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Dissertationen

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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.



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