Student Theses

Diese Arbeit untersucht Automatic-Gain-Control-Strukturen (AGC-Strukturen) für Field Programmable Gate Arrays (FPGAs) in Software-Defined-Radio-Systemen (SDR-Systemen), mit besonderem Augenmerk auf solche, die beim Multiple Input Multiple Output (MIMO) Channel Sounding zur Anwendung kommen. In der Vergangenheit wurden verschiedenste Algorithmen erarbeitet, welche eine AGC auf einem FPGA implementieren [1]–[3]. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein High-Level-Framework zur Simulation dieser Algorithmen entwickelt. Die Leistungsfähigkeit der Algorithmen wurde bewertet und der Algorithmus aus [2] für die Implementierung in einer Hardwarebeschreibungssprache ausgewählt. Dieser entwickelte IP-Core wurde in ein bestehendes AGC-Design integriert und die Ergebnisse der implementierten AGC mit denen der High-Level-Simulation verglichen, um die Implementation zu verifizieren.

Bei Anwendungen in der Funkkanalschätzung und -modellierung benötigt man eine kontinuierliche Beschreibung der Antennencharakteristik (das so genannte Beam-pattern), das rechnerisch effizient und akkurat sein sollte. Als Alternative zu einer analytischen Beschreibung von komplexen Antennen (die schwierig zu beschaffen und auszuwerten ist) wird eine Beschreibung auf der Grundlage von Kalibrierungsmessungen der Antenne verwendet. Ein bestehender Ansatz, die Effective Aperture Distribution Function (EADF), verwendet eine rechenintensive auf der Discrete Fourier Transform (DFT) basierende Interpolation der Messdaten. Durch die Anwendung der kontinuierlichen inversen 2D DFT auf die Apertur der Antenne, kann die EADF eine perfekte Rekonstruktion der räumlich bandbegrenzten Beam-pattern Messdaten erhalten. Diese Arbeit stellt eine schnellere Interpolationsmethode vor, wobei die Genauigkeit der Interpolation nicht beeinträchtigt wird. Eine kubische B-Spline-Interpolation wird durch hardwarebeschleunigte lineare Interpolation auf der Graphics Processing Unit (GPU) implementiert. Die GPU-Implementierung ist in CUDA mit einer Python-Schnittstelle realisiert und nutzt den hochleistungsfähigen Texturspeicher. Unter gleichen Bedingungen ist die vorgeschlagene Implementierung mehr als zehnmal schneller als eine vergleichbare Implementierung der EADF. Der Mean Squared Relative Error (MSRE) im Falle der kubischen Interpolation beträgt etwa -79,3 dB, was unterhalb der inhärenten Fehler von Antennen Kalibrierungsmessung liegt. Die Genauigkeit jeglicher Interpolation ist immer noch durch die fehlerbehafteten Messdaten begrenzt, daher kann die rechnerisch einfachere kubische Interpolation ohne Beeinträchtigung der Modellgenauigkeit verwendet werden. Darüber hinaus erfordert die kubische im Vergleich zur DFT-basierten Interpolation nur eine konstante Anzahl von Messpunkten für jeden interpolierten Wert und ist somit unabhängig gegenüber Antennen mit größerer Apertur.

Die Analyse des Verhaltens einer Kanal ist eine sehr wichtige Untersuchung des MIMO-Systems (Multiple Input Multiple Output). Mit zunehmender Kanalfrequenz, sowie dem Ziel, mehr Benutzerzahlen und einen größeren Signalabdeckungsbereich anzustreben, werden die Eigenschaften der Kanalmodellierung komplexer. Um die Leistung dieser fortschrittlichen Technologie zu untersuchen, haben wir einige Parameter des Ausbreitungssignals gemessen und sie mit dem RIMAX-Algorithmus berechnet, um einige weitere Parameter zu ermitteln. Das Thema dieser Arbeit ist die Analyse der Stabilität dieser Parameter, die bereits vom RIMAX-System geschätzt wurden. Der Zeitaufwand für das RIMAX-System zur Schätzung großer Datenmengen ist hoch. Daher werden die Daten in Blöcke aufgeteilt, um sie gleichzeitig parallel zu verarbeiten. Da der genannte Algorithmus iterativ aufgebaut ist, muss er mehrere Datenschnappschüsse verarbeiten um einzuschwingen. Damit die geschätzten Parameter an den Blockübergängen dennoch stetig verlaufen, werden die einzelnen Blöcke überlappend definiert. Nach der Schätzung werden die Datenblöcke in der ursprünglichen Reihenfolge ohne die überlappenden Daten wieder zusammengefügt. Die geschätzten Parameter sollten über die gesamte Zeitdauer hinweg stabil sein. Daher stellt die Stabilität des geschätzten Parameters die Leistung der Datentrennungsschätzungsverarbeitung dar. In dieser Arbeit konzentrieren wir uns auf die Bewertung der Parameterstabilität durch drei verschiedene Algorithmen und verwenden den Mehrwegkomponenten- abstand (MCD) als quantitativen Standard. Der MCD ist ein wichtiger Schritt zur Mehrwege-Clustering-Erkennung, die auf der Grundlage von Verzögerung, Ankunfts- und Abgangswinkeln berechnet wird, die die Parameter von Mehrwegekomponenten (MPC) sind. Zunächst verwenden wir MCD, um den Tracking-Parameter PathID zu analysieren, der vom RIMAX-Algorithmus geschätzt wird, um das Ergebnis zu beobachten. Die MCD-Werte von PathID zeigen eine signifikante Eigenschaft, dass es an den Blockrändern Extremwerte gibt und sich die Werte an den anderen Position im Blockinneren langsam ändern. Dann verwenden wir den ungarischen Algorithmus, um die MPCs nachfolgender Snapshots zuzuweisen, um die MCD-Werte zu erhalten. Die MCD-Werte zeigen die gleiche Tendenz wie die PathID, allerdings sind die MCD-Gesamtwerte kleiner als die PathIDs. Schließlich verwenden wir den Kalman-Filter, um den Tracking-Prozess erneut auszuführen un dann die MCD-Werte des Kalman-Filters zu berechnen. Die Ergebnisse zeigen für die Parameter keine Blockkanten mehr und die MCD-Werte sind extrem niedrig. Durch den Vergleich der MCD-Werte durch drei verschiedene Algorithmen, den PathID und den ungarischen Algorithmus, wird die Stabilität in den Blöcken der Parameter überprüft, die vom RIMAX-Algorithmus ausgewertet werden. Der Kalman-Filter kann die Stabilität der Parameter insgesamt sicherstellen, aber der Zeitaufwand ist höher als vom ungarischen Algorithmus berechnet.

