hinaus werden die erhaltenen analytischen Ausdrücke in Bezug auf die Momente zweiter Ordnung des Rauschens formuliert, so dass abgesehen von einem Mittelwert von Null keine Annahmen über die Rauschstatistik erforderlich sind. Wir zeigen, dass die abgeleiteten analytischen Ergebnisse eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit den Monte-Carlo-Simulationen zeigen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000145
Krauß, Alexander;
Nachführbare Antennen geringer Bauhöhe für die mobile Satellitenkommunikation. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (135 Blätter).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Das wachsende Interesse an bidirektionaler Satellitenkommunikation im Ka-Band erfordert Antennenentwürfe, welche die in diesem Kommunikationsband weit auseinander liegenden Downlink- und Uplink-Frequenzbereiche berücksichtigen und somit ein dualbandiges Verhalten aufweisen. Während Naturkatastrophen oder anderer desaströser Szenarien erfordert die mobile Krisenkommunikation über einen geostationären Satelliten eine hohe Zuverlässigkeit bei kompaktem Antennendesign. Im Fall einer beschädigten oder überlasteten terrestrischen Kommunikationsinfrastruktur stellen mobile Nutzerterminals mit einer geringen Aufbauhöhe eine wichtige Alternative für die Kommunikation von Rettungseinsatzkräften, Hilfsorganisationen und anderen Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neuartige zweidimensional-periodische Leckwellenantennenstruktur entwickelt, die auf einer zweilagigen frequenzselektiven Oberfläche (FSS) basiert und sowohl für den Empfangs- als auch den Sendefall ausgelegt ist. Die erfolgreich entworfene FSS-Einheitszelle erlaubt zirkulare Polarisation und überlagerte Aperturen für eine dualbandige Funktionalität. Die zweilagige frequenzselektive Oberfläche wird mit einer innovativen Primärquelle angeregt - realisiert durch eine Schlitzstrahlergruppe, die mittels integriertem und verlustarmen Hohlleiternetzwerk bei 20 und 30 GHz gespeist wird. Der Entwurf, Simulationsmodelle und die messtechnische Charakterisierung verschiedener Leckwellenantennenpaneele werden in der vorliegenden Dissertation im Detail diskutiert. Im Verlauf des Promotionsvorhabens wurden auf Basis der entwickelten Antennenpaneele zwei Demonstratoren nachführbarer Satellitenkommunikationsantennen aufgebaut und erfolgreich erprobt. Das verwendete Antennenkonzept erlaubt die Realisierung mit gewissen Freiheitsgraden bezüglich Anzahl und Neigungswinkel der Paneele für den Einsatz bei unterschiedlichen geografischen Breitengraden. Für die Nachführung der Richtcharakteristik wird eine hybride Strategie angewendet. Die Strahlnachführung im Azimut erfolgt mechanisch durch eigens für die Anwendung entwickelte Antennenpositionierer. In der Elevationsebene wird die elektronische Nachführung unter Ausnutzung einer rekonfigurierbaren Richtcharakteristik realisiert.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000182
Schirmer, Christopher;
Over-The-Air Testing using Wave-Field Synthesis. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (211 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Moderne Kommunikationsgeräte, z. B. Smartphones und GPS-Empfänger streben einen hohen Integrationsgrad an, um Kosten, Platz und Energie zu sparen. Es existieren auch große Geräte, wie zum Beispiel Fahrzeuge mit integrierten Long Term Evolution-Antennen. Um den Entwicklungsprozess zu beschleunigen, werden adäquate Testverfahren benötigt, die eine korrekte Funktionsweise aller Gerätekomponenten sicherstellen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Testverfahren einschließlich Kalibrierverfahren zu entwickeln, die reproduzierbare Testbedingungen erlauben, um vergleichbare Leistungstests von Kommunikationssystemen zu ermöglichen. Diese Arbeit besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil beschäftigt sich mit Wellenfeldsynthese (WFS) für elektrisch kleine Geräte. Der zweite Teil präsentiert ein alternatives Testverfahren für elektrisch große Geräte, welches Wireless Cable (WLC) bezeichnet wird. Im WFS-Teil werden Simulationen durchgeführt, um die Anwendbarkeit der WFS für Over-The-Air-Tests in 2D und 3D zur Erzeugung ebener elektromagnetischer Wellen zu untersuchen. Ein Kalibrierverfahren wird für die 2D-WFS vorgestellt, um den Frequenzgang analoger Systemkomponenten zu entzerren. Das Kalibrierverfahren wird mit Hilfe der Metriken Error Vector Magnitude und Poynting Vector Angular Deviation verifiziert. Es werden zur Verifikation des gesamten WFS-Systems Messungen auf Basis von GPS durchgeführt, die mit kabelgebundenen Tests verglichen werden. Zur Demonstration der Vollständigen Mess- und Testprozedur werden verschiedene Mehrelement-Antennen unter identischen Messbedingungen verglichen. Einflüsse auf ein reales System durch Rauschen, Drift und Temperatureinfluss werden untersucht. Für 3D-WFS wird ein optimierender Algorithmus wird entwickelt und verifiziert, um Emulationsantennen auf einer Sphäre oder Hemisphäre optimal zu verteilen. Im Wireless Cable-Teil wird das gleichnamige Testverfahren vorgestellt, das als alternative Over-The-Air-Testmethode die Untersuchung großer Geräte erlaubt. Die Anwendbarkeit in nicht-reflexionsfreien Umgebungen wird demonstriert. Wie alle Over-The-Air-basierten Testverfahren berücksichtigt Wireless Cable auch Selbstinterferenz. Eine Langzeitstabilitätsanalyse wird durchgeführt, außerdem eine Verifikation der Anwendbarkeit eines realistischen Funkkanals für den Anwendungsfall Long Term Evolution.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000061
Balbierer, Norbert;
Energiemanagement Ethernet-basierter Fahrzeugnetze. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - xvi, 215 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die Einführung von Ethernet als Vernetzungstechnologie für neue Fahrzeuggenerationen eröffnet ein weites Feld an Möglichkeiten für vernetzte Funktionen und Systeme im Automobil. Die wachsende Anzahl elektronischer Systeme heutiger Fahrzeuge hat jedoch auch einen zunehmend deutlichen Anteil am gesamten Energiebedarf und damit einhergehend an Kraftstoffverbrauch und CO2-Emission. Gleichzeitig steigt das Bestreben, Fahrzeuge effizienter zu gestalten, um Energieverbrauch und Emissionen zu reduzieren. Neben der Erhöhung der Energieeffizienz der einzelnen Komponenten ist das selektive Abschalten vernetzter Steuergeräte während des Betriebs des Fahrzeugs (Teilnetzbetrieb) ein Mittel zur Optimierung der Leistungsaufnahme der Bordelektronik. In der vorliegenden Arbeit werden Konzepte zur Umsetzung von Teilnetzbetrieb für Ethernet-basierte Netzwerke vorgeschlagen. Um Steuergeräte durch das Netzwerk aufwecken zu können wurde ein ruhestromloser Weckempfänger entwickelt, realisiert und getestet. Zur Koordination des Teilnetzbetriebs wurden zwei Netzwerkmanagement-Protokolle erarbeitet, implementiert und evaluiert. Die beschriebenen Konzepte wurden in einem Testfahrzeug unter realen Bedingungen eingesetzt und erprobt.



https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00034376
Schneckenburger, Nicolas;
A wide-band air-ground channel model
1. Auflage. - München : Dr. Hut, 2018. - xii, 206 Seiten. . - (Kommunikationstechnik)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

ISBN 3843934738 = 978-3-8439-3473-2

Die Flugsicherung in der zivilen Luftfahrt durchgeht aktuell einen Modernisierungsprozess. Im Zuge dieses Prozesses müssen auch die verwendeten Kommunikations-, Navigations-, und Luftraumüberwachungssysteme modernisiert werden. Um neue oder verbesserte Systeme nicht ausschließlich mit Hilfe von teuren Flugkampagnen testen zu müssen, ist ein Kanalmodell des Boden-Luftkanals notwendig. Solch ein Modell erlaubt Tests mit Hilfe von Computersimulationen. In dieser Arbeit entwerfen wir eine neue Kanalmodellarchitektur für den Boden-Luftkanal. Aufgrund des verwendeten geometrisch-stochastischen Modellierungsansatzes ist das Kanalmodell, im Gegensatz zu älteren Kanalmodellen, in der Lage, die Nichtstationarität des Kanals genau zu reproduzieren. Das Modell verwendet geometrische Modellierungselemente, um die verschiedenen Ausbreitungseffekte abzubilden. Statistische Verteilungen beschreiben die Eigenschaften der Modellierungselemente, z.B. die Verteilung von Reflektoren um die Sendeantenne. Durch das Wählen unterschiedlicher Verteilungen kann die gleiche Modellarchitektur einfach an verschiedene Umgebungen angepasst werden. Für diese Arbeit wurden zwei Flugmesskampagnen im L-Band in der Nähe des Versuchsflughafens in Oberpfaffenhofen durchgeführt. Im Zuge dieser Dissertation verwenden wir die gewonnenen Messdaten, um die Kanalmodellarchitektur auf die Messumgebung zu parametrisieren (anzupassen). Dafür sind neue Verfahren notwendig. Wir entwickeln einen Algorithmus zur Detektion von Multipfadkomponenten im Messsignal und zum Schätzen der zugehörigen Parameter. Auf Basis dieser Schätzung lokalisieren wir die Reflektoren, welche die detektierten Multipfadkomponenten verursachen. Die gewonnenen Ergebnisse erlauben einen weitreichenden Erkenntnisgewinn über die Eigenschaften des Boden-Luftkanals und unterstreichen dessen Nichtstationariät. Die Ergebnisse erlauben uns außerdem, ein Kanalmodell zur Parametrisierung der Messumgebung zu erstellen. Die Parametrisierung wird erfolgreich mit Hilfe verschiedener Messdatensätze validiert. Daher kann das in dieser Dissertation vorgestellte Kanalmodell in Zukunft zur Analyse von Flugsicherungssystemen verwendet werden. Dadurch kann die Anzahl der notwendigen, in der Regel extrem teuren Flugversuche verringert werden.



Zaikou, Yahor;
Microwave UWB sensors for measurements under non-stationary conditions : detection of human being beneath rubble for rescue applications. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (124 Blätter).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

UWB (Ultra-Wide Band) -Radar ist eine vielversprechende Möglichkeit, Menschen unter eingestürzten Gebäuden zu lokalisieren. Diese Arbeit widmet sich unterschiedlichen Wegen diese Anwendung zu verbessern. Zu Beginn wird umfassend analysiert, wie kleine unregelmäßige Bewegungen vom Radar erfasst werden. Es wird festgestellt, dass minimale Objektbewegungen im Bereich weniger Mikrometer detektierbar sind, was viel weniger ist, als die Atembewegung eines Menschen. Weiterhin wird dargestellt, dass für die Erfassung von sehr kleinen Objektbewegungen ein sehr geringer Jitter notwendig ist. Daher wird in dieser Arbeit ein MLBS (Maximum Length Binary Sequence) Radar mit sehr geringem Jitter verwendet. Zusätzlich wird eine quantitative Bewertung der Durchschnittswertbildung vorgenommen. Als ein Hauptergebnis wurden die genauen Bedingungen für die Geschwindigkeit der Datenerfassung ermittelt, die notwendig sind, um bei gegebener Objektgeschwindigkeit die blockweise Durchschnittswertbildung für die Erfassung kleiner Objektbewegungen zu verbessern. Eine Analyse, wie kleine periodische Bewegungen sich äußern wird gegeben. Die mathematischen Betrachtungen bestätigen, dass die menschliche Atmung vorwiegend Sinusanteile enthält, die hauptsächlich an den Taktflanken auftreten. Daher ist der Stand der Technik zur Erfassung von Atembewegungen gerechtfertigt. Analysen zeigen aber, dass Signaleigenschaften existieren, die eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik zulassen. Weitergehend wird dargestellt, dass theoretisch zwei Typen von Harmonischen in den Radardaten vorhanden sind, die von der Standard-FFT nicht berücksichtigt werden. Diese Harmonischen werden genutzt, um mittels der Bispectrum-Slice-Technik das Signal zu verstärken. Es wird der Schluss gezogen, dass dieser Ansatz in der Praxis die Detektierbarkeit nur verbessert, wenn die Level der Harmonischen groß genug sind. Eine weitere Signaleigenschaft, die in der horizontalen Standard FFT (Fast Fourier Transform) Technik nicht berücksichtigt wird, ist die Spreizung der Laufzeit in der Atmungssignatur. Es werden Algorithmen vorgestellt, die dieses Phänomen nutzen, um das Auffinden verschütteter Personen zu verbessern. Es wird die Leistungsfähigkeit dieser Algorithmen theoretisch analysiert und praktisch mit simulierten und gemessenen Radardaten überprüft. Es zeigt sich, dass sich der Störabstand durch diesen Ansatz gegenüber den Standardtechniken um mehrere dB verbessert. Eines der Hauptprobleme beim Suchen von Überlebenden sind bewegte Objekte im Strahlengang der Antenne. In dieser Arbeit werden zwei Algorithmen zur Beseitigung dieser Störung vorgeschlagen. Beide Methoden nutzen die Tatsache, dass Atembewegungen im Radargramm sehr spezifisch ausgeprägt sind und sich daher sehr gut von anderen Signalkomponenten unterscheiden lassen. Beide Algorithmen funktionieren sehr gut mit simulierten und gemessenen Radardaten. Abschließend wird die Positionsbestimmung einer verschütteten Person beschrieben. Es wird ein entsprechender Algorithmus dargestellt und mit Messdaten in 2D und 3D getestet. Es kann der Schluss gezogen werden, dass die Positionsbestimmung erfolgreich durchgeführt werden kann, indem die Methoden der Ankunftszeitbestimmung und Differenzankunftszeitbestimmung kombiniert werden.



https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000737
Krug, Silvia;
H3N - analysis toolbox for hybrid routing in heterogeneous, disruption-tolerant first responder ad hoc networks. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (ix, 165 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

- Im Titel ist "3" hochgestellt

Rettungskräfte müssen unter widrigen Bedingungen zuverlässig kommunizieren können, um in Rettungseinsätzen effizient arbeiten zu können und somit Leben zu retten. Idealerweise ist dazu ein selbstorganisiertes Ad-Hoc-Netz notwendig, weil die Kommunikationsinfrastruktur ggf. beschädigt oder überlastet sein kann. Um die geforderte Robustheit der Kommunikation auch in Szenarien mit größeren zu überbrückenden Entfernungen zu gewährleisten, werden zusätzlich Mechanismen benötigt, die eine Unterbrechungstoleranz ermöglichen. Verzögerungstolerante Netze (engl. Delay Tolerant Networks, kurz: DTN) stellen solche Mechanismen bereit, erfordern aber zusätzliche Verzögerungen, die für Rettungskommunikation nachteilig sind. Deshalb werden intelligente hybride Wegewahlverfahren benötigt, um die Verzögerung durch DTN-Mechanismen zu begrenzen. Außerdem sollten entsprechende Verfahren heterogene Netze unterstützen. Das ermöglicht zusätzlich eine effizientere Weiterleitung durch die Nutzung von Geräten mit unterschiedlichen Kommunikationstechnologien und damit auch Reichweiten. Um solche Systeme und die dafür benötigten Kommunikationsprotokolle zu entwickeln, werden verschiedene Analysewerkzeuge genutzt. Dazu gehören analytische Modelle, Simulationen und Experimente auf der Zielsystemhardware. Für jede Kategorie gibt es verschiedene Werkzeuge und Frameworks, die sich auf unterschiedliche Aspekte fokussieren. Dadurch unterstützen diese herkömmlichen Analysemethoden jedoch meistens nur einen der oben genannten Punkte, während die Untersuchung von hybriden und/oder heterogenen Ansätzen und Szenarien nicht ohne weiteres möglich ist. Im Falle von Rettungskräften kommt hinzu, dass die charakteristischen Merkmale hinsichtlich der Bewegung der Knoten und des erzeugten Datenverkehrs während eines Einsatzes ebenfalls nicht modelliert werden können. In dieser Arbeit werden deshalb verschiedene Erweiterungen zu existierenden Analysewerkzeugen sowie neue Werkzeuge zur Analyse und Modelle zur Nachbildung realistischer Rettungsmissionen untersucht und entwickelt. Ziel ist es, die Vorteile existierender Werkzeuge miteinander zu kombinieren, um ganzheitliche, realitätsnahe Untersuchungen von hybriden Protokollen für heterogene Netze zu ermöglichen. Die Kombination erfolgt in Form von gezielten Erweiterungen und der Entwicklung ergänzender komplementärer Werkzeuge unter Verwendung existierender Schnittstellen. Erste Ergebnisse unter Verwendung der entwickelten Werkzeuge zeigen Verbesserungspotentiale bei der Verwendung traditioneller Protokolle und erlauben die Bewertung zusätzlicher Maßnahmen, um die Kommunikation zu verbessern. Szenarien zur Kommunikation von Rettungskräften werden dabei als ein Beispiel verwendet, die Tools sind jedoch nicht auf die Analyse dieses Anwendungsfalls beschränkt. Über die reine Analyse verschiedener existierender Ansätze hinaus bildet die entwickelte Evaluationsumgebung eine Grundlage für die Entwicklung und Verifikation von neuartigen hybriden Protokollen für die entsprechenden Systeme.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000568
Al-Rubaye, Atheer Dhiaa;
Vertical handover management with quality of service support. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 1 Online-Ressource (xv, 105 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Neue Anwendungen und Dienste steigern die Attraktivität der mobilen Nutzung des Internets und fordern die Beibehaltung der Konnektivität auch beim Wechsel zwischen heterogenen drahtlosen Zugangsnetzen, wobei viele Informationen unterschiedlicher Quellen berücksichtigt werden müssen. Auf Basis dieser Informationen müssen Handover-Entscheidungen getroffen werden, die ein Umschalten zwischen den drahtlosen Schnittstellen bewirken und die Identikation des mobilen Knotens aktualisieren. Die vorliegende Arbeit stellt ein Rahmenwerk für vertikalen Handover vor, das zudem eine Mobilitätsunterstützung beinhaltet. Es verwendet Algorithmen zur multikriteriellen Entscheidung, die eine breite Reihe von Parametern betrachtet, um so die Kommunikationsdienstgüte (Quality of Service, QoS) für Echtzeitanwendungen bereitzustellen. Darüber hinaus wurde eine Strategie für die stabile und weiche Umschaltung zwischen verschiedenen Schnittstellen des mobilen Geräts entwickelt und eine leichtgewichtige Signalisierung für die Adressauösung zur schnellen Wiederaufnahme der Datenübertragung vorgeschlagen. Die Dissertation beschreibt den schichtenübergreifenden Handover-Ansatz in drei Modulen, deren Konzept und Funktionalität detailliert diskutiert werden. Handover-Entscheidungen werden auf Grundlage von Benutzerpräferenzen, Netzwerkeigenschaften und Kontextinformationen des mobilen Endgeräts getroffen. Eine Verbindung wird nur dann auf eine neue Schnittstelle umgestellt, wenn diese mit dem neu gewählten Netzwerk in Verbindung steht und entsprechend konguriert ist. Für die Aktualisierung der Identität des mobilen Knotens wird der bekannte Mechanismus "Network Address Translation" (NAT) wesentlich erweitert, was als Dynamic index NAT (DiNAT) bezeichnet wird. Sowohl lokale als auch globale Mobilität wird durch eine hierarchische Bereitstellung von DiNAT-fähigen Knoten unterstützt, ohne dass hierzu ein Vorwissen oder die Kooperation der Nachbar-Netzwerke notwendig ist. Viele solcher Knoten können zur Lastverteilung installiert werden, da die Dissertation einen Auswahlmechanismus erarbeitete, um die Auswahl eines passenden Ankerknotens für jede Kommunikationssitzung auf einem mobilen Knoten zu ermöglichen. Die Simulationsumgebung OMNeT++ wurde verwendet, um die Durchführbarkeit des Ansatzes zu überprüfen und ihn mit einer weit verbreiteten Lösung für das Mobilitätsmanagement zu vergleichen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000416
Hager, Markus;
LINDA : Leistungsmanagement in Netzwerken mit Dienstgüteadaption - am Beispiel einer Ethernet-Middleware. - Ilmenau, 2017. - iii, 141 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Diese Arbeit präsentiert einen Lösungsvorschlag für die Realisierung von Dienstgüte in Ethernet-Netzwerken. Das zentrale Element hierfür ist ein Softwaresystem bestehend aus einer Middleware, welche die Kommunikation im Netzwerk gemäß den Vorgaben regelt. Dieser Ansatz wurde theoretisch konzipiert als auch praktisch programmiert. Die Implementierung der Lösung diente als Grundlage für die Leistungsbewertung des vorgestellten Ansatzes. Ergänzend zur Evaluierung des charakteristischen Verhaltens der Middleware unter verschiedenen Anforderungen werden auch Untersuchungen und Alternativen präsentiert, die aufzeigen, wie das System im Hinblick auf die Erfordernisse angepasst werden kann, die sich bei größeren Netzwerken ergeben. Der vorgestellt Lösungsansatz bietet eine Alternative zu bestehenden Dienstgüte-Funktionen, die mittels der Kommunikationsprotokolle und Ethernet-Hardware umgesetzt werden. Der Vorteil der Middleware liegt darin, dass diese unabhängig von den Funktionen des Netzwerks arbeitet, so dass keine besonderen Vorgaben an die Kommunikationsinfrastruktur gestellt werden müssen. Da die Realisierung der Dienstgüte rein durch die Software der Middleware umgesetzt wird, sind darüber hinaus alle Freiheitsgrade gegeben, um das Dienstgüte-Konzept frei an individuelle Bedürfnisse anzupassen.



Jaeckel, Stephan;
Quasi-deterministic channel modeling and experimental validation in cooperative and massive MIMO deployment topologies. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (XXII, 151 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Das enorme Wachstum des mobilen Datenaufkommens wird zu substantiellen Veränderungen in mobilen Netzwerken führen. Neue drahtlose Funksysteme müssen alle verfügbaren Freiheitsgrade des Übertragungskanals ausnutzen um die Kapazität zu maximieren. Dies beinhaltet die Nutzung größerer Bandbreiten, getrennter Übertragungskanäle, Antennenarrays, Polarisation und Kooperation zwischen Basisstationen. Dafür benötigt die Funkindustrie Kanalmodelle, welche das wirkliche Verhalten des Übertragungskanals in all diesen Fällen abbilden. Viele aktuelle Kanalmodelle unterstützen jedoch nur einen Teil der benötigten Funktionalität und wurden nicht ausreichend durch Messungen in relevanten Ausbreitungsszenarien validiert. Es ist somit unklar, ob die Kapazitätsvorhersagen, welche mit diesen Modellen gemacht werden, realistisch sind. In der vorliegenden Arbeit wird ein neuen Kanalmodell eingeführt, welches korrekte Ergebnisse für zwei wichtige Anwendungsfälle erzeugt: Massive MIMO und Joint-Transmission (JT) Coordinated Multi-Point (CoMP). Dafür wurde das häufig verwendete WINNER Kanalmodell um neue Funktionen erweitert. Dazu zählen 3-D Ausbreitungseffekte, sphärische Wellenausbreitung, räumliche Konsistenz, die zeitliche Entwicklung von Kanälen sowie ein neues Modell für die Polarisation. Das neue Kanalmodell wurde unter dem Akronym "QuaDRiGa" (Quasi Deterministic Radio Channel Generator, dt.: quasideterministischer Funkkanalgenerator) eingeführt. Um das Modell zu validieren wurden Messungen in Dresden und Berlin durchgeführt. Die Messdaten wurden zunächst verwendet um die Modellparameter abzuleiten. Danach wurden die Messkampagnen im Modell nachgestellt um die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse nachzuweisen. Essentielle Leistungsindikatoren wie z.B. der Pfadverlust, die Laufzeitstreuung, die Winkelstreuung, der Geometriefaktor, die MIMO Kapazität und die Dirty-Paper-Coding Kapazität wurden für beide Datensätze berechnet. Diese wurden dann miteinander sowie mit Ergebnissen aus dem Rayleigh i.i.d. Modell und dem 3GPP-3D Kanalmodell verglichen. Für die Messungen in Dresden erzeugt das neue Modell nahezu identische Ergebnisse wenn die nachsimulierten Kanäle anstatt der Messdaten für die Bestimmung der Modellparameter verwendet werden. Solch ein direkter Vergleich war bisher nicht möglich, da die vorherigen Modelle keine ausreichend langen Kanalsequenzen erzeugen können. Die Kapazitätsvorhersagen des neuen Modells sind zu über 90% korrekt. Im Vergleich dazu konnte das 3GPP-3D Model nur etwa 80% Genauigkeit aufweisen. Diese Vorhersagen konnten auch für das Messszenario in Berlin gemacht werden, wo mehrere Basisstationen zeitgleich vermessen wurden. Dadurch konnten die gegenseitigen Störungen mit in die Bewertung eingeschlossen werden. Die Ergebnisse bestätigen die generelle Annahme, dass es möglich ist den Ausbreitungskanal sequenziell für einzelne Basisstationen zu vermessen und danach Kapazitätsvorhersagen für ganze Netzwerke mit der Hilfe von Modellen zu machen. Das neue Modell erzeugt Kanalkoeffizienten welche ähnliche Eigenschaften wie Messdaten haben. Somit können neue Algorithmen in Funksystemen schneller bewertet werden, da es nun möglich ist realistische Ergebnisse in einem frühen Entwicklungsstadium zu erhalten.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000330
Bayer, Hendrik;
Nachführbare Antennen für die mobile Satellitenkommunikation auf Basis des Multimode-Monopuls-Prinzips. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (vi, 168 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die hier präsentierte Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Realisierung von nachführbaren Antennen für die mobile Satellitenkommunikation auf Basis von Reflektorantennen. Dieser Antennentyp spielt eine zentrale Rolle für Bodenstationsantennen, die hohe Datenraten auch während der Fahrt des Trägerfahrzeugs zur Verfügung stellen sollen. Ausgehend von der Vorstellung bestehender Systeme und den Anforderungen an mobile Satellitenantennen werden Konstruktionsgrundlagen für die Dimensionierung von Cassegrain-Antennen beschrieben. Für die Nachführung dieses Antennentyps stehen verschiedene technische Prinzipien zur Verfügung, bei denen in dieser Arbeit besonderer Fokus auf Monopuls-Technologien besteht. Dieses Prinzip ermöglicht die Schätzung der Fehlausrichtung einer Antenne in Bezug zur Richtung, aus der das Empfangssignal kommt, für einen begrenzten räumlichen Ausschnitt aus dem Richtdiagramm der Antenne. Die hiermit generierten Richtungsinformationen werden für einen Regelkreis zur mechanischen Nachführung der Antenne verwendet. Basierend auf den vorgestellten Konzepten wird ein Demonstrator für eine Außeneinheit eines mobilen Satellitenterminals beschrieben. Dieser Demonstrator besteht aus einem individuell angefertigten mechanischen Antennenpositionierer und einer 60 cm Ka-Band Cassegrain-Antenne, welche mit einem neu entworfenen TM01-Multimode-Monopuls-Speisesystem bestehend aus einem Hohlleiter-Modenkoppler versehen ist. Die Entwicklung der Speisekette wird über eine erste Variante für reinen Empfangsbetrieb bis hin zu einer vollständigen Dual-Band-Version für Sende- und Empfangsfunktion dargestellt. Hierbei wird auf die numerische Simulation der Strukturen sowie auf die messtechnische Charakterisierung nach der Fertigung eingegangen. Darüber hinaus wird die Generierung des Fehlervektors, der für die Nachführung der Antenne benötigt wird, beschrieben. Zusätzlich zum Hohlleiter-basierten Koppler wird in dieser Arbeit ein neuartiger Modenkoppler für TM01-Multimode-Monopuls vorgestellt, bei dem Übergänge von gedruckten Koplanarleitungen zu Hohlleitern eingesetzt werden. Diese Methode ermöglicht die Integration des Kopplers zusammen mit dem Sendeempfänger in derselben Technologie, wodurch ein sehr kompakter, leichter und kostengünstiger Aufbau der Speisekette möglich wird.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000147
Kehrle Miranda, Ricardo;
Beamforming techniques for next generation communication systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (128 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die digitale Kommunikation ist in ihren verschiedenen Formen zu einem wesentlichen Teil des Alltags unserer Gesellschaft geworden. Dies hat die zunehmende Nachfrage nach digitalen Nachrichtensystemen zur Folge. Mobilfunknetze haben derzeitig insgesamt 7,3 Milliarden Abonnenten weltweit, wovon 1,4 Milliarden zur aktuellsten Mobilfunktechnologie der vierten Generation (4G) gehören. Bis 2022 soll die Gesamtmenge der Abonnenten auf etwa 8,9 Milliarden und für 4G auf 4,3 Milliarden anwachsen. Ferner werden Anwendungen, die einen hohen Datendurchsatz benötigen, wie z.B. virtuelle Realitätssoftware, vorausgesehen. Die Kommunikationssysteme sollten die ebenfalls ansteigende Nachfrage nach machine to machine communications abdecken. Darunter sind Internet der Dinge (IoT) und vehicular ad hoc networks (VANETs). Um eine derartige Nachfrage unterstützen zu können, wird ein Wachstum der Datenübertragungsrate in der Größenordnung von 100 derzeit als Anforderung für die Standards der fünfte Generation (5G), die bereits 2020 im Einsatz sein sollten, betrachtet. Um eine bessere Ausnutzung des knappen Spektrums zu ermöglichen, bietet sich der Einbau von Mehrantennensystemen in Kommunikationsgeräte als Schlüsseltechnologie an. Die vorliegende Arbeit legt den Schwerpunkt besonders auf Beamforming-Techniken, die das Strahlungsmuster des in Mehrantennensystemen angeordneten Geräte virtuell anpassen können, um das Signal aus einer erwünschten Richtung zu verstärken beziehungsweise die Störung aus weiteren Winkeln zu neutralisieren. Beamforming ermöglicht somit die räumliche Trennung von mehreren Quellen, die dasselbe Spektrum teilen, und kann ebenso verwendet werden, um elektronische Störer und Interferenzquellen abzuschwächen. In der vorliegenden Arbeit wurden Beamforming-Verfahren und Frameworks entwickelt, um unterschiedliche Fälle des farbigen Rauschens, zweidimensionalen Mehrantennensystemen (URA) und breitbandigen Signalen zu untersuchen. Für Systemen mit farbigen Rauschen wurden Prewhitening, Rank Reduction und eine Transformation verwendet. Für URA und breitbandige Systemen wurde die Tensordarstellung benutzt und dabei ist die Tensorzerlegung anhand der Parallel Factor Analysis (PARAFAC) zusammen mit frequency invariant beamformers (FIBs) verwendet worden. Zuletzt wurde mittels der Unscented Transformation mit geringem Rechenaufwand eine Evaluationsmethode entwickelt.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000099
Sawitzki, Axel;
Zur Berechnung der elektromagnetischen Felder von ausgedehnten komplexen Systemen durch Erweiterung der Momentenmethode um eine effiziente Rasterung. - Ilmenau, 2017. - VII, 233 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Diese Arbeit stellt eine Erweiterung der Momentenmethode (MoM) dar. Eine neue Vorgehensweise für die Diskretisierung von Linienströmen und Oberflächenströmen ist vorgestellt worden (Phasen-Diskretisierungsraster-Verfahren [PDRV]). Sie basiert auf der Phase des einfallenden tangentialen elektrischen Feldes. Die Verwendbarkeit der Theorie wurde an Beispielen gezeigt. Die Auswertung der gezeigten Rechenbeispiele ergibt folgende Kernaussagen: Eine gute Übereinstimmung der Ströme bei Ebenen mit Querabmessungen ab ca. 2 Wellenlängen, wobei im Abstand von ca. einem Viertel der Wellenlänge zu den Rändern Abweichungen auftreten. Als Kriterium für die Anwendbarkeit vom PDRV gilt, dass die Phasendifferenz der Tangentialkomponente des einfallenden Feldes auf der Ebene mindestens 4 pi beträgt. Bei Ebenen ergibt sich eine z. T. deutliche Reduktion der Anzahl der unbekannten Amplituden. In einem Rechenbeispiel konnte eine Berechnung mit nur ca. 69,3 Prozent der Basisfunktionen auf der Streuebene durchgeführt werden, die bei Anwendung der Standard-MoM mit 8 Funktionen je Wellenlänge notwendig wären. Theoretisch wurde gezeigt, dass sich dieser Wert bei großen Ebenen der 50 Prozent-Grenze annähert. Bei kleineren Ebenen (d. h. die Phasendifferenz der Tangentialkomponente des einfallenden Feldes auf der Ebene ist kleiner als 4 pi) ist die Anwendung des PDRV aus 2 Gründen nicht sinnvoll. Der randnahe Bereich umfasst einen großen Teil der Ebene. Abweichungen in der Lösung für die randnahen Ströme würden das Gesamtergebnis stark beeinflussen (Genauigkeitsproblem). Der 2. Grund betrifft den numerischen Aufwand. Die Diskretisierung unter Anwendung des PDRV resultiert in einer i. A. geringeren Anzahl von Funktionen im Innenteil von Ebenen und in einer erhöhten Anzahl am Rand. Dadurch wird sich bei elektrisch kleinen Ebenen oft ein numerischer Mehraufwand ergeben. Die elektrische Ausdehnung kann als ein wesentliches Kriterium zur Verwendbarkeit angegeben werden. Die Momentenmethode besitzt eine wesentliche Anwendungsgrenze dahingehend, dass die Berechnungen an elektrisch großen Körpern viel Rechenzeit und Speicherbedarf erfordern. Wesentliche Anteile bezüglich des Rechenaufwands sind das Aufstellen der Koppelimpedanzmatrix und die Lösung der Matrixgleichung. Durch eine Reduktion der für eine korrekte Berechnung notwendigen Anzahl von Basisfunktionen kann der Gesamtaufwand reduziert werden. Nach dem Stand der Technik ist die Anzahl der benötigten Basisfunktionen bestimmbar aus den geometrischen Abmessungen und der anregenden Frequenz. Unter bestimmten Annahmen gilt die folgende Bedingung: Ca. 8 Dreiecks-Funktionen je Wellenlänge für angenommene Linienströme (Stäbe) bzw. 2 &hahog; 8 &hahog; 8 = 128 Rooftop-Funktionen für Rechtecksflächen mit Kantenlängen von einer Wellenlänge (Flächenströme) sind erforderlich. Eine Lageberechnung der Funktionen erfolgt nicht, d. h. die Funktionen werden auf einer Weglänge gemäß ihrer Anzahl angeordnet. In dieser Arbeit ist zunächst untersucht worden, inwieweit zusätzliche Informationen verwendet werden können, um den Rechenaufwand zu senken. Gemäß der Herleitung des Berechnungsverfahrens (MoM) existiert ein Übergang von der elektrischen Feldintegralgleichung zu den Basisfunktionen. Die Basisfunktionen werden aus dem Grunde eingeführt, weil die Feldintegralgleichung nur in wenigen Spezialfällen analytisch nach einem unbekannten Strom lösbar ist. Der Übergang von der Integralgleichung zu einer Matrixgleichung ermöglicht die Berechnung einer Lösung nicht nur für diese wenigen Spezialfälle, sondern für praxisnahe Streuprobleme. Der Stromverlauf auf Oberflächen wird als eine additive Überlagerung einzelner, mit ihren Amplituden gewichteten, Basisfunktionen modelliert. Mit dem Ziel der Reduktion des numerischen Aufwandes für die Gesamtberechnung ist der Übergang von der elektrischen Feldintegralgleichung zu den Basisfunktionen modifiziert worden. Unter der Annahme, dass auf leitfähigen Oberflächen fließende Ströme bestimmte Eigenschaften besitzen, kann die Diskretisierung problemangepasst durchgeführt werden. Am Anfang und am Ende elektrisch leitfähiger Oberflächen ist die Stromstärkekomponente senkrecht zum Rand identisch Null. Im inneren Bereich von Ebenen (bzw. Leitern) ergeben sich oft Stromverläufe, die als annähernd sinusförmig beschrieben werden können. Vor allem durch die endliche Ausdehnung der leitfähigen Körper sowie Einstrahlungen, Abstrahlungen und Verlusten kommt es zu Veränderungen der Kurvenformen des Stromes. Unter Verwendung bestimmter Annahmen werden die Stromverläufe zunächst bezüglich der örtlichen Lage der Basisfunktionen berechnet. Daraus kann eine Diskretisierung des Stromverlaufes ermittelt werden. Erst danach folgen die Berechnung der elektromagnetischen Verkopplung der Basis- und Gewichtsfunktionen sowie die Lösung des Gleichungssystems nach dem unbekannten Strom. Durch diese Vorgehensweise kann die Anzahl der erforderlichen Basisfunktionen gegenüber dem bisherigen Stand der Technik reduziert werden. Verwendet werden Phasenlinien des tangentialen elektrischen Feldes. Aus dem Verlauf der Phasenlinien wird die Lage der Basisfunktionen ermittelt. Im Randbereich sind weitere Funktionen notwendig, um die Kantenströme und den Übergang zwischen Kantenströmen und Flächenströmen im Innenteil von Ebenen korrekt zu modellieren. Eine wesentliche Einschränkung im PDRV besteht durch die verwendeten Basisfunktionen vom Typ Rooftop und Sinus. Die Überlappungen der Sinusfunktionen mit anderen Sinus- oder Rooftop-Funktionen erfordern genaue Lageberechnungen für die Sinusfunktionen. Geringe Abweichungen in der Lage der Funktionen können zu deutlichen Abweichungen in den Flächenströmen führen, besonders bei den Überlappungen zwischen Rooftop-Funktionen und Sinusfunktionen. Wenn beide Stromrichtungen in einem nicht kollinearen System von Basisfunktionen, am selben Ort, deutlich unterschiedlich große Flächenströme besitzen, dann kann die MoM-Lösung für die kleinen Flächenströme fehlerhaft sein. Eine mögliche Abhilfe ist die Verwendung von der Standard-MoM für diese Gebiete auf den Streukörper. Die Erkennung derartiger Streuprobleme vor der Kenntnis der Flächenströme ist nicht leicht durchführbar. Eine Kombination aus PDRV und Standard-MoM ist möglich. Das jeweils verwendete Verfahren kann für einzelne Streukörper zugeordnet werden. Es ist auch möglich, die Trennlinie zwischen beiden Verfahren auf leitfähige Oberflächen zu legen. Ein Teil der Modellierungen, wie die Stab-Ebene-Verbindung, die Verbindung von Ebenen usw., könnte mit der Standard-MoM beschrieben werden, andere Oberflächenteile mit dem PDRV. Eine Berechnung des jeweiligen Gesamtproblems erscheint dadurch möglich. Die Zusammenfassung von mehreren Basisfunktionen zu einer größeren Basisfunktion, beschrieben im Abschnitt 3.6, ist entscheidend für die Verkleinerung der Systemmatrix der MoM. Die Anwendbarkeit der Gruppenbildung sowohl im PDRV als auch bei der Standard-MoM wurde gezeigt, d. h. auch in der Standard-MoM können Rasterungen derart verändert werden, dass weniger Basisfunktionen benötigt werden. Die Modellierung einer Stab-Ebene-Verbindung im Rahmen der Standard-MoM wurde bereits in der Literatur vorgestellt [NP78]. Die in der vorliegenden Arbeit beschriebene, auf Phasenlinien basierende Diskretisierung ist um die Stabanbindung erweitert worden. Die Berechnung unter Verwendung des PDRV erforderte mehr Basisfunktionen als bei Verwendung der Standard-MoM. Der Grund hierfür sind die kleinen Abmessungen der Streuebene. Bei deutlich größeren Streuebenen ist jedoch eine Reduktion der Anzahl der Unbekannten zu erwarten. Die vorgestellten Untersuchungen zu den Anwendungsgrenzen zeigen die vielfältige Anwendbarkeit des PDRV. Das Verhalten bezüglich der Toleranzen der Eingangsgrößen wurde anhand von berechneten Beispielen gezeigt. Die Diskretisierung mit dem PDRV basiert auf der Phase des einfallenden Feldes. Eine genaue Berechnung der Lage der Phasenlinien ist unbedingt notwendig, war für die vorgestellten Beispiele auch möglich. In einer Parameterstudie wurde die Anzahl der Phasenlinien des einfallenden Feldes geändert, die zur Rasterung der Streuebene verwendet werden. Dadurch wird angenommen, dass eine genaue Berechnung der Rasterung nicht möglich wäre. Der Einfluss dieses Parameters beschränkt sich im Wesentlichen auf die genaue Lage der Basisfunktionen vom Typ Sinus. Bei einer geänderten Anzahl von Phasenlinien wurden die Verläufe der Flächenströme ungenauer, vor allem bei lokalen Extremwerten. Im Allgemeinen sollten die Anzahl und der Verlauf der Phasenlinien ausreichend genau bestimmbar sein. Die Überlegungen zur Anzahl der Phasenlinien sind wichtig für eventuelle Erweiterungen des PDRV auf mehrere Streukörper. Die Diskretisierung einer Ebene erfordert die Kenntnis der Streufelder aller anderen Streukörper, welche auf diese Ebene einwirken. Eine vereinfachte Diskretisierung unter Vernachlässigung anderer Streukörper erscheint dann möglich, wenn dadurch die Phase des einfallenden Feldes nur gering geändert wird. Als Ergebnis der Parameteruntersuchung kann in Einzelfällen sogar eine wenig geänderte Anzahl von Phasenlinien akzeptiert werden. Die Änderung der Polarisation des einfallenden Feldes, durch Drehung einer Antenne, bewirkte eine Änderung der Genauigkeit gegenüber den Vergleichslösungen. Eine besondere Beachtung erfordern die Streuprobleme, bei denen stark unterschiedliche Stromamplituden mit verschiedenen Richtungen dicht benachbart auftreten. Im ersten Rechenbeispiel im Abschnitt 9.4.3 trat dieser Fall auf. Für jede Polarisation der Antenne ist grundsätzlich eine erneute Diskretisierung der Streuebene erforderlich. Dies ist ein Nachteil des PDRV gegenüber der Standard-MoM. Dort können bei kleinen Änderungen des Streuproblems, besonders bei konstanter Frequenz, das Diskretisierungsraster unverändert bleiben und große Anteile der Koppelimpedanzmatrix erneut verwendet werden. Es ist in jedem Einzelfall zu entscheiden, ob das PDRV anwendbar ist. Die Aussagen in dieser Arbeit können nicht auf alle möglichen Problemstellungen verallgemeinert werden. Die tatsächlich gesuchten Größen sowie die gewünschte Genauigkeit der Ergebnisse sind für die Wahl von Parametern im PDRV zu berücksichtigen. So wirkt z. B. das Zusammenfassen von Basisfunktionen sowohl auf die Anzahl der Unbekannten als auch auf die Genauigkeit. Bei der Berechnung elektrisch kleiner Ebenen und bei kleinen Phasendifferenzen des auf die Ebene einfallenden Feldes bestehen Nachteile des PDRV. In diesen Fällen können Rechengenauigkeit und Aufwand ungünstiger sein als bei Verwendung der MoM. Allerdings ist die Anzahl der Basisfunktionen auf elektrisch kleinen Oberflächen naturgemäß gering. Berechnungen kleiner Ebenen mit Hilfe der MoM erscheinen möglich. Erst bei größeren Ebenen tritt der hohe numerische Aufwand der MoM als Problem auf. Die entwickelte Theorie wurde auf Rechenbeispiele angewendet. Die Vergleiche der Flächenströme erfolgten entlang von Schnittlinien auf den Oberflächen. Dabei zeigte sich, dass Ströme im Randbereich abweichen können, im Inneren der Ebenen jedoch genau berechnet werden. Eine mögliche Fortsetzung der Arbeit könnte in der Weiterentwicklung des Übergangs zwischen den Randströmen und dem Inneren der Ebenen liegen. In dieser Arbeit wurden Flächenströme auf viereckigen Streuebenen berechnet. Es wurde versucht, die Vorteile und die Nachteile des PDRV anhand von unterschiedlichen Anwendungsfällen aufzuzeigen. Praktische Streuprobleme können jedoch deutlich kompliziertere Streukörper enthalten: z. B. mehrere nicht ebene Vierecke mit unterschiedlicher Größe, Form und Lage zueinander. Hieraus ergeben sich Möglichkeiten für eine Fortsetzung der Arbeit. Praxisnahe Problemstellungen können größere Abmessungen besitzen. Die Frequenzen der technischen Anwendungen haben den Gigahertzbereich bereits überschritten. Das in der Einleitung beschriebene Problem des stark ansteigenden Rechenaufwands bei der Verwendung der Momentenmethode wird auch in der Zukunft eine wichtige Anwendungsgrenze darstellen. In dieser Arbeit wurden Streuprobleme mit wenigen Tausend Unbekannten berechnet. Im Beispiel konnte der numerische Aufwand bei der Diskretisierung von Ebenen, verglichen mit dem bisherigen Stand der Technik, auf Werte von 69,3 % gesenkt werden. Die Anzahl der Funktionen auf Stabstrukturen beträgt ca. 50 % gegenüber der MoM.



