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Dissertationen

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Erstellt: Fri, 27 Nov 2020 23:03:10 +0100 in 0.0670 sec


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.



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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.



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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.



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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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