Bekannte Kanalmodelle, wie 3GPP (TR36.873, 38.900), WINNER oder COST, berücksichtigen einen geometriebasierten stochastischen Kanalmodellierungs-ansatz. Ein grundlegendes Konzept zur Reduzierung der Komplexität solcher Modelle ist die Berücksichtigung von Clustern, die aus mehreren Mehrwegekomponenten (MPCs) bestehen. Die Ableitung zuverlässiger Cluster-Parameter und die Analyse ihrer Statistiken aus Funkkanalmessungen in realen Umgebungen erweist sich als anspruchsvolle Aufgabe, da der bestehende Clustering-Algorithmus in früheren Studien noch viele Einschränkungen aufweist. In dieser Arbeit wird ein gemeinsames Clustering- und Tracking-Konzept vorgeschlagen, das die zeitvariablen Eigenschaften der MPCs berücksichtigt. Hierzu werden zwei unterschiedliche Ansätze untersucht: 1) die Centroid-Tracking basierende, dieser Algorithmus wird der Kernel-Power-Density (KPD) Ansatz zur Identifizierung der Clusterzentren mit einem Kalman-Filter zur Verfolgung und Vorhersage der Centroid-Positionen verwendet. 2) die trajektorienbasierte Clusterung, dieser Algorithmus wird ein neuartiger Ansatz vorgeschlagen, dort wird ein globales Abstandsmaß verwendet. Das Abstandsmaß basiert auf der Bestimmung des Abstands von MPC-Trajektorien. Dieser Ansatz wird mit KPD und Improved Subtractive (IS) umgesetzt, einem Initialisierungsalgorithmus für den K-PowerMeans (KPM)-Algorithmus. Die Erweiterung des 3GPP Funkkanalmodells zur Simulation von dynamischen und consistenten Kanalveränderung wird verwendet, um die Clusterverfahren basierend auf den verschiedenen Tracking-Ansätzen zu evaluieren. Das Ergebnis zeigt für beiden Methoden eine solide und sich verbessernde Leistung für die Clusterung von MPCs. Im finalen Schritt werden die vorgeschlagenen Lösungen anhand von Funkkanalmessdaten aus innerstädischen Gebieten getestet. Dabei konnte festgestellt werden, dass durch die Anwendung des globalen Abstandsmaßes ein Cluster-Ergebnis erzielt werden konnte, welches mit der zeitlichen Entwicklung der MPCs gut übereinstimmt. Insbesondere beim Ansatz mit dem KPD ist eine Verringerung in der Identifizierung von unbedeutenden Clustern zu beobachten, die durch den sparsamen Charakter des Ausbreitungskanals verursacht wird. Darüber hinaus zeigt die Lösung mit der direkten Clusterung von Trajektorien, dass die Leistung der Clusterung durch den Tracking-Ansatz erheblich beeinflusst wird.

Mobilfunknetze entwickeln sich kontinuierlich weiter, um steigende Anforderungen an Zuverlässigkeit, Datenraten und Netzwerkkapazität zu erfüllen. Fortschrittliche Funktionen auf der physikalischen Schicht, wie Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) Systeme, Strahlformung und Multi-User-MIMO, die in 5G und und darüber hinaus eingeführt werden, basieren auf der effektiven Ausnutzung der räumlichen Charakteristika des Kanals, die wiederum von den genauen Positionierungsfähigkeiten des Systems abhängen. Der Fokus dieser Arbeit liegt auf der Minderung des Problems der räumlichen Aliasing bei der Schätzung des Empfangswinkels an einem Empfänger, der mehrere Antennen verwendet. Die Aliasing-Artefakte werden beobachtet, wenn das Nyquist-Shannon-Abtasttheorem im räumlichen Bereich verletzt wird, aufgrund der Herausforderungen, die bei der Konstruktion von Antennenarrays auftreten, die in den Sub-Terahertz- und Terahertz-Frequenzbändern arbeiten. Zunächst werden die Auswirkungen von Aliasing auf die Korrelationsfunktion untersucht, die bei Maximum-Likelihood (ML) Schätzern auftreten. Zwei Ansätze zur Minderung dieser Effekte werden vorgeschlagen, nämlich (1) Breitband-Modellierung der Antennenantwort und die Verwendung von Frequenzdomänen-Messungen, um für die Winkel- und frequenzabhängigen Phasenverschiebungen zu berücksichtigen, die über das Array beobachtet werden, und (2) die Verwendung von nicht-einheitlichen Abtastschemata zur Minderung von Aliasing, die ausschließlich auf räumlichen Messungen basieren. Darüber hinaus profitiert der erste Ansatz von der Verwendung großer Messbandbreiten, daher greifen wir auf Ideen aus dem Bereich des Compressed Sensing zurück, um eine Methode vorzuschlagen, die die erforderliche Betriebsbandbreite reduziert, während eine ähnliche Schätzfehlerleistung erhalten bleibt. Durch die Verwendung von synthetischen Arrays und Monte-Carlo-Simulationen zeigen wir, dass diese Methode auf beliebige Array-Geometrien anwendbar ist und eine signifikante Reduzierung der erforderlichen Bandbreite durch einen Kompressionsoperator ermöglicht, der offline trainiert wird. Die in dieser Arbeit untersuchten Techniken können auch analog auf die Schätzung des Sendewinkels angewendet werden, wo das Shannon-Nyquist-Abtasttheorem am Sendearray verletzt wird.

Die Erkennung von Anomalien in visuellen Inspektionssystemen ist entscheidend um die Qualitätskontrolle und Sicherheit in verschiedenen Industriezweigen zu gewährleisten. Deep Learning basierende Techniken haben vielversprechende Ergebnisse bei der Erkennung anomaler Daten in industriellen Datensäetzen geliefert. In dieser Masterarbeit haben wir einen neuartigen Ansatz untersucht, der auf unüberwachtem Lernen basiert unter Verwendung von Convolutional Autoencodern. Das Ziel war die Erkennung von Anomalien im Montageprozess der Fertigungshalle. Zusäetzliche wurde Yolov5 verwendet um die Kameraaufnahmen füer eine bessere Anomalierkennung aufzubereiten. Die vorliegende Arbeit untersucht die Durchführbarkeit von unüeberwachtem Lernen auf dem industriellen Datensatz und vergleicht ihn mit überwachten Lerntechniken, die an gelabelte, beschriftete Daten gebunden sind und somit erhebliche Kosten verursachen. Die bearbeiteten Forschungsfragen lauteten: (1) Können Convolutional Autoencoder effektiv Anomalien erkennen, (2) was sind die zugrunde liegenden Mechanismen, die unüeberwachte Lerntechniken effektiver bei der Erkennung von Anomalien machen als üeberberwachte Lerntechniken (3) Was sind die möglichen Grenzen und Weiterentwicklungsmöglichkeiten des vorgeschlagenen Ansatzes ? Die Ergebnisse der Arbeit zeigen, dass die Verwendung von Convolutional Autoencoder für die Erkennung von Anomalien eine wirksame Strategie für die visuelle Inspektion ist. Die Überlegenheit des unüberwachten Lernens bei der Erkennung von Anomalien ist auf seine Fähigkeit zurückzuführen, die Struktur und Muster der Daten zu erfassen und auf neue Instanzen von anomalem Daten zu reagieren. Der vorgeschlagene Ansatz erzielte eine hohe Präzision, Recall und F1-Score. Die Einschränkungen und potenziellen Bereiche für Verbesserungsmöglichkeiten liegen in der weiteren Optimierung und Validierung mit größeren Datenmengen. Insgesamt hat der Ansatz ein enormes Potenzial zur Verbesserung bestehender Verfahren der Anomalieerkennung in visuellen Inspektionssystemen.

In dieser Bachelorarbeit wird die Winkelschätzung durch Datenfusion von räumlich getrennten, inkohärenten Radarsensoren untersucht. Im ersten Schritt wurde der Ansatz im Proof of Concept Kapitel validiert und ein dichtes, mehrlagiges Netzwerk wurde ausgewählt. Die Szenarien wurden einfach gehalten, um weiteres Verkomplizieren zu ermöglichen, wenn der Ansatz vielversprechende Ergebnisse erzielt. Danach wurden verschiedene Netzwerk-Layouts getestet, in denen die Größe der Lagen verändert wurde und Dropout-Lagen hinzugefügt wurden. Die Ergebnisse für Szenarien mit einem Ziel sahen vielversprechend aus, der Fehler war konstant niedrig. Das führte zu der Einführung eines zweiten Zieles, was das Ergebnis sofort verschlechterte. Zusammenfassend war die Leistung schlechter, als die gewöhnlicher Winkel-Schätz-Algorithmen. Um die Ergebnisse zu verbessern, wurde dem Netzwerk Distanz-Information hinzugefügt, was die Ergebnisse nicht gravierend verbesserte. Die verschiedenen Ansätze und deren Leistung wird am Ende evaluiert.