Kieler, Oliver F. O.;
Pulsgetriebenes AC-Josephson-Spannungsnormal - Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer. - Bremen : Fachverlag NW in der Schünemann Verlag GmbH, 2017. - X, 141 Seiten. . - (PTB-Bericht)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

ISBN 978-3-95606-303-9

Im Rahmen der Arbeit wurde vom Autor ein pulsgetriebenes AC-Josephson-Spannungsnormal (kurz "JAWS": Josephson Arbitrary Waveform Synthesizer) zur Erzeugung von AC Wellenformen höchster Güte entwickelt. Dies beinhaltet die Entwicklung geeigneter Schaltungsdesigns/layouts, die Optimierung von Josephson-Kontakt Parametern und die Fabrikation der Schaltungen im Reinraumzentrum der PTB. Algorithmen zur Code-Erzeugung mittels [Sigma-Delta]-Simulation wurden erstellt. Der experimentelle Aufbau wurde im Rahmen der Arbeit entwickelt und kontinuierlich optimiert. Es konnten bis zu 9000 Josephson-Kontakte in einer JAWS-Schaltung durch Verwendung von 3-fach gestapelten SNS Kontakten mit NbxSi1-x Barriere integriert werden (S: Supraleiter, N: Normalleiter). Mit 2 Schaltungen pro Chip konnte somit eine Ausgangsspannung von ca. Vsignal = 0,35 VRMS bei einer Clock-Frequenz von fclock = 15 GHz realisiert werden. Durch Nutzung eines neuartigen 8-Kanal Sympuls Pulsgenerators wurde mit 8 Schaltungen auf 4 Chips (63 000 Josephson-Kontakte) eine Spannung von 1 VRMS erreicht. Beliebige Wellenformen konnten mit exzellenter spektraler Reinheit (SNR bis -125 dBc) in einem sehr breiten Frequenzbereich synthetisiert werden: DC-Signale und AC-Wellenformen von fsignal = 2 Hz bis fsignal > 1 MHz. Es wurde nachgewiesen, dass diese Wellenformen zeitlich sehr stabil sind, und ein extrem geringes Rauschen und Drift aufzeigen. Die hohe Präzision des JAWS wurde durch einen direkten Vergleich JAWS vs. JAWS eindrucksvoll demonstriert. Für die Verbreitung von Josephson Spannungsnormalen gewinnt die Verwendbarkeit dieser in Kleinkühlern zunehmend an Bedeutung. Es wurde gezeigt, dass das JAWS problemlos im Kleinkühler betrieben werden kann. Anhand einiger ausgewählter beliebiger Wellenformen konnte die Leistungsfähigkeit des JAWS für zukünftige Anwendungen aufgezeigt werden. Einige Beispiele für erste Anwendungen wurden erläutert. Vom Autor wurden im Rahmen der Arbeit nahezu selbständig drei JAWS-Systeme aufgebaut, die nun in der elektrischen Metrologie weiterentwickelt und genutzt werden können. Dies schließt die umfangreiche Software-Entwicklung zur Code-Erzeugung, System-Steuerung und Daten-Erfassung mit ein. Mit einer Ausgangsspannung von 1 VRMS stehen nun viele Einsatzmöglichkeiten für das JAWS offen (z.B. Einsatz in Impedanz-Brücken - diese Entwicklung hat an PTB bereits begonnen).



Neudert-Schulz, Dominik;
A contribution to efficient direction finding using antenna arrays. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (x, 177 Seiten, 25.09 MB).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Sicherlich gibt es nicht den einen Algorithmus zur Schätzung der Einfallsrichtung elektromagnetischer Wellen. Statt dessen existieren Algorithmen, die darauf optimiert sind Hunderte Pfade zu finden, mit uniformen linearen oder kreisförmigen Antennen-Arrays genutzt zu werden oder möglichst schnell zu sein. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit letzterer Art. Wir beschränken uns jedoch nicht auf den reinen Algorithmus zur Richtungsschätzung (RS), sondern gehen das Problem in verschiedener Hinsicht an. Die erste Herangehensweise befasst sich mit der Beschreibung der Array-Mannigfaltigkeit (AM). Bisherige Interpolationsverfahren der AM berücksichtigen nicht inhärent Polarisation. Daher wird separat für jede Polarisation einzeln interpoliert. Wir übernehmen den Ansatz, eine diskrete zweidimensionale Fouriertransformation (FT) zur Interpolation zu nutzen. Jedoch verschieben wir das Problem in den Raum der Quaternionen. Dort wenden wir eine zweidimensionale diskrete quaternionische FT an. Somit können beide Polarisationszustände als eine einzige Größe betrachtet werden. Das sich ergebende Signalmodell ist im Wesentlichen kompatibel mit dem herkömmlichen komplexwertigen Modell. Unsere zweite Herangehensweise zielt auf die fundamentale Eignung eines Antennen-Arrays für die RS ab. Zu diesem Zweck nutzen wir die deterministische Cramér-Rao-Schranke (Cramér-Rao Lower Bound, CRLB). Wir leiten drei verschiedene CRLBs ab, die Polarisationszustände entweder gar nicht oder als gewünschte oder störende Parameter betrachten. Darüber hinaus zeigen wir auf, wie Antennen-Arrays schon während der Design-Phase auf RS optimiert werden können. Der eigentliche Algorithmus zur RS stellt die letzte Herangehensweise dar. Mittels einer MUSIC-basierte Kostenfunktion leiten wir effiziente Schätzer ab. Hierfür kommt eine modifizierte Levenberg- bzw. Levenberg-Marquardt-Suche zum Einsatz. Da die eigentliche Kostenfunktion hier nicht angewendet werden kann, ersetzen wir diese durch vier verschiedene Funktionen, die sich lokal ähnlich verhalten. Diese Funktionen beruhen auf einer Linearisierung eines Kroneckerproduktes zweier polarimetrischer Array-Steering-Vektoren. Dabei stellt sich heraus, dass zumindest eine der Funktionen in der Regel zu sehr schneller Konvergenz führt, sodass ein echtzeitfähiger Algorithmus entsteht.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000020
Finke, Thomas;
SEREMA : self-organized routing in heterogeneous mobile ad hoc networks. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2016. - 1 Online-Ressource (xvi, 211 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Nach Naturkatastrophen, wie beispielsweise Erdbeben, Wirbelstürmen, Flutwellen oder auch nach durch den Menschen verursachten Katastrophen wie Terroranschlägen oder Unfällen, ist es sehr wichtig die Ersthelfer zu organisieren. Hierfür ist eine Kommunikationsinfrastruktur, welche zum Beispiel Basisstationen für Mobilfunknetze enthält, von entscheidender Bedeutung. Diese Infrastruktur kann durch die Katastrophe jedoch schwer beeinträchtigt oder vollkommen zerstört sein. Heutzutage sind Ersthelfer als auch Opfer üblicherweise mit leistungsfähigen mobilen Endgeräten, wie Smartphones oder Notebooks, ausgerüstet. Diese mobilen Endgeräte, welche über eine Vielzahl von Netzzugangstechnologien verfügen, können zu einem sogenannten Ad-hoc-Netzwerk zusammengeschlossen werden und bilden anschließend eine infrastrukturlose Kommunikationsbasis. Die Leistungsfähigkeit von kabellosen Ad-hoc-Netzwerken ist dabei stark von der Anzahl bekannter Verbindungen im Netz abhängig. Diese Verbindungen, auch Routen genannt, werden durch das verwendete Routingprotokoll gesucht und ständig aktualisiert. Hierzu stehen verschiedenartige Routingprotokolle zur Verfügung, welche Topologieinformationen zwischen den einzelnen Knoten eines Netzwerks austauschen. Für kabellose Ad-hoc-Netzwerke sind hierfür zahlreiche Routingprotokolle verfügbar, jedoch sind diese bereits existierenden Protokolle nur eingeschränkt für hochdynamische mobile Ad-hoc-Netzwerke geeignet. Dies liegt darin begründet, dass sie nicht in der Lage sind, sich an große Änderungen im Netzwerk anzupassen. In Katastrophenszenarien können allerdings hochdynamische Netzwerke vorkommen, in welchen beispielsweise die Größe des Netzes zwischen einigen wenigen und einigen hundert Knoten schwankt oder sich die Knotengeschwindigkeit von statischen bis hin zu hochmobilen Knoten verändert. Die vorliegende Arbeit präsentiert einen adaptiven Ansatz, welcher in der Lage ist, die gegebenen Parameter des Netzwerks in einer dezentralen Weise zu ermitteln und anschließend das verwendete Routingprotokoll während der Laufzeit zu wechseln, um somit das Routing sehr flexibel an die Gegebenheiten des Netzwerks anzupassen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000383
Hijazi, Naeim;
Entwurf und Optimierung eines Übertragungssystems zur induktiven Energieversorgung für medizinische Implantate mit der Trägerfrequenz 13,56 MHz. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (138 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Die Entwicklung eines Augenimplantats mit Komponenten für die drahtlose Energie- und Datenübertragung steht im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit. Hierfür wurden verschiedene Konzepte zur drahtlosen Übertragung von Energie und Daten an einem medizinischen Implantat untersucht und optimiert. Die Entwicklung des Energieübertragungssystems erfolgte mit dem Ziel der Erreichung einer hoher Effizienz und einer möglichst geringen Wärmeentwicklung. Weiterhin sollte die Energieversorgung zum Implantat so gesteuert werden, dass eine akzeptable konstante Energiemenge übertragen werden kann. Um eine hohe Effizienz zu gewährleisten, müssen der Typ des eingesetzten Verstärkers richtig konstruiert sein und seine Komponenten sorgfältig gewählt werden. Nur durch die Wahl des richtigen Verstärkers kann der Wunsch nach niedrigen Energieverlusten und hohem Wirkungsgrad erfüllt werden. In der Arbeit sind verschiedene Verstärkertypen zur drahtlosen Energieübertragung vorgestellt und untersucht worden, um anschließend den für das Anforderungsprofil am besten geeigneten Verstärkertyp auszuwählen. Dieser Verstärker wurde entworfen und mit Hilfe von Simulationen, Berechnungen und Messungen für den Einsatz optimiert. Der Sender ist mit einem optimierten analogen Klasse-E-Verstärker aufgebaut worden und arbeitet bei einer Trägerfrequenz von 13,56 MHz im ISM-Band. Zunächst wurde der Übertragungskanal innerhalb des elektronischen Systems entsprechend nachgebildet und gemessen. Danach ist das ganze Übertragungssystem entworfen, optimiert, realisiert und getestet worden. Die geeigneten Systemkomponenten zur drahtlosen Datenübertragung mussten noch konzipiert, entwickelt und realisiert werden. Die Algorithmen für Signaldekodierung und Displayansteuerung werden ebenfalls in einer Hardwarebeschreibungssprache (Verilog-HDL) geschrieben und als Displaytreiberchip realisiert. Weitern Bestandteile des Implantats, wie Daten- und Energiechips, wurden als integrierte Schaltkreise gefertigt. Ebenso wurde die geeignete implantierbare Empfangsspule dimensioniert und hergestellt. Die Komponenten des Implantats wurden zusammengebaut und in eine Silikonhülle eingegossen. Im Rahmen des IOS-Projekts (intraokulare Sehhilfe) sollte ein Prototyp des Gesamtsystems entwickelt werden, mit dessen Hilfe nicht nur die prinzipielle Machbarkeit einer technischen Sehhilfe gezeigt werden kann, sondern auch ihre Realisierbarkeit als Mikrosystem nachgewiesen wird.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000854
Vogt, Gabor;
Effizienter, flexibler und genauer Entwurf von Mehrlagen-Mikrowellenschaltungen mittels modularer Techniken. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (ii, 159 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Mit der Erschließung neuer Frequenzbereiche und der steigenden Komplexität von Mehrlagen-Mikrowellenschaltungen steigt auch der Bedarf nach effizienten, flexiblen und genauen Entwurfsmethoden. Die vorliegende Arbeit verfolgt daher einen systematischen Ansatz zur Evaluierung von Entwurfsverfahren anhand dieser wesentlichen Kriterien. Grundidee der daraus entwickelten und anhand von Teststrukturen verifizierten Methodik ist die konsequente Modularisierung von Mikrowellensystemen mit entsprechend geeigneten Entwurfstechniken. Auf der Basis einer flexibel erweiterbaren Modulbibliothek werden komplexe Leitungsstrukturen mittels konstruktiver und elektromagnetischer Verkettung, unter Minimierung auftretender Simulationsfehler effizient modelliert, simuliert und optimiert. Auch technologische Herausforderungen bei der strukturtreuen Herstellung keramischer Mehrlagenmodule (engl. low temperature co-fired ceramics, LTCC) werden dabei quantitativ erfasst und entwurfsseitig berücksichtigt. Als wichtigstes Ergebnis neben den ausgeführten und erprobten Entwurfstechniken, konnte ausgehend vom Forschungsprojekt KERAMIS II (Keramische Mikrowellenschaltkreise für die Satellitenkommunikation) ein Schaltmatrix-Modul für einen LTCC-Substratwechsel adaptiert, aufgebaut, erfolgreich charakterisiert und zur Verifikation des modularen Entwurfsansatzes genutzt werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000736
Butt, Safwat Irteza;
Compact adaptive planar antenna arrays for robust satellite navigation systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (185 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

- Enthält Thesen

In den zurückliegenden zwei Jahrzehnten ist die Abhängigkeit der Industriegesellschaft von satellitengestützten Ortungssystemen, Navigationsdiensten und Zeitsignalen dramatisch gewachsen. Darauf aufbauende moderne Anwendungen reichen von hochgenauen Ortungsgeräten bis zu intelligenten Transportsystemen und von der Synchronisation mobiler Netzwerke zu Wetter- und Klimabeobachtung. Dies setzt neue höhere Standards in der Robustheit, Genauigkeit, Verfügbarkeit und Verlässlichkeit moderner Navigationsempfänger voraus. Möglich werden diese Verbesserungen aktuell mit der Einführung von Multiantennensystemen in den Navigationsgeräten. Jedoch wird die Nutzung dieses Ansatzes durch die größeren Abmessungen der Antennenarrays erschwert, weil standardmäßig der Elementabstand zu einer halben Freiraumwellenlänge gewählt wird, was im L Band ca. 10 cm bedeutet. In dieser Arbeit werden kompakte Antennenarrays für Navigationsempfänger mit geringerem Elementabstand vorgeschlagen, die eine Miniaturisierung der Empfängerabmessungen erlauben. Diese kompakten Arrays werden in ihrer Leistungsfähigkeit jedoch durch die negativen Effekte der Verkopplung zwischen den Einzelelementen beeinträchtigt. Für die Beurteilung der Empfängerleistungsfähigkeit existieren verschiedene Qualitätsparameter für Analyse und Entwurf der planaren Arrays. Damit werden z. B. Diversity Freiheitsgrade, Qualität der Richtungsschätzung, Polarisationsreinheit und die wechselseitigen Kopplungen gemessen und eine Entwurfsumgebung wird vorgestellt, in der das optimale kompakte Antennenarray für den jeweiligen Einsatzzweck ausgewählt und konfiguriert werden kann. Dieser Prozess wird durch eine Analyse des Rauschens und seiner Korrelationseigenschaften für den gesamten Empfänger begleitet. Darüber hinaus wird ein analytisches Modell des effektiven carrier-to-interference-plus-noise ratio abgeleitet, um die Leistungsfähigkeit der Navigationsempfänger in Szenarien mit Störsignalen zu untersuchen. Schließlich werden diese Betrachtungen durch den Aufbau eines kompletten Satellitennavigationsempfängers ergänzt, um mit ihm den Nachweis der Funktionsfähigkeit und der stabilen Funktion des entworfenen Systems mit kompaktem Array unter Störereinfluss bei Laborbedingungen und in den realen Außeneinsatz zu erbringen.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000659
Begerow, Peggy;
Zuverlässige Gruppenkommunikation in mobilen Ad-hoc-Netzen auf Basis eines verzögerungstoleranten Kommunikationsdienstes. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (131 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Ein zuverlässiges Netz für die Kommunikation ist die Basis für eine erfolgreiche Organisation und Koordination von Rettungskräften in Katastrophenfällen. Die heutige Kommunikationstechnik der Rettungskräfte basiert auf dem digitalen Funksystem Terrestrial Trunked Radio (TETRA). TETRA bietet keine ausreichende Datenrate für Multimediadaten und ist bei zerstörter Infrastruktur nur eingeschränkt nutzbar. Deshalb ist es notwendig die Kommunikation in Katastrophenfällen auf anderen Netztypen aufzubauen und Protokolle weiterzuentwickeln. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der zuverlässigen Gruppenkommunikation in Katastrophenfällen. Durch die oft fehlende Infrastruktur in solchen Szenarien, werden Mobile Ad-hoc Networks (MANETs) verwendet, um eine Kommunikation kurzfristig wieder herzustellen. MANETs bilden sich selbständig und sind in ihrer Reichweite eingeschränkt. Das kann dazu führen, dass mehrere zu einer Kommunikationsgruppe gehörende Kommunikationspartner nicht direkt miteinander verbunden sind. Um trotzdem eine Kommunikation zu ermöglichen, wurde unter Nutzung eines verzögerungstoleranten Kommunikationsdienstes (Delay Tolerant Networking (DTN)) ein Gruppenkommunikationsprotokoll entwickelt. Dieses Protokoll (Reliable Multicast over Delay Tolerant Mobile Ad Hoc Networks (RMDA)) übermittelt Gruppennachrichten mit einer hohen wählbaren Zuverlässigkeit an die gewünschten Gruppenmitglieder unter Optimierung des Speicherplatzbedarfs der DTN-Knoten.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000562
Salman, Aymen Dawood Salman;
Quality of service aware routing protocol for a self-organized communication network. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (ix, 152 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Mobile Ad-hoc-Netze (MANETs) ermöglichen eine Kommunikation überall zu jedem Zeitpunkt. Frei sich bewegende Knoten können überall ein solches Netz bilden, wobei die Teilnehmer zu jeder Zeit dem Netz beitreten oder es wieder verlassen können. Ein teilnehmender Knoten in einem MANET kommuniziert mit allen anderen über Multi-Hop-Kommunikation. So ermöglicht ein MANET viele unterschiedliche Anwendungen aus verschiedenen Domänen wie beispielsweise Unterhaltungskommunikation, Notfallkommunikation oder Einsatzkommunikation. Allerdings benötigen Echtzeitanwendungen wie Telefonie oder Videokommunikation eine stringente Kommunikationsdienstgüte, was für MANETs eine große Herausforderung darstellt. Diese Herausforderung hat viele Gründe: das dynamische und unvorhersehbare Verhalten der Knoten im MANET, die Unzuverlässigkeit der drahtlosen Kommunikation, die Beschränkung der zur Verfügung stehenden Kommunikationsressourcen (wie Batterielaufzeit, Bandbreite oder Prozessorleistung), die relativ große Abdeckung durch ein MANET. Die Herausforderung kann in der Vermittlungsschicht durch ein spezielles Routingprotokoll gelöst werden, das mehrere gleichzeitige Pfade von der Quelle zum Ziel verwendet, sodass die Dynamik in einem MANET Berücksichtigung findet ohne dass die Dienstgüte kompromittiert werden muss. Das vorrangige Ziel dieser Arbeit ist die Erforschung und Entwicklung eines solchen Routingverfahrens, das Echtzeitanwendungen in einem MANET unterstützt. Für das adaptive Mehrwegerouting wurde ein Ameisenalgorithmus (Ant Colony Optimization, ACO) angewendet, der das Prinzip der Schwarmintelligenz ausnutzt. Die Bestimmung der aktuell möglichen Kommunikationsdienstgüte erfolgt über die Informationen, die das Netzmanagementprotokoll Simple Network Management Protocol SNMP standardmäßig zur Verfügung stellt. Durch die Kombination dieser beiden Ansätze wurde das adaptive Mehrwegeroutingprotokoll "QoS-aware Routing Protocol based on ACO" (QoRA) vorgeschlagen. In der vorliegenden Dissertation werden das Konzept von QoRA vorgestellt und die interne Funktionsweise erläutert. Anhand umfangreicher Simulationen auf Basis des Simulationswerkzeug ns-3 werden die Vorteile des Verfahrens nachgewiesen. Den Abschluss bildet die Diskussion einer Implementierung von QoRA in einer realen Testumgebung.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000494
Cheng, Yao;
Advanced multi-dimensional signal processing for wireless systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xxvi, 272 Seiten). . - (Research reports from the Communications Research Laboratory at Ilmenau University of Technology)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Die florierende Entwicklung der drahtlosen Kommunikation erfordert innovative und fortschrittliche Signalverarbeitungsalgorithmen, die auf eine verbesserte Performance hinsichtlich der Zuverlässigkeit, des Durchsatzes, der Effizienz und weiterer Faktoren abzielen. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Lösung dieser Herausforderungen und präsentiert neue und faszinierende Fortschritte, um diesen Herausforderungen zu erfüllen. Hauptsächlich konzentrieren wir uns auf zwei innovative Aspekte der mehrdimensionalen Signalverarbeitung für drahtlose Systeme, denen in den letzten Jahren große Aufmerksamkeit in der Forschung geschenkt wurde. Das sind Mehrträgerverfahren für Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Systeme und die mehrdimensionale harmonische Schätzung (Harmonic Retrieval). Da es sich bei MIMO-Systemen und Mehrträgerverfahren um Schlüsseltechnologien der drahtlosen Kommunikation handelt, sind ihre zahlreichen Vorteile seit langem bekannt und haben ein großes Forschungsinteresse geweckt. Zu diesen Vorteilen zählen zum Beispiel die Steigerung der Datenrate und die Verbesserung der Verbindungszuverlässigkeit. Insbesondere OFDM-basierte MIMO Downlink Systeme für mehrere Teilnehmer (Multi-User MIMO Downlink Systems), die durch SDMA (Space-Division Multiple Access) getrennt werden, kombinieren die Vorteile von MIMO-Systemen mit denen von Mehrträger-Modulationsverfahren. Sie sind wesentliche Elemente des IEEE 802.11ac Standards und werden ebenfalls für 5G (die fünfte Mobilfunkgeneration) ausschlaggebend sein. Obwohl die bisherigen Arbeiten über das Precoding (Vorcodierung) für solche Multi-User MIMO Downlink Systeme schon fruchtbare Ergebnisse zeigten, werden neue Fortschritte benötigt, die den Mehrträger-Charakter des Systems in einer effizienteren Weise ausnutzen oder auf eine höhere spektrale Effizienz des Gesamtsystems abzielen. Andererseits gilt die Filterbank-basierte Mehrträger Modulation (Filter Bank-based Multi-Carrier modulation, FBMC) mit einem gut konzentrierten Spektrum und einer somit niedrigen Out-of-band Leackage als eine vielversprechende Alternative zu OFDM. FBMC ermöglicht eine effiziente Nutzung von Fragmenten im Frequenzspektrums, z. B. in 5G oder Breitband Professional Mobile Radio (PMR) Netzwerken. Jedoch leiden die vorhandenen Verfahren zur Sende- und-Empfangs-Verarbeitung für FBMC-basierte MIMO Systeme unter Einschränkungen in Bezug auf mehrere Aspekte, wie z. B. der erlaubten Dimensionalität des Systems und der zulässigen Frequenzselektivität des Kanals. Die Formen der MIMO Einstellungen, die in der Literatur untersucht wurden, sind noch begrenzt auf MIMO-Systeme für einzelne Teilnehmer und vereinfachte Multi-User MIMO Systeme. Fortschrittlichere Techniken sind daher erforderlich, die diese Einschränkungen der existierenden Verfahren aufheben. MIMO-Szenarien, die weniger Einschränkungen unterliegen, müssen außerdem untersucht werden, um die Vorteile von FBMC zu weiter herauszuarbeiten. Im Rahmen der mehrdimensionalen harmonischen Schätzung (Harmonic Retrieval) hat sich gezeigt, dass eine höhere Genauigkeit bei der Schätzung durch Tensoren erreicht werden kann. Das liegt daran, dass die Darstellung mehrdimensionaler Signale mit Tensoren eine natürlichere Beschreibung und eine gute Ausnutzung ihrer mehrdimensionalen Struktur erlaubt, z. B. für die Modellordnungsschätzung und die Unterraumschätzung. Wichtige offene Themen umfassen die statistische Robustheit und wie man die Schätzung in zeitlich variierenden Szenarien adaptiv gestalten kann. In Teil I dieser Arbeit präsentieren wir zunächst eine effiziente und flexible Übertragungsstrategie für OFDM-basierten Multi-User MIMO Downlink Systeme. Sie besteht aus einer räumlichen Scheduling-Methode, der effizienten Mehrträger ProSched (Efficient Multi-Carrier ProSched, EMC-ProSched) Erweiterung mit einer effektiven Scheduling-Metrik, die auf Mehrträger-Systeme zugeschnitten wird. Weiterhin werden zwei neuartige Precoding Algorithmen vorgestellt, die lineare Precoding-basierte geometrische Mittelwert-Zerlegung (Linear Precoding-based Geometric Mean Decomposition, LP-GMD) und ein Coordinated Beamforming Algorithmus geringer Komplexität (Low Complexity Coordinated Beamforming, LoCCoBF). Diese beiden neuen Precoding-Verfahren können flexibel entsprechend den Abmessungen des Systems gewählt werden. Wir entwickeln auch einen System Level-Simulator, in dem die Parameter für das Link-to-System Level Interface kalibriert werden können. Diese Kalibrierung ist Standard-spezifisch, z. B. kann der Standard IEEE 802.11ac gewählt werden. Numerische Ergebnisse zeigen, dass diese Übertragungsstrategie Scheduling Fairness garantiert, einen weitaus höheren Durchsatz als die existierenden Verfahren erzielt, eine geringere Komplexität besitzt und nur einen geringen Signalisierungsoverhead erfordert. Der Schwerpunkt des Rests von Teil I bilden MIMO Systeme basierend auf Filter Bank-basierten Mehrträger-Verfahren mit Offset Quadrature Amplitude Modulation (FBMC/OQAM). Es wird ein umfassender Überblick über FBMC gegeben. Nachfolgend werden für verschiedene FBMC/OQAM-basierte MIMO Varianten neue Verfahren zur Sende- und Empfangs-Verarbeitung entwickelt, die unterschiedliche Grade von Frequenz-Selektivität des Kanals voraussetzen. Zunächst wird die Verwendung von weitgehend linearer Verarbeitung (widely linear processing) untersucht. Ein Zwei-Schritt-Empfänger wird für FBMC/OQAM-basierte MIMO Systeme mit einzelnen Teilnehmern entwickelt. Hierbei ist die Frequenz-Selektivität des Kanals niedrig. Verglichen mit linearen MMSE-Empfänger ist die Leistung des Zwei-Schritt-Empfängers viel besser. Das Grundprinzip dieser Zwei-Schritt-Empfänger ist zuerst die Verringerung der intrinsischen Interferenz, um die Ausnutzung von nicht-zirkulären Signalen zu ermöglichen. Es motiviert weitere Studien über weitgehend lineare Verfahren für FBMC/OQAM-basierte Systeme. Darüber hinaus werden zwei Coordinated Beamforming-Algorithmen für FBMC/OQAM-basierte MIMO Systeme mit einzelnen Teilnehmern entwickelt. Sie verzichten auf die Einschränkung der Dimensionalität der bestehenden Methode, bei der die Anzahl der Sendeantennen größer als die Anzahl der Empfangsantennen sein muss. Der Kanal auf jedem Träger wird als flacher Schwund (Flat Fading) modelliert, was einer Klassifizierung als "intermediate frequency selective channel" entspricht. Unter der Kenntnis der Kanalzustandsinformation am Sender (Channel-State-Information at the Transmitter, CSIT) basiert die Vorcodierung entweder auf einem Zero Forcing (ZF) Kriterium oder auf der Maximierung der Signal-to-Leackage-plus-Noise-Ratio (SLNR). Die Vorcodierungsvektoren und die Empfangsvektoren werden gemeinsam und iterativ berechnet. Daher führen die zwei Coordinated Beamforming-Algorithmen zu einer wirksamen Verringerung der intrinsischen Interferenz in FBMC/OQAM-basierten Systemen. Die Vorteile der Coordinated Beamforming-Konzepte werden in FBMC/OQAM-basierten Multi-User MIMO Downlink Systeme und koordinierte Mehrpunktverbindung (Coordinated Multi-Point, CoMP-Konzepte) eingebracht. Dafür werden drei intrinsische Interferenz mildernde koordinierte Beamforming-Verfahren (Intrinsic Interference Mitigating Coordinated Beamforming, IIM-CBF) vorgeschlagen. Die ersten beiden IIM-CBF Algorithmen werden für die FBMC/OQAM-basierten Multi-User MIMO Downlink Varianten mit unterschiedlichen Dimensionen entwickelt. Es wird gezeigt, dass diese Verfahren zu einer Abschwächung der Multi-User-Interferenz (MUI) sowie einer Verringerung der intrinsischen Interferenz führen. Bei der dritten IIM-CBF Methode wird ein neuartiges FBMC/OQAM-basiertes-CoMP Konzept vorgestellt. Dieses wird durch die gemeinsame Übertragung von benachbarten Zellen zu Teilnehmern, die sich am Zellenrand befinden, ermöglicht, um den Daten-Durchsatz am Zellenrand zu erhöhen. Die Leistungsfähigkeit der vorgeschlagenen Algorithmen wird durch umfangreiche numerische Simulationen evaluiert. Das Konvergenzverhalten wird untersucht sowie das Thema der Komplexität angesprochen. Außerdem wird die geringere Anfälligkeit von FBMC verglichen mit OFDM gegenüber Frequenzsynchronisationsfehlern demonstriert. Darüber hinaus wird auf die FBMC/OQAM-basierten Multi-User MIMO Downlink Systeme mit stark frequenzselektiven Kanälen eingegangen. Dafür werden Lösungen erarbeitet, die für die Unterdrückung der MUI, der Inter-Symbol Interferenz (ISI) sowie der Inter-Carrier Interferenz (ICI) anwendbar ist. Mehrere Kriterien der multi-tap Vorcodierung werden entwickelt, beispielsweise die Mean Squared Error (MSE) Minimierung sowie die Signal-to-Leakage-Ratio (SLR) und die SLNR Maximierung. An Endgeräten, die eine schwächere Rechnenleistung besitzen als sie an der Basisstation vorhanden ist, wird dadurch nur ein single-tap Empfangsfilter benötigt. Teil II der Arbeit konzentriert sich auf die mehrdimensionale harmonische Schätzung (Harmonic Retrieval). Der Einbau von statistischer Robustheit in mehrdimensionale Modellordnungsschätzverfahren wird demonstriert.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000488
Zemmari, Reda;
GSM passive coherent location signal processing : impact on system performance. - Hamburg : GCA-Verlag, 2016. - xviii, 214 Seiten. . - (Fraunhofer series advances in sensor data and information fusion. - Band 8)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

ISBN 3-89863-264-4

Passiv-Radar, auch PCL-System genannt (engl. Passive Coherent Location), wurde in den letzten Jahren intensiv untersucht. Solche Systeme verzichten auf eigene Sendeeinheiten und verwenden stattdessen die kommerziell verfügbaren Sender als Gelegenheitsbeleuchter. In der Tat erhöht die Fülle der aktuell vorhandenen Sender die Attraktivität von PCL-Systemen. FM, DAB, DVB-T sowie GSM-Sender sind potenzielle Kandidaten, welche als Gelegenheitsbeleuchter für PCL verwendet werden können. Dabei spielen die Wellenform sowie die Netzinfrastruktur eine wesentliche Rolle bei der Leistungsfähigkeit der einzelnen Systeme. Während zahlreiche FM, DAB und DVB-T-basierte PCL-Systeme unterschiedlicher Reifegrade vorhanden sind, wurde GSM als mögliche Beleuchtungsart selten berücksichtigt. Dies liegt wesentlich an der durch die Wellenform bedingten groben Entfernungsauflösung sowie an der relativ niedrigen Sendeleistung. Ziel der vorliegenden Arbeit ist, genau diese Lücke in der Radarwelt zu schließen und ein PCL-Konzept vorzustellen, welches die bekannten Nachteile kompensiert. Dieses Konzept basiert auf der Fusion von mehreren dislozierten GSM-Sendern. Dabei profitiert es von der hohen Dichte des GSM-Netzes. Die intelligente Ausnutzung der Sender-Diversität ist eine zentrale Säule des entwickelten Konzeptes und erlaubt eine signifikante Verbesserung der Positionsgenauigkeit und des Entdeckungsbereichs. In der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf Signalverarbeitungsverfahren. Allerdings werden zum besseren Verständnis alle Aspekte eines GSM-basierten PCL-Systems betrachtet: Anforderungen bezüglich der Antenne und der Empfangshardware, Trackingverfahren, sowie Datenfusion- und Systemmanagementaspekte. Zunächst wird die Wellenform von GSM-Signalen untersucht, um daraus spezifische Radar-Charakteristika zu extrahieren. Dies erlaubt, eine realistische Abschätzung der Leistungsfähigkeit sowie Begrenzungen des Systems anzugeben. Anschließend wird ein Systemkonzept vorgestellt mit dem Ziel, die erkannten Nachteile zu kompensieren. Das Konzept basiert auf einer linearen und äquidistanten Gruppenantenne (engl. Uniform Linear Array, ULA), aus der alle Signale durch Signalverarbeitungsmethoden im Raum- und Zeitbereich parallel extrahiert werden können. Somit ist der Einsatz von zusätzlichen Referenzantennen (für jeden GSM-Sender) nicht notwendig. Aus Gründen der Vergleichbarkeit mit anderen Aktiv-Radar-Systemen, wurden zuerst konventionelle Signalverarbeitungsmethoden benutzt. Das implementierte angepasste Filter (engl. Matched Filter, MF), welches im Allgemein in Radarsystemen eingesetzt wird, ist durch die Autokorrelationseigenschaft der GSM-Signale in der Entfernungsauflösung und in der Entdeckung von schwachen Zielen im Clutter-Bereich limitiert. Alternative nicht-angepasste Methoden werden in dieser Arbeit vorgeschlagen. Obwohl zahlreiche Methoden zur Verbesserung der Entfernungs-, Winkel- sowie Dopplerschätzung verwendet werden können, liegt der Fokus auf der Verbesserung der Entfernungsschätzung, was hier das Kernproblem darstellt. Die hierfür vorgeschlagenen Methoden werden an die GSM-Signalstruktur angepasst und eine Analyse bezüglich der Leistungsfähigkeit gegenüber dem MF wird anhand von Simulationen durchgeführt. Außerdem wird die Leistungsfähigkeit des vorgeschlagenen Konzeptes durch Evaluation von aus Experimenten gewonnenen Realdaten untermauert und es wird die Robustheit der vorgeschlagenen Methoden untersucht.



