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Dissertationen

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Erstellt: Sun, 05 Apr 2020 06:21:18 +0200 in 0.1096 sec


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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=19315
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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18915
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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=18761
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.