Das Design von neuen Anwendungen in V2X-Kommunikation verlangt umfangreiche Kenntnisse über den Funkkanal. Bei der V2X-Kommunikation erfährt der Kanal angesichts der hohen Mobilität der kommunizierenden Knoten schnelle und möglicherweise signifikante Änderungen. Die auffälligsten Änderungen sind Übergänge zwischen verschiedene Ausbreitungszuständen, wie vom Line-of-Sight (LoS) zum Non-Line-of-Sight (NLoS) und umgekehrt. Abgesehen davon sind auch Übergänge innerhalb des NLoS Zustandes zu beobachten, wenn das Fahrzeug von einer schmalen Straße auf eine Kreuzung oder einer Hauslücke fährt. Bisher beinhalten nur wenige Kanalmodelle solche Übergänge. Das Ziel dieser Abschlussarbeit ist Untersuchungen zu diesen Transitions detailliert durchzuführen, wobei Messdaten und Simulationsdaten verwendet werden, die durch Funkkanalmessungen bzw. Raytracing-Software gesammelt werden. Darüber hinaus wird der Einfluss der Umgebung auf den Verlauf von Übergängen analysiert und verschiedene Möglichkeiten ihrer Modellierung untersucht, um sie in zukünftige Kanalmodelle miteinbeziehen zu können.

Die große Entwicklung der mobilen Kommunikationssysteme, insbesondere die geplanten Entwicklungen in der nächsten Generation 6G, ermöglicht es uns, viele besondere Anwendungsfälle und Applikationen zu definieren. Einer dieser Anwendungsfälle ist ein hoch präziser Ortungsdienst parallel zur Kommunikation. Dazu ist eine Methode zur Verfolgung von mehrfach streuenden Objekten in einer Umgebung erforderlich. Diese Arbeit ist ein Versuch, das Problem der Verfolgung mehrerer Objekte in Mehrwege-Kanälen mit Hilfe von Deep Learning zu formulieren und zu lösen. Diese Arbeit formuliert das Problem der Kanalverfolgung mit Hilfe des bestehenden mathematischen Rahmens für mehrere Objekte und führt damit Simulationen durch. In dem Modell für mehrere Objekte können Objekte nach dem Zufallsprinzip unter Berücksichtigung bestimmter Wahrscheinlichkeitsverteilungen erzeugt oder entfernt werden. Der mathematische Rahmen für die Simulation von Kanälen mit mehreren Objekten verwendet endliche Zufallsmengen, um die Unsicherheit der Anzahl der Objekte darzustellen. Die Aufgabe eines Verfolgungsalgorithmus besteht darin, diese Muster auszunutzen und den Zustand der Objekte aus verrauschten Messungen zu schätzen. Ein Tracking-Algorithmus muss auch das Problem der Datenzuordnung lösen, da es keine nicht bekannt ist, welche Messung von welchem Objekt stammt. Das Lösen der fehlenden Verbindung zwischen den Messungen und den Objekten und die gleichzeitige Unterscheidung von Objekten und Störgeräuschen führt zur Lösung des Tracking-Problems. Andererseits hat Deep Learning bewiesen, dass es in der Lage ist, viele Probleme zu lösen, einschließlich der modellbasierten Probleme, bei denen das Problem mithilfe mathematischer Modelle grob formuliert werden kann, oder der Probleme ohne vorherige Modellannahmen. Deep Learning hat sich in letzter Zeit auch auf Methoden und Algorithmen der Signalverarbeitung ausgedehnt und hat seinen Platz in vielen Anwendungen gefunden. Obwohl diese Aufgabe vorwiegend mit Hilfe von Filteransätzen gelöst wird, untersucht diese Arbeit die Eignung von Deep Learning-Methoden, insbesondere der Transformer. Diese Arbeit konzentriert sich auf das Transformer-Modell und schlägt eine Architektur für das Problem der Kanalverfolgung vor. Anschließend wird ein auf dem Transformer basierendes Deep Learning-Modell entwickelt, trainiert und seine Leistung hinsichtlich der Metriken untersucht.

Aktuelle und zukünftige Mobilfunkstandards erfordern Bandbreiten von über 2 GHz sowie die kohärente Verarbeitung mehrerer Transceiverkanäle für Anwendungen auf Basis von Gruppenantennen. Für die Forschung und Entwicklung auf diesem Gebiet potenziell geeignete Hardwareplattform-Typen werden in dieser Arbeit kurz verglichen. Als geeignetster Ansatz für die Realisierung generischer, ultra-breitbandiger, mehrkanaliger und kohärent abtastender Transceiver wird die Xilinx RFSoC Field Programmable Gate Array (FPGA) Plattform im Detail betrachtet. Um Abtastwerte zur Speicherung oder Verarbeitung vom RFSoC an andere Geräte des Messsystems zu übertragen, wird ein universelles, modulares und rekonfigurierbares FPGA-Design für das Streaming mehrerer kohärenter Analog-Digital-Wandler Kanäle über 100 Gbit/s Ethernet entwickelt und implementiert. Dies ermöglicht die Nutzung konventioneller Netzwerk- und Servertechnik anstelle von dedizierter proprietärer Hardware. Die Analog-Digital-Wandler der aktuellen RFSoCs erreichen Abtastraten von bis zu 5 GSa/s und ermöglichen damit eine theoretische, gleichzeitige Signalbandbreite von 2,5 GHz. In dieser Arbeit werden zwei analoge Front-End-Architekturen untersucht, die durch die Kombination zweier Kanäle die zusammenhängende Bandbreite mit flachem Frequenzgang und ohne Aliasing verdoppeln. Die theoretischen Eigenschaften des Inphase Quadratur (I/Q)-Samplings mithilfe eines 90˚-Hybridkopplers und des Interleaved-Samplings über einen Power-Splitter werden analytisch hergeleitet und die Auswirkungen nicht idealer Systemeingenschaften modelliert. Beide Front-End-Architekturen werden aufgebaut und ihre Leistung durch Messungen verifiziert, wobei das implementierte Ethernet basierte Sample-Streaming zum Einsatz kommt. Es wird gezeigt, dass die gewünschte Bandbreitenerweiterung realisiert werden kann. Bereits ohne Kalibrierung werden bis zu 36 dB Image Rejection Rate (IRR) erreicht. Die resultierenden Werte liegen hierbei in der Regel 4 bis 8 dB unterhalb der theoretischen Grenzen.