Hartmann, Christian;
Einsatz von geeigneten Verfahren der Pulslängenmodulation zur Ansteuerung von Hochfrequenz-Schaltverstärkern. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource.
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Die Energieeffizienz von HF-Leistungsverstärken ist mit der sehr dynamischen Entwicklung des Mobilfunks in den letzten Jahren verstärkt in den Brennpunkt des Interesses gerückt, da sie maßgeblichen Einfluss auf die mögliche Betriebsdauer von mobilen Endgeräten hat und sich auch signifikant auf die Betriebskosten des Mobilfunknetzes selbst auswirkt. Hieraus leitet sich die Motivation zum Einsatz von HF-Schaltverstärkern ab, die einen Betrieb mit deutlich verbessertem Wirkungsgrad versprechen. Zur Ansteuerung einer derartigen HF-Schaltverstärkerstufe ist aber eine Aufbereitung des HF-Nutzsignals mit Hilfe einer entsprechenden Modulatorschaltung notwendig. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wurden am Beispiel der konventionellen Pulslängenmodulation, sowie der Bandpass-Pulslängenmodulation Verfahren zur Ansteuerung von Schaltverstärkern untersucht, die sich zur effizienten Leistungsverstärkung von Hochfrequenzsignalen mit variabler Einhüllenden eignen. Es wurden zunächst mit Hilfe theoretischer Überlegungen und Simulationen die für den Einsatz in Schaltverstärkern maßgeblichen Eigenschaften der beiden Modulationsverfahren bestimmt. Von besonderem Interesse war hierbei die Untersuchung der mit dem jeweiligen Modulationsverfahren erreichbaren Kodiereffizienz, welche die dem Ausgangssignalspektrum des Modulators entnehmbare Nutzsignalleistung bzw. -amplitude beschreibt und für den erzielbaren Wirkungsgrad eines Schaltverstärkers von großer Bedeutung ist. Hierbei sind HF-Nutzsignale im Frequenzbereich von 450 MHz bis 3 GHz betrachtet worden, wie sie insbesondere für Anwendungen in der Mobilkommunikation von Interesse sind. Beim untersuchten Verfahren der Bandpass-Pulslängenmodulation lag das Augenmerk insbesondere auf einer neuartigen Schaltungsanordnung des Modulators, die eine lineare Übertragung der Hüllkurveninformation des HF-Nutzsignals ermöglicht. Im Vergleich zur konventionellen Pulslängenmodulation zeichnet sich die Bandpass-Pulslängenmodulation durch eine besonders hohe Kodiereffizienz aus, weshalb sie sich für die Ansteuerung von Schaltverstärkern als vorteilhaft erweist. Anhand von praktischen Implementierungen in Form von integrierten Modulatorschaltungen in einer 250 nm-SiGe-Halbleitertechnologie konnten die wichtigsten Eigenschaften der Modulationsverfahren messtechnisch verifiziert und die Tauglichkeit der beiden untersuchten Verfahren für den praktischen Einsatz nachgewiesen werden.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000355
Weise, Konstantin;
Advanced modeling in Lorentz force eddy current testing. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xxiv, 156 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

In der heutigen Zeit steigt der Bedarf an effizienten und leistungsfähigen Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen rasant an. Besonders in den Bereichen Luft- und Raumfahrttechnik unterliegen die Bauteile hohen Qualitätsstandards im Sinne der Sicherheit. Dies setzt Verfahren mit hoher Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Schnelligkeit voraus. Diese Arbeit befasst sich mit der Methode der Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung. Im Gegensatz zu klassischen Induktionsverfahren werden die Wirbelströme aufgrund einer Relativbewegung zwischen einem Permanentmagneten und dem Prüfobjekt hervorgerufen. Ein zentraler Gegenstand dieser Arbeit stellt die Entwicklung eines neuen Magnetsystems dar. Dieses basiert auf dem Halbach-Prinzip und besteht neben den bekannten Neodym-Eisen-Bor Legierungen aus einer Eisen-Kobalt-Verbindung mit hoher Sättigungsmagnetisierung. In diesem Sinn war es möglich die magnetische Flussdichte in der Nähe des Prüfkörpers zu fokussieren und zu verstärken. Die Entwicklung einer geeigneten Optimierungsroutine erlaubt die flexible Identifikation der Magnetgeometrie in Abhängigkeit der gestellten Anforderungen. Im weiteren Verlauf wurden numerische Simulationen zur Unsicherheits- und Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Im Zuge dessen wurden die Modellparameter hinsichtlich ihrer statistischen Eigenschaften untersucht. Das zugrunde liegende stochastische Feldproblem wurde mit Hilfe der Methode des "Generalized Polynomial Chaos" gelöst. Dies ermöglichte die Identifikation der wichtigsten Einflussgrößen im System. Im Zusammenhang mit der Unsicherheitsanalyse wurden charakteristische Oszillationen der Relativgeschwindigkeit zwischen Permanentmagnet und Prüfkörper beobachtet. Um diese Phänomene besser verstehen zu können, wurde ein analytischer Zugang entwickelt, der die Bestimmung der elektromagnetischen Felder und Lorentzkräfte ermöglicht. Zu guter Letzt wird ein alternatives System zur Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung vorgestellt, indem der Prüfkörper von einem Ringmagneten umschlossen ist. Die prinzipielle Funktionsweise des neuen Systems wird mit theoretischen Vorbetrachtungen in Form von analytischen Lösungen aufgezeigt. Die Arbeit vertieft die Kenntnisse über die Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung und enthält neue sowie innovative Ansätze, die den Stand der Technik vorantreiben.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000122
Schellenberg, Sebastian;
Naming and adress resolution in heterogeneous mobile ad hoc networks. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2015. - 1 Online-Ressource (xvi, 177 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2015

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit der Adressierung und Adressauflösung in heterogenen Kommunikationsnetzen. Die Anwendungsfälle für die Motivation des Themas stellen Katastrophenszenarien wie Naturkatastrophen oder Terroranschläge dar. Nach solchen Ereignissen kann die Infrastruktur und speziell die Kommunikationsinfrastruktur teilweise oder ganz beschädigt sein. Um trotzdem eine funktionierende Kommunikation sicherzustellen, die sowohl für die Einsatzkräfte wie auch für die Opfer unerlässlich ist, können sogenannte Mobile Ad-hoc-Netze (MANET) zum Einsatz kommen. Die Benutzung dieser infrastrukturlosen Vernetzung verlangt aber die weitgehende Eliminierung von zentralen Einheiten. Daraus resultierend befasst sich die Dissertationsschrift mit der Ersetzung des in Infrastrukturnetzen gebräuchlichen Domain Name Systems (DNS) durch eine MANET-taugliche Alternative. Zusätzlich wurde durch die Einführung einer den Knoten identifizierenden Adressschicht die Notwendigkeit zur Auflösung der Identitäten zu den lokalen, vom Internet Protokoll (IP) eingesetzten, Adressen gegeben.Das in der Arbeit vorgestellte dezentrale System zur Namensauflösung basiert vollständig auf den eingesetzten Wegewahlprotokollen. Durch eine strikte Integration der Funktionalität der Namensauflösung in das Routing kann komplett auf zentrale Einheiten verzichtet werden. Die Lösung wird weiterhin kombiniert mit einem adaptiven Routingkonzept, welches es Knoten ermöglicht, während der Laufzeit von einem Routingprotokoll zum anderen zu wechseln. Dies bietet eine bessere Reaktionsmöglichkeit auf Änderungen des Szenarios und dadurch eine erhöhte Performanz für die Wegesuche und die Namensauflösung. Der konzipierte und im Click Modular Router (Click) implementierte Ansatz wird weiterhin im Laufe der Arbeit evaluiert und auf die Performanz bezüglich des zusätzlich generierten Verkehrs, der Zeitverzögerung bis zur Auflösung eines Namens zu einer Adresse und der Erfolgsrate getestet. Hierzu werden Simulationen mit dem Netzwerksimulator 3 (ns-3) durchgeführt.Im letzten Teil der Arbeit werden drei mögliche Erweiterungen des präsentierten Systems gezeigt. Die erste zielt auf die Verbesserung der Performanz durch Hashing des aufzulösenden Namens. Die zweite Erweiterung beschäftigt sich mit der Realisierung eines Dienstlokalisierungsmechanismus, basierend auf dem System zur Namensauflösung. Zusätzlich wird die Erweiterung hin zu einer Standort-sensitiven Namensauflösung bzw. Dienstlokalisierung aufgezeigt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26993
Arndt, Daniel;
On channel modelling for land mobile satellite reception, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: IX, 194 S., 9,21 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

In modernen Satellitenrundfunksystemen werden Methoden wie Zeitdiversität (Empfang von zeitlich verteilter Information) und Winkeldiversität (Empfang von mehreren Satelliten mit unterschiedlichen Positionen) angewandt, um die geforderte Dienstequalität für den mobilen Empfang zu gewährleisten. Zur Untersuchung der Ausbreitungseffekte des landmobilen Satellitenkanals sowohl der Wirksamkeit von Diversität werden statistische Modelle benötigt, die den zeitlichen Signalschwund des Empfangssignals nachbilden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Kanalmodell für den Mehrsatellitenempfang entwickelt, welches genaue Versorgungsvorhersagen mit Zeit- und Winkeldiversität erlaubt. Grundlage ist ein Einsatellitenmodell, welches großräumige Schwankungen im Kanal durchdie Zustände gut und schlecht definiert, und den langsamen und schnellen Signalschwund gemäß einer variablen Loo-Verteilung beschreibt, deren Parameter nach jedem Zustandswechsel stochastisch bestimmt werden. Für die Zustandsmodellierung mit zwei Satelliten wird ein 'semi-Markov Modell für korrellierte Zustandssequenzen' erarbeitet. Damit können, unter Berücksichtigung der Statistiken der Einzelkanäle und deren Korrelationskoeffizient, die Zustandswahrscheinlichkeiten und -längen exakt simuliert werden. Für die Zustandsmodellierung mit drei Satelliten wird ein 'Master-Slave'-Ansatz entwickelt. Dabei sind die Zustandssequenzen zweier Slaves bedingt abhängig zur Master-Sequenz. Der Master-Slave-Ansatz ermöglicht die Parametrisierung eines Dreisatellitenmodells. Zur Beschreibung des langsamen und schnellen Signalschwunds im Mehrsatellitenkanal wirddie Wechselbeziehung zwischen synchron gemessenen Satellitensignalen näher untersucht. Es stellt sich heraus dass weitere Signalkorrelationen berücksichtigt werden sollten, die erstmalig im neuen LMS-Kanalmodell implementiert werden. Die Simulationssergebnisse werden in Statistiken erster und zweiter Ordnung den Messdaten gegenübergestellt. Im Vergleich zu bestehenden Modellen werden Verbesserungen nach Berücksichtigung von Diversität deutlich. Die Parameter für das Mehrsatellitenkanalmodell wurden aus umfassenden Messkampagnen abgeleitet und gewährleisten die Signalsimulation für verschiedene Umgebungen und Satellitenpositionen. Abschließend wird das Kanalmodell für einen ersten Vergleich verschiedener Satellitenkonfigurationen mit Zeit- und Winkeldiversität angewandt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26568
Haddad, Taghrid;
Entwurfsregeln für supraleitende Analog-Digital-Wandler, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: VIII, 111 S., 1,39 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015
- Enth. außerdem: Thesen

Die vorliegende Dissertationsschrift liefert einen Beitrag zu Dimensionierungsaspekten des Schaltungsentwurfs in der supraleitender Elektronik. Dazu werden Supraleitende Komparatoren, d. h. Josephson-Komparator und QOJS-Komparator bezüglich der Geschwindigkeit und der Empfindlichkeit untersucht. Der Einfluss des thermischen Rauschens auf den Entscheidungsprozess der Komparatoren repräsentiert die so genannte Grauzone. Sie wird in der Arbeit als wichtige Kennzahl ausführlich analysiert. Daraus werden verschiedene Parameterabhängigkeiten dargestellt. Eine Modellierung eines Josephson-Komparator wurde experimentell bestätigt. Darauf aufbauend werden Konzepte von supraleitenden Analog-Digital-Wandlern in der Arbeit untersucht und daraus Entwurfsregeln abgeleitet. Durch die Reduzierung der Schaltenegie wird das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) der Schaltungen und damit die Zuverlässigkeit von Entscheidungsprozessen und Schaltvorgängen beeinflusst. Für Spezialanwendungen mit sehr hohen Anforderungen bezüglich der Geschwindigkeit oder Genauigkeit bieten supraleitende AD-Wandler ausgezeichnete Leistungsmerkmale an. Die Arbeit liefert konkrete Zusammenhänge zwischen den unterschiedlichen Entwurfsparametern und zeigt mögliche Kompromisse auf. Die Methoden sind transparent dargestellt und lassen sich leicht auf andere Schaltungstopologien übertragen. Im Ergebnis wird ein Werkzeug zur objektiven Dimensionierung von supraleitenden AD-Wandlern bereitgestellt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26095
Narandži´c, Milan;
Wideband MIMO radio channel modelling, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXVIII, 245 S., 20,03 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

Diese Arbeit konzentriert sich auf die Klasse der stochastischen geometrie-basierten Kanalmodelle, die einen guten Kompromiss zwischen Komplexität und Realismus bieten. Die flexible Struktur des geometrie-basierten stochastischen Kanalmodells ermöglicht eine generische Darstellung der unterschiedlichen Ausbreitungsszenarien, so dass dieses Modell für die Simulation von heterogenen Netzwerken geeignet ist. Da die Parametrisierung des zweiseitig richtungsaufgelösten Modells keine Information über die Positionen der Streuobjekte relativ zu dem Sende-und Empfangsantennen erfordert, ist es möglich, ein Modell zu entwerfen, welches nicht explizit die Position der Streuer während der Synthese bestimmt. Die Entwicklung eines solchen Modells, welches für die Beschreibung der physikalischen Wellenausbreitung nur die parametrische Dimensionen verwendet, begann mit dem 3GPP Spatial Channel Modell und es während der verschiedenen WINNER Projekte weiterentwickelt. Die betrachteten Modelle nutzen diese Parameter wie "Delay Spread", "Winkelstreuung", "Shadowing", etc. um die Leistungsverteilung in den verschiedenen Kanaldimensionen zu quantifizieren. Deren statistischen Eigenschaften (statistische Verteilungen und Korrelationsfunktionen) werden auf der Ebene der Ausbreitungsszenarien charakterisiert und stellen damit den wichtigsten Teil des Modells dar. Die Repräsentation der Messdaten/Kanaleigenschaften in WINNER spezifischen parametrischen Dimensionen und deren weitere Abstraktion als multivariaten normalverteilten Prozess ermöglicht eine einfache Quantifizierung der Szenarioähnlichkeit basierend auf einer relativen Entropiemetrik. Dieses Ähnlichkeitsmaß kann dann genutzt werden, um die erforderliche Anzahl von unterschiedlichen Klassen an Referenzszenario zu minimieren, welches die Komplexität des Gesamtmodells reduziert. Die vereinfachte Parametrierung des 3GPP Spatial Channel Modell führt zu einer schwachen Konsistenz der räumlich-zeitlichen Kanalevolution. Die Ursache liegt in der abstrahierten Ausbreitungsumgebung, also dem Fehlen von vordefinierten Streuobjekten. Im WINNER -Modell werden die Intra-Zell-Korrelationen ausgenutzt um Ähnlichkeiten von benachbarten Positionen mobiler Endgerät zu erzwingen. Die Intra-Zell-Korrelationen sind aber immer noch nicht angemessen vertreten und reproduziert durch dieses Modell. Hier sind weitere zukünftige Arbeiten notwendig. Diese Doktorarbeit schlägt eine Modellerweiterung für kooperative (Down)Links vor, hierbei wird die Interaktion der Large Scale Parameter durch eine Begrenzung des Dynamikbereichs der Empfänger eingeführt.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26059
Zinner, Helge;
Vernetzung heterogener Feldbusse auf Basis des Standards Ethernet Audio Video Bridging, 2015. - III, 191 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2015

Mit dem Einzug von Ethernet in Kraftfahrzeuge sind Echtzeitprotokolle notwendig um die dort bestehenden Echtzeitanforderungen zu erfüllen. Dabei kann das Synchronisationsprotokoll IEEE 802.1AS, nach notwendiger Adaptierung, die Basis für einen dienstgütebasierten Datentransport bilden und so eine Alternative zu den bestehenden Bussystemen schaffen. Dafür werden Konzepte erarbeitet, die es ermöglichen sollen, transparent zwischen den bestehenden zeitgesteuerten Feldbussen und Ethernet zu vermitteln.



Murtaza, Noman;
Design and analysis approaches to compact directional antennas for cognitive radio, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: X,134 S., 12,39 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Cognitive radio (CR) ist eine neuartige Technologie, die es erlaubt die spektralen Funkressourcen intelligent und effektiv zu nutzen. Jüngste Messkampagnen beweisen, dass die zugewiesenen Frequenzbänder der lizenzierenden Benutzer nicht effizient genutzt werden. Außerdem benötigen moderne Funktechnologien mehr Spektrum, um wachsenden Datenübertragungsrate- und Quality-of- Service-Anforderungen gerecht zu werden. Cognitive radio erlaubt die Sekundärnutzung von nicht vollständig genutzten Frequenzbereichen, wobei die Primärnutzung durch Lizenzinhaber nicht gestört werden darf. Seit der ersten Erwähnung von Cognitive radio im Jahr 1999 lag der Fokus auf Frequenz- bzw. spektralen Ressourcen. Allerdings ist dies für die Anforderungen von zukunftsweisenden Funktechnologien nicht ausreichend. Eine Kombination aus der Betrachtung von Frequenz, Raum/Richtung und Zeit ermöglicht eine noch effizientere Nutzung des Funkspektrums. Dabei kommen Technologien wie beispielsweise die Schätzung der Empfangsrichtung und die Interferenzunterdrückung zum Einsatz. In dieser Arbeit werden Methoden des Entwurfs und der Analyse von direktiven Multibandantennen zur Bereitstellung richtungs- und frequenzabhängiger Funktionalitäten vorgestellt. Dies geschieht mit Hilfe orthogonal angeordneter Multibandantennen und mit kompakten Multibandantennenarrays.Die entworfenen Antennen wurden mit Hilfe von Simulationen, Messungen und durch die Emulation von channel-sounder-Messungen analysiert. Als Referenzantennensystem dient eine konzentrische Anordnung aus Monopolantennenarrays und Absorberplatten zwischen den Antennenelementen. Dieses Referenzantennensystem wurde für die Durchführung von Machbarkeitsstudien in Messkampagnen eingesetzt. Mit einem aus neun Elementen bestehenden Array können entsprechend neun Freiheitsgrade erzielt werden. Diese setzen sich aus drei wählbaren Frequenzbändern (GSM 900 MHz, GSM 1800 MHz, und IEEE 802.11b/g) und drei Richtungen pro Frequenzband zusammen. Das Referenzantennensystem ist in der Lage, Frequenzbänder und Signaleinfallsrichtungen mit einem Signal-zu-Interferenz-Verhältnis von 20 dB unter den reflexionsarmen Bedingungen in einer Absorberkammer aufzulösen. Für das Band des GSM 1800 wurde eine Feldmessung in der Umgebung von vier Basisstationen durchgeführt.Das spektrale Sensing erfolgte nach dem Prinzip der Leistungsdetektion. Möglichkeiten zur richtungsselektiven Kommunikation konnten in einer Vielzahl von GSM-Kanälen für ca. 50 % der Beobachtungszeit detektiert werden. Durch die Reduzierung der Zwischenelementabstände konnte eine kompakte Antenne des konzentrischen Antennenarrays konstruiert werden. Dies führt zu einer gegenseitigen Verkopplung der Antennenelemente und damit zu einer Beeinflussung der Stromverteilung und schließlich der Antennenrichtdiagramme. Um diese Effekte zu minimieren, wurde ein multibandfähiges Anpassungs- und Entkopplungsnetzwerk entworfen, welches die Entkopplung und Anpassung der Antennenelemente mit Modenspezifischen Lasten ermöglicht. Die Rekonfigurierbarkeit in jedem Frequenzband wird durch kapazitive Justierung mit Hilfe von Varaktordioden erreicht. Das multibandfähige Anpassungs- und Entkopplungsnetzwerk und das rekonfigurierbare Netzwerk für GSM 900 wurden auf einer Leiterplatte realisiert und im Hinblick auf Entkopplung, Anpassung, und Strahlungsdiagramme der Ports getestet. Die 10 dB-Bandbreite für Anpassung und Entkopplung der statischen Netzwerke ist ca. 30 MHz. Das rekonfigurierbare Netzwerk stellt eine Bandbreite von mehr als 100 MHz bereit, die mit insgesamt 5 Stufen erreicht wird.Die Richtdiagramme waren in verschiedenen Richtungen mit einem Korrelationskoeffizient kleiner als 30 % orthogonal, und in verschiedenen Frequenzbereichen mit einer Korrelation besser als 70 % selbstähnlich. Schließlich wurde das Verhalten von Richtantennen in heterogenen Ausbreitungsszenarien durch Simulation und Emulation untersucht. Dies beinhalteten Kanalmodelle für Simulation von statischen Szenarien und vorhandenen channel-sounder-Messungen zur Emulation der Mobilitätsszenarien. Verschiedene gemessene und analytisch bestimmte Richtdiagramme wurden verwendet, um die Verfügbarkeit von richtungsabhängigen Kommunikationsressourcen für Cognitive radio zu untersuchen.Simulationen mit analytischen Richtdiagrammen von uniform zirkularer Arrays zeigten, dass die Empfangssignalstärke über die Einfallsrichtungen proportional zum Nebenkeulenpegel der direktiven Richtdiagramme ist. Ein Nebenkeulenpegelvon 20 dB eines Antennenarrays mit 6 Elementen wurde als Optimum gefunden. Die richtungsabhängigen Sendemöglichkeiten von ca. 50 % wurden mit einem Sensing-Schwellwert kleiner -120 dB für mobile Szenarien ermittelt. Die Verfügbarkeit richtungsabhängiger Ressourcen ist abhängig von dem Schwellwert des gewählten Algorithmus für das spektrale Sensing. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sorgfältig konstruierte direktive Antennen die Existenz richtungsabhängiger Ressourcen für Cognitive radio aufspüren können. Anpassungs- und Entkopplungsnetzwerke für kompakte Antennenarrays können mittels kommerziell verfügbaren konzentrierten Bauelementen mit engen Toleranzen hergestellt werden. Die Rekonfigurierbarkeit solcher Netzwerke kann mittels Varaktordioden erreicht werden. Richtungsabhängige Kommunikation ist mit den vorgeschlagenen Antennen sowohl in statischen als auch mobilen Szenarien möglich.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25838
Zhang, Jianshu;
Advanced signal processing techniques for two-way relaying networks and full-duplex communication systems, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXIII, 257 S., 2,53 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Sehr hohe Datenraten und ständig verfügbare Netzabdeckung in zukünftigen drahtlosen Netzwerken erfordern neue Algorithmen auf der physischen Schicht. Die Nutzung von Relais stellt ein vielversprechendes Verfahren dar, da die Netzabdeckung gesteigert werden kann. Zusätzlich steht hierdurch im Vergleich zu Kupfer- oder Glasfaserleitungen eine preiswerte Lösung zur Anbindung an die Netzinfrastruktur zur Verfügung. Traditionelle Einwege-Relais-Techniken (One-Way Relaying [OWR]) nutzen Halbduplex-Verfahren (HD-Verfahren), welche das Übertragungssystem ausbremst und zu spektralen Verlusten führt. Einerseits erlauben es Zweiwege-Relais-Techniken (Two-Way Relaying [TWR]), simultan sowohl an das Relais zu senden als auch von diesem zu empfangen, wodurch im Vergleich zu OWR das Spektrum effizienter genutzt wird. Aus diesem Grunde untersuchen wir Zweiwege-Relais und im Speziellen TWR-Systeme für den Mehrpaar-/Mehrnutzer-Betrieb unter Nutzung von Amplify-and-forward-Relais (AF-Relais). Derartige Szenarien leiden unter Interferenzen zwischen Paaren bzw. zwischen Nutzern. Um diesen Interferenzen Herr zu werden, werden hochentwickelte Signalverarbeitungsalgorithmen - oder in anderen Worten räumliche Mehrfachzugriffsverfahren (Spatial Division Multiple Access [SDMA]) - benötigt. Andererseits kann der spektrale Verlust durch den HD-Betrieb auch kompensiert werden, wenn das Relais im Vollduplexbetrieb arbeitet. Nichtsdestotrotz ist ein FD-Gerät in der Praxis aufgrund starker interner Selbstinterferenz (SI) und begrenztem Dynamikumfang des Tranceivers schwer zu realisieren. Aus diesem Grunde sollten fortschrittliche Verfahren zur SI-Ünterdrückung entwickelt werden. Diese Dissertation trägt diesen beiden Zielen Rechnung, indem optimale und/oder effiziente algebraische Lösungen entwickelt werden, welche verschiedenen Nutzenfunktionen, wie Summenrate und minimale Sendeleistung, maximieren. Im ersten Teil studieren wir zunächst Mehrpaar-TWR-Netzwerke mit einem einzelnen Mehrantennen-AF-Relais. Dieser Anwendungsfall kann auch so betrachtet werden, dass sich mehrere verschiedene Dienstoperatoren Relais und Spektrum teilen, wobei verschiedene Nutzerpaare zu verschiedenen Dienstoperatoren gehören. Aktuelle Ansätzen zielen auf Interferenzunterdrückung ab. Wir schlagen ein auf Projektion basiertes Verfahren zur Trennung mehrerer Dienstoperatoren (projection based separation of multiple operators [ProBaSeMO]) vor. ProBaSeMO ist leicht anpassbar für den Fall, dass jeder Nutzer mehrere Antennen besitzt oder unterschiedliche Systemdesignkriterien angewendet werden müssen. Als Bewertungsmaßstab für ProBaSeMO entwickeln wir optimale Algorithmen zur Maximierung der Summenrate, zur Minimierung der Sendeleistung am Relais oder zur Maximierung des minimalen Signal-zu-Interferenz-und-Rausch-Verhältnisses (Signal to Interference and Noise Ratio [SINR]) am Nutzer. Zur Maximierung der Summenrate wurden spezifische gradientenbasierte Methoden entwickelt, die unabhängig davon sind, ob ein Nutzer mit einer oder mehr Antennen ausgestattet ist. Um im Falle eines "Worst-Case" immer noch eine polynomielle Laufzeit zu garantieren, entwickelten wir einen Algorithmus mit polynomieller Laufzeit. Dieser ist inspiriert von der "Polynomial Time Difference of Convex Functions"-Methode (POTDC-Methode). Bezüglich der Summenrate des Systems untersuchen wir zuletzt, welche Bedingungen erfüllt sein müssen, um einen Gewinn durch gemeinsames Nutzen zu erhalten. Hiernach untersuchen wir die Maximierung der Summenrate eines Mehrpaar-TWR-Netzwerkes mit mehreren Einantennen-AF-Relais und Einantennen-Nutzern. Das daraus resultierende Problem der Summenraten-Maximierung, gebunden an eine bestimmte Gesamtsendeleistung aller Relais im Netzwerk, ist ähnlich dem des vorangegangenen Szenarios. Dementsprechend kann eine optimale Lösung für das eine Szenario auch für das jeweils andere Szenario genutzt werden. Weiterhin werden basierend auf dem Polynomialzeitalgorithmus global optimale Lösungen entwickelt. Diese Lösungen sind entweder an eine maximale Gesamtsendeleistung aller Relais oder an eine maximale Sendeleistung jedes einzelnen Relais gebunden. Zusätzlich entwickeln wir suboptimale Lösungen, die effizient in ihrer Laufzeit sind und eine Approximation der optimalen Lösung darstellen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=25588
Popugaev, Alexander E.;
Miniaturisierte Mikrostreifenleitungs-Schaltungen bestehend aus zusammengesetzten Viertelkreisringen. - Erlangen : N & H Verl., 2014. - XII, 153 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2013

Die vorliegende Arbeit beschreibt eine neue Technik der Leiterbahnführung zum effizienten rechnergestützten Entwurf von Schaltungen in Mikrostreifenleitungs-Technologie. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Layout der zu realisierenden Schaltung aus Viertelkreisringen zusammengesetzt wird. Als Hilfsmittel dient ein Raster, welches aus ringförmigen Segmenten besteht. Im Vergleich zur konventionellen Ausführung lassen sich unter Anwendung der Methode Mikrostreifenleitungs-Schaltungen mit relativ geringem Aufwand kompakt und ohne merkliche Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften realisieren, was auch die angeführten Ausführungsbeispiele zeigen. Daraufhin wird der für Simulationen auf Schaltplanebene relevante mathematische Apparat hinsichtlich analytischer Berechnung gekrümmter Mikrostreifenleitungen aus früheren Arbeiten von Jouguet, Lewin, Wolff, Tripathi, Knoppik und Weisshaar übernommen und in Bezug auf aus Viertelkreisringen bestehende Mikrostreifenleitungen weiterentwickelt. Es wird ein neues adäquates Hohlleitermodell mit magnetischen Seitenwänden vorgeschlagen. Demnach weist jedes Hohlleitersegment sowohl die effektiven Radien als auch den effektiven Mittelpunktswinkel auf. Dabei ist die effektive Breite gleich der effektiven Breite der geraden Mikrostreifenleitung gleichen Querschnitts zu wählen. Für die Berechnung des effektiven Mittenradius und des effektiven Mittelpunktswinkels wird eine einfache Beziehung empirisch aufgestellt. Ausgehend von diesem Modell werden die aus dem Stand der Forschung bekannte Störungsrechnung zweiter Ordnung herangezogen und die Relationen bis hin zur sechsten Ordnung hergeleitet, um die Berechnungsgenauigkeit von stark gekrümmten Leitungen zu verbessern. Darüber hinaus erfolgt die Bestimmung einer allgemeinen Form der Differentialgleichung zur Berechnung von Störungen beliebiger Ordnung sowie der direkten Ansätze zu deren Lösung. Die Streuparameter jedes Hohlleitersegments werden gemäß den von Weisshaar hergeleiteten Relationen berechnet. Die Ermittlung der resultierenden Streumatrix erfolgt unter Berücksichtigung jeder Änderung der Krümmungsrichtung nach Gimeno. Das weiterentwickelte mathematische Modell der gekrümmten Mikrostreifenleitung wird durch Simulationen sowie experimentelle Untersuchungen verifiziert.



Humbla, Stefan;
Entwurf und Umsetzung eines rekonfigurierbaren Schaltmatrix-Satelliten-Experiments zum Nachweis der Raumfahrttauglichkeit keramischer Mikrowellenschaltungstechnologie, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXVI, 168 Bl., 15,70 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
- Parallel als Druckausg. erschienen

Die Informations- und Kommunikationstechnik ist einer der wesentlichen Grundpfeiler der technischen Entwicklung des vergangenen Jahrhunderts. Gerade für die Erschließung geografisch ausgedehnter als auch abgelegener Gebiete mit Kommunikationsinfrastruktur, Broadcasting, etc. werden satellitengestützte Systeme eingesetzt. Um aktuelle Technologien in der Raumfahrt einsetzen zu können, bedarf es dem Nachweis der Raumfahrtqualifikation aller Komponenten. Da nicht jede Technologie geeignet ist und der Qualifikationsprozess aufwendig und mit hohen Kosten verbunden ist, beträgt die zeitliche Verzögerung typischerweise mehrere Jahre oder Jahrzehnte und wird nur bei großen zu erwartenden Vorteilen durchgeführt. Die Low Temperature Co-fired Ceramics-Technologie (LTCC) ermöglicht durch die dreidimensionale Integration passiver Leitungsstrukturen kompakte Module hoher Funktionsdichte, geringer Masse und ermöglicht hermetische Gehäuse für integrierte Schaltkreise. Die Berücksichtigung prozessbedingter Geometrieabweichungen im Entwurfsprozess zusammen mit der genauen Kenntnis der elektrischen Materialparameter stellt eine wichtige Vorraussetung dar, um eine hohe Ausbeute und eine gute Übereinstimmung zwischen Messdaten und Simulationsergebnissen zu erzielen. Im Rahmen dieser Arbeit werden die Entwicklungen, die Optimierung und der Qualifikationsprozess eines Schaltmatrixexperiments beschrieben. Dabei werden die aufgebauten Modelle vorgestellt, die Ergebnisse der Umwelttests ausgewertet und Optimierungen am Modul sowie an der Aufbau- und Verbindungstechnik vorgenommen. Die Ergebnisse der mechanischen Untersuchung werden mit numerischen Methoden nachvollzogen. Aufbauend auf den grundlegenden keramischen Modulen wurde ein System entworfen, welches im All selbstständig Messdaten aufnimmt und so Rückschlüsse auf die Funktionsfähigkeit der Komponenten erlaubt. Das Schaltmatrixexperiment wurde als der Teil der KERAMIS-Nutzlast in den Testsatelliten TET-1 (Technologieerprobungsträger) integriert. Die einjährige OOV-Mission (On-Orbit Verification) begann mit dem Start der Trägerrakete am 22. Juli 2012. Anhand der verfügbaren Messdaten konnte keine Beeinflussung der Funktionsfähigkeit festgestellt werden.Darüber hinaus werden verschiedene Konzepte für den modularen Aufbau komplexerer Schaltmatrizen basierend auf dem 4x4 Schaltmatrixmodul vorgestellt und diskutiert.



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Ruggaber, Benjamin;
Ortsaufgelöste Bestimmung von colorimetrischen Größen mit einer Hyperspektralkamera, 2014. - VII, 109 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der ortsaufgelösten Bestimmung colorimetrischer Größen unter Verwendung einer Hyperspektralkamera. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Bestimmung von Normfarbwertanteilen von einfarbigen- und weißen LEDs. Die Verwendung einer Hyperspektralkamera als Messmittel, zur Bestimmung von Normfarbwertanteilen, setzt zum einen die Kalibrierung der Hyperspektralkamera voraus und zum anderen, dass einem jeweiligen Messergebnis eine Messunsicherheit beigeordnet werden kann. Zum Zeitpunkt der Entstehung der vorliegenden Arbeit, bestehen jedoch keine Richtlinien oder Empfehlungen seitens der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) bezüglich der Vorgehensweise zur Kalibrierung von abbildenden optischen Systemen, zur Ermittlung radiometrischer,photometrischer oder colorimetrischer Größen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird daher eine Vorgehensweise zur Kalibrierung der Hyperspektralkamera entwickelt. Bei der Kalibrierung werden insbesondere die Einflussgrößen mit in die Betrachtung einbezogen, welche sich bei einer ortsaufgelösten Bestimmung von Normfarbwertanteilen ergeben. Neben der Durchführung der Kalibrierung der Hyperspektralkamera wird die Eignung der Hyperspektralkamera für die ortsaufgelöste Ermittlung von Normfarbwertanteilen von einfarbigen- und weißen LEDs untersucht. Die Vorgehensweise, zur Angabe der Messunsicherheit, orientiert sich am Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM). Eine Grundforderung des GUM ist es, ein Modell der Auswertung aufzustellen, welches einen Zusammenhang zwischen den Messgrößen und den Einflussgrößen herstellt, welche einen Beitrag zur Messunsicherheit leisten. Diese Modellierung erfolgt in der vorliegenden Arbeit aus Sicht der klassischen Radiometrie. Die im Rahmen dieser Modellierung erkannten Einflussgrößen werden bezüglich ihrer Signifikanz für die Messunsicherheit untersucht. Die notwendigen Schritte zur Ermittlung der Messunsicherheit, bei der Bestimmung von Normfarbwertanteilen, werden anhand der Fortpflanzung von Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen unter Verwendung der Monte-Carlo-Methode aufgezeigt. Die in der vorliegenden Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Vorgehensweise zur Kalibrierung der Hyperspektralkamera als praktikabel betrachtet werden kann. Sowohl die Messergebnisse als auch die Ergebnisse von Simulationen zeigen deutlich, dass die betrachtete Hyperspektralkamera, sowohl für die Messung von einfarbigen- als auch von weißen LEDs, verwendet werden kann.



Li, Jianhui;
Signal processing for high data rate wireless communications, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIII, 151 S., 2,46 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
- Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorliegende Arbeit behandelt Signalverarbeitungsverfahren für drahtlose Kommunikationssysteme mit sehr hohen Datenraten. Dabei werden zum einen Funksysteme und zum anderen Infrarot-basierte optische Übertragungssysteme als Anwendungsgebiete betrachtet. Im ersten Teil der Arbeit wird das Konzept des "resource sharing" beleuchtet, was die willentliche und koordinierte gemeinsame Nutzung von Ressourcen zwischen mehreren Betreibern beschreibt. Dieses Ziel wurde im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes SAPHYRE eingehend untersucht. Die Arbeit beschreibt die Vision des SAPHYRE-Projektes und geht auf zwei konkrete Topologien näher ein: die gemeinsame Nutzung der Spektren ("spectrum sharing") sowie die gemeinsame Nutzung der Spektren und der Infrastruktur wie etwa der Relay-Stationen ("spectrum and infrastructure sharing"). In der ersten Topologie teilen sich mehrere Betreiber Teile des Spektrums. Hierfür wird die Abwärtsstrecke betrachtet, in welcher die Basisstationen (BS) der verschiedenen Betreiber jeweils zu einem eigenen User-Terminal (UT) senden und sich dafür denselben Kanal teilen. Zuerst werden für dieses Modell geschlossene Lösungen für die Antennengewichte der Sender entwickelt. Basierend auf diesem Ansatz wird dann ein iteratives Verfahren namens "Flexible Coordinated Beamforming (FlexCoBF)" für den Spectrum-Sharing-Fall entwickelt, welches es erlaubt, die Interferenz zwischen den Betreibern effektiv auszunutzen, um so die Summenrate des Systems zu steigern. Im Anschluss wird die zweite Topologie betrachtet, in der sowohl das Spektrum als auch Teile der Infrastruktur gemeinsam genutzt werden. Insbesondere wird dabei ein Relay-basiertes Kommunikationssystem untersucht, für welches mehrere Betreiber sowohl das Spektrum als auch die Relay-Station gemeinsam nutzen. Das Relay wird im "Amplifyand Forward" (AF)-Betrieb verwendet und ist mit mehreren Sende- und Empfangsantennen ausgestattet. Zunächst wird der Fall betrachtet, dass die direkte Verbindung zwischen BS und UT zu schwach ist und daher vernachlässigt werden kann. Für diesen Fall werden Sendestrategien für die Relay-Station untersucht. Dabei wird zuerst eine Gruppe von Verfahren namens "efficient relay sharing ratemaximization (EReSh-RM)" entwickelt, welche die Summenrate des Systems, unter Berücksichtigung einer Sendeleistungsbeschränkung des Relays, steigern. Im Anschluss wird der systematische Entwurf der Sendestrategien für energieeffiziente Übertragungen beleuchtet. Für den Spezialfall, in dem alle Basisstationen und alle User-Terminalsnur eine Antenne besitzen, wird zunächst die global optimale Lösung unter Verwendung von konvexer Optimierung hergeleitet. Diese Lösung dient als Benchmark zur Bewertung einfacher suboptimaler Lösungen, die im Anschluss vorgeschlagen werden. Diese stellen einen Kompromiss zwischen der erreichbaren Energieeffizienz und dem nötigen Rechenaufwand dar, beispielsweise die geschlossene Lösungnamens "Efficient Resource Sharing Power Minimization (EReSh-PM)" sowie Ansätze die auf dem "Block Diagonalization (BD)"-Verfahren basieren. Darüber hinaus wird eine neuartige robuste Sendestrategie für das Relay vorgeschlagen, die die Unsicherheiten über den genauen Kanalzustand am Relay berücksichtigt. Schließlich werden die Konzepte auf den allgemeinen Fall erweitert, in dem jede Basisstation und jedes User-Terminal mehrere Antennen besitzen können. Für dieses Szenario wird ebenfalls eine Sendestrategie am Relay hergeleitet, die die Übertragung mehrerer Datenströme zwischen jedem Paar von BS und UT erlaubt. Für den Fall, dass die direkte Verbindung zwischen BS und UT nicht vernachlässigbar schwach ist, werden im Anschluss ebenfalls Übertragungsverfahren beleuchtet, wobei BS, UT und das Relay mehrere Antennen besitzen können. Hierbei wird unterschieden zwischen der Übertragung von jeweils einem Datenstrom und mehreren Datenströmen von jeder BS zu dem zugehörigen UT. Um den Vorteil des Resource-Sharings zu quantifizieren wird der "SAPHYRE sharing gain" verwendet welcher die erreichbare Summenrate mit und ohne Sharing ins Verhältnis setzt. Im zweiten Teil der Arbeit wird das Design der physikalischen Übertragungsschicht für schnelle Infrarot (IR)-basierte Indoor-Übertragungssysteme untersucht. Dies geschah im Rahmen des europäischen Forschungsprojektes OMEGA. Die jüngsten Entwicklungen in Indoor-IR-Übertragungssystemen haben gezeigt, dass IR hochratige Datenübertragung unterstützt und im Indoor-Bereich entscheidende Vorteile besitzt. Deshalb wird erwartet, dass IR Technologien für zukünftige drahtlose Netzwerke eine wichtige Rolle spielen werden.



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Gebhardt, Stefan;
Entwurf und Realisierung eines kapazitiven Tomographie-Systems nach dem Dreielektroden-Messprinzip, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: VIII, 158 S., 14,10 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
- Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorliegende Dissertation ist ein Beitrag zum Entwurf von ECT-Systemen (engl. Electrical Capacitance Tomography - ECT) in kompakter Bauweise für eine bestimmte Klasse von einfachen industriellen Applikationen. Sie behandelt den erstmaligen Entwurf und Aufbau eines tomographischen Sensorsystems nach dem Dreielektroden-Messprinzip auf Grundlage erarbeiteter Entwurfsrichtlinien. Im Fokus steht hierbei die Rekonstruktion und Positionsbestimmung von dielektrischen Referenzobjekten in einem geschlossenen Detektionsbereich. Trotz des besonderen Schaltungsprinzips, mit dem mehrere Sensorkanäle gleichzeitig mit unterschiedlicher Messempfindlichkeit und geringer Störempfindlichkeit sowie ohne gegenseitige Beeinflussung ausgewertet werden können, wurde das Dreielektrodenprinzip bisher noch nicht für Anwendungen auf dem Gebiet der ECT untersucht. Schwerpunkt der Arbeit sind spezifische Entwurfsregeln für einen im Querschnitt quadratischen und konstruktiv vereinfachten ECT-Sensor, die unter Berücksichtigung der Eigenschaften dieses Messprinzips aus einer systematischen Analyse der Einflüsse verschiedener Sensorparameter, insbesondere auf die Bildqualität, abgeleitet werden können. Durch die Implementierung eines effizienten Rekonstruktionsalgorithmus und eines geeigneten Lokalisierungsalgorithmus werden zudem die Grundvoraussetzungen für Messungen in Echtzeit auch bei begrenzten Rechenressourcen geschaffen. Die Untersuchungen mit der entwickelten Experimentieranordnung bestehend aus einer optimierten Sensoranordnung und einem Auswerteprogramm sowie einer modularen Messelektronik mit Umschaltnetzwerk zeigen, dass sich ein derartiges Sensorsystem generell für die angestrebten Applikationen eignet. Die Leistungsfähigkeit und Anwendungsgrenzen der einzelnen Systemkomponenten sind in der Arbeit ausführlich beschrieben, und es werden die notwendigen Ansätze zur Realisierung echtzeitfähiger Systeme dargelegt. Das Dreielektroden-Messprinzip zeigt sich somit als eine aussichtsreiche Technik für die Entwicklung kompakter und kostengünstig realisierbarer ECT-Sensorsysteme mit einer robusten und leistungsfähigen kapazitiven Messelektronik.



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Grimm, Michael;
Dirty RF signal processing for mitigation of receiver front-end non-linearity, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XII, 224 S., 6,50 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
- Parallel als Druckausg. erschienen

Moderne drahtlose Kommunikationssysteme stellen hohe und teilweise gegensätzliche Anforderungen an die Hardware der Funkmodule, wie z.B. niedriger Energieverbrauch, große Bandbreite und hohe Linearität. Die Gewährleistung einer ausreichenden Linearität ist, neben anderen analogen Parametern, eine Herausforderung im praktischen Design der Funkmodule. Der Fokus der Dissertation liegt auf breitbandigen HF-Frontends für Software-konfigurierbare Funkmodule, die seit einigen Jahren kommerziell verfügbar sind. Die praktischen Herausforderungen und Grenzen solcher flexiblen Funkmodule offenbaren sich vor allem im realen Experiment. Eines der Hauptprobleme ist die Sicherstellung einer ausreichenden analogen Performanz über einen weiten Frequenzbereich. Aus einer Vielzahl an analogen Störeffekten behandelt die Arbeit die Analyse und Minderung von Nichtlinearitäten in Empfängern mit direkt-umsetzender Architektur. Im Vordergrund stehen dabei Signalverarbeitungsstrategien zur Minderung nichtlinear verursachter Interferenz - ein Algorithmus, der besser unter "Dirty RF"-Techniken bekannt ist. Ein digitales Verfahren nach der Vorwärtskopplung wird durch intensive Simulationen, Messungen und Implementierung in realer Hardware verifiziert. Um die Lücken zwischen Theorie und praktischer Anwendbarkeit zu schließen und das Verfahren in reale Funkmodule zu integrieren, werden verschiedene Untersuchungen durchgeführt. Hierzu wird ein erweitertes Verhaltensmodell entwickelt, das die Struktur direkt-umsetzender Empfänger am besten nachbildet und damit alle Verzerrungen im HF- und Basisband erfasst. Darüber hinaus wird die Leistungsfähigkeit des Algorithmus unter realen Funkkanal-Bedingungen untersucht. Zusätzlich folgt die Vorstellung einer ressourceneffizienten Echtzeit-Implementierung des Verfahrens auf einem FPGA. Abschließend diskutiert die Arbeit verschiedene Anwendungsfelder, darunter spektrales Sensing, robuster GSM-Empfang und GSM-basiertes Passivradar. Es wird gezeigt, dass nichtlineare Verzerrungen erfolgreich in der digitalen Domäne gemindert werden können, wodurch die Bitfehlerrate gestörter modulierter Signale sinkt und der Anteil nichtlinear verursachter Interferenz minimiert wird. Schließlich kann durch das Verfahren die effektive Linearität des HF-Frontends stark erhöht werden. Damit wird der zuverlässige Betrieb eines einfachen Funkmoduls unter dem Einfluss der Empfängernichtlinearität möglich. Aufgrund des flexiblen Designs ist der Algorithmus für breitbandige Empfänger universal einsetzbar und ist nicht auf Software-konfigurierbare Funkmodule beschränkt.



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Song, Bin;
Linear transmit-receive strategies for multi-user MIMO wireless communications, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: 234 S., 2,45 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
- Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

Die Notwendigkeit zur Unterdrückung von Interferenzen auf der einen Seite und zur Ausnutzung der durch Mehrfachzugriffsverfahren erzielbaren Gewinne auf der anderen Seite rückte die räumlichen Mehrfachzugriffsverfahren (Space Division Multiple Access, SDMA) in den Fokus der Forschung. Ein Vertreter der räumlichen Mehrfachzugriffsverfahren, die lineare Vorkodierung, fand aufgrund steigender Anzahl an Nutzern und Antennen in heutigen und zukünftigen Mobilkommunikationssystemen besondere Beachtung, da diese Verfahren das Design von Algorithmen zur Vorcodierung vereinfachen. Aus diesem Grund leistet diese Dissertation einen Beitrag zur Entwicklung linearer Sende- und Empfangstechniken für MIMO-Technologie mit mehreren Nutzern.



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Zafar, Bilal;
Analysis and ad-hoc networking solutions for cooperative relaying systems, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIV, 208 S., 4,49 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
- Parallel als Druckausg. erschienen

Nutzer mobiler Netzwerke fordern zunehmend höhere Datenraten von ihren Dienstleistern. Um diesem Bedarf gerecht zu werden, wurden verschiedene Signalverarbeitungsalgorithmen entwickelt. Dabei ist das "Multiple input multiple output" (MIMO)-Verfahren für die drahtlose Kommunikation eine der vielversprechendsten Techniken. Jedoch ist aufgrund bestimmter physikalischer Beschränkungen, wie zum Beispiel die Baugröße, die Verwendung von mehreren Antennen für viele Endgeräte nicht möglich. Dennoch können solche Ein-Antennen-Geräte durch den Einsatz kooperativer MIMO-Verfahren von den Vorteilen des MIMO-Prinzips profitieren. Dabei schließen sich naheliegende Knoten zusammen um ein sogenanntes virtuelles Antennen-Array zu bilden. Weiterhin können Knoten mit beschränktem Kommunikationsbereich durch mehrere Hops mit weiter entfernten Knoten kommunizieren. Allerdings stellt der Aufbau eines solchen Ad-hoc-Netzwerks mit kooperativen MIMO-Fähigkeiten aufgrund der dezentralen Natur und das Fehlen einer zentral-steuernden Einheit, wie einer Basisstation, eine große Herausforderung dar. Diese Arbeit befasst sich mit den Problemstellungen dieser Netzwerke und bietet verschiedene Lösungsansätze.Im ersten Teil dieser Arbeit werden analytisch in sich geschlossene Ausdrücke für ein kooperatives Relaying-System bezüglicher verschiedener Metriken, wie das Signal-Rausch-Verhältnis, die Symbolfehlerrate, die Bitfehlerrate und die Kapazität, hergeleitet. Dabei werden die "Amplify-and forward" und "Decode-and-forward" Relaying-Protokolle, sowie unterschiedliche Mehrantennen-Konfigurationen, wie "Single input single output" (SISO), "Single input multiple output" (SIMO) und MIMO betrachtet. Diese Ausdrücke zeigen die Bedeutung der Reduzierung der Hop-Anzahl in Mehr-Hop-Systemen, um eine höhere Leistung zu erzielen. Zudem werden die Auswirkungen verschiedener Antennen-Konfigurationen und Sendeleistungen auf die Anzahl der Hops analysiert.  Weiterhin wird der Einfluss von Synchronisationsfehlern auf das kooperative MIMO-Verfahren herausgestellt und daraus eine untere Grenze für das Signal-zu-Interferenz-und-Rausch-Verhältnis, sowie ein Ausdruck für die Bitfehlerrate bei hohem Signal-Rausch-Verhältnis entwickelt. Diese Zusammenhänge sollen Netzwerk-Designern helfen die Qualität des Services auch in den Worst-Case-Szenarien sicherzustellen. Im zweiten Teil der Arbeit werden einige innovative Algorithmen vorgestellt, die die Einrichtung und die Funktionsweise von Cluster-basierten Ad-hoc-Netzwerken, die kooperative Relays verwenden, erleichtern und verbessern. Darunter befinden sich ein Clustering-Algorithmus, der den Batteriestatus der Knoten berücksichtigt, um eine längere Lebensdauer des Netzwerks zu gewährleisten und ein Routing-Mechanismus, der auf den Einsatz in kooperativen MIMO Mehr-Hop-Systemen zugeschnitten ist. Die Vorteile beider Algorithmen werden durch Simulationen veranschaulicht. Eine Methode, die Daten in Ad-hoc-Netzwerken mit verteilten Hash-Tabellen behandelt wird ebenfalls vorgestellt. Darüber hinaus wird auch ein Sicherheitsmechanismus für die physikalische Schicht in Multi-Hop-Systemen und kooperativen MIMO-Systemen präsentiert. Eine Analyse zeigt, dass das kooperative MIMO-Verfahren deutliche Vorteile gegenüber dem konventionellen MIMO-Verfahren hinsichtlich der informationstheoretischen Grenzen der Sicherheit auf der physikalischen Schicht aufweist.



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Tarasov, Mikhail;
Self-organizing network optimization via placement of additional nodes, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 147 S., 5,09 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014
- Enth. außerdem: Thesen

Das Hauptforschungsgebiet des Graduiertenkollegs "International Graduate School on Mobile Communication" (GS Mobicom) der Technischen Universität Ilmenau ist die Kommunikation in Katastrophenszenarien. Wegen eines Desasters oder einer Katastrophe können die terrestrischen Elemente der Infrastruktur eines Kommunikationsnetzwerks beschädigt oder komplett zerstört werden. Dennoch spielen verfügbare Kommunikationsnetze eine sehr wichtige Rolle während der Rettungsmaßnahmen, besonders für die Koordinierung der Rettungstruppen und für die Kommunikation zwischen ihren Mitgliedern. Ein solcher Service kann durch ein mobiles Ad-Hoc-Netzwerk (MANET) zur Verfügung gestellt werden. Ein typisches Problem der MANETs ist Netzwerkpartitionierung, welche zur Isolation von verschiedenen Knotengruppen führt. Eine mögliche Lösung dieses Problems ist die Positionierung von zusätzlichen Knoten, welche die Verbindung zwischen den isolierten Partitionen wiederherstellen können. Hauptziele dieser Arbeit sind die Recherche und die Entwicklung von Algorithmen und Methoden zur Positionierung der zusätzlichen Knoten. Der Fokus der Recherche liegt auf Untersuchung der verteilten Algorithmen zur Bestimmung der Positionen für die zusätzlichen Knoten. Die verteilten Algorithmen benutzen nur die Information, welche in einer lokalen Umgebung eines Knotens verfügbar ist, und dadurch entsteht ein selbstorganisierendes System. Jedoch wird das gesamte Netzwerk hier vor allem innerhalb eines ganz speziellen Szenarios - Katastrophenszenario - betrachtet. In einer solchen Situation kann die Information über die Topologie des zu reparierenden Netzwerks im Voraus erfasst werden und soll, natürlich, für die Wiederherstellung mitbenutzt werden. Dank der eventuell verfügbaren zusätzlichen Information können die Positionen für die zusätzlichen Knoten genauer ermittelt werden. Die Arbeit umfasst eine Beschreibung, Implementierungsdetails und eine Evaluierung eines selbstorganisierendes Systems, welche die Netzwerkwiederherstellung in beiden Szenarien ermöglicht.



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Zec, Mladen;
Theory and numerical modelling of Lorentz force eddy current testing, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIV, 126 S., 33,02 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
- Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

Diese Arbeit beschreibt die theoretische und numerische Untersuchung des neuen zerströungsfreien Materialprüfverfahrens namens Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung (LET). LET basiert auf der Messung der Lorentzkraft (LK), die auf ein Magnetsystem wirkt, welches sich in der Nähe eines leitfähigen Probekörpers bewegt. Um die zugrundeliegenden physikalischen Prinzipien vorzustellen, wird zuerst ein kanonisches Modell untersucht, welches "kriechender Magnet" genannt wird. Durch die vereinfachte Konfguration, ist sowohl eine tiefgründige analytische Beschreibung als auch eine effektive numerische Simulation möglich. Um realistische LET-Konfgurationen zu untersuchen, wird eine neue numerische Methodik basierend auf der Finiten Elemente Methode (FEM) entwickelt. Der sogenannte Logischer-Ausdruck-Ansatz (LEA) erlaubt eine schnelle und genaue Modellierung transienter Wirbelstromprobleme mit beweglichen Teilen in einem statischen numerischen Netz. Die Ergebnisse werden mittels der bekannten "Sliding-Mesh"-Methode (SMT) verifiziert und mittels Experiment validiert. Die Studie zeigt die Genauigkeit des LEA für alle Werte der magnetischen Reynoldszahl bei Verringerung der Gesamtsimulationszeit um mehr als das 10-fache. Die vorgeschlagene numerische Methodik wird daraufhin angewendet, um die Anwendbarkeit und das Einsatzpotential von LET zu ermitteln. Die Simulationen werden für zwei charakteristische LET-Konfigurationen durchgeführt, (i) einen defektfreien und (ii) einen Probekörper mit definierten Defekten. Im Falle eines defektfreien Probekörpers wird beobachtet, dass LET für die kontaktlose Messung der elektrischen Leitfähigkeit des Probekörpers genutzt werden kann. Das "Lorentzkraft-Sigmometrie" genannte Verfahren ist robust gegenüber Änderungen des Lift-Off-Abstandes und der Magnetstärke. Die Studie des Probekörpers mit Defekt resultiert in Richtlinien zur effektiven Kraftmessung. Der Einfluss bestimmter Magnetformen und -größen auf die Detektion und Rekonstruktion von Defekten wird ebenfalls untersucht. Die vorliegende Arbeit unterstreicht die Notwendigkeit einer differentiellen LK-Messung. Dafür wird ein neuer und günstiger differentieller LK-Sensor entwickelt, welcher auf etablierter Spannungsmessung beruht. Die spezifische Modifikation der ursprünglichen LET-Konfguration wird "Differentielle Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung" genannt.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2013000175
Haverkamp, Imke;
Systementwicklung und Optimierung eines hochempfindlichen digitalen Magnetfeldsensors. - Ilmenau : ISLE, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: VIII, 120 S., 4,20 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2013
- Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

Hochauflösende mobile Magnetfeldmessungen im unabgeschirmten Erdmagnetfeld stellen hohe Anforderungen an Bandbreite und Dynamikbereich des verwendeten Sensorsystems. Die in Biomedizin und Geoexploration derzeit eingesetzten supraleitendenQuanteninterferometer (DC-SQUID) erreichen eine Auflösung im fT-Bereich, müssen jedoch aufgrund ihrer periodischen Kennlinie mit Hilfe einer Flussregelschleife in ihrem Arbeitspunkt gehalten werden, was zu einer Begrenzung der maximalen Feldänderung und damit der erlaubten Bewegungsgeschwindigkeit führt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem alternativen Konzept des Digital-SQUIDs, eines als Flussquantenzähler arbeitenden Magnetfeldsensors, welcher als Delta-Modulator einen theoretisch unbegrenzten Dynamikbereich besitzt. Das von Reich/Ortlepp entwickelte Schaltungskonzept wurde in ein selbst entwickeltes Messsystem eingebettet und unter Zuhilfenahme von Ansätzen aus Systemtheorie und Signalverarbeitung evaluiert. Der Schwerpunkt wurde hierbei auf die Analyse und Optimierung von Linearität und Dynamikbereich unter Berücksichtigung von Rauscheinflüssen und Nichtlinearitäten gelegt. Die Ursachen für die praktische Begrenzung von Auflösung und Dynamikbereich wurden abgeleitet. Des Weiteren wurden die Einflussparameter auf diese Kenngrößen sowie ihre komplexen Wirkzusammenhänge identifiziert und Schlussfolgerungen unter den gegebenen technologischen Rahmenbedingungen gezogen. Der umfangreiche experimentelle Teil der Arbeit bestätigt die erarbeitete Theorie. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wurden Entwurfsregeln abgeleitet, welche zur Optimierung des Systems hinsichtlich der geforderten Kenngrößen führen. Darüber hinaus wurden Maßnahmen aufgezeigt und diskutiert, welche für einen Einsatz des Systems im unabgeschirmten Erdmagnetfeld erforderlich sind. Erste Maßnahmen wurden in einem neuen Entwurf bereits implementiert. Das Ergebnis der Arbeit ist ein wichtiger Beitrag zur Überführung des vorliegenden Schaltungskonzepts in ein praktisches hochauflösendes Messsystem zum mobilen Einsatz im Freifeld.



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Serebryakova, Elena;
High-power comb-line filter architectures for switched-mode RF power amplifier systems, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: Getr. Zählung, 17,65 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
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Die vorgelegte Arbeit behandelt die Analyse der Anforderungen, den schaltungstechnischen Entwurf, den Aufbau und die messtechnische Verifizierung von Rekonstruktionsfiltern für Leistungsschaltverstärker im Klasse-S Betrieb, die auf Grund ihres hohen Wirkungsgrades vorzugsweise in Mobilfunkbasisstationen Verwendung finden sollen. Die Brauchbarkeit des Entwurfes wird an Hand einer Reihe von Applikationsbeispielen anschaulich dargestellt. Als Kernforderung einer derartigen Filterauslegung hat sich die Aufrechterhaltung der Rechteckzeitfunktion des Drain-Stromes für einen (im "Current Mode" arbeitenden) Schaltverstärker herausgestellt, weil sonst die damit erzielbare hohe Effizienz nicht erreicht werden kann. Darüber hinaus fließen in die Filterauslegung nicht nur die Fixierung des Filterdurchlass- und sperrbereiches ein, sondern auch die Festlegung der Eingangs- und Lastimpedanz bei unterschiedlichen Anregungsmoden über einen breiten Frequenzbereich. Doppel- und einzelterminierte Filter werden theoretisch betrachtet, simuliert, getestet und gemessen. Es wurde herausgearbeitet, dass die schaltungstechnischen und geometrischen Anforderungen an einen derartigen Rekonstruktionsfilterentwurf gut durch symmetrisch gespeiste Kammleitungsfilter erfüllt werden können. Verschiedene Filterarchitekturen werden im Hinblick auf ihr Gleich- und Gegentaktaktimpedanzverhalten vorgestellt, experimentell untersucht und kritischan alysiert. Soweit dem Autor bekannt ist, werden hier erstmalig Rekonstruktionsfilter für Klasse-S Leistungsverstärker im "Current Mode" komplett analysiert.Desweiteren wird die Funktionalität des Rekonstruktionsfilters an Hand anderer Typen von Leistungsschaltverstärkern simuliert und messtechnisch untersucht. Der maximale Wirkungsgrad von 65% bei Leistungsschaltverstärkersystemen lässt sich dem erfolgreichen Filterentwurf zuschreiben.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22380
Song, Nuan;
Ultra wideband communications : from analog to digital, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: XV, 237 S., 8,33 KB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
- Parallel als Druckausg. erschienen

Ultrabreitband-Signale (Ultra Wideband [UWB]) können einen signifikanten Nutzen im Bereich drahtloser Kommunikationssysteme haben. Es sind jedoch noch einige Probleme offen, die durch Systemdesigner und Wissenschaftler gelöst werden müssen. Ein Funknetzsystem mit einer derart großen Bandbreite ist normalerweise auch durch eine große Anzahl an Mehrwegekomponenten mit jeweils verschiedenen Pfadamplituden gekennzeichnet. Daher ist es schwierig, die zeitlich verteilte Energie effektiv zu erfassen. Außerdem ist in vielen Fällen der naheliegende Ansatz, ein kohärenter Empfänger im Sinne eines signalangepassten Filters oder eines Korrelators, nicht unbedingt die beste Wahl. In der vorliegenden Arbeit wird dabei auf die bestehende Problematik und weitere Lösungsmöglichkeiten eingegangen. Im ersten Abschnitt geht es um "Impulse Radio UWB"-Systeme mit niedriger Datenrate. Bei diesen Systemen kommt ein inkohärenter Empfänger zum Einsatz. Inkohärente Signaldetektion stellt insofern einen vielversprechenden Ansatz dar, als das damit aufwandsgünstige und robuste Implementierungen möglich sind. Dies trifft vor allem in Anwendungsfällen wie den von drahtlosen Sensornetzen zu, wo preiswerte Geräte mit langer Batterielaufzeit nötigsind. Dies verringert den für die Kanalschätzung und die Synchronisation nötigen Aufwand, was jedoch auf Kosten der Leistungseffizienz geht und eine erhöhte Störempfindlichkeit gegenüber Interferenz (z.B. Interferenz durch mehrere Nutzer oder schmalbandige Interferenz) zur Folge hat. Um die Bitfehlerrate der oben genannten Verfahren zu bestimmen, wurde zunächst ein inkohärenter Combining-Verlust spezifiziert, welcher auftritt im Gegensatz zu kohärenter Detektion mit Maximum Ratio Multipath Combining. Dieser Verlust hängt von dem Produkt aus der Länge des Integrationsfensters und der Signalbandbreite ab. Um den Verlust durch inkohärentes Combining zu reduzieren und somit die Leistungseffizienz des Empfängers zu steigern, werden verbesserte Combining-Methoden für Mehrwegeempfang vorgeschlagen. Ein analoger Empfänger, bei dem der Hauptteil des Mehrwege-Combinings durch einen Integrate and Dump"-Filter implementiert ist, wird für UWB-Systeme mit Zeit-Hopping gezeigt. Dabei wurde die Einsatzmöglichkeit von dünn besetzten Codes in solchen System diskutiert und bewertet. Des Weiteren wird eine Regel für die Code-Auswahl vorgestellt, welche die Stabilität des Systems gegen Mehrnutzer-Störungen sicherstellt und gleichzeitig den Verlust durch inkohärentes Combining verringert. Danach liegt der Fokus auf digitalen Lösungen bei inkohärenter Demodulation. Im Vergleich zum Analogempfänger besitzt ein Digitalempfänger einen Analog-Digital-Wandler im Zeitbereich gefolgt von einem digitalen Optimalfilter. Der digitale Optimalfilter dekodiert den Mehrfachzugriffscode kohärent und beschränkt das inkohärente Combining auf die empfangenen Mehrwegekomponenten im Digitalbereich. Es kommt ein schneller Analog-Digital-Wandler mit geringer Auflösung zum Einsatz, um einen vertretbaren Energieverbrauch zu gewährleisten. Diese Digitaltechnik macht den Einsatz langer Analogverzögerungen bei differentieller Demodulation unnötig und ermöglicht viele Arten der digitalen Signalverarbeitung. Im Vergleich zur Analogtechnik reduziert sie nicht nur den inkohärenten Combining-Verlust, sonder zeigt auch eine stärkere Resistenz gegenüber Störungen. Dabei werden die Auswirkungen der Auflösung und der Abtastrate der Analog-Digital-Umsetzung analysiert. Die Resultate zeigen, dass die verminderte Effizienz solcher Analog-Digital-Wandler gering ausfällt. Weiterhin zeigt sich, dass im Falle starker Mehrnutzerinterferenz sogar eine Verbesserung der Ergebnisse zu beobachten ist. Die vorgeschlagenen Design-Regeln spezifizieren die Anwendung der Analog-Digital-Wandler und die Auswahl der Systemparameter in Abhängigkeit der verwendeten Mehrfachzugriffscodes und der Modulationsart. Wir zeigen, wie unter Anwendung erweiterter Modulationsverfahren die Leistungseffizienz verbessert werden kann und schlagen ein Verfahren zur Unterdrückung schmalbandiger Störer vor, welches auf Soft Limiting aufbaut. Durch die Untersuchungen und Ergebnissen zeigt sich, dass inkohärente Empfänger in UWB-Kommunikationssystemen mit niedriger Datenrate ein großes Potential aufweisen. Außerdem wird die Auswahl der benutzbaren Bandbreite untersucht, um einen Kompromiss zwischen inkohärentem Combining-Verlust und Stabilität gegenüber langsamen Schwund zu erreichen. Dadurch wurde ein neues Konzept für UWB-Systeme erarbeitet: wahlweise kohärente oder inkohärente Empfänger, welche als UWB-Systeme Frequenz-Hopping nutzen. Der wesentliche Vorteil hiervon liegt darin, dass die Bandbreite im Basisband sich deutlich verringert. Mithin ermöglicht dies einfach zu realisierende digitale Signalverarbeitungstechnik mit kostengünstigen Analog-Digital-Wandlern. Dies stellt eine neue Epoche in der Forschung im Bereich drahtloser Sensorfunknetze dar. Der Schwerpunkt des zweiten Abschnitts stellt adaptiven Signalverarbeitung für hohe Datenraten mit "Direct Sequence"-UWB-Systemen in den Vordergrund. In solchen Systemen entstehen, wegen der großen Anzahl der empfangenen Mehrwegekomponenten, starke Inter- bzw. Intrasymbolinterferenzen. Außerdem kann die Funktionalität des Systems durch Mehrnutzerinterferenz und Schmalbandstörungen deutlich beeinflusst werden. Um sie zu eliminieren, wird die "Widely Linear"-Rangreduzierung benutzt. Dabei verbessert die Rangreduzierungsmethode das Konvergenzverhalten, besonders wenn der gegebene Vektor eine sehr große Anzahl an Abtastwerten beinhaltet (in Folge hoher einer Abtastrate). Zusätzlich kann das System durch die Anwendung der R-linearen Verarbeitung die Statistik zweiter Ordnung des nicht-zirkularen Signals vollständig ausnutzen, was sich in verbesserten Schätzergebnissen widerspiegelt. Allgemein kann die Methode der "Widely Linear"-Rangreduzierung auch in andern Bereichen angewendet werden, z.B. in "Direct Sequence"-Codemultiplexverfahren (DS-CDMA), im MIMO-Bereich, im Global System for Mobile Communications (GSM) und beim Beamforming.



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Römer, Florian;
Advanced algebraic concepts for efficient multi-channel signal processing, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXIII, 383 S., 3,50 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2012

Unsere moderne Gesellschaft ist Zeuge eines fundamentalen Wandels in der Art und Weise wie wir mit Technologie interagieren. Geräte werden zunehmend intelligenter - sie verfügen über mehr und mehr Rechenleistung und häufiger über eigene Kommunikationsschnittstellen. Das beginnt bei einfachen Haushaltsgeräten und reicht über Transportmittel bis zu großen überregionalen Systemen wie etwa dem Stromnetz. Die Erfassung, die Verarbeitung und der Austausch digitaler Informationen gewinnt daher immer mehr an Bedeutung. Die Tatsache, dass ein wachsender Anteil der Geräte heutzutage mobil und deshalb batteriebetrieben ist, begründet den Anspruch, digitale Signalverarbeitungsalgorithmen besonders effizient zu gestalten. Dies kommt auch dem Wunsch nach einer Echtzeitverarbeitung der großen anfallenden Datenmengen zugute. Die vorliegende Arbeit demonstriert Methoden zum Finden effizienter algebraischer Lösungen für eine Vielzahl von Anwendungen mehrkanaliger digitaler Signalverarbeitung. Solche Ansätze liefern nicht immer unbedingt die bestmögliche Lösung, kommen dieser jedoch häufig recht nahe und sind gleichzeitig bedeutend einfacher zu beschreiben und umzusetzen. Die einfache Beschreibungsform ermöglicht eine tiefgehende Analyse ihrer Leistungsfähigkeit, was für den Entwurf eines robusten und zuverlässigen Systems unabdingbar ist. Die Tatsache, dass sie nur gebräuchliche algebraische Hilfsmittel benötigen, erlaubt ihre direkte und zügige Umsetzung und den Test unter realen Bedingungen. Diese Grundidee wird anhand von drei verschiedenen Anwendungsgebieten demonstriert. Zunächst wird ein semi-algebraisches Framework zur Berechnung der kanonisch polyadischen (CP) Zerlegung mehrdimensionaler Signale vorgestellt. Dabei handelt es sich um ein sehr grundlegendes Werkzeug der multilinearen Algebra mit einem breiten Anwendungsspektrum von Mobilkommunikation über Chemie bis zur Bildverarbeitung. Verglichen mit existierenden iterativen Lösungsverfahren bietet das neue Framework die Möglichkeit, den Rechenaufwand und damit die Güte der erzielten Lösung zu steuern. Es ist außerdem weniger anfällig gegen eine schlechte Konditionierung der Ausgangsdaten. Das zweite Gebiet, das in der Arbeit besprochen wird, ist die unterraumbasierte hochauflösende Parameterschätzung für mehrdimensionale Signale, mit Anwendungsgebieten im RADAR, der Modellierung von Wellenausbreitung, oder bildgebenden Verfahren in der Medizin. Es wird gezeigt, dass sich derartige mehrdimensionale Signale mit Tensoren darstellen lassen. Dies erlaubt eine natürlichere Beschreibung und eine bessere Ausnutzung ihrer Struktur als das mit Matrizen möglich ist. Basierend auf dieser Idee entwickeln wir eine tensor-basierte Schätzung des Signalraums, welche genutzt werden kann um beliebige existierende Matrix-basierte Verfahren zu verbessern. Dies wird im Anschluss exemplarisch am Beispiel der ESPRIT-artigen Verfahren gezeigt, für die verbesserte Versionen vorgeschlagen werden, die die mehrdimensionale Struktur der Daten (Tensor-ESPRIT), nichzirkuläre Quellsymbole (NC ESPRIT), sowie beides gleichzeitig (NC Tensor-ESPRIT) ausnutzen. Um die endgültige Schätzgenauigkeit objektiv einschätzen zu können wird dann ein Framework für die analytische Beschreibung der Leistungsfähigkeit beliebiger ESPRIT-artiger Algorithmen diskutiert. Verglichen mit existierenden analytischen Ausdrücken ist unser Ansatz allgemeiner, da keine Annahmen über die statistische Verteilung von Nutzsignal und Rauschen benötigt werden und die Anzahl der zur Verfügung stehenden Schnappschüsse beliebig klein sein kann. Dies führt auf vereinfachte Ausdrücke für den mittleren quadratischen Schätzfehler, die Schlussfolgerungen über die Effizienz der Verfahren unter verschiedenen Bedingungen zulassen. Das dritte Anwendungsgebiet ist der bidirektionale Datenaustausch mit Hilfe von Relay-Stationen. Insbesondere liegt hier der Fokus auf Zwei-Wege-Relaying mit Hilfe von Amplify-and-Forward-Relays mit mehreren Antennen, da dieser Ansatz ein besonders gutes Kosten-Nutzen-Verhältnis verspricht. Es wird gezeigt, dass sich die nötige Kanalkenntnis mit einem einfachen algebraischen Tensor-basierten Schätzverfahren gewinnen lässt. Außerdem werden Verfahren zum Finden einer günstigen Relay-Verstärkungs-Strategie diskutiert. Bestehende Ansätze basieren entweder auf komplexen numerischen Optimierungsverfahren oder auf Ad-Hoc-Ansätzen die keine zufriedenstellende Bitfehlerrate oder Summenrate liefern. Deshalb schlagen wir algebraische Ansätze zum Finden der Relayverstärkungsmatrix vor, die von relevanten Systemmetriken inspiriert sind und doch einfach zu berechnen sind. Wir zeigen das algebraische ANOMAX-Verfahren zum Erreichen einer niedrigen Bitfehlerrate und seine Modifikation RR-ANOMAX zum Erreichen einer hohen Summenrate. Für den Spezialfall, in dem die Endgeräte nur eine Antenne verwenden, leiten wir eine semi-algebraische Lösung zum Finden der Summenraten-optimalen Strategie (RAGES) her. Anhand von numerischen Simulationen wird die Leistungsfähigkeit dieser Verfahren bezüglich Bitfehlerrate und erreichbarer Datenrate bewertet und ihre Effektivität gezeigt.



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Großmann, Marcus;
Transmission strategies for broadband wireless systems with MMSE turbo equalization. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIII, 228 S., 1,66 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2012

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Analyse von effizienten Übertragungskonzepten für drahtlose, breitbandige Einträger-Kommunikationssysteme mit iterativer (Turbo-) Entzerrung und Kanaldekodierung. Dies beinhaltet einerseits die Entwicklung von empfängerseitigen Frequenzbereichsentzerrern mit geringer Komplexität basierend auf dem Prinzip der Soft Interference Cancellation Minimum-MeanSquared-Error (SC-MMSE) Filterung und andererseits den Entwurf von senderseitigen Algorithmen, die durch Ausnutzung von Kanalzustandsinformationen die Bandbreiten- und Leistungseffizienz in Ein-und Mehrnutzersystemen mit Mehrfachantennen (sog. Multiple-InputMultiple-Output (MIMO) verbessern. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein allgemeiner Ansatz für Verfahren zur Turbo-Entzerrung nach dem Prinzip der linearen MMSE-Schätzung, der nichtlinearen MMSE-Schätzung sowie der kombinierten MMSE- und Maximum-a-Posteriori (MAP)-Schätzung vorgestellt. In diesem Zusammenhang werden zwei neue Empfängerkonzepte, die eine Steigerung der Leistungsfähigkeit und Verbesserung der Konvergenz in Bezug auf existierende SC-MMSE Turbo-Entzerrer in verschiedenen Kanalumgebungenerzielen, eingeführt. Der erste Empfänger - PDA SC-MMSE - stellt eine Kombination aus dem Probabilistic-Data-Association (PDA) Ansatz und dem bekannten SC-MMSE Entzerrer dar. Im Gegensatz zum SC-MMSE nutzt der PDASC-MMSE eine interne Entscheidungsrückführung, so dass zur Unterdrückung von Interferenzen neben den a priori Informationen der Kanaldekodierungauch weiche Entscheidungen der vorherigen Detektionsschritteberücksichtigt werden. Durch die zusätzlich interne Entscheidungsrückführung erzielt der PDA SC-MMSE einen wesentlichen Gewinn an Performance in räumlich unkorrelierten MIMO-Kanälen gegenüber dem SC-MMSE, ohne dabei die Komplexität des Entzerrers wesentlich zu erhöhen. Der zweite Empfänger - hybrid SC-MMSE - bildet eine Verknüpfung von gruppenbasierter SC-MMSE Frequenzbereichsfilterung und MAP-Detektion.Dieser Empfänger besitzt eine skalierbare Berechnungskomplexität und weist eine hohe Robustheit gegenüber räumlichen Korrelationen in MIMO-Kanälen auf. Die numerischen Ergebnisse von Simulationen basierend auf Messungen mit einem Channel-Sounder in Mehrnutzerkanälen mit starken räumlichen Korrelationen zeigen eindrucksvoll die Überlegenheit des hybriden SC-MMSE-Ansatzes gegenüber dem konventionellen SC-MMSE-basiertem Empfänger. Im zweiten Teil wird der Einfluss von System- und Kanalmodellparametern auf die Konvergenzeigenschaften der vorgestellten iterativen Empfänger mit Hilfe sogenannter Korrelationsdiagramme untersucht. Durch semi-analytischeBerechnungen der Entzerrer- und Kanaldecoder-Korrelationsfunktionen wird eine einfache Berechnungsvorschrift zur Vorhersage der Bitfehlerwahrscheinlichkeit von SC-MMSE und PDA SC-MMSE Turbo Entzerrern für MIMO-Fadingkanäle entwickelt. Des Weiteren werden zwei Fehlerschranken für die Ausfallwahrscheinlichkeit der Empfänger vorgestellt. Die semianalytische Methode und die abgeleiteten Fehlerschranken ermöglichen eine aufwandsgeringe Abschätzung sowie Optimierung der Leistungsfähigkeitdes iterativen Systems.Im dritten und abschließenden Teil werden Strategien zur Raten- undLeistungszuweisung in Kommunikationssystemen mit konventionellen iterativen SC-MMSE Empfängern untersucht. Zunächst wird das Problem der Maximierung der instantanen Summendatenrate unter der Berücksichtigung der Konvergenz des iterativen Empfängers für einen Zweinutzerkanal mit festerLeistungsallokation betrachtet. Mit Hilfe des Flächentheorems von Extrinsic-Information-Transfer (EXIT)-Funktionen wird eine obere Schranke für die erreichbare Ratenregion hergeleitet. Auf Grundlage dieser Schranke wird ein einfacher Algorithmus entwickelt, der für jeden Nutzer aus einer Menge von vorgegebenen Kanalcodes mit verschiedenen Codierraten denjenigen auswählt, der den instantanen Datendurchsatz des Mehrnutzersystems verbessert. Neben der instantanen Ratenzuweisung wird auch ein ausfallbasierter Ansatz zur Ratenzuweisung entwickelt. Hierbei erfolgt die Auswahl der Kanalcodes für die Nutzer unter Berücksichtigung der Einhaltung einer bestimmten Ausfallwahrscheinlichkeit (outage probability) desiterativen Empfängers. Des Weiteren wird ein neues Entwurfskriterium für irreguläre Faltungscodes hergeleitet, das die Ausfallwahrscheinlichkeit von Turbo SC-MMSE Systemen verringert und somit die Zuverlässigkeit der Datenübertragung erhöht. Eine Reihe von Simulationsergebnissen von Kapazitäts- und Durchsatzberechnungen werden vorgestellt, die die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Algorithmen und Optimierungsverfahren in Mehrnutzerkanälen belegen. Abschließend werden außerdem verschiedene Maßnahmen zur Minimierung der Sendeleistung in Einnutzersystemen mit senderseitiger Singular-Value-Decomposition (SVD)-basierter Vorcodierunguntersucht. Es wird gezeigt, dass eine Methode, welche die Leistungspegeldes Senders hinsichtlich der Bitfehlerrate des iterativen Empfängersoptimiert, den konventionellen Verfahren zur Leistungszuweisung überlegen ist.