In der Spezifikation für 5G New Radio (NR) wurden zwei Arten von Codebüchern, nämlich Typ-I und Typ-II, festgelegt. CB des Typs II bieten im Vergleich zu CB des Typs I eine hochauflösende und genauere Darstellung des Ausbreitungskanals. Mehrere Varianten der Typ-IICBs wurden bis zu Rel. 17 des Third Generation Partnership Project (3GPP) NR spezifiziert. Alle Varianten sind jedoch auf Fußgänger oder Szenarien mit geringer Mobilität ausgerichtet. Die aktuellen Typ-II-CBs bieten bei mittleren bis hohen Geschwindigkeiten keine angemessene Leistung, was hauptsächlich auf die derzeitige CSI-Messung und -Berichterstattung auf Basis der Kanalkohärenzzeit zurückzuführen ist, die die Kanalalterungseffekte der Ausbreitungskanäle nicht erfasst. In jüngster Zeit hat die Doppler-basierte Vorcodierung großes Interesse geweckt, da sie in der Lage ist, die Kanalalterungseffekte durch Ausnutzung der Doppler-Informationen der Ausbreitungskanäle zu überwinden. In dieser Masterarbeit wird ein vollständiges Rahmenwerk für Doppler-basierte Vorcodierung auf der Grundlage der aktuellen Typ-II-CBs entwickelt. Verschiedene Schätzverfahren, nämlich der gradientenbasierte Maximum Likelihood Parameterschätzer (RIMAX) und Orthogonal Matching Pursuit (OMP), werden zur Schätzung des Kanals verwendet, und ein auf OMP basierender Schätzalgorithmus mit geringer Komplexität wird vorgeschlagen. Auf der Grundlage des geschätzten Kanals wird die Berechnung der Vorkodierer sowohl an der gNodeB (gNB) als auch an der Benutzerausrüstung (UE) vorgeschlagen. Die vorgeschlagenen Vorkodierer werden in Bezug auf die Leistung und den Rückkopplungs-Overhead mit den Rel. 16 Typ II Vorkodierern verglichen. Darüber hinaus wird die Auswirkung der vorgeschlagenen Vorkodierer in Bezug auf steigende Aktualisierungsraten, Anzahl der Unterbänder und eine Reihe von Überabtastungsfaktoren für die Verzögerungs- und Doppler-Komponenten untersucht. Simulationsergebnisse, die auf der durchschnittlichen gegenseitigen Information basieren, und vorläufige Simulationsergebnisse auf Verbindungsebene zeigen, dass der vorgeschlagene Vorkodierer, der die Doppler- Information ausnutzt, die Rel. 16 Vorkodierer sowohl in Bezug auf die Leistung als auch den Rückkopplungs-Overhead übertrifft.

In bestimmten Messsystemen können Sensoren räumlich weit verteilt sein. Die Aufnahme von Messwerten kann zentral erfolgen, durch Verbinden der Sensoren mit dem zentralen Messsystem mittels Kabeln, oder verteilt, mit einzelnen Messmodulen direkt an den Sensoren. Je nach Anwendungsfall kann es hierbei nötig sein, im letzteren Fall die Messmodule miteinander zu synchronisieren. In dieser Masterarbeit werden zwei Methoden zur Synchronisierung des Samplingprozesses von Sampling-Modulen untersucht. In der ersten Methode wird der Samplingprozess durch Software gestartet, welche in periodischen Abständen die Systemzeit abfragt. Die Systemzeit der einzelnen Module wird mittels des Network Time Protocol (NTP) mit einem zentralen Server synchronisiert. In der zweiten Methode wird ein im Ethernet-PHY integrierter Clock-Baustein verwendet um den Samplingprozess zu starten. Dieser Clock-Baustein wird mittels des Precision Time Protocol (PTP) mit einem Master synchronisiert. Für beide Methoden wird die Verzögerung zwischen den Sampling-Modulen unter verschiedenen Bedingungen (Synchronisierung ein/aus, mit CPU-Last, mit Netwerklast) gemessen. Hierfür wurde ein Testaufbau bestehend aus fünf Sampling-Modulen, einem Signalgenerator, einem PC und Netzwerk-Hardware aufgebaut. Die Messungen wurden ausgewertet und die Ergebnisse der Methoden miteinander verglichen. Mit der ersten Methode ließen sich Verzögerungen zwischen den Sampling-Modulen im Bereich zwischen 40 [my]s und 15 ms erreichen. Mit der zweiten Methode verringerte sich die Verzögerung auf Werte zwischen 37 ns und 11 [my]s, eine Reduktion auf ein Tausendstel.

Die Entwicklung der drahtlosen Kommunikation hat nicht nur verschiedene Generationen der Mobilkommunikation auf hohe Bandbreiten ausgerichtet, sondern auch auf den Einsatz von Ultrabreitband. THz- und mm-Wellen-Frequenzbereiche wurden als der Modus Operandi für die Kommunikation in den kommenden Generationen der drahtlosen und mobilen Kommunikation skizziert. Die Verfügbarkeit von Frequenzen in diesen Bereichen bietet nicht nur die Möglichkeit höherer Datenraten, sondern auch ein Layout für die futuristische Kommunikation, an der derzeit geforscht wird und die über die fünfte Generation (5G) und die zukünftige sechste Generation (6G) hinausgeht. Da die unteren THz-Subbänder eine angemessene Datenrate bieten sollen, die den Anforderungen der 6G-Generation entspricht, sind die Charakterisierung und Personifizierung der verschiedenen Aspekte der Frequenzen in diesen Spektralbereichen von größter Bedeutung. Die Nutzung solcher Frequenzbänder hat ihre Nachteile, da höhere Frequenzen nur für die Übertragung über kurze Entfernungen geeignet sind und für die Kommunikation über größere Entfernungen eine höhere Sendeleistung erforderlich ist. Eine Erhöhung der Sendeleistung ist nicht immer sinnvoll, weil sie zu Nachbarkanalstörungen bei benachbarten Kommunikationen führt. Um dieses Problem zu überwinden, wird ein Leistungsverstärker verwendet, um das Signal vor der Übertragung zu verstärken. Die Verstärkung führt jedoch auch zu einigen nichtlinearen Effekten, die zu nichtlinearen Verzerrungen führen, die die Kommunikation in Form von Spektralwachstum, In-Band- und Außer-Band-Verzerrungen beeinträchtigen und zu einer niedrigeren Bitfehlerrate führen. Die Schwere der Schwankungen im Mittelwert und in der Spitze des Signals ist einer der Hauptgründe für diese nichtlinearen Auswirkungen. In dieser Arbeit wurden zunächst sowohl die Faktoren als auch die daraus resultierenden nichtlinearen Auswirkungen zuerst untersucht. Anschließend werden die Modellierungsansätze und Reduktionstechniken diskutiert. Um die Nichtlinearitäten zu messen und zu charakterisieren, ist ein geeignetes Anregungssignal erforderlich. Es werden verschiedene Faktoren eines angemessenen Signals diskutiert, und aus dem Vergleich verschiedener Signaltypen wird auf der Grundlage dieser Metriken das Newman-Multisine-Signal ausgewählt. Ein Messsystem, das einen Arbiträrwellengenerator, ein digitales Phosphoroszilloskop und einen Leistungsverstärker umfasst, ist implementiert. Darüber hinaus wird MATLAB zur Bestimmug und Analyse verschiedener nichtlinearer Aspekte verwendet. Die durch nichtlineare Effekte hervorgerufene Außerband-Verzerrung wird als Vielfaches der Größenordnung der Verzerrung und der höchsten Frequenzkomponente des Signals gemessen; darüber hinaus wird auch ein direkter Zusammenhang zwischen der Inband-Verzerrung und der Frequenz und dem Leistungsverstärker gemessen. Um die Signalschwankungen zu reduzieren, wurden mehrere Abschwächungstechniken implementiert, deren Effizienz gemessen und verglichen wird. Die Ergebnisse zeigen, dass die Verringerung der Signalschwankungen im Breitbandbereich zu einer besseren Systemleistung führt und zur Verbesserung der Stabilität des Gesamtsystems beiträgt, indem der lineare Betrieb des Leistungsverstärkers erhöht wird.