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Shen, Guowei;
Localization of active nodes within distributed ultra-wideband sensor networks in multipath environments, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: XVII, 167 S., 28,77 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
- Enth. außerdem: Thesen

Die Lokalisierung, welche auch als Geolokalisierung bezeichnet wird, ist eine der unterstützenden Technologien in diesem Bereich der drahtlosen Sensor Netzwerken (Wireless Sensor Networks, WSN). Bisherige Geolokalisierungssysteme, wie das Global Positioning System (GPS), sind nicht für den Indoor-Bereich entwickelt worden und können keine genauen Positionen innerhalb eines Indoor-Szenarios ermitteln bzw. schätzen. Daher besteht für Indoor-Anwendungen ein Bedarf für neue Lokalisierungsmethoden und Systeme. Einer der vielversprechendsten Technologien im Bereich der Lokalisierung und des Tracking (Location and Tracking, LT) ist das Ultra-Breitband-Technologie (Ultra-Wideband, UWB), welches neben der präzisen Distanzschätzung auch eine genaue Lokalisierung von Objekten und eine Echtzeit-Datenübertragung erlaubt. Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Analyse und die Entwicklung von praktikablen Lokalisierungsalgorithmen innerhalb verteilter UWB-Sensornetzwerke unter Berücksichtigung von Mehrwege-Signalausbreitung. In dieser Arbeit wird ein neuer Lokalisierungsalgorithmus vorgestellt und seine einzelnen Schritte ausführlich diskutiert. Der Algorithmus ist wie folgt aufgebaut: Entfernungsbestimmung, Non-Line of Sight (NLOS) Identifizierung, Positionsbestimmung, Entfernungskorrektur und -tracking, Positionsschätzung, und Positions-Tracking. Für jeden dieser Schritte wurden existierende Algorithmen analysiert und ein praktikabler Algorithmus wurde vorgeschlagen. Die Mehrwege-Signalausbreitungskomponenten stellen die Hauptfehlerquelle bei der Positionsbestimmung dar. Innerhalb dieser Arbeit werden zwei neue adaptive schwellwert-basierte Time-of-Arrival (TOA) Schätzverfahren, die CFAR-basierte Methode und die Maximum Probability of Detection (MPD)-basierte Methode, vorgeschlagen, welche die Robustheit bei Mehrwege-Signalausbreitung und NLOS Situationen verbessert. Die Anwendung von TOA Schätzverfahren bei der Positionsbestimmung kann zu großen Abweichungen führen aufgrund der Mehrwege- und NLOS Bedingungen. Ein beliebter Ansatz dies zu verbessern ist, zwischen den Line of Sight (LOS) und den NLOS Knoten zu unterscheiden und somit die nachteiligen Effekte der NLOS Schätzergebnisse zu umgehen. Ein neues Verfahren zur Identifizierung von NLOS Knoten wird vorgeschlagen. Es basiert auf der Bestimmung von NLOS Kanal-Bedingungen durch den Vergleich des mittleren quadratischen Fehlers der geschätzten Entfernung mit der Varianz der geschätzten LOS Entfernung, wobei für Fälle mit weniger als drei verfügbaren LOS Knoten eine statistische Auswertung von kreisförmigen Pfaden erfolgt. Für die Bestimmung der Position, wurden verschiedene herkömmliche Verfahren zur Positionsbestimmung untersucht und analysiert. Um die Genauigkeit der Positionsschätzung zu erhöhen wird während der Lokalisierung auch das Tracken bewegter Knoten mit berücksichtigt. In dieser Arbeit werden verschiedene Tracking-Algorithmen diskutiert, und ein besonderes Augenmerk wird auf der Kalman Filter bezahlt. Die hier vorgestellten Algorithmen werden analysiert, diskutiert und verifiziert mit Hilfe von Daten generiert durch ein Ray-Tracing-Tool und realen Daten generiert mit Hilfe des Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Channel Sounder-System am eines Indoor-Szenarios.



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Bumberger, Jan;
Evaluation, analysis and optimization of direct-push sensor systems. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Thüringen, 2012. - XX, 109 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Informationstechnik. - 14) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2011
ISBN 978-3-936404-59-3

Globale ökologische Fragestellungen bezüglich der Böden und des Grundwassers stellen für die Menschheit eine große Herausforderung dar. Die Erkundung des oberflächennahen Erdkörpers liefert dabei einen wesentlichen Beitrag zur Beantwortung, Bewertung und zum Ableiten von Lösungen wesentlicher Umweltfragstellungen. Zu dessen Erkundung werden moderne Direct-Push Sensorsysteme eingesetzt, die eine schnelle und effiziente in-situ Messung in einem vertikalen Profil erlauben. Für die zukünftige Entwicklung dieser Erkundungstechnologie wird in der vorliegenden Arbeit eine systematische Klassifikation und Beschreibung herausgearbeitet. Zur Bewertung und Optimierung bestehender Sensorsysteme wird ein methodischer Ansatz vorgestellt, welcher auf der Analyse mittels Experimenten auf Labor- und Feldskala und deren mathematischen Modellierung basiert. Diese Methode zur Analyse von Direct-Push Sensorsystemen ist geeignet, um sie in deduktiver Form bei synthetischen Entwicklungen und Implementierungen von physikalischen, chemischen oder biologischen Sensorsystemen anzuwenden. Eine wesentliche Anwendung von Direct-Push Sensorsystemen ist die Erkundung von Kontaminationen in Böden und Grundwasser. Eines dieser Sensorsysteme stellt das Membrane Interface Probe (MIP) Verfahren dar, welches sich bei der Anwendung als nicht zuverlässig herausgestellt hat. Zur Bewertung, Analyse und Optimierung dieses Sensorsystems werden in der vorliegenden Arbeit mit dem methodischen Ansatz zur Analyse die wesentlichsten Einflussparameter und Übertragungsfunktionen dieses Systems ermittelt. Zur Optimierung der Messmethode wird die Kopplung eines mobilen Massenspektrometers als online Detektor vorgeschlagen, um die Interpretation von gemessenen Daten wesentlich zu verbessern.



Krauße, Dominik;
Synthese von Frequenzgangskompensationsnetzwerken für integrierte Breitband-Signalverstärker, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: 121 S., 7,53 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2012
- Enth. außerdem: Thesen

Die moderne Kommunikationstechnik unterliegt der Forderung, immer größere Datenmengen zu übertragen. Dabei werden z.B. von Sensoren sehr schwache Signale aufgenommen, die anschließend verstärkt werden müssen. Die Signalverstärker, die heutzutage dafür benötigt werden, müssen Frequenzbereiche von Null bis zu mehreren hundert MHz und damit mehrere Frequenzdekaden abdecken. Gleichzeitig wird aufgrund dieser Bandbreitenforderung die Stabilität von Verstärkerschaltungen mit zunehmender Frequenz zu einem Problem in der Schaltungstechnik. Stabilität bedeutet im weitesten Sinne, dass ein Verstärker bei beliebiger Anregung keine Schwingungsneigung am Ausgang zeigt. Üblicherweise wird Stabilität bei Verstärkern dadurch erreicht, indem man den Frequenzgang kompensiert. Das kann dadurch geschehen, dass der Frequenzbereich, in dem der Verstärker zu Schwingungen neigt, durch Kompensationsnetzwerke bedämpft wird und damit keine Anregung durch Rückkopplung auf den Eingang der Schaltung mehr vorhanden ist. Der Nachteil, der dadurch erkauft wird, ist, dass die Bandbreite eines frequenzgangskompensierten Verstärkers gegenüber der unkompensierten aber instabilen Schaltung sehr stark verringert wird. Der Grund dieser Verringerung liegt in der Art und Weise der Kompensationsmethodik. Im Rahmen dieser Arbeit soll ein methodischer Ansatz vorgestellt werden, der automatisch mit Hilfe des Rechners Frequenzgangskompensationsnetzwerke für Breitband-Signalverstärker synthetisiert. Diese Methodik basiert auf der Bestimmung von Eigenwerten und Eigenwertempfindlichkeiten, aus denen Schlussfolgerungen über einzubringende komplexe Kompensationsnetzwerke gezogen werden. Diese Kompensationsnetzwerke werden anschließend mit den Methoden der mathematischen Optimierung dimensioniert und nachträglich mit modernen Schaltungsoptimierern frequenzgangsoptimiert. Der Vorteil des Verfahrens, welches auch direkte Kompensation genannt wird, ist, dass die nun kompensierte Verstärkerschaltung genau für ihren speziellen Anwendungsfall konzipiert ist und somit Bandbreiten erreicht werden, die durch konservative Ansätze nicht möglich waren. Das Syntheseverfahren läuft vollautomatisch ab und kommt ohne Kenntnis der Eigenschaften der Verstärkerstrukturen und ohne Expertenwissen aus. Die gesamte Methodik wird anhand eines Komplettentwurfs eines industriell gefertigten Signalverstärkers für HD-TV-Anwendungen demonstriert.



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Richter, Sonja;
Entwurf und Applikation von Hochtemperatur-EEPROM-Speicherzellen in einer SOI-Technologie. - Aachen : Shaker, 2012. - VI, 152 S.. . - (Berichte aus der Halbleitertechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2011

Die vorliegende Dissertations-Schrift beschreibt die Entwicklung einer EEPROM-Speicherzelle für den Einsatz im erweiterten Temperaturbereich. Den Anfang bildet eine Übersicht über die verschiedenen Halbleiter-Speichertypen mit einer Vorauswahl geeigneter Speicherarten. Im Anschluss daran wird die Technologie ausgewählt und ausführlich beschrieben. Der Speicher wurde in einer SOI-Technologie entwickelt, die besonders gut für den Einsatz bei hohen Temperaturen geeignet ist. Für den Zellentwurf selbst wurde zunächst eine vorhandene Lösung analysiert und mehrere Möglichkeiten zur Verbesserung untersucht. Es konnte eine deutliche Flächenreduktion für die Speicherzelle erreicht werden. Für den Speichertransistor wurde ein Simulationsmodell entwickelt welches zunächst bei der Auswahl des optimalen Zellaufbaus und anschließend bei dem Entwurf eines Demonstrator-Speicherblocks eingesetzt wurde. Der Demonstratorschaltkreis wurde aufgrund technologischer Restriktionen ohne Hochvolttransistoren in den Peripherieschaltreisen aufgebaut, hierfür wurden neue schaltungstechnische Lösungen gefunden. Messungen an einzelnen Bauelementen und am Demonstratorschaltkreis belegen die Funktionsfähigkeit der entwickelten Zelle, sowie der Peripherieschaltkreise.



Schühler, Mario;
Zum Entwurf planarer Antennen mit Hilfe periodischer Strukturen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: XV, 277 S., 4,65MB). Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2011

Periodisch strukturierte Oberflächen besitzen eine Reihe interessanter Eigenschaften, die sie unter anderem für den Einsatz im Antennenbereich attraktiv erscheinen lassen. In der vorliegenden Arbeit steht insbesondere deren Anwendung beim Entwurf planarer Antennen im Vordergrund. In diesem Zusammenhang wird zunächst die Wechselwirkung zwischen elektromagnetischen Wellen und periodisch strukturierten Oberflächen diskutiert. Aufgrund der starken Anisotropie periodisch strukturierter Oberflächen ergeben sich dabei zwei grundlegende Betrachtungsweisen: die Wellenausbreitung entlang der Oberfläche, die durch ein ausgeprägtes Dispersionsverhalten gekennzeichnet ist, und die Reflexion an der Oberfläche. Beiden Aspekten wird besondere Aufmerksamkeit geschenkt, dies schließt sowohl die analytische Modellierung als auch die messtechnische Charakterisierung ein. Weiterhin wird das Strahlungsverhalten periodisch strukturierter Oberflächen untersucht, dass mit dem Leckwellenbereich verbunden ist. Der Leckwellenbereich beschreibt einen bestimmten Frequenzbereich im Dispersionsverhalten und stellt die Verknüpfung zwischen der Dispersion entlang und der Reflexion an der Oberfläche dar, wie anhand von Messungen verdeutlicht wird. Bei der Analyse des Strahlungsverhaltens steht insbesondere der Einfluss der Begrenzung der Struktur im Mittelpunkt, die bei der Implementierung zwangsläufig erfolgen muss. Es wird erörtert, inwieweit die begrenzte gegenüber der unbegrenzten Struktur im Hinblick auf eine bestimmte Strahlungscharakteristik zu modifizieren ist. Im Anschluss an die Untersuchungen zum Strahlungsverhalten wird ausführlich auf den Entwurf einer planaren Leckwellenantenne eingegangen, die auf einer begrenzten periodisch strukturierten Oberfläche basiert. Die Antenne zeigt bei zirkularer Polarisation ein konisches Richtdiagramm und misst bei der Mittenfrequenz eine Höhe von˜$\lambda/25$ mit der Freiraumwellenlänge˜$\lambda$. Aufgrund des flachen Aufbaus lässt sich die Antenne prinzipiell auf einer ebenen Oberfläche montieren bzw. in diese einbetten. Das Beispiel hebt hervor, dass Leckwellenantennen auch in Bereichen Anwendung finden können, in denen bisher andere Antennenkonzepte eingesetzt werden. Die Besonderheit von Leckwellenantennen besteht in dem zusätzlichen Freiheitsgrad beim Entwurf, der sich aus dem dispersiven Verhalten ergibt. Neben der Beispielimplementierung wird auch auf eine Reihe weiterer Realisierungen planarer Antennen eingegangen.



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Kirsten, Dagmar;
Entwicklung, Entwurf und Anwendung von nichtflüchtigen Analogwertspeicherelementen auf Basis von Floating-Gate-Speicherzellen in einer Standardtechnologie. - München : Utz, 2011. - IX, 163 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Informationstechnik. - 13) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
ISBN 978-3-8316-4136-9

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Entwicklung von nichtflüchtigen Analogwertspeichern zur Anwendung in analogen und Mixed-Signal-Schaltkreisen. Die Basis dieses Entwurfs bilden Floating-Gate-Speicherzellen, wie sie aus digitalen Speicherschaltkreisen bekannt sind. Eine für diese Anwendung geeignete Speicheranordnung wird ausgewählt, die sich durch gute Eigenschaften in Bezug auf Stabilität und Wiederprogrammierbarkeit auszeichnet. Ihre Anpassung an spezielle Anforderungen in Bezug auf Genauigkeit und Stabilität der Speicherung wird beschrieben und eine Ansteuerung der Zelle zur Programmierung mit Analogwerten vorgestellt. Die Eigenschaften des Speicherzellentwurfs werden messtechnisch untersucht, um die Betriebsbedingungen zu bestimmen. Das Alterungsverhalten der Speicherzellen und der Tunneloxide wird betrachtet. Die Stabilität der abgelegten Werte wird dargestellt. Ein Verilog A-Modell zur Simulation des Fowler-Nordheim-Tunnelstroms im Schaltungsentwurf wird extrahiert und im weiteren Entwurfsvorgang angewendet. Die Verfügbarkeit genauer Referenzspannungen mit geringer Temperaturabhängigkeit ist grundlegend im Entwurf analoger Schaltungen, z.B. von Analog-Digital-Wandlern. Übliche Schaltungen auf der Basis von Bandgap-Referenzen stellen einen im Entwurf festgelegten Wert bereit. Spannungsreferenzen auf Basis von Analogwertspeichern erlauben eine Anpassung des Referenzwertes an die jeweiligen Betriebsbedingungen. Der Entwurf von zwei Referenzspannungsquellen auf Basis der in dieser Arbeit entworfenen neuartigen Speicherzellen wird vorgestellt und ihre Eigenschaften miteinander und mit aktuellen Spannungsreferenzen verglichen. Die Untersuchung von Leckströmen durch Oxide oder in Bauelementen stellt ein schwieriges Problem der Messtechnik dar. Auf Basis einer der entworfenen Spannungsreferenzen wird ein neuartiges Verfahren zu Abschätzung von Strömen im Bereich von I = 10^{-18} ... 10^{-12} A vorgestellt. Eine weitere Anwendung finden nichtflüchtige Analogwertspeicherelemente in präzisen Operationsverstärkern. Hier werden ihre Speichereigenschaften in Schaltungen zur Erhöhung der Genauigkeit genutzt, um z.B. die Eingangsoffsetspannung zu reduzieren. Im Unterschied zu vielen bekannten Verfahren muss ein Abgleich unter Nutzung von nichtflüchtigen Speicherzellen nur einmalig, z.B. beim Einschalten des Operationsverstärkers, erfolgen. Er kann wiederholt werden, um eine Anpassung an andere Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Der Aufbau und der Entwurfsprozess eines Präzisionsverstärkers mit einer solchen Abgleichstufe werden vorgestellt und die damit erzielten Ergebnisse präsentiert. Der Entwurf der Speicherzellen sowie der Anwendungsschaltungen wurde in einer kommerziell verfügbaren 0,35 mym-CMOS-Standardtechnologie durchgeführt, die über entsprechende Zusatzmodule zum Entwurf von nichtflüchtigen Speicherzellen und Hochvoltschaltkreisen verfügt. Die Umsetzung der Schaltungsprinzipien ist dabei nicht prozessabhängig, sondern kann in andere Technologien übertragen werden.



Herrmann, Ralf;
M-sequence based ultra-wideband radar and its application to crack detection in salt mines, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: 241 S., 34,5 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2011
- Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorliegende Dissertation beschreibt einen innovativen ultra-breitband (UWB)elektromagnetischen Sensor basierend auf einem Pseudo-Rauschverfahren. Der Sensor wurde für zerstörungsfreies Testen in zivilen Anwendungen entwickelt. Zerstörungsfreies Testen entwickelt sich zu einem immer wichtiger werdenden Bereich in Forschung und Entwicklung. Neben unzähligen weiteren Anwendungen und Technologien, besteht ein primäres Aufgabenfeld in der Überwachung und Untersuchung von Bauwerken und Baumaterialien durch berührungslose Messung aus der Ferne. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Beispiel der Auflockerungszone im Salzgestein. Der Hintergrund und die Notwendigkeit, den Zustand der oberflächennahen Salzschichten in Salzminen kennen zu müssen, werden beleuchtet und die Messaufgabe anhand einfacher theoretischer Überlegungen beschrieben. Daraus werden die Anforderungen für geeignete UWB Sensoren abgeleitet. Die wichtigsten Eigenschaften sind eine sehr hohe Messband breite sowie eine sehr saubere Systemimpulsantwort frei von systematischen Gerätefehlern. Beide Eigenschaften sind notwendig, um die schwachen Rückstreuungen der Auflockerungen trotz der unvermeidlichen starken Oberflächenreflexion detektieren zu können. Da systematische Fehler bei UWB Geräten technisch nicht von vorne herein komplett vermeidbar sind, muss der Sensor eine Gerätekalibrierung erlauben, um solche Fehler möglichst gut zu unterdrücken. Aufgrund der genannten Anforderungen und den Nebenbedingungen der Messumgebung unter Tage, wurde aus den verschiedenen UWB-Technologien ein Prinzip ausgewählt, welches pseudozufällige Maximalfolgen als Anregungssignal benutzt. Das M-Sequenzkonzept dient als Ausgangpunkt für zahlreiche Weiterentwicklungen. Ein neues Sendemodul erweitert dabei die Messbandbreite auf 12˜GHz. Die äquivalente Abtastrate wird um den Faktor vier auf 36˜GHz erhöht, ohne den geringen Abtastjitter des ursprünglichen Konzepts zu vergrössern. Weiterhin wird die Umsetzung eines Zweitormesskopfes zur Erfassung von S-Parametern sowie einer automatische Kalibriereinheit beschrieben. Etablierte Kalibrierverfahren aus dem Bereich der Netzwerkanalyse werden kurz rekapituliert und die Adaption des 8-Term Verfahrens mit unbekanntem Transmissionsnormal für das M-Sequenzsystem beschrieben. Dabei werden Kennwerte vorgeschlagen, die dem Bediener unter Tage einfach erlauben, die Kalibrierqualität einzuschätzen und Hinweise auf mögliche Gerätefehler oder andere Probleme zu bekommen. Die Kalibriergenauigkeit des neuen Sensors im Labor wird mit der eines Netzwerkanalysators verglichen. Beide Geräte erreichen eine störungsfreie Dynamik von mehr als 60˜dB in den Systemimpulsantworten für Reflexion und Transmission. Der neu entwickelte UWB Sensor wurde in zahlreichen Messungen in Salzminen in Deutschland getestet. Zwei Messbeispiele werden vorgestellt - ein sehr alter, kreisrunder Tunnel sowie ein ovaler Tunnelstumpf, welcher kurz vor den Messungen erst aufgefahren wurde. Messaufbauten und Datenverarbeitung werden beschrieben. Schließlich werden Schlussfolgerungen und Vorschläge für zukünftige Arbeiten mit dem neuen M-Sequenzsensor sowie der Messung von Auflockerungen im Salzgestein diskutiert.



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Evers, Florian;
Prädiktive Middleware-basierte Mobilitätsunterstützung für multikriterielle Handover. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: XX, 481 S., 16,65 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2011
- Enth. außerdem: Thesen

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit Mobilitätsunterstützungen für moderne mobile Endgeräte, welche auf das Internet zugreifen sollen. Um die Vielzahl der bereits verfügbaren Lösungen zu klassifizieren, werden Anforderungen definiert, welche sich an "unbedarften Nutzern" orientieren, die ihre Geräte wie gewohnt auch im mobilen Umfeld benutzen möchten. Es stellte sich heraus, dass lediglich die Gruppe der Middleware-basierten Mobilitätsunterstützungen diese Anforderungen erfüllen kann. Da jedoch noch keine der gefundenen Lösungen dazu in der Lage war, wurde die "Roaming-Enabled Architecture" (REACH) entwickelt. REACH tritt mit der Maßgabe an, alle gestellten Anforderungen zu erfüllen. Dazu werden Proxyserver eingesetzt, welche als "Ankerpunkte" fungieren und die Server im Internet vor den negativen Auswirkungen von Mobilitätsereignissen abschotten. Werden mehrere Proxyserver gleichzeitig involviert, kann sogar den negativen Auswirkungen durch das "Dreiecks-Routing" entgegengewirkt werden. Eine große Herausforderung bestand jedoch darin, die Datenströme der nicht modifizierten Anwendungen abzufangen, damit die Sicherungsmechanismen von REACH greifen können. Dazu wird eine Vielzahl an Möglichkeiten diskutiert, wobei ein besonderes Leistungsmerkmal von REACH darin besteht, diese Mechanismen auch in Kombination anbieten zu können. So stellen beispielsweise längerfristige Isolationssituationen keine Probleme mehr für die Anwendungen dar, und es steht erstmalig eine Mobilitätsunterstützung zur Verfügung, welche in solchen Situationen auch die Benutzer mit einbeziehen kann. Weiterhin wird ein prädiktiv arbeitender Handoverentscheider vorgestellt, welcher durch Beobachtung von Signalstärkewerten drahtlos arbeitender Netzzugangstechnologien drohende Abrisse erkennen kann. REACH unterstützt prinzipiell beliebige Netzzugangstechnologien, solange diese einen Zugang zum Internet ermöglichen können, und erlaubt "weichere vertikale Handover" sowie Kanalbündelungsszenarien. So kommen im Demonstrator bereits drahtgebundenes Ethernet, drahtloses arbeitendes WLAN sowie GPRS mittels eines per Bluetooth angebundenen Mobiltelefons zum Einsatz. Der Demonstrator stellt eine praxistaugliche Mobilitätsunterstützung dar, was durch Tests belegt wird und bereits während zahlreicher praktischer Vorführungen einem breit gefächerten Publikum vorgestellt werden konnte.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2011000091
Milojevi´c, Marko;
MIMO channel modeling in wireless communications and its applications, 2011. - XVIII, 218 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2011

Die vorliegende Dissertation behandelt die Kanalmodellierung für frequenz-selektive und zeitvariante Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Funkkanäle sowie deren Anwendungen. Die Arbeit kategorisiert Kanalmodellierungs-Verfahren und stellt die Vor-und Nachteile der häufigsten deterministischen, analytischen, sowie hybriden Kanalmodelle bezüglich Genauigkeit, Komplexität und möglicher Anwendungen, gegenüber. Existierende analytische Kanalmodelle konzentrieren sich ausschließlich auf die räumlichen Korrelationseigenschaften am Sender und Empfänger ohne gleichzeitig die Korrelation in Zeit und Frequenz zu betrachten. Dieses Problem wird mit Hilfe eines Unterraum-basierten analytischen Kanalmodells für frequenz-selektive und zeitvariante MIMO-Funkkanäle gelöst, welches die Korrelationseigenschaften in allen vier Kanaldimensionen gleichzeitig modelliert. Im Rahmen der Entwicklung des Beyond 3G (B3G) Wireless World INitiative New Radio (WINNER) Systems entstand der Bedarf nach einem passenden B3G-Kanalmodell. Trotz der dringenden Notwendigkeit für ein solches Modell war zu diesem Zeitpunkt keines der existierenden Kanalmodelle geeignet. Deshalb wurde im ersten Schritt die Spatial Channel Model Extension (SCME) entwickelt, welche eine B3G-Erweiterung des 3GPP Spatial Channel Models (SCM) darstellt. SCME ist ein Beispiel dafür, wie ein existierendes Kanalmodell erweitert werden kann, um den Anforderungen eines neuen Systems gerecht zu werden. Im Anschluss wurde das WINNER-Kanalmodell entwickelt, welches Multi-User MIMO (MU-MIMO) Simulationen sowohl auf Systemebene als auch auf Linkebene für eine Vielzahl an Umgebungen und Kommunikations-Szenarien des WINNER-Systems unterstützt. Die Neuartigkeiten dieses Kanalmodells sind die realistische Modellierung der gleichzeitigen zeitlichen Variation von Kanalsegmenten, die gegenseitige Abhängigkeit der langsam veränderlichen Parameter, die Unterstützung für nomadische Kanalmodelle und die Verwendung dreidimensionaler Gruppenantennen. Die Analyse von Kanälen für mehrere mobile Satellitenfunksysteme ist das nächste Thema der Arbeit. Die Satellitenkanäle für mobile Empfänger werden mit Hilfe von zwei Prozessen modelliert: Der erste Prozess modelliert den langsamen Schwund mit Hilfe einer Markov-Kette, während der zweite Prozess die Statistik der Signalamplitude modelliert. Der Nachteil der bisherigen Modellierungsansätze für den schwachen Schwund ist die Annahme, dass die Markov-Kette nur erster Ordnung ist. In dieser Arbeit wird gezeigt, dass diese Idee auf unrealistische Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen der Verweildauern in den Zuständen führt. Weiterhin beachtet keines der existierenden Kanalmodelle die richtige gemeinsame Modellierung der Verweildauern in den Zuständen und der Korrelationen zwischen den Satelliten. Um diese Probleme zu lösen wird ein dynamisches Markov-Kanal Zustandsmodell höherer Ordnung für Verbundprozesse eingeführt. Dieses Modell hängt von der aktuellen Zustandsverweildauer ab und kann die Korrelation zwischen mehreren Kanälen erfassen. Darüber hinaus werden sehr effiziente Approximationen dieses Modells diskutiert. Die Erhöhung der Leistungsmarge der Satellitenverbindung erlaubt den Empfang dieser Signale in Gebäuden. Die entsprechende Leistungsverbesserung durch die Verwendung von Gruppenantennen am Empfänger wurde bislang nicht ausreichend untersucht. Deshalb wird in der vorliegenden Arbeit die räumlich-zeitliche Verfügbarkeit von Satellitensignalen in Gebäuden analysiert. Insbesondere wird dabei die Leistungsfähigkeit von Ein- und Mehrantennenempfängern mit verschiedenen polarimetrischen Richtcharakteristiken und Kopplungseffekten für verschiedene Elevationswinkel der Satelliten sowohl theoretisch als auch mit Hilfe von Messdaten untersucht. Die Ergebnisse zeigen, dass die räumliche Diversität sowie die Polarisations-Diversität, die durch die zusätzlichen Antennenelemente gewonnen wird, als auch die räumliche und zeitliche Variation der Empfangsleistung deutlich reduziert. Die Auswahl der spezifischen Antennenkonfiguration, die die beste Verfügbarkeit erreicht, ist dabei abhängig von der Polarisation des Sendesignals und der Empfangsantennen, den Ausbreitungsbedingungen (Line Of Sight (LOS) oder Non Line Of Sight (NLOS)), sowie dem Elevationswinkel des Satelliten. Im letzten Teil der Arbeit wird gezeigt, wie die Erfahrungen aus einem Gebiet wie der Kanalmodellierung genutzt werden können, um auch Aufgabenstellungen aus anderen Gebieten zu lösen. Um dies zu demonstrieren, werden basierend auf den Erfahrungen aus der Kanalmodellierung, Algorithmen zur Kanalprädiktion und der Kanalinterpolation entwickelt.



Ebert, Björn;
Noise-induced jitter and decision errors in rapid single flux quantum electronics. - Ilmenau : ISLE, 2011. - VIII, 134 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Informationstechnik. - 11) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
ISBN 978-3-938843-59-8

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung und Minimierung des Einflusses von Rauschen auf das elektrische Verhalten nichtlinearer Netzwerke am Beispiel der Einzelflussquantenelektronik (engl. rapid single flux quantum; RSFQ). Als Quantenelektronik mit Schaltenergien unterhalb von einem Attojoule weist die RSFQ Elektronik ein sehr niedriges Signal-Rausch-Verhältnis auf. Durch den Trend hin zu immer niedrigeren Versorgungsspannungen werden solch geringe Signal-Rausch-Verhältnisse in Zunkunft auch in der Halbleiter-Schaltungstechnik auftreten. Der geringe Energieverbrauch für Logikoperationen machen RSFQ-Schaltung zum idealen Kandidaten für Hochleistungsrechner. Hauptgegenstand der Arbeit ist das Studium des Einflusses des thermischen Rauschens auf das Zeit- und Schaltverhalten von Grundelementen der supraleitenden RSFQ-Elektronik. Mit Taktraten jenseits von 100 GHz führen die statistischen Eigenschaften der Signalübertragungszeit, quantifiziert durch Jitter, zu nicht unerheblichen Konsequenzen im Entwurfsprozess. Das Signal-Rausch-Verhältnis beeinflusst maßgeblich das Schaltverhalten, das eng mit der Entscheidungsunschärfe von Komparatoren in Zusammenhang steht. Um ein Verständnis für rauschinduziertes Fehlverhalten zu entwickeln, werden zunächst Möglichkeiten entwickelt, wie man Jitter und Entscheidungsunschärfe quantifizieren kann. Mit Hilfe von Schaltkreissimulationen werden dann anhand von konkreten Schaltungen Entwurfsrichtlinien abgeleitet, die die Auswirkungen des thermischen Rauschens begrenzen. Insbesondere für die Entscheidungsunschärfe von Komparatoren wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die die Entwurfsempfehlungen untermauern. Das Wissen über Jitter und Entscheidungsunschärfe wird dann zur Dimensionierung eines Schieberegisters angewandt. Die vorgeschlagene Entwurfsmethodik erfordert lediglich einen Schaltkreissimulator mit der Fähigkeit Rauschen im Zeitbereich zu simulieren. In Verbindung mit den abgeleiteten Entwurfsrichtlinien stellt dies ein Alleinstellungsmerkmal im Vergleich zu vorangegangenen Arbeiten dar. Das wichtigste Ergebnis ist eine neue experimentell verifizierte Komparatortopologie, welche die bisherig verwendete Topologie hinsichtlich ihrer Entscheidungssicherheit überbietet und die möglicherweise von großer Bedeutung für Schaltungen mit Komparatorstrukturen sein wird.



Wetzstein, Olaf;
Methoden zur Verbesserung der Funktionsstabilität digitaler Elektronik mit niedriger Schaltenergie, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 124 S., 1775 KB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss. 2010

Die vorliegende Dissertation ist ein Beitrag zur Automatisierung des Schaltungsentwurfs für Elektroniktechnologien mit sehr niedriger Schaltenergie. Sie behandelt die Stabilitätssteigerung von Einzelflussquanten-Schaltungen (engl. Rapid Single Flux Quantum - RSFQ) auf der Grundlage neuer Entwurfswerkzeugeund Schaltungstopologien. Zwar erfolgt die Demonstration der Konzepte am Beispiel von RSFQ-Schaltungen, sie sind jedoch auf jede andere digitale Elektronik übertragbar. Zukünftige Entwicklungen, in denen der Energieverbrauch das entscheidende Entwurfskriterium ist, profitieren von diesen neuen Entwurfswerkzeugen. Schwerpunkt der Arbeit ist die Analyse thermischer Rauscheinflüsse auf die Zuverlässigkeit von empfindlichen Schaltungen. Mit Hilfe einer analytischen Beschreibung wird der Rauscheinfluss quantifiziert und auf dieser Basis die Schaltungsstabilität bewertet. Mit dieser Methode wird erstmals der Zusammenhang zwischen der Topologie einer bestimmten Schaltung und deren Rauschstabilität evaluiert. Die Untersuchungen zeigen, dass ein symmetrischer Schaltungsaufbau eine deutliche Verbesserung der Schaltungsrobustheit sowohl gegenüber Rauscheinflüssen als auch gegenüber herstellungsbedingtenParameterstreuungen zur Folge hat. Zur Realisierung solcher Entwürfe sind Phasenschieberelemente (wie zum Beispiel Pi-Kontakte) erforderlich, deren technologische Grundlagen in den vergangenen Jahren entwickelt wurden. Die notwendigen Schritte zur Implementierung dieser neuen Bauelemente in die RSFQ-Elektronik sind ausführlich in der Arbeit beschrieben und die prognostiziertenVerbesserungen experimentell belegt.



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Hong, Aihua;
Propagation measurement based study on relay networks, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 169 S., 6865 KB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Von der nächsten Generation von Mobilfunksystemen erwartet man eine umfassende Versorgung mit breitbandigen Multimediadiensten. Um die dafür erforderliche flächendeckende Versorgung mit hohen Datenraten zu gewährleisten, können Relay-Netzwerke einen wesentlichen Beitrag liefern. Hierbei werden Netzwerkstationen mit Relay-Funktionalität in zellulare Netzwerke integriert. Diese Dissertation befasst sich mit der Untersuchung Relay-basierter Netzwerke unter Verwendung von Ausbreitungsmessungen. Die Arbeit deckt Fragen zur Kanalmodellierung, Systemevaluierung bis hin zur Systemverifikation ab. Zunächst wird ein auf Funkkanalmessungen beruhendes experimentelles Kanalmodell für Relay-Netzwerke vorgestellt. Im Weiteren werden technische Verfahren für Mehrfachzugriffs-Relay-Netzwerke MARN diskutiert. Die erreichbare Systemleistung wurde unter Verwendung von Rayleigh-Kanälen innerhalb einer Systemsimulation bestimmt und im Anschluss mit realen Kanälen, die sowohl direkt aus Funkkanalmessungen als auch indirekt aus dem bereits erwähnten Kanalmodell abgeleitet wurden, verifiziert. Bisherige Arbeiten zur Modellierung breitbandiger Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Kanäle berücksichtigen nicht oder nur sehr stark vereinfacht die Langzeitkorrelationseigenschaften zwischen den Links und werden damit der vermaschten und räumlich weit verteilten Topologie von Relay-Netzwerken gerecht. In der vorliegenden Dissertation erfolgte daher eine experimentelle Untersuchung zu den Korrelationseigenschaften von Large-Scale-Parametern LSP, die unter Verwendung von Funkkanalmessdaten aus urbanen Umgebungen und aus Innenräumen abgeleitet wurden. Die Ergebnisse hierzu fanden Eingang in das vom WINNER-Projekt entwickelte Kanalmodell. Sie erlauben damit eine realistischere Simulation von Relay-unterstützten Netzen. Einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit stellen technische Verfahren dar, die eine Erhöhung der Systemleistung in MARN mit unbekannter Interferenz UKIF versprechen. Im Einzelnen handelt es sich um die Mehrfachzugriffs-Kodierung MAC - die eine verbesserte Signaltrennung auf der Empfängerseite und eine Erhöhung des Datendurchsatzes erlaubt, den Entwurf eines Relay-Protokolls zur Erhöhung der Systemeffizienz, einen Minimum Mean Square Error (MMSE) Algorithmus zur Unterdrückung unbekannter Interferenzen bei Erhaltung der MAC-Signalstruktur mehrerer Mobilstationen MS, und ein fehlererkennungsbasiertes Signalauswahlverfahren zur Diversitätserhöhung. Die vorgenannten Verfahren werden in einer Systemsimulation zunächst mit Rayleigh-Kanälen evaluiert und demonstrieren die erzielbare theoretische Leistungssteigerung. Die Berücksichtigung realer Funkkanäle innerhalb der Systemsimulation zeigt allerdings, dass die theoretische Systemleistung so in der Realität nicht erreichbar ist. Die Ursache hierfür ist in den idealisierten Annahmen theoretischer Kanäle zu suchen. Für die Entwicklung künftiger Relay-Netzwerke bieten die in dieser Arbeit aufbereiteten Erkenntnisse hinsichtlich der Langzeitkorrelationseigenschaften zwischen den Links einen wertvollen Beitrag für die Abschätzung ihrer Systemleistung auf der Basis eines verbesserten Kanalmodells.



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Trabert, Johannes F.;
Hybridintegrierte 4 x 4 Schaltmatrix für das Ka-Band : breitbandige Mikrowellenschaltungen in kompakten Mehrlagenkeramik-Modulen für Satellitenapplikationen. - Aachen : Shaker, 2010. - XXI, 220 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Moderne Systeme der mobilen und der satellitengestützten Breitband-Kommunikationstechnik erfordern effiziente, flexibel einsetzbare, leichte und kompakte Baugruppen mit leistungsfähigen Hochfrequenzeigenschaften. Die vorliegende Dissertation beschreibt die Entwicklung einer miniaturisierten 4 × 4 Mikrowellenschaltmatrix für Anwendungen im Ka-Band (17 . . 22 GHz, downlink) in Single-Pole Multiple-Throw (SPMT)-Architektur und deren Realisierung in niedrigsinternder Mehrlagenkeramiktechnologie (low temperature co-fired ceramics - LTCC). Sie stellt eine repräsentative Schaltungsfunktion satellitengestützter Multimedia- und Kommunikationssysteme dar. Solche Schaltmatrizen sorgen für Verbindungsflexibilität, beispielsweise zum rekonfigurierbaren Rangieren unterschiedlicher Signalquellen an Sendeantennen verschiedener Beleuchtungszonen des Satelliten. Es wird eine interne Signalverteilungstopologie für die Schaltmatrix entwickelt, die mit halbleiterintegrierten SP4T-Schaltern (ein Eingang, vier Ausgänge) ein sehr kompaktes, flächenminimales Modulkonzept mit zweiseitiger Bauelementebestückung ermöglicht. Die vorliegende Entwicklung beinhaltet dabei herausfordernde Design- und Optimierungsaufgaben, um dämpfungsminimale, dreidimensional geführte Verbindungen durch kurze, verlust- und reflexionsminimale LTCC-integrierte Wellenleiter zu realisieren. Ein unverzichtbarer Fortschritt zur Realisierung ist ein zum Patent eingereichtes Wellenleitungskonzept mit sehr hoher Packungsdichte für eine effiziente, sehr breitbandige, dreidimensionale Signalverteilung innerhalb eines LTCC-Moduls, inklusive der entsprechenden Wellenleiterübergänge zur Richtungsänderung und der erforderlichen breitbandigen Kompensationsanordnungen. Der induktivitätsarme Anschluss der halbleiterintegrierten Schalter erfolgt mit Mehrfachbondbändchen. Die breitbandige Impedanzanpassung des Schalter-IC ist ein- und ausgangsseitig jeweils mit einem vierstufigen Anpassungsnetzwerk aus verteilten koplanaren Leitungselementen in Tiefpassstruktur realisiert. Die Verwendung der LTCC-Technologie ermöglicht den für Raumfahrtanwendungen erforderlichen hermetischen Verschluss. Durch die zweiseitige Hybridintegration der Nacktchips, die durchdachte Signalverteilungstopologie und die verlust- und reflexionsarme, dreidimensionale Wellenleitung wurde als bedeutendes Ergebnis dieser Arbeit eine Schaltmatrix mit beachtlichen Verbesserungen bezüglich Funktionalität, Volumen (5 cm^3) sowie Masse (9 g) und damit auch hinsichtlich potenzieller Einsatzbereiche realisiert. Im Vergleich mit konventionellen Schaltmatrizen beträgt der Miniaturisierungsfaktor ca. 1/100. Die aktuell gefertigten Schaltmatrizen präsentieren im Ka-Band mit einer Einfügedämpfung von typisch weniger als 7 dB und einer Reflexionsdämpfung von mindestens 13 dB (häufig >20 dB im Bereich von 10 .. 20 GHz) ein sehr gutes HF-Übertragungsverhalten. Diese robuste, zuverlässige 4 × 4 Mikrowellenschaltmatrix-Baugruppe bestand die durchgeführten Überprüfungen unter Satellitenbedingungen am Boden erfolgreich. Die Raumfahrtqualifikation erfolgt mit einem Forschungssatelliten des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Der Start ist für Q4/2010 geplant.



Algeier, Vadim;
Blind localization of mobile terminals in urban scenarios. - Ilmenau : ISLE, 2010. - XVII, 167 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Im Rahmen dieser Dissertation wurde das Problem der Blinden Lokalisierung von Mobilfunkterminals in städtischen Gebieten untersucht. Lokalisierung von Mobilfunkterminals stellt prinzipiell kein neues Themengebiet dar. Es sind die Randbedingungen, z.B. "blinde Lokalisierung" und "urbanes Gelände", die dieses Thema in eine neuartige und wenig erforschte Aufgabenstellung verwandeln. Als erstes wird daher in der Arbeit eine detaillierte Beschreibung und Klassifikation der vorliegenden Lokalisierungsaufgabe präsentiert. Die Besonderheit des entwickelten Lokalisierungsverfahrens besteht darin, dass es die Mehrwegeausbreitung explizit ausnutzt. Diese Eigenschaft ist in der drahtlosen Kommunikation, beim Radar und vielen anderen funkbasierten Technologien bekannt. Es ist naheliegend, dass die zeitlich-räumliche Struktur des Mobilfunkkanals positionsrelevante Information des Mobilfunkterminals enthält. Diese Information reicht allerdings nicht aus, um eine eindeutige Positionsschätzung des Mobiles zu gewährleisten. Zusätzliche Information über die Geometrie der umliegenden Reflektoren, d.h. ihre Position, Maße, Orientierung, in Kombination mit dem Ray-Tracing-Algorithmus erlauben, den Informationsmangel zu überwinden. Der wichtigste Beitrag dieser Arbeit ist das Framework für Lokalisierung der Mobilfunkterminals. Es stellt eine flexible und adaptive Prozedur bestehend aus zwei Bearbeitungsschritten dar. Im ersten Schritt erfolgt die Berechnung der Likelihood-Funktion, für die zwei Definitionen vorgeschlagen worden sind. Ihre Unterschiede, Vor- und Nachteile in der Anwendung usw. werden anhand synthetischer Daten im Laufe der numerischen Untersuchungen aufgezeigt. Dabei werden die synthetischen Daten mit Hilfe einer eigens dafür entwickelten experimentellen Umgebung generiert. Die eigentliche Positionsschätzung erfolgt im zweiten Bearbeitungschritt des Lokalisierungsframeworks. Es werden Bayessche und Fischersche Formalismen vorgestellt. Dabei wird insbesondere die rekursive Schätzung in den Mittelpunkt gestellt. Sie ermöglicht es, die Information über die Parameter oder Zustände eines dynamischen Systems in Echtzeit zu extrahieren. Somit ist sie für Lokalisierungs- und Trackinganwendungen sehr gut geeignet. Zwei Bayessche rekursive Schätzverfahren wurden implementiert, um das bewegte Mobilfunkterminal zu verfolgen. Es wurde weiterhin eine optionale Vorverarbeitungsprozedur entwickelt, die die Verfolgung von den Parametern der Mehrwegekomponenten über die Zeit beinhaltet. Die bei der blinden Lokalisierung erreichbare Genauigkeit wurde anhand von CRLB analysiert. Anschließend wurde das Framework für Lokalisierung der Mobilfunkterminals an Messdaten verifiziert.



Schwarz, Ulrich;
Ultrabreitbandantennen für biomedizinische Radaranwendungen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 178 S., 34,4 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf spezifischer Antennen für innovative Verfahren einer mikrowellenbasierten Brustkrebsdetektion sowie für Navigatortechniken in Magnetresonanz-(MR)-Anwendungen. Dabei werden zunächst physikalische und technische Randbedingungen diskutiert, welche die Antennenentwürfe maßgeblich prägen. Während bei einer Brustkrebsdetektion anatomische Randbedingungen die grösste Einschränkung darstellen, sind bei MR-Anwendungen starke Magnetfelder zu beachten. Beiden Arbeitsgebieten ist dabei der Wunsch nach einer niedrigen unteren Grenzfrequenz gemein, um eine möglichst hohe Eindringtiefe in menschliches Gewebe zu gewährleisten. Durch eine deutliche Differenzierung der Anforderungen unterscheiden sich die einzelnen Lösungen stark voneinander, obgleich in beiden Fällen das Doppelsteghorn als Antennentyp gewählt wurde. Während als Sensoren zur Brustkrebsdetektion dielektrisch skalierte Antennen unter Verwendung von Keramik entwickelt wurden, erfolgte zur Realisierung MR-kompatibler Antennen eine rigorose Reduktion von Metallisierungsflächen, ohne die Funktionalität zu beeinträchtigen. Resultierend entstanden miniaturisierte Antennen zur Brustkrebsdetektion auf der einen und wirbelstromresistente Strahler auf der anderen Seite. Eine umfangreiche messtechnische Charakterisierung und praxisnahe Erprobung stellt die Funktionstüchtigkeit der Entwicklungen abschließend unter Beweis.



http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn=urn:nbn:de:gbv:ilm1-2010000403
Lewandowska, Agnieszka;
Kontextsensitive Dienste und Informationen für mobile Teilnehmer. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: xvii, 240 S., 6,72 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Die Kommunikation zwischen Menschen basiert auf Sprache (explizite Kommunikation) und auf unmittelbaren Informationen (implizite Kommunikation). Die unbewusste Berücksichtigung von Kontextinformationen während der Kommunikation kann aber vom Computer nicht automatisch umgesetzt werden. Deswegen ist die Interaktion zwischen Mensch und Computer weitaus schwieriger zu realisieren. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erfassung, Verarbeitung und Anwendung der Kontextinformationen bei mobilen Benutzern. Dafür werden die Ergebnisse einer Literaturrecherche über Informationssysteme für mobile Teilnehmer und die daraus abgeleiteten Bewertungskriterien für ein kontextsensitives System vorgestellt. Für die Architektur des Informationssystems SFINKS werden Datenverarbeitungsprozesse konzipiert, die eine optimale Informationsanpassung an einen mobilen Benutzer und seinen wechselnden Kontext ermöglichen. Das System kann seinen Benutzern individuell zugeschnittene Informationen und Dienste zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort bereitstellen.


http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2010000345

Neundorf, Volker;
Konzeption, Entwicklung und Organisation einer webbasierten Lernumgebung für die ingenieur-technische Ausbildung am Beispiel Grundlagen der Elektrotechnik, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 236 S., 16,7 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

In der vorliegenden Arbeit wird ein systematisches und durchgängiges Prozess- und Vorgehensmodell zur Entwicklung von webbasierten Lernumgebungen mit Fokus auf die Ingenieurwissenschaften beschrieben. In diesem Rahmen werden die Konzeption, Erstellung, Verarbeitung und Verwaltung von Lernobjekten mit einem Datenbankmanagementsystems nach dem LOM-Standard eingebettet. Die Arbeit lässt sich dabei in die Reihe der Forschungen am Fachgebiet Grundlagen der Elektrotechnik zu multimedialen und webbasierten Lernumgebungen einordnen. Am Beispiel GETsoft werden konkrete Problemstellungen bei der Umsetzung von Komponenten einer Lernumgebung aufgezeigt und fachspezifische Lösungsmodelle angeboten. Die Motivation und Zielsetzung, die Einordnung der Arbeit und die Vorgehensweise sowie eine Analyse von geleisteten Vorarbeiten sind im ersten Kapitel dargestellt. Neben einer umfassenden Analyse von Lernumgebungen in ingenieur-wissenschaftlichen Disziplinen ist die Konzeption eines adaptierbaren Prozess- und Vorgehensmodells zur Erstellung einer Lernumgebung bestehend aus Lernobjekten und Komponenten die Aufgabenstellung dieser Arbeit. Mit den Grundlagen von webbasierten Lernumgebungen im ingenieur-wissenschaftlichen Bereich, E-Learning-Standards, Softwareentwicklungsprozessen und Datenbanktechnologien beschäftigt sich das zweite Kapitel. Bereits im Grundlagenkapitel wird die Idee eines Ebenenmodells für Lernumgebungen in Kombination mit einem speziellen Modell von Lernobjekten entwickelt. Das dritte Kapitel analysiert anhand eines Kriterienkataloges den Stand der Technik auf dem Gebiet webbasierter Lernumgebungen in einigen ingenieur-wissenschaftlichen Grundlagenfächern. Detailliert wird die aktuelle Situation in den Fächern Physik, Mathematik, Maschinenbau und Elektrotechnik analysiert. Daneben wird kurz auf Chemie und Medizin sowie den internationalen Sprachraum eingegangen. Die medientechnische Analyse und Konzeption eines adaptierbaren Prozess- und Vorgehensmodells für die Entwicklung webbasierter Lernumgebungen wird im vierten Kapitel beschrieben. Evolutionäres Prototyping und objektorientierter Entwurf stehen hier im Mittelpunkt eines Vorgehensmodells zur ebenenbasierten System- und Lernobjektentwicklung. Das fünfte Kapitel schildert konkrete Umsetzungen der allgemeinen Konzeption an Beispielen aus GETsoft. Anschauliche Umsetzungen der Mediengestaltungskonzepte überführen die Theorie in die Praxis. Die Funktionalitäten und Schnittstellen der GETsoft-Datenbank für standardisierte wiederverwendbare Lernobjekte und ihre Metadaten stellen hier einen Schwerpunkt dar. Im Kapitel sechs werden Beispiele und Ansätze zum Transfer, der Vernetzung sowie zur Verbreiterung von GETsoft vorgestellt. Das letzte Kapitel stellt Überlegungen zu Erfolgsfaktoren von Lernumgebungen an, diskutiert kurz offene Wissensressourcen als Zukunftsmodell und bettet darüber Ideen zur Weiterentwicklung von GETsoft ein.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15787
Gädicke, Wilfried;
Simulationsbasierte Sprachqualitätsschätzung von Freisprechsystemen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 161 S., 3548 KB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Eingeführt wird in das Thema mit einer Darstellung der standardisierten und veröffentlichten Verfahren zur Sprachqualitätsevaluierung. Als Besonderheit wird hierbei auch die Nutzbarkeit von Verfahren aus dem Audiobereich begutachtet. Als Innovation wird ein multimediales Verfahren vorgestellt, das die Vorteile von komparativen und absoluten Verfahren miteinander kombiniert. Dieses Verfahren wurde implementiert und bei umfangreichen Probandentests für den eindimensionalen Anwendungsfall verifiziert. Letztlich werden Betrachtungen zu Evaluierungsdimensionen und qualitätsbeeinflussenden Faktoren angestellt. Auf die Einführung in die subjektiven Verfahren folgt eine Sammlung von Methoden zur objektiven Evaluierung. Es wird ein großer Überblick über alle bei der Sprachqualitätsevaluierung eingesetzten Komponenten gegeben. Einige Realisierungen von objektiven standardisierten oder veröffentlichten Verfahren werden vorgestellt. Als Ausblick werden einige allgemeine Beobachtungen dargestellt, die in den bekannten Verfahren zur Evaluierung der Sprachqualität noch nicht berücksichtigt wurden. Das Kapitel Sprachqualitätsevaluierung im Fahrzeug stellt den Ist-Zustand der Evaluierungsverfahren nach VDA-Spezifikation dar. Ferner wird ein neues Verfahren zur vollständigen Evaluierung von Freisprechsystemen im Labor dargestellt, das auf Impulsantwortmessungen, Prüfständen und einer PC-Simulation basiert. Durch dieses Verfahren verbessern sich Faktoren wie Kosten, Qualität, Komplexität, Reproduzierbarkeit, Entwicklungszeiten und Arbeitsbedingungen. Im vorletzten Kapitel wird die Realisierung eines Sprachqualitätsevaluierungsverfahrens für Freisprechsysteme beschrieben, das auf der Methode der kleinsten Fehlerquadrate und einem Modell aus Gauß'schen Mischverteilungen basiert. Es werden mit dem optimierten Verfahren Korrelationen im Bereich oberhalb von 0.9 erreicht. Diese Korrelationen sind vergleichbar mit denen anderer etablierter Verfahren, mit dem Unterschied, dass diese Verfahren im Wesentlichen nicht für den speziellen Anwendungsfall der Evaluierung von Freisprechsystemen im Fahrzeug konzipiert wurden. Zukünftig ist anzustreben, alle in dieser Dissertation beschriebenen Komponenten zu einem kompletten Hardware-in-the-loop (HiL) zusammenzufügen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15917
Costa, João Paulo Carvalho Lustosa; da
Parameter estimation techniques for multi-dimensional array signal processing. - Aachen : Shaker, 2010. - XIII, 211 S.. . - (Berichte aus der Kommunikationstechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2010

Methoden der Antennenarraysignalverarbeitung stellen ein sehr wichtiges und bedeutsames Forschungsgebiet dar. Insbesondere spielen hochauflösende Parameterschätzverfahren eine entscheidende Rolle in Anwendungsgebieten wie RADAR, SONAR, Mobilkommunikation, Biosignalverarbeitung oder Seismologie. Dabei muss einerseits die Modellordnung, also die Anzahl der dominanten Komponenten im gemessenen Signal, bestimmt werden. Andererseits sind häufig auch Parameter wie räumliche Winkel der einfallenden sowie der abgestrahlten Wellen, Signallaufzeit oder Dopplerverschiebung zu schätzen. Im Allgemeinen sind die zugrunde liegenden Signale mehrdimensional. Betrachtet man diese Dimensionen nicht gemeinsam sondern separat, steht jeweils nur eine Projektion der Daten in diese Dimension zur Verfügung. Das führt in vielen Szenarien zu einer unzureichenden Schätzgenauigkeit. Deshalb sind mehrdimensionale Arraysignalverarbeitungsalgorithmen, die alle natürlichen Dimensionen des Signals gemeinsam behandeln und dabei dessen Struktur ausnutzen, ein bedeutsames Werkzeug und Gegenstand der aktuellen Forschung. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns hauptsächlich auf zwei Arten von Parametern: Die Modellordnung sowie die zugehörigen räumlichen Frequenzen. Im mehrdimensionalen Fall lässt sich die Modellordnungsschätzung erheblich verbessern, wenn man dafür die mehrdimensionale Struktur explizit ausnutzt. Für Szenarien mit additivem Gaußverteiltem weißen Rauschen schlagen wir dafür den R-D Exponential Fitting Test (R-D EFT) vor. Da R-D EFT weißes Rauschen voraussetzt untersuchen wir schließlich noch den Fall des gefärbten Rauschens. Hier schlagen wir das closed-form PARAFAC-based model order selection scheme (CFP-MOS).Sobald die Modellordnung bestimmt wurde, können im nächsten Schritt weitere gewünschte Parameter aus den dominanten Komponenten bestimmt werden. Für diese Aufgabe schlagen wir das closed-form PARAFAC based parameter estimation (CFP-PE) scheme vor.Im Fall von farbigem Rauschen leidet die Schätzgenauigkeit aller Parameterschätzverfahren, wodurch die Anwendung von Prewhitening-Techniken erforderlich wird. Für bestimmte biomedizinische Signale wie Elektroenzephalogramme (EEG) sowie für bestimmte Kommunikations-Anwendungen mit Mehrantennen-Systemen besitzt das Rauschen eine ganz spezifische mehrdimensionale Struktur. Diese kann ausgenutzt werden um das Prewhitening weiter zu verbessern, wodurch jedoch ein mehrdimensionales Prewhitening-Verfahren erforderlich wird. Unser Vorschlag dazu ist die Sequential Generalized Singular Value Decomposition (S-GSVD). Für den Fall, dass die Rauschstatistik nicht bekannt ist, schlagen wir die Iterative S-GSVD vor.



Henkel, Daniel;
The impact of controlled-mobility helper nodes on the performance of challenged networks. - Aachen : Shaker, 2010. - XIV, 150 S.. . - (Berichte aus der Kommunikationstechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2009

Verzögerungs- und unterbrechungstolerante Netzwerke (DTN) sind in den letzten Jahren zu einem vielversprechenden Forschungszweig geworden. In diesen Netzwerken wird Knotenmobilität nicht als Ausnahme oder als nachteilig empfunden, sondern als notwendige Voraussetzung für Datenaustausch zwischen Netzwerkknoten, insbesondere dann, wenn die Mobilität einzelner Knoten direkt gesteuert werden kann, wie es z.B. bei unbemannten Flugzeugen der Fall ist. Diese Eigenschaft ermöglicht in Verbindung mit drahtloser Kommunikation eine gezielte Veränderung der Netzwerktopologie entsprechend des Kommunikationsaufkommens anstatt die Daten über eine ineffiziente Netzwerktopologie schicken zu wollen. Spezielle DTN Protokolle erlauben eine Datenübertragung im Netzwerk selbst unter widrigen Umständen, wie z.B. bei sehr langen Verzögerungen oder sporadischem Kontakt zwischen Netzwerkknoten. Daher kann man neue Kommunikationsmodi definieren, die zwei bestimmte Knoten mit einem Link oder mehrere Knoten im ganzen Netzwerk miteinander verbinden können. Diese Dissertation beschreibt diese neuen Modi, genauer Relaying und Ferrying, optimiert deren Funktionsweise und zeigt, welche Performancesteigerung gegenüber einer direkten drahtlosen Verbindung erzielt werden kann. Es existiert eine Beziehung zwischen den Modi Direkt, Relay und Ferrying in dem Sinne, dass es immer einen Modus gibt, der die beste Performance in einer bestimmten Umgebung aufweist. Der Einsatz der Modi wird von den Umgebungsparametern wie z.B. der Distanz zwischen Knoten, dem Dämpfungsfaktor des drahtlosen Mediums oder allgemeinen Funkparametern beeinflusst. Hierbei kann man eine Steigerung der Netzwerkperformance durch den Einsatz von steuerbaren mobilen Helferknoten erreichen. In zwei von uns betrachteten Relaying Modi, genauer Single und Parallel Relaying, kann die Anzahl der Relais und deren Position bestimmt werden, so dass der Datendurchsatz und die Verzögerung auf einem Link optimiert werden können. Auch der Ferrying Modus bietet durch zwei Strategien die Möglichkeit, die Performance auf einem Link zu erhöhen. Jedoch liegt die eigentliche Stärke des physikalischen Transportes von Datenpaketen darin, mehrere Netzwerkknoten auch dann miteinander verbinden zu können, wenn sie durch sehr lange Strecken oder widrige Umgebungsinterferenz voneinander getrennt sind. Da jedoch die Bewegung einer Ferry im Gegensatz zur schnellen drahtlosen Datenkommunikation sehr langsam ist, spielt die gezielte Planung der Ferry Route eine sehr grosse Rolle. Wir stellen zwei neue Ferry Routen-Planungsalgorithmen vor, welche die durchschnittliche Paketverzögerung minimieren. Speziell durch die Methode des Lernens durch Verstärkung (Reinforcement Learning) kann man Ferry Routen erzeugen, die eine signifikante Verringerung der Paketverzögerung erreichen. Als eine Anwendung des Ferrying Kommunikationsmodus entwerfen und implementieren wir eine Referenzarchitektur für die zuverlässige Datenerfassung in weiträumigen Sensornetzwerken. Dieses System ermöglicht die Übertragung von Sensordaten über sporadisch unterbrochene Netzwerke zu mehreren Erfassungspunkten. Experimente zeigen die korrekte Funktionsweise einer prototypischen Implementierung der Architektur.



Volmer, Christian;
Compact antenna arrays in mobile communications : a quantitative analysis of radiator coupling. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: XV, 251 S., 10,51 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2009
- Enth. außerdem: Thesen

Um der anhaltenden Nachfrage nach höheren Übertragungsraten und größerer Mobilität zu begegnen, setzen moderne Mobilfunksysteme zunehmend adaptive Gruppenantennen ein. Rückt man Strahlerelemente zur Unterbringung in kleinen tragbaren Endgeräten (z.B. Handys) jedoch eng zusammen, so beeinträchtigen Verkopplungseffekte deren Abstrahleigenschaften. Um diese Beeinträchtigungen im Vergleich zu den üblichen Betrachtungsweisen anschaulicher zu beschreiben, erweitert die vorliegende Arbeit den bekannten Effizienzbegriff einer Einzelantenne auf beliebige Antennengruppen durch die Einführung orthogonaler Strahlungsfreiheitsgrade. Die Auswirkungen von Strahlerverkopplung werden anhand von Beispielen aufgezeigt. Anpass- und Entkoppelnetzwerke können der Strahlerverkopplung entgegenwirken. Für eine breite Klasse von ntennengruppen wird eine systematische Entwurfsvorschrift vorgestellt und durch zahlreiche Beispiele bestätigt, dabei stellen sich Ohm'sche Netzwerkverluste und schmale Bandbreiten als allgemeine Hauptschwächen derartiger Netzwerke heraus. Zur Untersuchung des Einflusses der Strahlerverkopplung auf die Übertragungsqualität eines Diversitätsempfängersystems werden geschlossene Ausdrücke für seinen Diversitätsgewinn hergeleitet und diskutiert. Diese Analyse wird anschließend durch ein umfassendes Rauschmodell erweitert. Diversitäts- und Rauschmessungen bestätigen die theoretischen Betrachtungen. Die vorliegende Arbeit möchte ein anschaulicheres Verständnis von Strahlerverkopplung vermitteln und Bewusstsein dafür schaffen, dass eine Betrachtung des Gesamtsystems essentiell für eine objektive Beurteilung der Leistungsfähigkeit kompakter Gruppenantennen ist.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=14752
Debes, Maik;
Konzeption und Realisierung eines kontextsensitiven Routingverfahrens. - Ilmenau : Universitäts-Verlag Ilmenau, 2009. - 1 Online-Ressource (XV, 215 Seiten).
Technische Universität, Dissertation 2008

Das Angebot von Kommunikations- und Informationsdiensten richtet sich einerseits nach den individuellen Bedürfnissen der Nutzer andererseits aber auch nach den Möglichkeiten der verwendeten Netztechniken. Um einen optimal auf den Nutzer angepassten Dienst bereitstellen zu können, muss dessen Kontext berücksichtigt werden. Ein Dienstzugriff soll dabei möglichst flexibel und unabhängig vom Netz erfolgen. Den mobilen Zugriff auf solche Dienste können Infrastrukturnetze, durch ihre Topologie bedingt, nicht überall bedienen. Mobile Ad-hoc-Netze sind dagegen an keine Infrastruktur gebunden und deshalb sehr flexibel einsetzbar. Durch deren dynamische Topologie ergeben sich jedoch gegenüber den herkömmlichen Netzen auch spezielle Anforderungen an die Routen- und Dienstsuche. Konventionelle Verfahren sind hierbei in der Regel weder nutzbar, noch für einen Einsatz in heterogenen Umgebungen geeignet. Gerade mit der fortschreitenden Konvergenz der Netze ist aber eine netzübergreifende Lösung unumgänglich.Die vorliegende Arbeit befasst sich deshalb mit den Themen Ad-hoc-Netze sowie den hierbei eingesetzten Routingprotokollen und -verfahren. Es werden Möglichkeiten zur Dienstsuche erläutert und gegenübergestellt. Mit den Erkenntnissen daraus wird ein Architekturkonzept entwickelt, das die Dienstsuche sowohl in Ad-hoc- als auch in herkömmlichen Infrastrukturnetzen erlaubt. Die Dienstsuche erfolgt dabei in Verbindung mit einem für diesen Zweck erweiterten Routingverfahren. Warum diese Art einer Dienstsuche auf Netzwerkebene vorteilhaft ist, wird erläutert und begründet. Kernstück der entwickelten Architektur bilden die so genannten Kontextrouter, die eine Dienstsuche unabhängig von der Adresse eines Dienstanbieters unterstützen. Auch der Nutzer benötigt keine Kenntnis über eine solche Adresse. Eine Suche erfolgt lediglich über den Dienst und den zur Verfügung stehenden Informationen über den Kontext des Nutzers. Damit wird ein auf den Nutzer optimal angepasster Dienst ausgewählt. Das Konzept unterstützt die Weiterleitung von Daten zu einem alternativen Server, sofern der ursprüngliche Server ausfällt, und bietet Providern die Möglichkeit, steuernd auf die Dienstsuche und -kommunikation einzuwirken. Das Verifizieren des vorgestellten Konzeptes erfolgt auf Basis praktischer Realisierungen. Das dazu aufgebaute Demonstratornetzwerk dient für eine Reihe von Tests zum Nachweis der Funktionen und der Leistungsfähigkeit der Architektur. Die daraus resultierenden Ergebnisse beweisen, dass das Konzept den gestellten Anforderungen genügen kann.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2008000201
Reich, Torsten;
Development of a digital SQUID magnetometer for widely varying fields in urban environment. - Ilmenau : ISLE, 2009. - VIII, 154 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Informationstechnik. - 10) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
ISBN 978-3-938843-48-2
- In engl. Sprache, enth. dt. Zsfassung und Literaturverz.

Die präsentierte Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines neuartigen Digital-SQUID-Sensors zur Magnetfeldmessung. Supraleitende Gleichstrom Quanten-Interferometer (DC-SQUID) sind nachwievor die höchstempfindlichsten Magnetfeldsensoren. Sie erreichen Empfindlichkeiten im Femtotesla-Bereich, aber bedingt durch die Flussperiodizität wird eine externe Flussregelschleife (flux-locked loop, FLL) benötigt. Die dadurch entstehenden Beschränkungen führen zu Problemen beim Messen von Feldern mit hohem Dynamikbereich und/oder starken Signalanstiegen. Das vorgestellte Digital-SQUID Konzept liefert einen bedeutenden Beitrag zum Lösen dieser Probleme. Es ist gekennzeichnet durch eine dreiwertige Signaldarstellung auf der Basis der supraleitenden Einzelflußquantenelektronik (engl. Single Flux Quantum, SFQ) und durch die Eigenschaften - geringe Schaltungskomplexität, technologieunabhängige Schaltungstopologie, - hoher Eingangs-Dynamikbereich, - geringe Leistungsaufnahme, geringer Platzbedarf und - intrinsisch digitales Ausgangssignal. Bei der Untersuchung des neuen Konzeptes wurde der Schwerpunkt auf die unkonventionelle Stromversorgung bei gleichzeitiger Anwendung der SFQ-Technik gelegt. Zusätzliche Studien zur Anwendbarkeit in einer weniger zuverlässigen Technologie führten zu einem kompletten Entwurf eines Hochtemperatursupraleiter (HTSL) Digital-SQUID Magnetometers...



Fuchs-Lautensack, Martin;
Advances in multi-user scheduling and turbo equalization and turbo equalization for wireless MIMO systems. - Ilmenau : ISLE, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIV, 116 S., 67,57 MB). . - (Research reports from the Communications Research Laboratory at Ilmenau University of Technology) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2009

Nach einer Einleitung behandelt Teil 2 Mehrbenutzer-Scheduling für die Abwärtsstrecke von drahtlosen MIMO Systemen mit einer Sendestation und kanaladaptivem precoding: In jeder Zeit- oder Frequenzressource kann eine andere Nutzergruppe gleichzeitig bedient werden, räumlich getrennt durch unterschiedliche Antennengewichte. Nutzer mit korrelierten Kanälen sollten nicht gleichzeitig bedient werden, da dies die räumliche Trennbarkeit erschwert. Die Summenrate einer Nutzermenge hängt von den Antennengewichten ab, die wiederum von der Nutzerauswahl abhängen. Zur Entkopplung des Problems schlägt diese Arbeit Metriken vor basierend auf einer geschätzten Rate mit ZF precoding. Diese lässt sich mit Hilfe von wiederholten orthogonalen Projektionen abschätzen, wodurch die Berechnung von Antennengewichten beim Scheduling entfällt. Die Ratenschätzung kann basierend auf momentanen Kanalmessungen oder auf gemittelter Kanalkenntnis berechnet werden und es können Datenraten- und Fairness-Kriterien berücksichtig werden. Effiziente Suchalgorithmen werden vorgestellt, die die gesamte Systembandbreite auf einmal bearbeiten können und zur Komplexitätsreduktion die Lösung in Zeit- und Frequenz nachführen können.Teil 3 zeigt wie mehrere Sendestationen koordiniertes Scheduling und kooperative Signalverarbeitung einsetzen können. Mittels orthogonalen Projektionen ist es möglich, Inter-Site Interferenz zu schätzen, ohne Antennengewichte berechnen zu müssen. Durch ein Konzept virtueller Nutzer kann der obige Scheduling-Ansatz auf mehrere Sendestationen und sogar Relays mit SDMA erweitert werden. Auf den benötigten Signalisierungsaufwand wird kurz eingegangen und eine Methode zur Schätzung der Summenrate eines Systems ohne Koordination besprochen. Teil 4 entwickelt Optimierungen für Turbo Entzerrer. Diese Nutzen Signalkorrelation als Quelle von Redundanz. Trotzdem kann eine Kombination mit MIMO precoding sinnvoll sein, da bei Annahme realistischer Fehler in der Kanalkenntnis am Sender keine optimale Interferenzunterdrückung möglich ist. Mit Hilfe von EXIT Charts wird eine neuartige Methode zur adaptiven Nutzung von a-priori-Information zwischen Iterationen entwickelt, die die Konvergenz verbessert. Dabei wird gezeigt, wie man semi-blinde Kanalschätzung im EXIT chart berücksichtigen kann. In Computersimulationen werden alle Verfahren basierend auf 4G-Systemparametern überprüft.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=14052
Weber, Jörn;
Entwurf miniaturisierter Antennengruppen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIX, 197, XXVIII S., 6,18 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008
- Parallel als Druckausg. erschienen

Die hier präsentierte Arbeit beschreibt Entwurfsaspekte kompakter Antennengruppen. Die Begriffe kompakte oder miniaturisierte Antennengruppen stehen dabei als Synonyme für Antennengruppen mit einem Elementeabstand, der kleiner als der herkömmliche lambda/2-Abstand ist. Der Schwerpunkt der Ausarbeitung liegt in der Verbesserung der Diversitätseigenschaften von Antennengruppen zur besseren Ausnutzung des Frequenzspektrums. Hierzu wird diskutiert, welche theoretischen und praktischen Grenzen die Miniaturisierung von Antennengruppen limitieren. Das physikalische Phänomen der Superdirektivität, das für eine starke Verkopplung eng benachbarter Antennenlemente verantwortlich ist, wird beschrieben. Eine Analyse der physikalischen Grenzen anhand theoretischer Multipolfelder deckt auf, dass für sehr kleine Antennengruppen sechs orthogonale Strahlungsmoden aufgrund von Polarisationsfreiheitsgraden existieren. Dementsprechend kann die Nutzung der Polarisationsfreiheitsgrade zur Verbesserung der Eigenschaften kompakter Antennengruppen beitragen. Als optimale Beschreibungsgrößen miniaturisierter Antennengruppen werden die Gesamteffizienzen ihrer Eigenmoden identifiziert. Die Eigenmoden können als orthogonale Funktionsbasis der Antennengruppe verstanden werden. Anhand realisierter Beispiele wird gezeigt, dass sich die Anpassung und die Güte der Eigenmoden als Optimierungsgrößen kompakter Antennengruppen eigenen. Der nächste Untersuchungsgegenstand ist die Verwendung von Anpass- und Entkoppelnetzwerken zur Vermeidung von Reflextionsverlusten. Eine allgemeingültige Entwurfsmethode für Anpass- und Entkoppelnetzwerke erlaubt die Ausnutzung aller Freiheitsgrade im Entwurf und die Berücksichtigung von auftretenden Netzwerkverlusten. Erstmals ermöglicht eine Orthogonalisierung gewünschter Richtcharakteristiken deren näherungsweise Realisierung. Zur praktischen Umsetzung der Anpass- und Entkoppelnetzwerke werden Methoden vorgestellt, die die Reduktion der Netzwerkkomplexität, die Bestimmung und Optimierung der Toleranzen der Netzwerkelemente und eine geeignete Auswahl verschiedener Realisierungsarten der Netzwerkelemente gestatten. Anhand zahlreicher realisierter Antennensysteme wird eine praktische Erhöhung des Diversitätsgewinnes von zwei bis drei Dezibel durch die Anpassung nachgewiesen. Eine weitere in dieser Arbeit behandelte Fragestellung befasst sich mit den Vor- und Nachteilen verschiedener Netzwerkrealisierungen. Hierbei wird gezeigt, dass es theoretisch unbedeutend ist, welche orthogonale Basis von Richtcharakteristiken für den Netzwerkentwurf verwendet wird. Bei der praktischen Umsetzung der Netzwerke ist allerdings auf eine hohe Effizienz und möglichst minimale parasitäre Energiespeicher zu achten.



https://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2008000308
Streitwolf, Holger;
Untersuchung von Beiträgen zur Messunsicherheit bei Prüfungen der Störfestigkeit gegen gestrahlte Hochfrequenz. - Berlin : Mensch-und-Buch-Verl., 2009. - 98 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss, 2008 u.d.T.: Streitwolf, Holger: Experimentelle Untersuchungen von Beiträgen zur Messunsicherheit bei gestrahlten Störfestigkeitsprüfungen
ISBN 3866645813 = 978-3-86664-581-3

Bei der Untersuchung der gestrahlten Störfestigkeit elektronischer Geräte gegen hochfrequente Störfelder werden in den Prüflaboratorien für die Analyse der Elektromagnetischen Verträglichkeit verschiedene Testumgebungen eingesetzt. Die voneinander unabhängigen Testumgebungen zur Einhaltung gleicher Schutzziele verwenden GTEM-Zellen, Absorberhallen und Modenverwirbelungskammern. Ringvergleiche mit Referenzprüfkörpern in verschiedenen Laboratorien haben ergeben, dass die Prüflingsbelastungen in den Umgebungen eine breite Streuung und damit verbundene Unsicherheiten aufweisen können. In der vorliegenden Arbeit werden Methoden zur Charakterisierung des Verhaltens von Prüfkörpern in den Feldtestumgebungen und der Unterschiede zwischen den Feldtestumgebungen vorgestellt. Als Grundlage zur Untersuchung der auftretenden Unsicherheiten dient ein Prüfkörper mit repräsentativen Eigenschaften, wie hochfrequenzsensiblen Koppelstrukturen und einer genügend starken Rückwirkung auf das Störfeld. Dieser als Referenz für derartige Untersuchungen einsetzbare Prüfkörper liefert unter Anwendung eines schnellen Analyseverfahrens im Gegensatz zu üblichen Testobjekten zur Auswertung ein quantifizierbares von der Störfeldstärke und der Frequenz abhängiges Messsignal. Die Datenübertragung der gemessenen Prüflingsbelastung erfolgt störfrei über eine optoelektronische Signalstrecke. Damit werden sowohl Einflüsse, wie Prüfkörpergröße und -terminierung, Anzahl der Orientierungen, Positionierung und Systemreproduzierbarkeit als auch der Einfluss der Unterschiede zwischen den einzelnen Feldtestumgebungen auf die Messunsicherheit experimentell bis 3,4 GHz untersucht und exemplarisch ein Budget für die Messperipherie an einer GTEM-Zelle hergeleitet. Es wird untersucht, in wieweit sich numerische, auf der Momentenmethode basierende, Feldsimulationen des einfach strukturierten Prüfkörpers im Freiraum als ideal betrachteter Feldtestumgebung durch reale Messungen in einer Testumgebung mit hinreichender Reflexionsdämpfung verifizieren lassen. Unter Berücksichtigung einer geeigneten Modellierung der realen Messumgebung lassen sich Prognosen für ein erwartetes Verhalten in der Praxis aufstellen. Diese experimentelle Arbeit leistet einen Beitrag zur frequenzabhängigen Charakterisierung und objektiven Vergleichbarkeit von Testumgebungen zur Analyse der gestrahlten Störfestigkeit hochfrequenzsensibler Prüfkörper bei Einhaltung gleicher Schutzziele. Der in diesem Rahmen entwickelte Prüfkörper ermöglicht sowohl qualitative und quantitative Bewertungen der Unterschiede zwischen den angewendeten Testumgebungen als auch Aussagen über Einflussfaktoren auf die Messunsicherheit zu treffen. Er kann als Standard für weitere Untersuchungen an Prüfumgebungen für die Störfestigkeit von gestrahlten Größen eingesetzt werden.



Alhouri, Luay;
Hybridintegrierte Patchantennen für kompakte Funksysteme bei 60 GHz, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: 158 S., 5,14 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2009

Die hier präsentierte Arbeit beschreibt den Entwurf unsymmetrisch und differentiell gespeister planarer Patchantennen im Frequenzbereich um 60 GHz. Dabei wurden sowohl Einzelantennen als auch Gruppenstrahler betrachtet, um Antennen für verschiedene Szenarien der drahtlosen Kurzstrecken Datenübertragung zu entwickeln. In der Schaltungstechnik integrierter Hochfrequenzschaltungen wird zunehmend das Konzept symmetrischer Übertragungsleitungen verwendet. Daher fand die direkte Speisung von Patchantennen mit solchen symmetrischen Leitungen besondere Beachtung und durch Messungen an realisierten Antennen konnte bestätigt werden, dass im Vergleich mit konventionellen Patchantennen eine größere Bandbreite und ein höherer Antennengewinn realisiert werden konnten. Die Antennen wurden in LTCC-Technologie entworfen. Diese Aufbautechnik bietet den Vorteil einer definierten und kostengünstigen Fertigung mit der Option einer gleichzeitigen Integration der Halbleiterchips auf dem gleichen Trägersubstrat. Für die Messung symmetrischer Antennen, an Messtechnik mit konventionellen koaxialen Anschlüssen, war der Entwurf und der Einsatz von Baluns notwendig, um die Leistungsfähigkeit der hergestellten Bauteile zu überprüfen. Das Antennenmesslabor der TU Ilmenau konnte erst gegen Ende der Bearbeitungszeit der Promotion auf den 60-GHz Frequenzbereich erweitert werden. Daher wurde der überwiegende Teil der Messungen in einer nicht abgeschirmten Laborumgebung ausgeführt. Der Vergleich mit ausgewählten Referenzmessungen im Antennenmesslabor bestätigt jedoch die erhaltenen Ergebnisse. Die Mehrlagen-Keramik-Technologie DuPont 943 erlaubt die Fertigung von Antennen mit flexibel formbaren Richtcharakteristiken im betrachteten Frequenzbereich. Einzelpatchantennen erreichten in der Messung einen Gewinn von 5 dBi und 4-Element-Antennengruppen zeigten 10 dBi in Hauptstrahlrichtung.