Eines der Hauptmerkmale von 5G-NR-Netzen ist die Einführung verschiedener Anwendungsfälle, die sowohl Breitband- als auch Schmalbandkommunikation mit unterschiedlichen Durchsatz- und Latenzanforderungen umfassen. Die im 5G-Standard definierte flexible Numerologie ermöglicht es, den Anforderungen solcher heterogenen Anwendungen gerecht zu werden. Dies erfordert die Implementierung effizienter Scheduling-Strategien, die nicht nur die Anforderungen der einzelnen Nutzer erfüllen, sondern auch einen fairen Zugang zu den Netzwerkressourcen gewährleisten können. Für die gemeinsame Nutzung von Ressourcen wurden mehrere Planungsschemata vorgeschlagen, die eine einfache Numerologie und in jüngerer Zeit auch eine Multinumerologie verwenden. Im Allgemeinen setzen diese Verfahren die Verfügbarkeit von zusammenhängenden Frequenzbändern voraus. Wenn sich jedoch mehrere Netze dasselbe Frequenzband teilen, muss der Planer die Verfügbarkeit von Teilen der Frequenzbandbreite zu verschiedenen Zeitpunkten berücksichtigen. In dieser Arbeit werden terrestrische und nicht-terrestrische 5G-Netze als zwei mögliche Systeme betrachtet, die sich dasselbe Frequenzband zeitlich teilen. Im Allgemeinen muss der Scheduler zusätzliche Einschränkungen im Zusammenhang mit der Verfügbarkeit der Systembandbreite berücksichtigen und gleichzeitig den Netzwerkdurchsatz maximieren und Fairness gewährleisten. Die Leistung des Schedulers wird für ein Multinumerologie-Szenario bewertet.

Zur Entwicklung Kommunikationssysteme werden Kenntnisse über den Funkkanal benötigt. Dafür kommen meist hochauflösende Parameterschätzer zum Einsatz. Sie erlauben Mehrwegekomponente aus Funkanalmessdaten zu extrahieren und eine Beschreibung der Ausbreitungspfade hinsichtlich Laufzeit, Doppler, Ein-und Ausfallrichtung. Für die Kanalerfassung wird im Rahmen dieser Arbeit einen MIMO-Sounder mit parallelen Messempfängern genutzt. Problem bei dieser Architektur liegt an der Kohärenz der Messempfänger, die auf die Zeit schwer zu halten wird. Diese driften unterschiedlich und diese Drifts sind für die Schätzung besonders schädlich, da sie dort größere Schätzfehler hervorrufen werden. Um es zu vermeiden, wird in dieser Arbeit ein Kalibrierverfahren für die Messempfänger entwickelt. Dafür wird eine neue Applikation probiert und anstatt wie üblich, den Kalibrierungsvorgang auf Kabel zu betreiben, geht es über die Luft. Ein Referenzkanal wird lokal gebaut und überwacht das Messsystem. Daraus werden alle Abweichungen der Messempfänger über die Zeit gewonnen. Aus den gewonnenen Systemfehler wird ein Korrektursignal gebildet und Offline erfolgt die Korrektur auf den MIMO-Messdaten, die weiterhin geschätzt werden. Es wurde Festgestellt, dass die Kalibrierung über den Referenzlink funktioniert hat, allerdings unter bestimmten Bedingungen: der Nutzsignal-Pegel im Referenz- und MIMO-Kanal muss gegenüber das Messrauschen deutlich viel größer sein. Weiterhin wird im Laufe der Arbeit die Faktoren, wovon die Genauigkeit der Korrekturdaten abhängen, untersucht.

Diese Bachelorarbeit befasst sich mit der hardwareseitigen Validierung der Funktionsweise eines Gangstellermoduls des Technologieunternehmens Valeo. Die Validierung soll anhand des Automotive-SPICE-Modells durchgeführt werden. Weiterhin wird die intelligente Halbbrücke, die Endstufen der Motoransteuerung, charakterisiert und besonders auf die Fehlererkennungsfunktion eingegangen. Die Grundlagen des Gangstellermoduls werden dem Leser präsentiert. Dies umfasst die Vorstellung des Produktes, des zugrundeliegenden Schaltplanes sowie der wichtigsten Bauelemente in der Ansteuerung des verwendeten DC-Motors und den DC-Motor selbst. Danach folgt die Charakterisierung der Halbbrücke. Hierbei werden Eigenschaften sowohl theoretisch als auch experimentell erläutert. Die Validierung ist in einem komplexen System nicht ohne Einbezug der Software möglich. So wird zunächst auf die Testvoraussetzungen und den Messaufbau, bestehend aus Prüfstand und zugehöriger Steuerungs- und Auswertungssoftware, eingegangen. Anschließend wird kurz das Konzept des Automotive-SPICE mit Schwerpunkt auf den Bereichen SWE.6 (Software-Qualifizierungstest) und SYS.4 (Systemintegrations- und Integrationstestprozess) vorgestellt. Ein besonderes Augenmerk liegt hier auf den Tests des Technical-Safety-Concepts (TSaC) unter SYS.4, wo verschiedene Kurzschlusstests abgeprüft werden. Eine ausschließlich hierfür entwickelte externe Hardware am Getriebeaktuator wird aufgebaut und in Betrieb genommen. Schließlich werden zum Schluss ein Ausblick auf die Anwendung und den Nutzen dieser Bachelorarbeit im Betrieb, eine Zusammenfassung der erbrachten Leistungen sowie die Auswertung, ob eine Bestätigung der Validierung der Funktion erzielt wurde, gegeben.

Das Future Railway Mobile Communication System (FRMCS) ist als Nachfolger der bald auslaufenden Technologie GSM-R geplant. Die Migration von GSM-R zu FRMCS wird einen gewissen Zeitraum für einen Parallelbetrieb verschiedener Funkstandards erfordern und somit die Kompatibilität des Systems mit 5G sowie zukünftigen Entwicklungen ermöglichen, die noch kommen werden. Um interoperable Funktechnologien zu haben und die verfügbaren ungenutzten Frequenzbänder für verschiedene Funktionalitäten zu nutzen, ist es zwingend notwendig, realistische Funkkanalbedingungen zu berücksichtigen und komplexere Experimente durchzuführen, um die aktuellen Kanalmodellierungsmethoden zu erforschen und zu erweitern. Vor dem Einsatz neuer Funkkanalmodelle ist ein ausreichendes Verständnis des Verhaltens der Funkkanalparameter in verschiedenen Szenarien und unterschiedlichen Ausbreitungsumgebungen unerlässlich. Das Hauptaugenmerk dieser Forschungsarbeit liegt auf der Erweiterung der Modellierungstechniken von einer Frequenz auf mehrere Frequenzen. In dieser Arbeit überprüfen wir die bestehenden Kanalmodellierungsmechanismen, die bei einzelnen und mehreren Frequenzen funktionieren. Wir versuchen, ein grundlegendes Verständnis des Modellierungsansatzes und der damit verbundenen Large-Scale Parameters (LSPs) aufzubauen. Wir führen umfangreiche Studien zu den aktuell verfügbaren mehrfrequenzbasierten Kanalmodellelen durch. Es werden schrittweise Methodenvergleiche durchgeführt, um die Notwendigkeit und den Effekt der einzelnen Schritte zu analysieren. Wir überprüfen die verfügbaren, auf Messungen basierenden veröffentlichten Arbeiten und analysieren kritisch die experimentellen Ergebnisse und untersuchen das Verhalten der kleinräumigen Parameter und LSPs, wenn sie bei mehreren Frequenzen funktionieren. Inspiriert von diesen Forschungsarbeiten versuchen wir, einen modifizierten und weiterentwickelten Ansatz zur Mehrfrequenz-basierten Kanalmodellierung zu implementieren. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Einführung von Änderungen und Anpassungen einer der überprüften Mehrfrequenz-Modellierungen und der Untersuchung der LSPs, insbesondere der Delay Spread und der Winkel Spread. Das Verhalten der kleinräumigen Parameter und LSPs wird mit der verfügbaren veröffentlichten Literatur abgeglichen und verglichen. Die so gewonnenen Ergebnisse können weiter ausgebaut werden, um verschiedene LSPs in unterschiedlichen dynamischen Ausbreitungsumgebungen zu untersuchen.