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Landmann, Markus;
Limitations of experimental channel characterisation, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 274 S., 15,6 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008
- Enth. außerdem: Thesen

In dieser Dissertation wird die Experimentelle Kanalcharakterisierung und deren Grenzen in realenAusbreitungsumgebungen untersucht. Dies beinhaltet die Aufzeichnung der mehrdimensionalenbreitbandigen Kanalmatrix mit einem Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Channel-Sounderunter Verwendung von Antennenarrays auf der Sende- und Empfangsseite. Um den Funkkanalmit Hilfe der Parameter Sendewinkel (DoD), Empfangswinkel (DoA), Laufzeit (TDoA) und denkomplexen polarimetrischen Pfadgewichten zu charakterisieren, werden hochauflösende Parameterschätzverfahrenverwendet. Die Genauigkeit dieser Parameterschätzergebnisse in ъrealen Messumgebungenwird durch eine Vielzahl von Fehlerquellen begrenzt. Diese Genauigkeitsgrenzen derParameterschätzung werden anhand zahlreicher Simulationen und Messungen analysiert. Fehlerquellenim gesamten Verarbeitungsablauf werden untersucht.Dazu gehören die Einschränkungendurch das Messsystem, systematische Fehler bei der Kalibrierung praktischer Antennenarrays sowieUnzulänglichkeiten des Funkkanalmodells des hochauflösenden Parameterschätzers. Darüber hinauswerden die Auswirkungen der Parametrierung bzw. Ableitung geometrisch basierter Kanalmodelleauf der Grundlage von Parameterschätzergebnissen mit begrenzter Genauigkeit aufgezeigt.Mit Messungen in typischen Ausbreitungsumgebungen kann der Funkkanal immer nur in Abhängigkeitder Messantennen beschrieben werden. Als Ziel wird jedoch eine antennenunabhängige Beschreibungdes Funkkanals angestrebt. Daher ist es notwendig, die Sende- und Empfangswinkel derspekularen Ausbreitungspfade mittels hochauflösender Parameterschätzverfahren zu bestimmen.Der gradientenbasierte Maximum Likelihood (ML) Parameterschätzer RIMAX, auf dem diese Arbeitaufbaut, verwendet ein Datenmodell, das den Funkkanal und das Messsystem inklusive derAntennenarrays beschreibt. Im Gegensatz zu anderen ML-Parameterschätzern wird ein Funkanalmodellangewendet, welches spekulare Reflektionen und verteilte diffuse Streuungen berücksichtigt.Für die Modellierung des Messsystems wird ein effizientes und exaktes Modell der gemessenenpolarimetrischen Richtcharakteristika benötigt. Das hier vorgeschlagene Modell, die so genannteEffective Aperture Distribution Function (EADF), beschreibt die Antennenrichtcharakteristikaanalytisch und basiert im Wesentlichen auf der zweidimensionalen (2D) Fouriertransformation derperiodischen Richtcharakteristika. Im Gegensatz zu anderen Verfahren können auf der Grundlageder EADF die Antennencharakteristika und ihre Ableitungen mit geringem Aufwand und hoherGenauigkeit berechnet werden. Für eine exakte Messung der Richtcharakteristika eines Antennenarrayswird ein vollpolarimetrisches 2D-Kalibrierverfahren vorgeschlagen. Mit diesem Verfahrenwird der komplette Messaufbau kalibriert. Dazu gehören der MIMO Channel-Sounder, die dualpolarisierte Referenzhornantenne und alle Hochfrequenzkomponenten außer dem zu untersuchendenAntennenarray. Im Zusammenhang mit der Arraykalibrierung wird ein gradientenbasierterML-Parameterschätzer entwickelt, mit dem eine bei der Kalibriermessung auftretende Phasenabweichungkorrigiert wird.Des Weiteren wird ein leistungsstarkes Verfahren zur Bewertung praktischer Antennenarrays auf derBasis der EADFs gemessener Richtcharakteristika vorgeschlagen. Die Cramér-Rao-Schranken der Winkelparameter in Abhängigkeit des Signal-Rausch-Verhältnisses werden mit dem EADF-Modellanalytisch berechnet. Der Vorteil des EADF-Modells besteht darin, dass die Richtcharakteristikaeines realen Antennenarrays unter Einbeziehung aller störenden Einflussgrößen beschrieben werden.Das vorgeschlagene Bewertungsverfahren wird anhand von Messungen im Antennenmessraum verifiziert.Das Modell des Messsystems inklusive der Antennenarrays,welches für die Parameterschätzungverwendet wird, kann das reale System nur begrenzt beschreiben. Es wurden Schätzergebnisse vonzahlreichen Messungen analysiert. Hierbei musste festgestellt werden, dass Fehler bei der Modellierungzu teilweise unglaubwürdigen Schätzergebnissen führen. Genauer untersucht werden Fehlerin Bezug auf die Antennenarrays und das Messsystem.Erstere werden hervorgerufen durchsystematische Fehler bei der Arraykalibrierung und durch die Verwendung unvollständiger Datenmodelle(z.B. Nichtberücksichtigung der polarimetrischen Eigenschaften der Antennen). Letztereentstehen einerseits durch Phasenrauschen und andererseits durch ungeeignete Kalibrierung. Eswird nachgewiesen, dass die Verwendung ungenauer Modelle zur Schätzung von Artefakten führt.Diese Schätzfehler äußern sich in Abweichungen und/oder in einer künstlichen Aufspreizung derWinkelschätzungen der spekularen Anteile. Es werden geeignete Methoden vorgeschlagen, um dieAuswirkungen von Modellfehlern weitestgehend zu vermeiden bzw. zu korrigieren. Betont werdenmuss jedoch, dass einige Fehler unvermeidbar sind.Die Auswirkungen aller unvermeidbaren Fehler auf die Experimentelle Kanalcharakterisierung inkomplexen Ausbreitungsumgebungen werden im letzten Teil dieser Arbeit dargestellt. Es wird gezeigt,unter welchen Bedingungen die geschätzten spekularen Anteile sowie die geschätzten verteiltendiffusen Streuanteile glaubwürdig und physikalisch relevant sind. Die Untersuchungen basieren auf ъrealistischen Simulationen des Funkkanals (Ray-Tracing) und auf Messungen. Diese Synthesegarantiert Glaubwürdigkeit und Aussagefähigkeit der in der Arbeit gewonnenen Ergebnisse.Die Resultate dieser Dissertation sind speziell für Wissenschaftler auf dem Gebiet der Parameterschätzungsowie Funkkanalmodellierung von Interesse und können wie folgt zusammengefasstwerden: die Entwicklung eines Modells zur exakten und effizienten Beschreibung der Richtcharakteristikavon Antennenarrays,ein Verfahren zur Bewertung praktischer Antennenarrays, die Sensibilisierung für Modellfehler und deren Auswirkungen auf die Parameterschätzergebnisseund die Bestimmung der Grenzen Experimenteller Kanalcharakterisierung unter Berücksichtigungaller unvermeidbarer Fehlerquellen.



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Schussmann, Jürgen;
Design and cost performance of WDM PONs for multi-wavelength users, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 170 Bl., 3,22 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008
- Enth. außerdem: Thesen

Die rasante Verbreitung des Internet führt zu einem steigenden Bedarf an höheren Bitraten in Telekommunikationsnetzwerken. Dieser kann derzeit nur mit optischen Netzwerken erfüllt werden, insbesondere mit der Wellenlängenmultiplex-Technik (WDM). Viele Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass WDM Passive Optische Netzwerke (PON) die nächste Generation der optischen Zugangsnetze darstellen. Die Wellenlängenmultiplex-Technik beruht darauf, dass mehrere optische Kanäle mit niedrigen Bitraten über eine Faser übertragen werden und so ein WDM Signal mit hoher Bitrate erzeugen. Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung von neuen Architekturen, welche jedem Benutzer und jedem Dienst mindestens eine Wellenlänge zur Verfügung stellen. Neue Methoden und Modelle zur Berechnung von ein- und mehrstufigen WDM PONs werden eingeführt. Um alle technologisch realisierbaren ein- und mehrstufigen WDM PONs zu berechnen und zu analysieren wurde ein Design Tool entwickelt. Für einen flächendeckenden kommerziellen Einsatz reicht es nicht aus, funktionierende Technologien anzubieten, vielmehr müssen ökonomische Überlegungen miteinbezogen werden. Diese Arbeit ermöglicht einen Vergleich unterschiedlicher Architekturen hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit und zielt darauf ab, jene Architekturen zu identifizieren, welche kostenoptimal sind. Neue kosten&Ohaak;optimale Netzwerk-Architekturen führen zu einer schnelleren Marktpenetration und dazu, Fiber-to-the-Home (FTTH) Realität werden zu lassen.



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Kuilekov, Milko;
Magnetic field tomography on electrically conducting fluids. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Thüringen, 2008. - VII, 117 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008
- Literaturverz. S. 109 - 116

Die vorliegende Arbeit behandelt die Loesung eines inversen elektromagnetischen Feldproblems, das bei der Rekonstruktion der Grenzflaeche zwischen zwei elektrisch leitfaehigen Fluiden, die von einem elektrischen Strom durchflossen werden, mit Hilfe von externen Magnetfeldmessungen auftritt. Ein praktischer Bezug fuer derartige Identifikationsproblem findet sich vor allem in der elektromagnetischen Materialverarbeitung (Aluminiumreduktion, Stahlgiessen, Glasschmelzen, etc.). In vielen Faellen besteht ein grosser Bedarf an kontaktfreien Ueberwachungsmoeglichkeiten fuer Grenzflaechenbewegungen. Das hier vorgestellte Identifikationsverfahren basiert auf dem Prinzip der Magnetfeldtomographie, das bereits im Bioelektromagnetismus erfolgreich genutzt wird. Im Unterschied dazu ist im vorliegenden Fall fuer die zu rekonstruierende Grenzflaeche eine mathematische Beschreibung verfuegbar. Eine weitere, aehnlich gelagerte Aufgabenstellung ist die elektrische Impedanztomographie, bei der versucht wird, aus der Potentialverteilung an der Oberflaeche des Untersuchungsobjektes auf das eitfaehigkeitsprofil im Innern zu schliessen. Dieses Verfahren, das kuerzlich auch fuer eine Grenzflaechenrekonstruktion in einer magnetofluiddynamischen Anwendung benutzt wurde, hat jedoch entscheidende Nachteile, wenn es unter den oft schwierigen technischen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden soll. Die Magnetfeldtomographie (MFT) dagegen ist ein kontaktloses Verfahren, das zudem Magnetfelder nutzt, die viele Materialien weitgehend ungedaempft durchdringen. Bisher sind fuer die Ueberwachung von Fluessigkeitsstroemungen oder in der Materialverarbeitung noch keine MFT-Anwendungen bekannt geworden. In der Arbeit wird eine zylindrische Modellzelle betrachtet, die zwei nicht mischbare, elektrisch leitfaehige Fluide enthaelt, die von einem elektrischen Strom durchflossen werden. Wird dieses System durch mechanische Anregung in Zylinderlaengsrichtung in Schwingung versetzt, so bilden sich, abhaengig von der Anregungsfrequenz,verschiedene stabile Oszillationen der Grenzflaeche aus. Diese Eigenmoden fuehren zu Veraenderungen in der Magnetfeldverteilung, die ausserhalb der Zelle gemessen werden koennen. Die Rekonstruktion der Grenzflaechendeformation anhand externer Magnetfeldmessungen stellt ein inverses elektromagnetisches Feldproblem dar.



Reiche, Enrico;
Die Zeitbereichsreflektometrie als Methode zum effizienten EM-basierten Entwurf von Wellenleiterstrukturen. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Thüringen, 2008. - X, 140 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008

In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zum effizienten, EM-basierten Entwurf wellenführender Leitungsstrukturen entwickelt. Die Zeitbereichsreflektometrie - oft auch als leitungsgebundenes Radar bezeichnet - ist ein bekanntes Messverfahren zur Ortung und Charakterisierung von Diskontinuitäten in konventionellen sowie optischen Wellenleitersystemen. Ihre Eigenschaften werden in der erstellten Entwurfsmethode erfolgreich dazu genutzt, einen effizienteren und damit kürzeren Optimierungsprozess zu schaffen. Dabei kommen zwei wesentliche Merkmale der Zeitbereichsreflektometrie zum tragen. Erstens erlaubt die Ortsauflösung eine Zuordnung der Geometrieparameter zu bestimmten Intervallen im zeitlichen Spannungsprofil der reflektierten Welle. Eine Parameteränderung hat keinen Einfluss auf vorhergehende Ereignisse im Spannungsprofil, wodurch eine Entkopplung von Geometrieparametern vorgelagerter Leitungssektionen besteht. Im Entwurf einer Leitungsstruktur, deren Geometrie durch einen Satz von Parametern beschrieben wird, ist so eine Aufteilung des komplexen Optimierungsproblems in mehrere 1- bzw. 2-dimensionale Teiloptimierungen möglich, die wesentlich einfacher zu lösen sind. Zweitens erfolgt anhand der Charakterisierung einer Diskontinuität bezüglich eines kapazitiven bzw. induktiven Verhaltens die Ableitung der Richtung einer notwendigen Parameteränderung. Durch den Einsatz iterativer Verfahren zur Nullstellensuche (z. B. dem Sekantenverfahren) wird das Spannungsprofil in jedem Teilintervall sehr effizient in nur wenigen Schritten entsprechend den Vorgaben optimiert.Das im Hauptteil der Arbeit vorgestellte Konzept erlaubt damit die ausschließliche Verwendung fein diskretisierter und damit sehr genauer Modelle zur Feldsimulation im Optimierungsprozess innerhalb eines sinnvollen Zeitrahmens. Es werden Algorithmen für eine Auswertung der Simulationsergebnisse auf Basis der Zeitbereichsreflektometrie erstellt und zur Demonstration der Funktionalität sowie der Automatisierbarkeit in ein bestehendes Programmpaket integriert.Weiterhin werden Analysen u. a. zu den Grenzen des Verfahrens, dem Einfluss von Dispersion und Verlusten sowie der Verwendung modulierter Anregungssignale angestellt und die Auswirkung auf die vorgestellte Entwurfsmethode ausführlich diskutiert. Anschließend werden Lösungsvorschläge für ein erweitertes Anwendungsspektrum gegeben.Die Validierung der neuen Methode erfolgt anhand mehrerer Anwendungsbeispiele. Ein Vergleich mit der traditionellen Optimierungsstrategie unterstreicht den vorteilhaften Einsatz der Zeitbereichsreflektometrie im rechnergestützten Entwurf. Am Beispiel mehrstufiger Impedanztransformatoren wird bereits bei weniger als 10 Parametern ein enormer Geschwindigkeitszuwachs durch eine reduzierte Anzahl zeitaufwändigerSimulationsaufrufe deutlich. Messungen im Zeit- und Frequenzbereich ergaben eine gute Übereinstimmung mit den Berechnungsergebnissen. Die vorgestellte Entwurfsmethode vermittelt zudem ein physikalisches Verständnis und kann den Entwickler bei seiner Arbeit aktiv unterstützen bzw. denEntwurfsprozess passiver HF-Komponenten entscheidend verkürzen.



Del Galdo, Giovanni;
Geometry-based channel modelling for multi-user MIMO systems and applications. - Ilmenau : ISLE, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIX, 274 S., 13,96 MB). . - (Research reports from the Communications Reseach Laboratory at Ilmenau University of Technology) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2007

Im Rahmen dieser Dissertation wird die Kanalmodellierung von zeitvarianten, frequenzselektiven Mehrnutzer Multiple Input Multiple Output (MIMO) Kanälen für die Funkübertragung behandelt. Durch eine Erweiterung der Bello Funktionen mit Hilfe von Tensoren wird die multidimensionale Dispersion des Funkkanals dargestellt. Es werden einige der wichtigsten Ansätze zur Kanalmodellierung vorgestellt und klassifiziert. Für geometrische Kanalmodelle ist es entscheidend die Richtcharakteristika der Antennen im Fernfeld genau und effizient zu beschreiben. Zu diesem Zweck wird ein neues Beschreibungsverfahren entwickelt, das auf der Discrete Vector Spherical Fourier Transform (DVSFT) basiert. Dadurch ist es möglich, eine höhere Genauigkeit bei der Beschreibung von komplexen Vektorfunktionen auf der Kugel zu erreichen. Die vorgeschlagene Methode führt zu neuen Anwendungsmöglichkeiten. Der Schwerpunkt dieser Dissertation ist IlmProp: ein Geometrie-basiertes Framework zur Kanalmodellierung. Es füllt die Lücke zwischen konventionellen direktionalen Kanalmodellen und so genannten "Ray-Tracer"Kanalmodellen. IlmProp ermöglicht es gleichzeitig mehrere Nutzer in der selben Umgebung zu simulieren. Mehrwege-Komponenten werden an Hand von punktförmigen Wechselwirkungsobjekten, so genannten Interacting Objects (IOs), modelliert. Dadurch wird die zeitliche Variation der Korrelation in Zeit, Frequenz, Raum und zwischen den Nutzern realitätsnah modelliert. Die Parameter des IlmProp Kanalmodells können willkürlich gesetzt oder aus hochauflösenden Parameterschatzverfahren gewonnen werden. Im ersten Fall kann IlmProp dazu genutzt werden, verschiedene Sende, Empfangs und SchedulingAlgorithmen zu testen. Um aus hochauflosenden Parameterschatzungen die IlmPropParameter zu gewinnen, wurde ein neuartiger Algorithmus entwickelt, der die IOs aus Einfalls- und Austritts-winkel und der Ausbreitungszeit lokalisiert.Dies macht IlmProp zu einem leistungsfähigen Visualisierungswerkzeug, um Kanalmessungen zu validieren und um die Ausbreitungsbedingung des Szenarios zu untersuchen. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird das so genannte Measurement-Based Parametric Channel Model (MBPCM), verbessert. Es ermöglicht durch eine antennenunabhängige, doppelt-direktionale Kanalbeschreibung, aus vorhandenen Kanalmessungen zusätzliche realitätsnahe, synthetische Kanalrealisierungen zu erzeugen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=11002
Fiedler, Matthias;
Verfahren zur Analyse von Ähnlichkeit im Ortsbereich. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 126 S., 2,63 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2007

Aus der zunehmenden Nutzung von hochauflösenden Bildsensoren in stationären sowie mobilen Anwendungsbereichen erwachsen neue Anforderungen an die Algorithmen der Bilderkennnung. Eines der ursprünglichsten Kriterien zur Beurteilung der Ähnlichkeit von Bildpunkten als Mengen findet aber nur wenig Beachtung, die Hausdorff-Distanz. Daher behandelt die vorliegende Arbeit ein Verfahren zum Einsatz dieses Abstandsmaßes. Die Darlegungen umfassen die Einführung eines geeigneten Modells zur Beschreibung von linearen Abweichungen, deren Kompensation und Beurteilung anhand zugehöriger Wahrscheinlichkeitsverteilungen. Ausgangspunkt dieser Arbeit sind die mathematische Beschreibung des genannten Kriteriums und die Berechnung einer Abweichungsinformation, die als dreidimensionales Distanzvektorfeld auch die Richtung zur Verringerung der Unterschiede enthält. Sie bilden die Grundlage für die Darstellungsformen der Häufigkeitsverteilungen und Wahrscheinlichkeitsdichten, anhand derer die Entscheidungen in Bezug auf Ähnlichkeit gefällt werden. Die Interpretation der Distanztransformation als vektorieller Zufallsprozeß eröffnet völlig neue Möglichkeiten zur Kompensation von geometrischem Versatz der Bildinhalte. Unter Nutzung des eingeführten Abweichungsmodells erfolgt die Anwendung einer Regelschleife zur Minimierung der linearen Deformation. Gleichzeit erweist sich das Filtersystem als unempfindlich gegenüber normalverteilten Störsignalen. Die Zulässigkeit einer gewissen Gleichberechtigung der Metriken $d_2$ und $d_1$ für normalverteiles Rauschen wird gezeigt. Daraus ergibt sich die wesentliche Voraussetzung für den Einsatz von schaltungstechnischen Beschleunigungsmaßnahmen, die im Entwurf eines Distanzprozessors münden. Mit der Unterstützung des Distanzprozessors gelingt der Nachweis der Stabilität der Regelschleife. Gleichzeitig ist eine Erhöhung des Korrelationsfaktors der betrachteten Bildausschnitte unter Nutzung der Richtungsinformation des Distanzvektorfeldes zu beobachten. Die Einbeziehung der Nachbarschaftsregionen in die Beurteilung der Ähnlichkeit zur Korrektur von Verformungen erzielt besonders beim Vergleich von Gesichtern hervorragende Ergebnisse in Bezug auf Stabilität der Regelschleife und Erhöhung der Aussagekraft der Häufigkeitsverteilungen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=7887
Stankovi´c, Veljko;
Multi-user MIMO wireless communications, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 146 S., 1311 KB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2007

Mehrantennensysteme sind auf Grund der erhöhten Bandbreiteneffizienz und Leistung eine Schlüsselkomponente von Mobilfunksystemen der Zukunft. Diese ermöglichen das gleichzeitige Senden von mehreren, räumlich getrennten Datenströmen zu verschiedenen Nutzern. Die zentrale Fragestellung in der Praxis ist, ob der ursprünglich vorausgesagte Kapazitätsgewinn in realistischen Szenarios erreicht wird und welche spezifischen Gewinne durch zusätzliche Antennen und das Ausnutzen von Kanalkenntnis am Sender und Empfänger erzielt werden, was andererseits einen Zuwachs an Overhead oder nötiger Rechenleistung bedeutet.In dieser Arbeit werden neue lineare und nicht-lineare MU-MIMO Precoding-Verfahren vorgestellt. Der verfolgte Ansatz zur Bestimmung der Precoding-Matrizen ist allgemein anwendbar und die entstandenen Algorithmen können zur Optimierung von verschiedenen Kriterien mit beliebig vielen Antennen an der Mobilstation eingesetzt werden. Das wurde durch die Berechnung der Precoding-Matrix in zwei Schritten erreicht. Im ersten Schritt wird die Überschneidung der Zeilenräume minimiert, die durch die effektiven Kanalmatrizen verschiedener Nutzer aufgespannt werden. Basierend auf mehreren parallelen Einzelnutzer-MIMO-Kanälen wird im zweiten Schritt die Systemperformanz bezüglich bestimmter Kriterien optimiert.Aus der gängigen Literatur ist bereits bekannt, dass für Nutzer mit nur einer Antenne das MMSE Kriterium beim precoding optimal aber nicht bei Nutzern mit mehreren Antennen. Deshalb werden in dieser Arbeit zwei neue Mehrnutzer MIMO Strategien vorgestellt, die vom MSE Kriterium abgeleitet sind, nämlich sukzessives MMSE und RBD. Bei der sukzessiven Verarbeitung mit einer entsprechenden Anpassung der Sendeleistungsverteilung kann die volle Diversität des Systems ausgeschöpft werden. Die Kapazität nähert sich dabei der maximalen Summenrate des Systems an. Bei gemeinsamer Verarbeitung der MIMO Kanäle wird unabhängig vom Grad der Mehrnutzerinterferenz die maximale Diversität erreicht.Die genannten Techniken setzen entweder eine aktuelle oder eine über einen längeren Zeitraum gemittelte Kanalkenntnis vorraus. Aus diesem Grund müssen die Auswirkungen von Kanal-Schätzfehlern und Einflüsse des Transceiver Front-Ends auf die Verfahren näher untersucht werden.Für eine weitergehende Abschätzung der Mehrantennensysteme muss die Performanz des Gesamtsystems untersucht werden, da viele Einflüsse auf die räumliche Signalverarbeitung bei Betrachtung eines einzelnen Links nicht erkennbar sind. Es wurde gezeigt, dass mit MIMO Precoding Strategien ein Vielfaches der Datenrate eines Systems mit nur einer Antenne erzielt werden kann, während der Overhead durch Pilotsymbole und Steuersignale nur geringfügig zunimmt.



http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2007000068
Ponca, Marek;
Towards efficient implementation of artificial neural networks in systems on chip. - Ilmenau : ISLE, 2007. - XII, 131 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2006

Der Mangel an effektiv auf einem Chip implementierten künstlichen neuronalen Netze fordert einen neuen Ansatz. Die Ausnutzung der physikalischen Effekte, die uns die zur Realisierung benutzten Halbleitertechnologien bieten, können zum Beispiel für die flächensparende Implementierung genutzt werden. Neuronale Netze als integrierter Bestandteil komplexer Systeme können nur dann eingebettet werden, wenn die Voraussetzungen für eine kompakte Realisierung erfüllt sind. Dazu zählt vor allem eine flächensparende Implementierung aller Komponenten.Diese Arbeit behandelt neue Ansätze zur Implementierung künstlicher neuronaler Netze in digitaler Hardware. Da diese meistens wesentlich mehr Chipfläche bedürfen, dafür aber mit wesentlich höherer Bandbreite und Datenraten arbeiten, wird es immer den Bedarf an platzoptimierten Realisierungen geben. Im weiteren wird eine Vorgehensweise für die Implemetierung temporärer Dynamik neuronaler Potentiale mit minimierter Ressourcen-Ausnutzung präsentiert. Als Beispielapplikation wurde ein System für die Schallquellenlokalisierung benutzt.Zusätzlich wurde eine Methode entwickelt, mit der es möglich ist, die Hardware-Realisierungen der künstlichen neuronalen Netze miteinander zu vergleichen und objektiv zu bewerten. Verschiedene Kriterien und Ansichtsweisen können dabei in Betracht gezogen werden, z.B. ob der Wert auf der Genauigkeit der Nachbildung liegt oder ob eher die Rechenleistung im Vordergrund steht.



Bräunig, Sylvia;
Konzeption und Realisierung einer webbasierten Lernumgebung für die Signal- und Mustererkennung, 2006. - Online-Ressource (PDF-Datei: 147 S., 3169 KB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2006

Die vorliegende Arbeit stellt sich der Herausforderung nach einer flexibel einsetzbaren, praxisverbundenen Lehrsoftware für die Signal- und Mustererkennung mit dem Kernanliegen, die Organisation und Durchführung eines virtuellen, webbasierten Praktikums zu ermöglichen. Dazu wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Konzept für eine web- und browserbasierte Lernumgebung Virtuelles Praktikum für die Signal- und Mustererkennung" (vPSM) entwickelt und prototypisch realisiert. Im Zentrum der Arbeit stand die Konzeption und prototypische Implementierung von interaktiven Bedienelementen den virtuellen Geräten, die sich kontextunabhängig sowohl für die Durchführung von Praktika, für das Selbststudium - auf der Basis selbstgesteuerten, explorierenden Lernens - und zur Ergänzung der Lehrveranstaltungen einsetzen lassen. Ausgehend von den lerntheoretischen Grundlagen, den Grundlagen computerunterstützter Lernumgebungen, der "State-of-the-Art"-Analyse, den fachspezifischen Anforderungen und der aktuellen Ausgangssituation am Fachgebiet wurde ein Konzept für eine Lernumgebung für die Signal- und Musterkennung entwickelt. Dabei wurde speziell auf die didaktische Konzeption, verschiedene Strukturierungskonzepte bezüglich der thematischen Stoffaufteilung und bezüglich der Bearbeitungsabfolge eingegangen. Ein besonderes Augenmerk wurde auf die Konzeption der virtuellen Geräte, die verschiedenen Nutzeraktionsformen und die Aufgabenkonzeption gelegt. Bei der Entwicklung und Implementierung, speziell der interaktiven Geräte, war ausschlaggebend, dass die Interaktivität der Lernobjekte ein entscheidendes Qualitätskriterium des Lernens bzw. einer Lernumgebung ist. Ergänzt wird die Lernumgebung durch die Bereitstellung vorlesungs- und übungsergänzender Lehrinhalte, interaktiver Experimentierumgebungen, Aufgaben- und Informationssammlungen und Hilfesysteme. Sie stellt gleichzeitig vielfältige Schnittstellen zur Verfügung, um Ergebnisse aus weiterführenden wissenschaftlichen Arbeiten zu implementieren. Durch die Integration des Computer-Algebra-Systems Mathematica über eine Java-API steht ein mächtiges Werkzeug für die mathematischen Operationen und die Erzeugung verschiedenster Präsentationsmöglichkeiten (auditiv, visuell) zur Verfügung. In Zusammenhang mit der Beschreibung der technischen Realisierung wird ein Einblick in die verwendeten Technologien, die datenbankbasierten Funktionen (Rollen- und Aufgabenkonzept) und die Integration der mathematischen Werkzeuge gegeben. Mit einer Diskussion der erreichten Ergebnisse und Überlegungen zu Weiterentwicklungen der Lernumgebung vPSM schließt die Arbeit ab.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=7382
Lauckner, Silvio;
Modellbildung und Simulation analoger Systemkomponenten auf höherem Abstraktionsniveau. - Berlin : Logos-Verl., 2006. - XVIII, 110 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2006
ISBN 3832514171

Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist es, alternative Simulationskonzepte für analoge Systemkomponenten vorzustellen und deren Leistungsfähigkeit anhand praktischer Beispiele zu demonstrieren. Insbesondere auf abstrakteren Modellsichten existieren bisher noch keine allgemein anwendbaren Lösungsansätze, die eine umfassende Analyse des Verhaltens analoger Realisierungen gestatten. Diese Arbeit soll helfen, mögliche Wege aufzuzeigen, wie die - für eine Entwurfsautomatisierung - notwendige Abstraktion des Systemverhaltens auch auf analogem Sektor erreicht werden kann. Das im Hauptteil vorgestellte Konzept gestattet es erstmalig, die Nutzsignal-Verarbeitung unter Berücksichtigung von Störeinflüssen zu analysieren. Zur Demonstration der Funktionstüchtigkeit wurden alle vorgestellten Methoden als Bibliothekselemente in eine Simulationsumgebung integriert. Beispiele bekannter technischer Systeme, die sich dahinter verbergenden Modellierungstrategien sowie die damit erzielten Resultate werden in der Arbeit ebenfalls ausführlich diskutiert. Sie gestatten einen objektiven Vergleich mit bekannten Ergebnissen traditioneller Analyseansätze und unterstreichen den vorteilhaften Einsatz abstrahierter Modellsichten im Analogentwurf. Ein solches Werkzeug kann den Entwickler bei seiner Arbeit aktiv unterstützen und den Entwurfsprozeß analoger Baugruppen entscheidend verkürzen.



Yakimchuk, Vera;
Entwicklung einer intelligenten computergestützten Lernumgebung für die elektrotechnische Grundlagenausbildung, 2006. - Online-Ressource (PDF-Datei: 146 S., 1581 KB). : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
- Parallel als Druckausg. erschienen

Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Ansätze vorgestellt, die zur Entwicklung einer computergestützten Lernumgebung für ein explorierendes Lernen am Fachgebiet Grundlagen der Elektrotechnik (GET) beitragen und sich als Weiterentwicklung der Forschungen des Fachgebietes in Richtungen multimedialer und intelligenter Lernumgebungen einordnen lassen. Konzeption und Implementierung interaktiver Lernmodule für die GET-Domäne, Einsatz von Ingenieurwerkzeugen in der GET-Lehre, sowie Konzeption und prototypische Implementierung einer wissensbasierten Problemlöseumgebung für GET sind die Aufgabenstellungen dieser Arbeit. Da in virtuellen (computerbasierten) Lernumgebungen für individualisiertes Lernen das Lernen in erster Linie die kognitive Auseinandersetzung des Lernenden mit dem zu lernendem Inhalt (dem Lernobjekt) bedeutet, wird Interaktivität der Lernobjekte zu einem der entscheidenden Qualitätskriterien des Lernens und der Lernumgebungen. Die webbasierte Lernumgebung GETsoft bietet den Lehrenden viele multimediale Komponenten für das Zusammenstellen ihrer Vorlesungen und Übungen. Interaktive Experimente und Aufgaben mit Möglichkeiten zur Selbstkontrolle ermöglichen den Studierenden eine aktive Verarbeitung des Lehrstoffes. Der in der Forschungsgruppe von Prof. C. Möbus (OFFIS, Oldenburg) entwickelte IPSE-Ansatz wurde auf der neuen für den Ansatz Domäne der Grundlagen der Elektrotechnik und für die neuen Aufgabenarten (Formelnanalyse, Lösungsentwurfskontrolle, Schaltungsanalyse) umgesetzt. Die Konzeption der Problemlöseumgebung mileET aus der GET-Sicht und einige Teile der implementierten wissensbasierten Komponente werden in der Arbeit betrachtet. MileET ist eine innovative Art der Lernerunterstützung auf dem GET Gebiet. Das Programm ermöglicht den Lernenden aktives, selbständiges Lernen durch Aufgabenlösen mit und in dem Programm. Studierende haben die Möglichkeit verschiedene Lösungsentwürfe zu verschiedenen Aufgaben zu den Themenfeldern Methoden der Netzwerkberechnung zusammen zu stellen und vom Programm testen zu lassen. Die implementierte wissensbasierte Komponente, eine spezielle Art des Expertensystems, besitzt die Fähigkeit die Aufgaben symbolisch zu lösen, so dass eine flexible und dynamische Lösungserzeugung unter Berücksichtigung der Benutzereingaben stattfindet und eine adaptive Rückmeldung über den Lösungsentwurf sowie eine adaptive Vervollständigung einer unvollständigen Benutzerlösung erfolgen. Den Lehrenden bietet das Programm die Möglichkeit verschiedene (neue) Aufgaben einfach zu erstellen und die Korrekturarbeit dem Programm zu überlassen. Die Überlegungen zur Weiterentwicklung der intelligenten Lernumgebung GETsoft sind schließen die Arbeit ab.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=7096
Rummler, Andreas;
Ein generischer Ansatz zur vereinheitlichten strukturellen und funktionalen Modellierung Evolutionärer Algorithmen. - Berlin : Logos-Verl., 2006. - XVI, 268 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2006
ISBN 383251323X = 978-3-8325-1323-8

Evolutionäre Algorithmen (EA) sind eine Klasse stochastischer Optimierungsverfahren, die das Prinzip der biologischen Evolution als Vorbild nehmen und basierend auf Funktionen wie Selektion, Rekombination und Mutation in der Lage sind, mathematische Optimierungsprobleme zu lösen. Zu ihren Eigenschaften zählen die parallele Suche innerhalb einer Menge von möglichen Lösungen, ihre Anwendbarkeit bei nichtlinearen oder diskontinuierlichen Problemen sowie die selbstständige Umgehung lokaler Optima. Obwohl sich der Einsatz von EA bei der Lösung praxisrelevanter Aufgaben langsam von einem ausschließlichen Nischendasein entfernt und sich mittlerweile vermehrt auch im industriellen Umfeld wiederfindet, ist der Entwurf eines performanten EA für eine gegebene Problemstellung nicht trivial. Dies liegt einerseits an der großen Vielfalt von Freiheitsgraden von einsetzbaren Operationen und modifizierbaren Parametern und andererseits am Fehlen einer geschlossenen Theorie, die die Funktionsweise Evolutionärer Algorithmen mathematisch untermauert. Aufgrund der fehlenden theoretischen Basis für den Entwurf Evolutionärer Algorithmen besteht ein nicht unwesentlicher Teil der Arbeit eines Algorithmenentwicklers im Experimentieren mit genetischen Operatoren und ihrem Zusammenspiel innerhalb eines Algorithmus. Als derzeit einzig mögliche Unterstützung bieten sich Softwarewerkzeuge an, die diese Arbeitsschritte in geeigneter Weise begleiten. In dieser Arbeit wird ein Werkzeug zur rechnergestützten Realisierung von EA vorgestellt. Unter Einsatz moderner Objekt- und Komponententechnologien wird ein generisches objektbasiertes Modell für Evolutionäre Algorithmen vorgeschlagen. Basis des Modells ist die Zerlegung von Algorithmen in autark funktionstüchtige Elementaroperatoren. Diese werden in einem zweiten Schritt in Softwarekomponenten überführt, die sich innerhalb einer Laufzeitumgebung instanziieren, konfigurieren und ausführen lassen. Der diskutierte Ansatz umfaßt dabei die vollständige Modellierung von Algorithmen, Operatoren, der zugrundeliegenden Datenbasis sowie der gegenseitigen Interaktion und Wechselwirkungen. Das Modell wurde in eine prototypische Implementierung überführt, um die praktische Realisierbarkeit aufzuzeigen. Durch den sorgfältigen Entwurf sind Entwickler in der Lage durch die vereinheitlichte Architektur den Aufwand für den Entwurf und die Implementierung von Algorithmen esentlich zu verringern.Beim Design des vorliegenden Prototypen wurde großes Augenmerk auf höchstmögliche Flexibilität bei möglichst einfacher Anwendung gelegt. Die Eigenschaft der Erweiterbarkeit wird dabei anhand der Extraktion von Daten und deren visueller Analyse sowie der Verteilung von Algorithmen auf Computernetzwerke zur Verringerung des Rechenaufwandes demonstriert. Der praktische Einsatz des Werkzeuges wird anhand von Beispielen aus dem Bereich des automatisierten Entwurfs elektronischer Schaltungen sowie aus der Bioinformatik aufgezeigt.


http://deposit.d-nb.de/cgi-bin/dokserv?id=2854211&prov=M&dok_var=1&dok_ext=htm

Kunert, Jürgen;
Flussregelschleifen bei 77 Kelvin aus integrierter Regelelektronik und supraleitenden Quanteninterferometern in magnetisch gestörter Umgebung. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Thüringen, 2006. - IX, 112 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Informationstechnik. - 9) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
ISBN 3-936404-18-6

Mit dem Supraleitenden Quanten-Interferenz-Detektor (SQUID) sind empfindlichste Messungen des magnetischen Flusses und entsprechend wandelbarer Größen möglich. Verbesserte SQUID und neue Konzepte der Regelelektronik führten inzwischen zu kommerziell verfügbaren Messsystemen, die nicht nur in urbaner Umgebung stationär operieren, sondern auch bewegt werden können. Die vordere Front der Forschung und Entwicklung bilden hier Arbeiten zu mehrkanaligen Systemen, die während der Messung von Hubschraubern und Flugzeugen transportiert werden. Mit der vorliegenden Arbeit sollen weitere Impulse für die Verbesserung der Regelelektronik von DC-SQUID-Systemen gegeben werden. Gute Aussichten zur Reduzierung des Rauschens und zur Erhöhung der Signalfolgegeschwindigkeit bestehen, wenn die Regelelektronik direkt in Sensornähe und bei einer Temperatur von 77 K platziert wird. In der Arbeit wird die schrittweise Entwicklung einer integrierten BiCMOS-Schaltung (ASIC) für eine direkt gekoppelte Flussregelschleife behandelt. Im letzten Schritt wird die Regelelektronik zusammen mit HTSL-DC-SQUID bei einer Umgebungstemperatur von 77 K in urbaner Umgebung getestet. Ein Spannungsrauschen am Eingang von 240 pV/sqrt(Hz), eine maximale Signalfolgegeschwindigkeit von drei Millionen Flussquanten pro Sekunde, sowie eine Leistungsaufnahme von 52 mW entsprechen dem aktuellen Stand der Technik und stellen in dieser Kombination herausragende Kennwerte für DC-SQUID-Systeme dar. Erfahrungen und Ergebnisse aus dieser Arbeit konnten bereits erfolgreich in alternative Entwicklungen von Flussregelschleifen einfließen.



Grützmacher, Frank;
Zur Architektur verteilter, paralleler multi-user fähiger EDA-Werkzeuge. - Ilmenau : ISLE, 2005. - XVI, 158 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 393884308X

Mit der fortschreitenden Miniaturisierung mikroelektronischer Schaltungen und Systeme werden auch die Entwurfswerkzeuge, die sogenannten "Electronic Design Automation"-Tools immer komplexer, die Zahl der eingesetzten, auf spezielle Aufgaben hin optimiertenWerkzeuge steigt. Um den ständig steigenden Anforderungen nach erhöhter Performance (dt. Geschwindigkeit) und verbesserter Integrationsfähigkeit Herr zu werden, bedarf es neuer Ansätze und Implementierungstechniken. In dieser Arbeit werden anhand der analogen High Level Synthese Verteilungs- und Parallelisierungsaspekte diskutiert. Auf Basis des gewählten Komponentenmodells "Enterprise Java Beans" werden Implementierungstechniken im Detail vorgestellt. Neben der Fähigkeit zur Parallelisierung und zur Teilnahme an verteilten Transaktionen, wurde Wert auf die verbesserte Integration neu zu schaffender Werkzeuge gelegt. Der in dieser Arbeit vorgestellte Integrationsrahmen ermöglicht die Nutzung der Werkzeuge und Komponenten über unterschiedliche Middleware (dt. standardisierte Kommunikationssoftware). Die bereitgestellte semantische Adaption verbessert die Robustheit gegenüber Parameter-Änderungen und erlaubt die Nutzung ein und desselben Werkzeugs über unterschiedliche Schnittstellen.



Richter, Andreas;
Estimation of radio channel parameters : models and algorithms, 2005. - XVI, 194 S = 6,12 MB. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005

Diese Dissertation behandelt die Schätzung der Modellparameter einer Momentanaufnahme des Mobilfunkkanals. Das besondere Augenmerk liegt zum einen auf der Entwicklung eines generischen Datenmodells für den gemessenen Funkkanal, welches für die hochauflösende Parameterschätzung geeignet ist. Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung eines robusten Parameterschätzers für die Bestimmung der Parameter des entworfenen Modells aus Funkkanalmessdaten. Entsprechend dieser logischen Abfolge ist auch der Aufbau dieser Arbeit.Im ersten Teil wird ausgehend von einem aus der Literatur bekannten strahlenoptischen Modell eine algebraisch handhabbare Darstellung von beobachteten Wellenausbreitungspfaden entwickelt. Das mathematische Modell erlaubt die Beschreibung von SISO (single-input-single-output)-Übertragungssystemen, also von Systemen mit einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne, als auch die Beschreibung von solchen Systemen mit mehreren Sende- und/oder Empfangsantennen. Diese Systeme werden im Allgemeinen auch als SIMO- (single-input-multiple-output), MISO- (multiple-input-single-output) oder MIMO-Systeme (multiple-input-multiple-output) bezeichnet. Im Gegensatz zu bekannten Konzepten enthält das entwickelte Modell keine Restriktionen bezüglich der modellierbaren Antennenarrayarchitekturen. Dies ist besonders wichtig in Hinblick auf die möglichst vollständige Erfassung der räumlichen Struktur des Funkkanals. Die Flexibilität des Modells ist eine Grundvoraussetzung für die optimale Anpassung der Antennenstruktur an die Messaufgabe. Eine solche angepasste Antennenarraystruktur ist zum Beispiel eine zylindrische Anordnung von Antennenelementen. Sie ist gut geeignet für die Erfassung der räumlichen Struktur des Funkkanals (Azimut und Elevation) in so genannten Outdoor-Funkszenarien. Weiterhin wird im ersten Teil eine neue Komponente des Funkkanaldatenmodells eingeführt, welche den Beitrag verteilter (diffuser) Streuungen zur Funkübertragung beschreibt. Die neue Modellkomponente spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung eines robusten Parameterschätzers im Hauptteil dieser Arbeit. Die fehlende Modellierung der verteilten Streuungen ist eine der Hauptursachen für die begrenzte Anwendbarkeit und die oft kritisierte fehlende Robustheit von hochauflösenden Funkkanalparameterschätzern, die in der Literatur etabliert sind. Das neue Datenmodell beschreibt die so genannten dominanten Ausbreitungspfade durch eine deterministische Abbildung der Pfadparameter auf den gemessenen Funkkanal. Der Beitrag der verteilten Streuungen wird mit Hilfe eines zirkularen mittelwertfreien Gaußschen Prozesses beschrieben. Die Modellparameter der verteilten Streuungen beschreiben dabei die Kovarianzmatrix dieses Prozesses. Basierend auf dem entwickelten Datenmodell wird im Anschluss kurz über aktuelle Konzepte für Funkkanalmessgeräte, so genannte Channel-Sounder, diskutiert. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden in erster Linie Ausdrücke zur Bestimmung der erzielbaren Messgenauigkeit eines Channel-Sounders abgeleitet. Zu diesem Zweck wird die untere Schranke für die Varianz der geschätzten Modellparameter, das heißt der Messwerte, bestimmt. Als Grundlage für die Varianzabschätzung wird das aus der Parameterschätztheorie bekannte Konzept der Cramér-Rao-Schranke angewandt. Im Rahmen der Ableitung der Cramér-Rao-Schranke werden außerdem wichtige Gesichtspunkte für die Entwicklung eines effizienten Parameterschätzers diskutiert. Im dritten Teil der Arbeit wird ein Schätzer für die Bestimmung der Ausbreitungspfadparameter nach dem Maximum-Likelihood-Prinzip entworfen. Nach einer kurzen Übersicht über existierende Konzepte zur hochauflösenden Funkkanalparameterschätzung wird die vorliegende Schätzaufgabe analysiert und in Hinsicht ihres Typs klassifiziert. Unter der Voraussetzung, dass die Parameter der verteilten Streuungen bekannt sind, lässt sich zeigen, daß sich die Schätzung der Parameter der Ausbreitungspfade als ein nichtlineares gewichtetes kleinstes Fehlerquadratproblem auffassen lässt. Basierend auf dieser Erkenntnis wird ein generischer Algorithmus zur Bestimmung einer globalen Startlösung für die Parameter eines Ausbreitungspfades vorgeschlagen. Hierbei wird von dem Konzept der Structure-Least-Squares (SLS)-Probleme Gebrauch gemacht, um die Komplexität des Schätzproblems zu reduzieren. Im folgenden Teil dieses Abschnitts wird basierend auf aus der Literatur bekannten robusten numerischen Algorithmen ein Schätzer zur genauen Bestimmung der Ausbreitungspfadparameter abgeleitet. Im letzten Teil dieses Abschnitts wird die Anwendung unterraumbasierter Schätzer zur Bestimmung der Ausbreitungspfadparameter diskutiert. Es wird ein speichereffizienter Algorithmus zur Signalraumschätzung entwickelt. Dieser Algorithmus ist eine Grundvoraussetzung für die Anwendung von mehrdimensionalen Parameterschätzern wie zum Beispiel des R-D unitary ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) zur Bestimmung von Funkkanalparametern aus MIMO-Funkkanalmessungen. Traditionelle Verfahren zur Signalraumschätzung sind hier im Allgemeinen nicht anwendbar, da sie einen zu großen Speicheraufwand erfordern. Außerdem wird in diesem Teil gezeigt, dass ESPRIT-Algorithmen auch zur Parameterschätzung von Daten mit so genannter versteckter Rotations-Invarianzstruktur eingesetzt werden können. Als Beispiel wird ein ESPRIT-basierter Algorithmus zur Richtungsschätzung in Verbindung mit multibeam-Antennenarrays (CUBA) abgeleitet. Im letzten Teil dieser Arbeit wird ein Maximum-Likelihood-Schätzer für die neue Komponente des Funkkanals, welche die verteilten Streuungen beschreibt, entworfen. Ausgehend vom Konzept des iterativen Maximum-Likelihood-Schätzers wird ein Algorithmus entwickelt, der hinreichend geringe numerische Komplexität besitzt, so dass er praktisch anwendbar ist. In erster Linie wird dabei von der Toeplitzstruktur der zu schätzenden Kovarianzmatrix Gebrauch gemacht. Aufbauend auf dem Schätzer für die Parameter der Ausbreitungspfade und dem Schätzer für die Parameter der verteilten Streuungen wird ein Maximum-Likelihood-Schätzer entwickelt (RIMAX), der alle Parameter des in Teil I entwickelten Modells der Funkanalmessung im Verbund schätzt. Neben den geschätzten Parametern des Datenmodells liefert der Schätzer zusätzlich Zuverlässigkeitsinformationen. Diese werden unter anderem zur Bestimmung der Modellordnung, das heißt zur Bestimmung der Anzahl der dominanten Ausbreitungspfade, herangezogen. Außerdem stellen die Zuverlässigkeitsinformationen aber auch ein wichtiges Schätzergebnis dar. Die Zuverlässigkeitsinformationen machen die weitere Verarbeitung und Wertung der Messergebnisse möglich.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=4815
Dimov, Boyko;
General restrictions and their possible solutions for the development of ultra high-speed integrated RSFQ digital circuits. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2005. - IX, 107 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik. - 8) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3-936404-16-X

Die vorliegende Dissertationsschrift diskutiert mögliche Beschränkungen für die Entwicklung extrem schneller hoch integrierter Einzelflussquantenschaltungen (engl. RSFQ) auf der Basis von Tieftemperatursupraleitern (TTSL). Orientiert an den Erfahrungen im Entwurf hochintegrierter Halbleiterschaltungen werden hier hauptsächlich drei Problemklassen behandelt: die Untersuchung parasitärer Kopplungseffekte zwischen Mikrostreifenleitungen, die Optimierung der vorhandenen Methoden zur Übertragung von Einzelflussquantenimpulsen, und der Aufbau einer Entwurfsbasis für asynchrone Schaltungskonzepte und deren Umsetzung innerhalb der TTSL-RSFQ Schaltungstechnik. - Die parasitären Kopplungseffekte zwischen hochintegrierten TTSL-Mikrostreifenleitungen wurden durch eine neuartige Methode analysiert und ihr Einfluss auf die Leistungsfähigkeit von RSFQ-Schaltungen theoretisch abgeschätzt. Mit Hilfe eines neuartigen Konzeptes für Untersuchung dieser Effekte konnten diese Vorhersagen experimentell bestätigt und Entwurfsregeln für hochintegrierte TTSL-RSFQ Schaltungen abgeleitet werden. Die wesentlichen Übertragungsarten von Einzelflussquantenimpulsen über große Distanzen auf dem Chip wurden bezüglich ihrer Leistungsfähigkeit analysiert und durch ein neuartiges Designkonzept deutlich verbessert. So konnten erstmalig verschiedene Beeinträchtigungen bei der Signalübertragung in der TTSL-RSFQ Schaltungstechnik beseitigt werden. - Selbst unter der Annahme von synchronen RSFQ-Logikschaltungen mit hoher Komplexität ist der Betrieb mit Multigigahertz-Taktfrequenzen mit dem derzeitigen TTSL-Fertigungsprozess nicht vorstellbar. Daher wurden hier neue Konzepte der asynchronen Schaltungsrealisierung dargestellt und auf deren Grundlage eine vollständige Zellbibliothek erarbeitet. Darüber hinaus ist ein spezielles Messkonzept für eine experimentelle Überprüfung der Bibliothekselemente entwickelt und praktisch angewendet worden. - Durch eine vorhersagbare Beeinträchtigung der Leistungsfähigkeit durch parasitäre Kopplungseffekte, verbesserte Techniken zur Signalübertragung, ein experimentell geprüftes Konzept für die Entwicklung asynchroner RSFQ-Schaltungen und eine darauf aufbauende asynchrone Zellbibliothek ist es gelungen, die fundamentalen Begrenzungen für die Entwicklung von ultraschnellen integrierten asynchronen RSFQ Anwendungen zu überwinden.



Harutyunyan, Gurgen;
Drahtlose Bildübertragung durch nichtmetallische Rohre und Kanäle. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2005. - VI, 104 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3936404151

Angesichts der technischen und wirtschaftlichen Erfordernisse von Untersuchungen des Zustandes von Abwasserkanälen wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Kanalreinigungsgerät weiterentwickelt, das eine funkbasierte Echtzeit-Kanalinspektion während des Reinigungsprozesses ermöglicht. Hauptaugenmerk lag auf einer drahtlosen Videoübertragung mit maximaler Reichweite, da drahtgebundene Lösungen erfahrungsgemäß dem rauen Betrieb in der Kanalreinigungstechnik nicht gewachsen sind. Der zu nutzende Übertragungskanal nichtmetallisches Rohr" stellt dabei hohe Anforderungen an das gesamte Funksystem, angefangen bei der Wahl eines geeigneten Modulationsverfahrens (analog oder digital) über die aufzuwendende Sendeleistung, die Wahl der Übertragungsfrequenz und die Gestaltung der Antennen und deren Polarisation bis hin zur Optimierung des Empfängers. Die Ermittlung und Auswertung optimaler Übertragungsbedingungen beruht auf analytischen, numerischen und experimentellen Untersuchungen des Ausbreitungsmediums. Ein speziell hierfür entwickeltes, auf der geometrischen Optik basierendes, phänomenologisches Modell beschreibt die Wellenausbreitung im Kanalrohr und liefert wertvolle Aussagen für die Systemoptimierung. Zu den Hauptmerkmalen der Ausbreitungseigenschaften dielektrisch berandeter Rohre gehört ein bei bestimmten Durchmesser-Wellenlängenverhältnissen auftretender Wellenführungseffekt mit einem messbaren Übertragungsgewinn von bis zu 20 dB im Vergleich zur Freiraumausbreitung über gleiche Distanz. Das Zustandekommen dieses Wellenführungseffektes konnte durch Reflexionen an der Grenzfläche zwischen zwei dielektrischen Medien (z.B. LuftPVC) entlang des gesamten Rohrumfanges erklärt werden. Das Modell basiert auf der vektoriellen Zerlegung des elektrischen Feldvektors eines Sendesignals beliebiger Polarisation in vertikal bzw. horizontal bzgl. der Rohrberandung orientierte Komponenten. Vielfachreflexionen mit polarisations- und entfernungsabhängigen Reflexionsfaktoren werden darin ebenso berücksichtigt wie mögliche inhomogene und verlustbehaftete Eigenschaften der Rohrberandung. Das Modell liefert eine Ausgangsbasis für numerische Modellierungen der wesentlich komplexeren Geometrien teilweise wassergefüllter Rohre, für die in der vorliegenden Arbeit aussagekräftige Plausibilitätsbetrachtungen angestellt wurden.Neben dem gerätetechnisch nutzbaren Übertragungsgewinn konnte eine weitere Verbesserung der Übertragungsqualität bzw. -Reichweite durch digitale Modulationsverfahren erreicht werden. Beide Ansätze wurden schließlich in einem voll funktionsfähigen Prototyp einer funkbasierten Kanalreinigungssonde realisiert, die in Kooperation mit dem Unternehmen KEG mbH im Rahmen eines vom BMWA geförderten Vorhabens entwickelt und in Feldtests erprobt wurde



Ortlepp, Thomas;
Dynamische Analyse stochastischer Einflüsse in der supraleitenden Einzelflussquantenelektronik. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2005. - XI, 159 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2004
ISBN 3-936404-14-3

Die vorliegende Arbeit beinhaltet eine grundlegende Untersuchung von Systemen der digitalen Signalverarbeitung mit geringem energetischen Abstand zwischen Signal und Rauschen. Die zukünftige Entwicklung der Halbleiterelektronik basiert wesentlich auf der Verringerung der Schaltenergie. Dabei muss aber stets ein sicheres energetisches Verhältnis zwischen Daten- und Rauschsignal gewährleistet sein. Das Qubit als aktuellste Entwicklung einer neuen signalverarbeitenden Technologie liegt schon deutlich in einem Bereich, in dem keine klassische digitale Datenverarbeitung mehr möglich ist. Die Einflüsse durch Rauschen und Quantenfluktuationen lassen nur noch stochastische Algorithmen zu. Die supraleitende Einzelflussquantenelektronik (engl. rapid single flux quantum; RSFQ) stellt aus energetischer Sicht den Mittelweg zwischen Qubits und Halbleiterelektronik dar. Das Signal-Rausch-Verhältnis ist nicht so kritisch wie bei Qubits, aber deutlich ungünstiger als in der Halbleiterelektronik. Für die Anwendung dieser supraleitenden Elektronik besteht die Notwendigkeit für eine umfangreiche Untersuchung zum Einfluss des Rauschens auf die Zuverlässigkeit von Schaltungen in der digitalen Signalverarbeitung. Dabei wird im Rahmen dieser Arbeit zunächst eine genaue Berechnungsmethode für Schaltfehlerraten erarbeitet. Die praktische Anwendung ist durch die ebenfalls entwickelte Weiterführung zu einer leistungsfähigen und ingenieurtechnisch einsetzbaren Näherungsmethode gewährleistet. In der vorliegenden Dissertationsschrift wird konkret die Frage nach der Realisierbarkeit von RSFQ-Logikschaltungen bei starken Rauscheinflüssen untersucht. In der klassischen RSFQ-Technik mit Tieftemperatur-Supraleitern bei 4,2 K spielen Schaltfehler eine unwesentliche Rolle. Lediglich starke Variationen der Schaltzeit (über 10 %) können die Herstellung komplexer Schaltungen beeinträchtigen. Es zeigt sich weiterhin, dass RSFQ-Schaltungen mit Hochtemperatur-Supraleitern bei 20-60 K durchaus fehlerfrei funktionieren können. Allerdings ist dafür ein grundsätzliches Umdenken im Entwurfsprozess dieser Schaltungstechnik erforderlich. Diese Arbeit beschreibt ausführlich die dazu notwendigen Schritte. Alle Berechnungen sind zwar eng an die Einzelflussquantenelektronik geknüpft, sie können aber qualitativ auch auf zukünftige Halbleiterschaltungen mit sehr geringer Schaltenergie übertragen werden.



Ižák, Richard;
Ein Beitrag zur Implementierung von biologisch-orientierten Architekturen für die akustische Signalverarbeitung in CMOS-Technologie, 2004. - 215 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2004
ISBN 8088997216
- Sprache der Zusammenfassung: Englisch

Die Arbeit befasst sich mit der Problematik der VLSI-Integration feuernder Neuronen der dritten Modellgeneration als Basiselementen komplexer neuromorphen Systeme. Am Anwendungsbeispiel eines akustischen Schallquellenlokalisationssystems basierend auf Koinzidenzdetektion der Neuronfeueraktivität werden die wichtigen Eigenschaften der zu implementierenden Neuronschaltung diskutiert. An zwei neuartigen analogen CMOS-Schaltungen spikender Neuronen wird die Auswirkung auf das Feuerverhalten der gewählten Modellierungstiefe diskutiert und Verbesserungsvorschläge erarbeitet. Dabei werden Vor- und Nachteile der jeweiligen Schaltungstechnik im Bezug auf die erzielbare neurophysiologische Modelltreue verglichen: die Unterschiede zwischen Analog- und Digital-Schaltungen, sowie im Speziellen für den Analogbereich zwischen Spannungs- und Strom-CMOS-Technik, wischen der schwachen und starken Inversion als Arbeitsregimen der MOS-Transistoren. Resultierend wird eine neuartige Analogschaltung in Stromtechnik mittels MOSFETs in starker Inversion vorgestellt, die Feueradaption aufweist und durch ihre Universalität sowohl Spike-Response- als auch Integrate-and-Fire-Neuronenmodelle emulieren kann. Das vorgeschlagene analoge VLSI-Neuron besitzt neurophysiologisch relevante, parametrisierbare ms-Zeitglieder mit alpha- und beta-Signalverläufen verteilt in die einzelnen Synapsenblöcke, wodurch seine Anwendbarkeit erweitert wird. Basierend auf diesen Elementarzellen wird der Aufbau eines neuromorphen auditorischen Lokalisationssystems als analoges Multi-Chip-System gezeigt, sowie weitere zum Entwurf notwendigen CMOS-Analogblöcke detailiert diskutiert: hochlinearer Spannungs-Strom-Wandler basiert auch hochohmigen Inverterschaltungen, universelle, stromsparende Operationsverstärker für schwache und starke MOS-Inversion, sowie ein zyklischer 12-Bit Analog/Digital-Wandler in Switched-Capacitor Schaltungstechnik.



Roscher, Burkhard;
Meßverfahren zur Analyse DQPSK-modulierter OFDM-Signale. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2004. - XII, 159 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2003
ISBN 3936404097

Aus der zunehmenden Nutzung DQPSK-modulierter OFDM-Signale zur Hörrundfunkversorgung erwachsen neue Anforderungen an die eingesetzte Meßtechnik, denen die verfügbaren Geräte nur teilweise gerecht werden. Deshalb behandelt die vorliegende Arbeit Meßverfahren zur Analyse derartiger Signale. Die Algorithmen umfassen die Bewertung der Empfängersynchronisation, ein analytisches Verfahren zur Messung der I/Q-Unsymmetrien des Basisbandsignals, die Abschätzung seiner nichtlinearen Verzerrungen und die Nutzung der Kanalimpulsantwort zur Beurteilung der Ausbreitungsbedingungen im Sendernetz. Alle Meßverfahren zeichnen sich dadurch aus, daß ihr Einsatz im regulären Sendebetrieb möglich ist. Ausgangspunkt der Arbeit sind die mathematische Beschreibung des OFDM-Signals und die Charakterisierung der Komponenten seiner Übertragungsstrecke. Sie bilden die Grundlage für die Auswahl aussagekräftiger Darstellungsformen im Zeit- und Frequenzbereich und für die Herleitung geeigneter Meßverfahren zur Bewertung der Signalqualität. Dabei wird der DFT-basierte OFDM-Demodulator als Bandpaß-Filterbank interpretiert und das Übertragungsverhalten seiner Teilfilter in kompakter Form beschrieben. Es wird gezeigt, daß sich sein Ausgangssignal mit Hilfe der Faltung berechnen läßt. Erst diese Herangehensweise erlaubt eine effiziente und gleichzeitig anschauliche Behandlung der OFDM-Demodulation. Um einen Nachweis über die Leistungsfähigkeit der Algorithmen zu erbringen, wurde ein echtzeitfähiger Prototyp-Empfänger für DAB konzipiert und aufgebaut. Er ermöglicht erstmals, das Symbolspektrum des Basisbandsignals zu visualisieren und anhand von Konstellationsdiagrammen die Ergebnisse seiner differentiellen Demodulation entlang der Zeit- und Frequenzachse zu beobachten. Die statistischen Eigenschaften des Zeitsignals werden analysiert. Des weiteren sind die graphische Darstellung der I/Q-Unsymmetrien des Basisbandsignals und die Anzeige seiner AM/AM- und AM/PM-Konversion implementiert. Die Hard- und Software eines modular aufgebauten Prototyp-Empfängers wird beschrieben. Herzstück des Gerätes ist ein miniaturisierter PC, als Betriebssystem kommt \textsc{Linux} zum Einsatz. Die Aufbereitung und Aufzeichnung des DAB-Signals übernehmen ergänzende Baugruppen; seine Verarbeitung und Analyse erfolgen weitestgehend im PC. Die erforderlichen Algorithmen sind in ANSI-C programmiert, und die Bedienoberfläche des Prototyp-Empfängers wurde mit der Skriptsprache Tcl/Tk gestaltet. Eine modifizierte Nutzung des I/Q-Aufwärtsmischers unter vollständiger Vermeidung von I/Q-Unsymmetrien wird vorgeschlagen; sie ermöglicht eine preiswertere Realisierung von direktmodulierenden OFDM-Sendern. Zahlreiche Diagramme verdeutlichen den Einfluß von Sender und Empfänger auf die Signalqualität. Ihre Berücksichtigung bei der Auswahl von Baugruppen erlaubt, sehr hochwertige Gerätekonzepte zu entwerfen oder eine Kostensenkung in der Massenfertigung von Empfängern zu erzielen. Die Umsetzung der vorgestellten Meßverfahren in einem modularen Gerätekonzept ermöglicht den Aufbau preiswerter, kompakter und mobil einsetzbarer Meßempfänger. Diese werden den besonderen Anforderungen, die sich aus dem Einsatz DQPSK-modulierter OFDM-Signale ergeben, vollauf gerecht.



Romanus, Erik;
Einzelflußquantenelektronik-Schaltungen in Niob-Technologie. - Ilmenau : ISLE, 2003. - X, 96 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2003
ISBN 3932633733

In der vorliegenden Arbeit wurden auf dem (Trilayer-) Materialsystem Nb/AlO_x/Nb basierende Einzelflussquanten (RSFQ)-Schaltungen entworfen, optimiert und dann experimentell untersucht.\\ Die erforderliche Technologieentwicklung fusste auf den am Institut für Physikalische Hochtechnologie (IPHT) Jena vorhandenen Erfahrungen bei der Präparation ungeshunteter Josephsonkontakte, die zum Aufbau von Spannungsstandards verwendet werden. Weil die Herstellung geshunteter (stark gedämpfter) Josephsonkontakte Voraussetzung zur Realisierung schneller Einzelflussquantenschaltungen ist, wurde der relevante Prozess zunächst um einen Schritt zur Formierung externer Shunts mittels Dünnschichtwiderständen erweitert. Ausserdem wurde damit auch eine analoge Forderung für die Präparation von SQUID-Schaltkreisen erfüllt. Als geeignetes Widerstandsmaterial erwies sich Molybdän, das bei einer Schichtdicke von 80nm einen Flächenwiderstand von 1Ohm pro Strukturquadrat besitzt und darüberhinaus weitere Vorteile für die Herstellung von Widerstandsschichten in kryoelektronischen Schaltungen bietet.\\ Danach wurde der technologische Prozess durch weitere Schritte zur Präparation benötigter supraleitender und isolierender Schichten komplettiert. Mit der Herstellung geeigneter Teststrukturen zur Kontrolle aller wesentlichen Technologieparameter waren schliesslich die Voraussetzungen zur weiteren Optimierung des technologischen Prozesses gegeben.\\ Im Vorfeld der experimentellen Verifikation der Leistungsfähigkeit der entwickelten Technologie wurde nun ein RSFQ-Spannungsverdoppler hinsichtlich maximaler Ausbeute optimiert. Die nach der Schwerpunktmethode (Centers of Gravity Method) ausgeführte Optimierung ergab, dass die Funktionsfähigkeit des Verdopplers noch für Parametertoleranzen von +-35 gewährleistet war. Eine zusätzliche Abschätzung der Fehlerrate dieser optimierten Schaltung führte auf die Grössenordnung von 10^-40 Schaltfehlern pro Sekunde. Daher sind praktisch keine thermisch induzierten Schaltfehler bei einer Betriebstemperatur von 4,2K zu erwarten.\\ Nach Entwicklung eines Messplatzes zur elektrischen Charakterisierung von Einzelflussquantenschaltungen wurden weitere ausgewählte RSFQ-Strukturen realisiert und experimentell untersucht. Das Vorgehen wurde zunächst anhand einer einfacheren Schaltung (DC/SFQ-Wandler - Josephson-übertragungsleitung - SFQ/DC-Wandler) getestet. Danach folgten Aufbau und messtechnische Charakterisierung des zuvor optimierten Spannungsverdopplers. Mit Hilfe der Strom-Spannungs-Kennlinie wurde dessen Funktion bis zu einer Ausgangsfrequenz von 125GHz nachgewiesen.\\ Die bitgenaue Untersuchung von Einzelflussquanten-Schaltungen ist aufgrund ihrer hohen Dynamik nicht trivial. Insbesondere lassen sich Bitfehler in der Schaltung durch Messung zeitgemittelter Spannungen nicht detektieren. Deshalb wurde eine Schaltung zur Detektion von Bitfehlern des Spannungsverdopplers entworfen und der Nachweis einzelner Fehloperationen simuliert.



Wolf, Mike;
Zur breitbandigen Infrarot-Indoorkommunikation, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 152 S., 2,36 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2002

In der vorliegenden Arbeit wurden die wichtigsten physikalischen Aspekte der drahtlosen IR- Übertragung analysiert; wesentliche Ergebnisse flossen in den Entwurf und den Aufbau einer experimentellen IR-Schnittstelle ein, die bei 16-Mbit/s arbeitet. Der Experimentalaufbau zeigt: Unter der Prämisse sehr einfacher optischer Komponenten ist eine Bitrate von 16-Mbit/s realisierbar, wenn LOS-Verbindungen und vergleichsweise hohe Sendeleistungen akzeptiert werden. Der Aufbau bestätigt damit zuvor gewonnene theoretische Erkenntnisse. Der Entwurf der Schnittstelle wurde nachvollziehbar dargestellt, er verdeutlicht am praktischen Beispiel die wesentlichen Probleme der ungerichteten optischen Übertragung. Aus Sicht des Nutzers hat die flexible Plazierbarkeit eines Endgeräts eine hohe Bedeutung: Im Vergleich zu LOSKonfigurationen treten bei difusen Verbindungen aber neben erhöhten Einbußen durch Mehrwegedispersion auch deutlich höhere Ausbreitungsverluste auf. Dabei ist der Ausbreitungsverlust nicht die eigentliche Schwachstelle der optischen Übertragung, wenn als Referenz die Funkübertragung dient. Denn die difuse Reaktivität vieler Umgebungsmaterialien ist hoch, das haben die eigenen Messungen bestätigt. Das wesentliche Problem der IR- Übertragung ist die schlechte Empfängerempfindlichkeit; im Beispiel wies der optische Detektor einen im Vergleich zum Funkempfänger 46-56 dB niedrigeren Wert auf - letztlich muß dieser Parameter durch einen möglichst geringen Pfadverlust kompensiert werden. Da mit einer difusen Reflexion immer eine hohe Ausdünnung der Signalintensität korrespondiert, sind mit der heutigen Empfängertechnologie keine ökonomischen Lösungen für difuse oder quasidifuse Verbindungen möglich, wenn die Detektorfläche auf wenige cm2 begrenzt bleiben soll. Gerade bei zunehmend kleiner werdenden Endgeräten bzw. der wachsenden Verbreitung von Handhelds ist aber die Einbaugröße von hoher Bedeutung. "Nicht ökonomisch" bezieht sich dabei sowohl auf die notwendigen Herstellungskosten als auch auf die Sendeleistung. Einem leistungseffizienten Modulationsverfahren kommt in Anbetracht der limitierten Empfängerempfindlichkeit eine hohe Bedeutung zu. In diesem Zusammenhang wurde der theoretisch erreichbare Gewinn durch Binärcodierung dargestellt. Es wurde gezeigt, daß sich MPPM-Varianten mit großer Symbollänge dieser theoretischen Grenze immerhin bis auf etwa 3-4 dB nähern. Die tatsächliche Eignung eines Modulations- bzw. Codierverfahrens kann allerdings erst in Zusammenhang mit dessen Eigenschaften bei Übertragung in realen (dispersiven) Kanälen beurteilt werden: Für die experimentelle Schnittstelle zeigte "konventionelles" 4-PPM das ausgewogenste Verhalten. PPM höherer Ordnung verspricht bei ungerichteter Übertragung mit nicht-sektorisierten Komponenten aufgrund einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Mehrwegedispersion keine Vorteile bzgl. der Signalleistung. Optischen Mehrträgerverfahren kommt im Zusammenhang mit der aktuellen Empfängertechnologie dagegen keine relevante praktische Bedeutung zu: Letztlich kann die optische Übertragung aufgrund der großen spektralen Breite der Detektoren nur in geringem Maße von der eigentlichen Größe des optischen Spektrums proftieren. Die Parameter der optischen bzw. optoelektronischen Empfängerkomponenten haben wesentlichen Einfluß auf Gütekriterien wie die mögliche Bitrate (in diesem Zusammenhang wurde gezeigt, wie der Delay-Spread durch den FOV beeinflußt wird) und die schon angesprochene Empfängerempfindlichkeit. Technologische Aspekte zum Empfänger wurden ausführlich diskutiert. Es wurde eine neue Realisierungsmöglichkeit für ein optisches Filter vorgestellt, das in seiner einfachsten Variante einen Leistungsvorteil von ca. 1.5 dB gegenüber einem Farbglasfilter verspricht - bei ähnlichen Kosten. Wird von einer Silizium-Photodiode abgesehen, sind Gewinne von 5-6.5 dB realistisch. Ausführlich wurde auch die Photodiode behandelt, aus deren (quadratischer) Wandlungscharakteristik die prinzipiellen Unterschiede zum Funk resultieren. Avalanche-Photodioden können bei angepaßtem Verstärkerdesign (auch dieser Aspekt wurde sowohl theoretisch als auch am praktischen Beispiel diskutiert) keine Vorteile gegenüber PIN-Photodioden erreichen, weil die Empfängerempüdlichkeit selbst bei Imaging-Receivern durch das Schrotrauschen des Photostroms bestimmt wird. Silizium-Alternativmaterialien für größere Betriebswellenlängen scheitern dagegen zumindest bei großflächigen Dioden an einer zu hohen Kapazität. Überhaupt sind die Parameter einer Photodiode, die für drahtlose Anwendungen eingesetzt werden soll, nicht unmittelbar mit denen einer Diode vergleichbar, die für den faseroptischen Einsatz konzipiert wurde: Durch die große Fläche der Diode muß die Kapazitätä durch eine vergleichsweise hohe Schichtdicke kompensiert werden, die wiederum die Ladungsträgerlaufzeiten negativ beeinflußt. Tatsächlich muß eine Photodiode dem konkreten Anwendungsfall angepaßt werden - das zeigte sich gerade beim Aufbau der Experimentalschnittstelle anhand der zu geringen Grenzfrequenz einer eingesetzten Photodiode. Viele internationale Aktivitäten gelten heute der Untersuchung sektorisierter Sender und Empfänger. Soll die Datenrate der vorliegenden IR-Schnittstelle deutlich erhöht werden, wären zumindest auf der Seite der Basisstation sektorisierte Komponenten angebracht, wenn der abzudeckende Raumbereich beibehalten werden soll. Dabei muß allerdings eine genaue Kosten-Nutzen-Abwägung durchgeführt werden: Nach Ansicht des Autors müssen IR-Produkte letztlich deutlich preiswerter als Funklösungen sein, weil der Nutzer auch einen erheblichen Kompromiß hinsichtlich der Plazierbarkeit und der Störanfälligkeit eingehen muß. An dieser Tatsache wird auch eine im Vergleich zum Funk höhere Datenrate nur wenig ändern. Nach Ansicht des Autors können Verbesserungen vornehmlich auf technologischem Gebiet erreicht werden. Gerade für hoch-sektorisierte Sender und Empfänger sind einfachere Lösungen gefragt. Bei LOS-Verbindungen erspricht vor allem die Sektorisierung der Sender hohe Gewinne bzgl. der Signalleistung | allerdings benotigt ein solcher Sender auch eine Information über die Richtung des anderen Endgeräts. Auch hier fehlen einfache Lösungen. Ein besonders kritischer Punkt ist das optische Filter; ob ein Gewinn von 5-6.5 dB allerdings die Anwendung direkter Mischhalbleiter als Photodiodenmaterial rechtfertigt, kann vom Autor als Nicht-Technologen derzeit nicht mit Klarheit beantwortet werden. Nach Ansicht des Autors wird IR im WLAN-Bereich eine Nischenlösung bleiben. Das Potential liegt vornehmlich in sehr preiswerten Schnittstellen, die dem Nutzer über geringe Entfernungen einen besonders schnellen Datenabgleich zwischen Endgeräten ermöglichen. Evtl. bieten auch Doppellösungen von Funk und IR in einem Gerät Vorteile: Funk garantiert eine hohe Flexibilität, IR eine hohe Datenrate. Dazu muß die IR-Komponente aber klein und preiswert ausfallen.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=1176
Freund, Ronald;
On computer aided modeling of photonic systems and networks, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 193 S., 28,8 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2002

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=1166
Schneider, Michael;
Analytische Berechnung pyramidenförmiger Wellenleiter mit ein- und zweifach zusammenhängenden Querschnitten. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2002. - VIII, 92 S.. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik. - 5) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
ISBN 3-936404-01-1

Mohr, Thomas;
Modellierung von nichtlinearen Differentialgleichungen zum Aufbau elektronischer Schaltungen bei vorgegebenem Bifurkationsverhalten. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2002. - IV, 172 S. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik. - 3) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2001
ISBN 3-9806486-6-4

Goerlich, Jan;
Messung der spektralen Korrelation zyklostationärer Prozesse. - Ilmenau : ISLE, 2001. - XII, 97 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss, 2001
ISBN 3932633660
- Literaturverz. S. 93 - 97

Müller, Carsten;
Ein Beitrag zur Empfindlichkeitsanalyse an Magnetstrukturen. - Ilmenau : ISLE, 2001. - 111 S. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik. - 3) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2001
ISBN 3-932633-64-4

Tenner, Uwe;
Source modeling in cardiomagnetism : a physical torso phantom for biomagnetic and bioelectric heart field measurements
1. Aufl. - München : Verl. Dr. Hut, 2001. - 128 S. . - (Medizintechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2000
ISBN 3934767281

Trott, Karsten;
Verteiltes Werkzeug zur Funktionsblockanalyse analoger Systeme. - Aachen : Shaker, 2001. - XI, 116 S.. . - (Berichte aus der Elektrotechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2001
ISBN 3826590392

Michelsson, Olaf;
Eine Boundary Elemente Methode zur Berechnung quasistationärer elektromagnetischer Felder unter dem Gesichtspunkt der zerstörungsfreien Wirbelstromprüfung. - Ilmenau : ISLE, 2001. - IV, 111 S. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik. - 2) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2001
ISBN 3-932633-57-1

Knoll, Mario;
Parameterbestimmung, Designuntersuchungen und numerische Simulationen zur Unterstützung des Entwurfs von metallischen Einzelelektronenschaltungen. - Ilmenau : ISLE, 2001. - IV, 155 S. . - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik. - 1) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2000
ISBN 3-932633-56-3

Mohr, Stephan;
Grenzen der Genauigkeit und Dynamik von nichtkonventionellen energietechnischen Messsystemen. - Ilmenau : ISLE, 2001. - IX, 212 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2001
ISBN 3932633539
- Literaturverz. S. [199] - 206

Jugl, Enrico;
Mobilitätsmodellierung und Einflüsse auf Systemparameter von Mobilfunksystemen. - Aachen : Shaker, 2001. - IX, 181 S. . - (Berichte aus der Kommunikationstechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2000
ISBN 3826584988
- Rückent.: Mobilitätsmodellierung für Mobilfunksysteme

Kuhwald, Thomas;
Zur Optimierung der Richtcharakteristiken linearer und quadratischer Antennenarrays. - Aachen : Shaker, 2001. - VIII, 145 S. . - (Berichte aus der Kommunikationstechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2000
ISBN 3826583965

Kosch, Olaf;
Modellierung und Parameterbestimmung der galvanisch-induktiven Kopplung in Strukturen mit metallischen Schichten. - Berlin : Mensch & Buch Verl., 2000. - IV, 144 S.. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1999
ISBN 3898201201
- Literaturverz. S. [138] - 144

Rink, Wolfram;
Zur Signalisierung in zukünftigen multimedialen Kommunikationsnetzen
Als Ms. gedr. - Aachen : Shaker, 1999. - II, 142 S.. . - (Berichte aus der Kommunikationstechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1999
ISBN 3826566963

Triebel, Sylvio;
Layoutsynthese-Methoden für gemischt analog-digitale Systeme, 1999. - XVII, 166 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1999

Navrátil, Jiří;
Untersuchungen zur automatischen Sprachen-Identifikation auf der Basis der Phonotaktik, Akustik und Prosodie, 1999. - III, 132 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1999

Arlt, Steffen;
Eine Methodik zur Automatisierung des Layoutentwurfs analoger CMOS-Schaltungen. - Ilmenau : ISLE, 1999. - VI, 167 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1998
ISBN 3932633334
- Literaturverz. S. 159 - 167

Mückenheim, Jens;
Optischer Codevielfachzugriff in lokalen Netzen
Als Ms. gedr. - Aachen : Shaker, 1999. - XIII, 91 S.. . - (Berichte aus der Kommunikationstechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1998
ISBN 3826547268
- Literaturverz. S. 79 - 91

Lingel, Thomas;
Anwendung der Methode der Finiten Differenzen im Zeitbereich zur Optimierung passiver Wellenleiterdiskontinuitäten. - Ilmenau : ISLE, 1999. - VI, 112 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1998
ISBN 3932633318
- Literaturverz. S. 105 - 112

Pahnke, Karsten;
Objektorientierte Konzepte bei der Synthese und Optimierung von Steuerwerksarchitekturen hoher Regularität
Als Ms. gedr. - Aachen : Shaker, 1999. - XIV, 198 S. . - (Berichte aus der Informatik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1998
ISBN 3826545532
- Literaturverz. S. 181 - 198

Heckner, Gerald;
Codierung von Sprach- und Kontursignalen mit stark ungleichmäßiger Abtastung
Als Ms. gedr. - Aachen : Shaker, 1998. - XVIII, 108 S. . - (Berichte aus der Elektrotechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1998
ISBN 3826542975
- Literaturverz. S. 95 - 108

Winterstein, Volker;
Magnetische Eigenschaften und Modellierung des Ummagnetisierungsverhaltens galvanisch abgeschiedener anisotroper Kobalt-Speicherschichten. - Ilmenau : ISLE, 1997. - IV, 274 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1997
ISBN 3932633113
- Literaturverz. S. [251] - 258

Schindler, Andreas;
Dynamische Analyse analoger und digitaler SQUID-Strukturen und Ableitung anwendungsspezifischer Entwurfsregeln, 1997. - III, 127 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1997

Iversen, Kay;
Optischer Codevielfachzugriff für Breitbandkommunikationsnetze
Als Ms. gedr. - Düsseldorf : VDI-Verl., 1997. - XII, 174 S. . - (Fortschritt-Berichte VDI) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996
ISBN 3183486105
- Literaturverz. S. 162 - 174

Neuhäuser, Uwe;
Messen im Bild - eine Herausforderung, 1996. - V, 98 Bl.. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996

Töpfer, Hannes;
Modellierung, numerische Simulation und Unterstützung des Entwurfs von dc-SQUID-Strukturen, 1996. - III, 162 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996

Krenzer, Torsten;
Modellierung digitaler Schaltungen mittels neuronaler Netze für die Testmustergenerierung, 1996. - VII, 132 Bl. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996

Haueisen, Jens;
Methods of numerical field calculation for neuromagnetic source localization
Als Ms. gedr. - Aachen : Shaker, 1996. - 120 S. . - (Berichte aus der Elektrotechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996
ISBN 3826516915

Laute, Andreas;
Zwei neuartige QPSK-Demodulationsverfahren
Als Ms. gedr. - Aachen : Shaker, 1996. - XII, 99 S. . - (Berichte aus der Hochfrequenztechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996
ISBN 3826514637

Ziemann, Olaf;
Zur experimentellen Charakterisierung des optischen Überlagerungsempfangs
Als Ms. gedr.. - Düsseldorf : VDI-Verl., 1995. - XI, 180 S.. . - (Fortschritt-Berichte VDI) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1995
ISBN 3183504081
- Literaturverz. S. 170 - 180

Finger, Lutz;
Methoden zur Analyse nichtlinearer dynamischer Netzwerke unter Einfluß thermischen Rauschens und deren Anwendung auf Josephson-Schaltungen. - Aachen : Shaker, 1994. - VI, 127 S.. . - (Berichte aus der Elektrotechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1994
ISBN 3826501632

Göller, Arndt;
Mikrowellen-Feuchtemessung unter Einbeziehung wichtiger Materialparameter - ein verbessertes Konzept der Signalauswertung, 1992. - Getr. Zählung. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1992
- Literaturangaben

Wünsch, Christian;
Verbesserte PLL-Frequenzsynthese mit Hilfe von Mehrfachabtastung, 1992. - V, 109 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1992

Bandelin, Holger;
Zu Struktur und Aufbau von Meßsystemen, 1991. - 122 Bl.. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1991
- Enth. außerdem: Thesen

Philipp, Torsten;
Layoutsynthese von Datenwegstrukturen für den ASIC-Entwurf, 1991. - 126, XII, 3 Bl.. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1991
- Enth. außerdem: Thesen

Strohmeier, Uwe;
Untersuchungen zum Einsatz des CCITT-Zeichengabesystems Nr. 7 für das zentralisierte Betreiben von digitalen Vermittlungseinrichtungen, 1991. - 105 Bl.. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1991
- Enth. außerdem: Thesen