In dieser Arbeit wird die Nutzung von Software-defined Radios des Typs Universal Software Radio Peripheral (USRP) X310 für die Kanalemulation untersucht. Besondere Anforderung ist dabei das Erreichen einer möglichst niedrigen Analog-zu-analog-Latenz bei einer gleichzeitig hohen Samplingrate. Nach einer Einführung der Grundlagen der Kanalemulation wird eine Übersicht über die gängigen Algorithmen gegeben. Dabei stellt sich die als uniformly partitioned overlap-save (UPOLS) bezeichnete Implementation der schnellen Faltung als besonders geeignet heraus, da sie die effiziente Echtzeitemulation langer, zeitvarianter Kanäle ermöglicht und gleichzeitig mit geringem Aufwand zu implementieren ist. Anschließend wird das Kommunikationsprotokoll der USRPs analysiert, da der vom Hersteller bereitgestellte Treiber nicht den Latenzanforderungen dieser Arbeit genügt. Darauf aufbauend wird ein erster Prototyp entwickelt, der demonstriert, dass das Streaming von Samples unabhängig vom Originaltreiber möglich ist. Im nächsten Schritt wird die Analog-zu-analog-Latenz optimiert: Mit dem Framework Data Plane Development Kit (DPDK) wird die gesamte Netzwerkkommunikation durch einen polling-basierten Treiber im Userspace erledigt, wodurch die Verzögerungen durch Interruptverarbeitung und Kontextwechsel entfallen. Zusätzlich werden verschiedene Techniken vorgestellt, mit denen die Echtzeitanwendung von Störungen durch das Betriebssystem abgeschirmt werden kann. Der so geschaffene Prototyp enthält noch keine eigentliche Signalverarbeitung, demonstriert aber, dass dieser Aufbau sehr geringe Latenzen ermöglicht: So wurde bei einer Samplingrate von 200 MSa/s eine Analog-zu-analog-Latenz von 38 s erreicht. Mit den bis dahin gesammelten Erkenntnissen wird dann ein 2x2 MIMO Kanalemulator realisiert. Dazu wird zunächst eine Softwarearchitektur entwickelt, welche die Verteilung der Rechenlast auf mehrere CPU-Kerne ermöglicht. Bei der Implementierung wird ein besonderer Fokus auf Performance gelegt, zusätzlich zu den schon genannten Maßnahmen werden beispielsweise Kopien von Nutzdaten und Systemaufrufe vollständig vermieden und mittels eines Benchmarks eine besonders effiziente FFT-Implementierung ausgewählt. Eine abschließende Auswertung zeigt, dass die Kanalemulation funktional korrekt umgesetzt ist und eine Latenz von 100 s erreicht wird.

Es wird angenommen, dass sich der Bedarf an Kapazität in zukünftigen Mobilfunknetzen vervielfacht, welches anspruchsvolle Anforderungen an das System-Layout sowie die Planung des Systems stellt. Die Kommunikation mittels Multi-Transmit-Receive Points (MTRPs) ist eine der am vielversprechenden Lösungen im Bereich 5G. Motiviert durch die laufenden Diskussionen im Standardisierungsgremium des Partnerschaftsprojekts der 3. Generation (3GPP) werden in dieser Masterarbeit Verfahren zum Senden und Empfangen über mehrere getrennte Basisstationen mit dynamischer Koordination untersucht mit dem Ziel der Verbesserung der Leistung und Zuverlässigkeit an den Zellrändern. In dieser Arbeit werden zunächst Ansätze für den Downlink eines MTRP-Systems vorgestellt mit der Annahme eines "zero-delay" Backhauls zwischen den TRPs. Zunächst beschäftigt sich die Arbeit mit verschiedenen Multi-TRP-Übertragungskonzepten - Joint Processing (JP), Dynamic Point Selection (DPS) und Dynamic TRP Association (DTA). Anschließend wird eine Übersicht zu dem aktuellen Stand der Standardisierungsaktivitäten für diese Verfahren gegeben. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Simulationsmodell für eine vollständige 5G-NR-Abwärtsverbindung für MTRP-Systeme erstellt. Die Ergebnisse zeigen erhebliche Leistungssteigerungen bei den Zelldurchsätzen für JT und DPS gegenüber einem 3GPP Release 15 5G New Radio (NR) Systems mit unterschiedlichen Rückkopplungsschemata. Es zeigt auch, dass die MTRP-Kommunikation ein verbessertes Mobilitätsmanagement in realen Netzwerken ermöglichen kann.

Die Vehicle-to-Everything (V2X)-Kommunikation spielt eine sehr wichtige Rolle für die Zukunft der autonomen Kommunikation, die die Kommunikation zwischen Fahrzeugen, Infrastruktur, Netzwerk und Fußgänger ermöglicht. Sidelink-Übertragungen im autonomen Modus ermöglichen dem Fahrzeug eine direkte Kommunikation ohne Basisstation für Anwendungsfälle der öffentlichen Sicherheit. Generation (5G) ist die Weiterentwicklung von Long Term Evolution (LTE), die fortschrittliche Anwendungsfälle und verschiedene Dienste mit strengen Anforderungen an Latenz, Zuverlässigkeit und Unterstützung hoher Datenraten unterstützt. Um diese strengen Anforderungen für autonomes Fahren zu unterstützen, ist ein effizientes Ressourcenzuweisungsschema erforderlich. New Radio (NR) verwendet eine auf LTE basierende Ressourcenzuweisung, bei der die Benutzergeräte (UE) den Kanal kontinuierlich abtasten, um die freien Ressourcen für die Übertragung zu erkennen. Obwohl die Erkennung eine bessere Zuverlässigkeit als die zufällige Zuweisung bietet, benötigen wir einen zuverlässigen Mechanismus, um der hochmobilen Umgebung auf der Autobahn gerecht zu werden. Die standortbasierte Ressourcenzuweisung wurde in LTE-V2X als optionale Funktion zur Unterstützung der Ressourcenzuweisung eingeführt. Jetzt, mit NR-V2X, das verschiedene Cast-Typen unterstützt, d.h. Broadcast, Groupcast und Unicast, kann untersucht werden, ob die standortbasierte Ressourcenzuweisung eine praktikable Option ist oder nicht. Daher verwenden wir in dieser Arbeit die standortbasierte Ressourcenzuweisung mit Sensing für Broadcast und Groupcast, um die Auswirkungen der standortbasierten Aufteilung des Ressourcenpools zu analysieren. Zusätzlich werden die Auswirkungen verschiedener Parameter wie unterschiedliche Fahrzeuggeschwindigkeiten, Zonengröße und Quality of Service (QoS) untersucht.

Diese Arbeit widmet sich der Identifizierung und dem Test geeigneter Übertragungswege für konstant hochdatenratige Datenströme in FPGA-basierten Messanwendungen. Ziel der Übertragung ist die applikationsabhängige Speicherung oder Verarbeitung der Daten auf anderen Systemkomponenten. Dabei sollen auf dem Field Programmable Gate Array (FPGA) verfügbare Analog-Digital-Wandler (ADCs) und Digital-Analog-Wandler (DACs) mit ihrer maximalen Samplingrate betrieben werden können. Die Zielhardware ist ein HTG-ZRF8 Board, welches mit dem ZU28DR FPGA bestückt ist. Mögliche Übertragungslösungen können nur die dort und auf anderen Systemkomponenten unterstützten logischen und physikalischen Schnittstellen verwenden. Auf der Quad Small Formfactor Pluggable Transceiver (QSFP) Schnittstelle werden Aurora 64b66b und 100G Ethernet in Betrieb genommen. Die Erfüllung der durch die Anwendung vorgegebenen Kriterien wird mittels eines Testmoduls geprüft, welches Round Trip Time, Bandbreite sowie Bit- und Paketfehler in der Übertragung ermittelt. Zusätzlich wird mit einem Systemaufbau die Kompatibilität zu zusätzlicher Hardware geprüft. Beide Interfaces erreichen ihre theoretische Leistungsgrenze und liegen damit nahe an der physikalischen Signalisierungsrate. Deshalb sollte die Auswahl der Schnittstelle auf Basis der Vor- und Nachteile im Bezug auf die konkrete Übertragungsaufgabe getroffen werden. Da jedoch die maximal von den ADCs generierten und den DACs entgegengenommenen Datenraten beide hier realisierten Datenraten übersteigen, muss in der Anwendung eine Lösung für dieses Optimierungsproblem gefunden werden.

Die unregulierte Nutzung kleiner kommerzieller unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) ist zu einem Sicherheitsrisiko geworden. Die Verwendung von Radargeräten ist eine gängige Praxis bei der Entdeckung eines Ziels, und die Streueigenschaften des Ziels sind einer der Hauptfaktoren, die die Leistung des Radars bei der Entdeckung beeinflussen. In dieser Arbeit wird das Streuverhalten der Drohnen zum Zweck der Modellierung analysiert. Da der Radarquerschnitt (RCS) zur Beschreibung der Streuung der Objekte verwendet werden kann, werden die RCS der drei Drohnen mit unterschiedlichen geometrischen Formen und Größen in der Analyse verwendet. Der erforderliche RCS der Drohnen wird in Kommunikationsfrequenzbändern von 900 MHz, 2,53 GHz und 3,75 GHz mit FEKO simuliert. In der Analyse werden die gestreuten Peaks erkannt und in spiegelnde und diffuse Streuungen unterteilt, wobei der Effekt der Vorwärtsstreuung in dieser Studie ausgeschlossen wird. Es wird ein praktisches Szenario der unteren Hemisphäre definiert und die Schlüsselparameter der Peaks, z.B. die halbe Leistungsstrahlbreite, die Form und der Streuwinkel, werden für die spiegelnde und diffuse Streuung analysiert. Eines der wichtigsten Ergebnisse ist, dass je größer die elektrische Größe des Objekts ist, desto stärker ist die spiegelnden Reflexionen und desto mehr diffusen Peaks werden erkannt. Es wird auch festgestellt, dass die Keulen der spiegelnden Streuung entlang jeder Seite der Theta- und der Phi-Richtung nahezu symmetrisch sind. Eine mögliche zukünftige Arbeit könnte darauf hinauszielen, ein Streumodell von Drohnen unter Verwendung der Eigenschaften der spiegelnden und diffusen Streuung zu entwickeln, die in dieser Arbeit analysiert werden.

Es wird erwartet, dass 5G Ultra-Reliable Low-Latency Communication (URLLC) eine wichtige Rolle in der industriellen Automatisierung spielt, bei der die hohe Zuverlässigkeit des Kommunikationsnetzwerks von entscheidender Bedeutung ist. Eine industrielle Umgebung kann jedoch verschiedene Arten von Störstrahlungen enthalten, was dazu führen kann, dass der Systemteil mit Bedarf an hoher Zuverlässigkeit nicht mehr korrekt arbeitet. Vor der Anwendung von Netzwerklösungen ist es daher unerlässlich, ein angemessenes Verständnis der verschiedenen Störstrahlungen zu haben, die in einer industriellen Umgebung auftreten können. Der Schwerpunkt dieser Arbeit liegt auf der Entwicklung eines solchen Verständnisses in dem jeweiligen relevanten Frequenzband. In diesem Zusammenhang haben wir in einer kleinen Fabrik eine Messreihe durchgeführt, die sich insbesondere mit den Emissionen eines Lichtbogenschweißprozesses befasst und eine detaillierte Analyse der Eigenschaften wie Leistung, Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion, Leistungsdichtespektrum und zeitliche Parameter der gemessenen Interferenz liefert. Darüber hinaus werden in der Arbeit mehrere state-of-the-art Impulsrauschmodelle untersucht und ihre Leistung bei der Modellierung der Eigenschaften der gemessenen Interferenz bewertet. Ebenfalls wird ein neuartiges Modell vorgeschlagen, bei dem das Ergebnis eine höhere Genauigkeit derWahrscheinlichkeitsdichtefunktion und bessere zeitliche Eigenschaften als die vorhandenen Modelle aufweist. Die beiden wesentlichen Erkenntnisse der Arbeit sind einerseits der Einblick in die Eigenschaften der gemessenen Interferenz sowie die Entwicklung eines neuartigen Modells mit verbesserter Leistung im Vergleich zu den vorhandenen Modellen. Die Ergebnisse der Arbeit können in Simulationen/Emulationen von 5G-Systemen verwendet werden und helfen, die Systemleistung bei industriellen Interferenzen zu untersuchen und zu verbessern.

Die Nachfrage nach Datenraten in der drahtlosen Kommunikation steigt rapide an, und es müssen Arrays mit einer hohen Anzahl von Elementen verwendet werden. Wenn die Anzahl der Elemente zunimmt, wird die Strahlbreite des Arrays immer schmaler und schließlich kann ein kleiner Bereich im Raum abgedeckt werden. Daher muss das Array bei einem sich bewegenden Ziel die Bewegung verfolgen und gleichzeitig den Hauptstrahl in Richtung des Ziels verändern. Eine der größten Herausforderungen ist die Abschätzung der Einfallsrichtung (DoA) eines auftreffenden Signals mit hoher Bandbreite (BW). Die vorhandenen DoA-Algorithmen funktionieren sehr gut für schmalbandige Szenarien, doch wenn die BW des Signals ansteigt, beginnen sich die meisten Algorithmen deutlich zu verschlechtern. Um dies zu kompensieren, ist entweder intensive Berechnung oder komplexe Hardware erforderlich. In dieser Arbeit wird eine neue Architektur vorgeschlagen, um die breitbandige DoA-Schätzung im Vergleich zu den bestehenden Lösungen effizient durchzuführen. In dem vorgeschlagenen Modell wird die Hauptantennengruppe in zwei Einheiten unterteilt: 1) Strahlformungseinheit (BF-U) und Ankunftsrichtungseinheit (DoA-U). Der Zweck der DoA-U ist es, die DoA des auftreffenden Signals zu schätzen, und die BF-U dient zum Senden und Empfangen von Daten. Die BF-U befindet sich im Zentrum und die Elemente der DoA-U sind Orte um sie herum. Während der DoA-Schätzung ist der BF-U inaktiv. Um die DoA zu schätzen, werden Zeitbereichsmerkmale des Signals ausgenutzt. Die Spitze des auftreffenden Signals wird bei jedem Element der DoA-U geschätzt, und dann werden die Verzögerungen zwischen ihnen geschätzt. Schließlich wird mit den Verzögerungen die DoA des Signals geschätzt. Außerdem haben die Elemente in der DoA-U separate HF-Ketten und arbeiten nicht als Array. Es ist erwünscht, dass das Ziel innerhalb der minimalen Half Power Beam Width (HPBW) des Beamforming (BF)-Arrays platziert wird, daher wird die maximal akzeptable Variation des Schätzfehlers durch die Grenzen der minimalen HPBW festgelegt. Insofern die beiden Einheiten getrennt sind, können in jeder Einheit verschiedene Antennentypen verwendet werden. Um den Effekt der Antenne bei der DoA-Schätzung zu reduzieren, müssen die Antennenelemente in der DoA-U außerdem einige Eigenschaften aufweisen. Die beiden wichtigsten Anforderungen sind, eine nicht-dispersive Impulsantwort (IR) im Winkelbereich und ein konstantes Strahlungsdiagramm innerhalb des Betriebs-BW zu haben. Basierend auf der Studie und den Simulationsergebnissen erfüllt die Rectangular Dielectric Resonator Antenna (DRA) alle Anforderungen. Darüber hinaus zeigen die Simulationsergebnisse, dass die vorgeschlagene Architektur für die DoA-Abschätzung verwendet werden kann. Außerdem können hohe Hardware-Komplexität und intensive Berechnungen vermieden werden. Für die Peak-Erkennung ist jedoch eine hohe Abtastfrequenz erforderlich. Schließlich ist zu beobachten, dass nur 4 Elemente in der DoA-U ausreichen, um die DoA für ein relativ großes Array abzuschätzen.

Modellierung des V2I-Kanals ist eine Herausforderung, da sich die Umgebung ständig ändert. Dies ist auf die sich ständig ändernde Verfügbarkeit von Hindernissen, die sich auf dem Weg zwischen der Mobilstation und der Basisstation befinden, zurückzuführen. Das Ziel dieser Arbeit ist die Anwendung eines bereits entwickelten Modells. Das Modell ist eine Anpassung eines aktuellen Transition-Modells und wurde bisher zur Beschreibung von Übergängen in einem V2I-Szenario bei einer Mittenfrequenz von 2,53 GHz verwendet. Ziel ist es, das Modell an neue Messdaten anzupassen, die in ähnlichen V2I-Umgebungen bei einer Mittenfrequenz von 3,75 GHz aufgenommen wurden. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung der Übergänge von Empfangsleistung für verschiedene Polarisationen. Zusätzlich werden die Statistiken sowie der Power-Delay-Profil (PDP) als auch der Doppler-Power-Spektrum (DPS) untersucht. Es lohnt sich zu erwähnen, dass die angestellte Beobachtungen bezüglich den Ergebnissen dieser Statistiken, unterschiedliche Lösungen zur Aufgabe von Extrahieren der Übergangszonen geliefert haben.

In dieser Arbeit wird ein neuer Ansatz für Mixed-Signal Verikationsmethoden mittels Emulation von Mixed-Signal Systemen in programmierbarer Logik vorgestellt, der eine energie- und zeiteziente Simulationsumgebung ermöglicht. Dies trägt zu einer neuartigen Lösung für den zeitaufwändigen Prozess der Validierung von integrierten Schaltungen mit Mixed-Signal Eigenschaften auf Systemebene bei. Die unterschiedliche Natur von analoger und digitaler Domäne hindert die direkte Anwendung von DES auf analoge Systeme. Um diese Einschränkung zu umgehen, wendet die in dieser Arbeit vorgeschlagene Simulationsmethode Oversampling im analogen Bereich an, wodurch eine feste Simulationsschrittbreite bereitgestellt und die Modellgenauigkeit verbessert wird. Das analoge Modell wird dann in System-C realisiert und anschließend zusammen mit dem digitalen Teil des Designs mittels HLS synthetisiert. Dies ermöglicht eine in sich geschlossene Simulationsumgebung für Mixed-Signal Datenströme, die deutlich höhere Simulationsgeschwindigkeiten erreicht als vergleichbare Simulationskonzepte. Darüber hinaus trägt das neuartige Verfahren zu einer kohärenten Verikationsmethodik für vollwertige Mixed-Signal Systeme bei. Um die Konsistenz innerhalb der Simulationsmethode zu gewährleisten, wird ein SDF Modell konzipiert und anschließend in der PYNQ Testbench mit Hilfe gebräuchlicher Designmethoden implementiert. Um die Qualität der neuartigen Methode zu bewerten, wird die Leistungsbewertung der PYNQ Testbench mit externen experimentellen Ergebnissen für einen anwendungsbezogenen Testfall verglichen. Basierend auf dieser Bewertung wird eine Schlussfolgerung gezogen, wie sich die vorgestellte Methode im Vergleich zu State of the Art Simulationsmethoden verhält.

Der Bereich der zerstörungsfreien Ultraschallprüfung (UNDT) beschäftigt sich mit der Aufgabe, Defekte in Festkörpern zu lokalisieren. Dafür ist eine hochauflösende Bildgebung von größter Bedeutung. Die Forschung zur UNDT befasst sich mit Rekonstruktionsverfahren, Modellen und Datenerfassungsmodalitäten zur Verbesserung der Bildqualität und der Fehlererkennung. Dafür werden große Mengen an Messdaten benötigt. In dieser Arbeit wird ein Compressed-Sensing-Modell für hochwertige Rekonstruktionen vorgestellt, das die Reduzierung der Messzeit und der Speicherkosten von Full-Matrix-Capture-Daten (FMC) ermöglicht. Zunächst wird ein parametrisches Modell für 2D-FMC-Daten eingeführt, das die Tensorstruktur dieser Art von Messung hervorhebt. Dieses wird dann um eine komprimierte Abtastung über Fourier- und räumliches Sub-Sampling erweitert. Das Problem der Schätzung der Position von punktförmigen Reflektoren aus vollständigen und komprimierten FMC-Daten wird mittels Herleitung der Cramer-Rao-Schranke (CRB) für die Standortparameter untersucht und ihr Grenzwertverhalten betrachtet. Dabei wird gezeigt, dass zwei Kanäle ausreichen, um eine endliche Varianz für die Position eines einzelnen Reflektors zu erreichen, und, dass räumliches Sub-Sampling einen Fernfeldgewinn ergibt. Mittels dieser Analyse wird eine Methode für das Design des räumlichen Sub-Samplings, basierend auf der worst-case CRB eines hypothetischen Reflektors, formuliert. Die Rekonstruktion der Defektpositionen wird als ein "Sparse-Signal-Recovery"-Problem betrachtet und mit dem Fast-Iterative-Shrinkage/ Thresholding Algorithmus (FISTA) gelöst. Details für eine matrixfreie Implementierung werden angesprochen. Die Ergebnisse der vorgestellten Rekonstruktionsmethode werden mit der renommierten Total-Focusing-Method (TFM) verglichen. Synthetische und reale Messdaten zeigen, dass der vorgestellte Ansatz auf unkomprimierten Daten zu einer höheren Auflösung als TFM führt. Bei Anwendung auf komprimierte Messdaten übertrifft er TFM weit, da Sub-Sampling-Artefakte reduziert werden. Schließlich wird gezeigt, dass TFM, obwohl es eine niedrigere Auflösung liefert, in einen progressiven Algorithmus überführt werden kann, der die Visualisierung während des Messvorgangs ermöglicht. Der dargestellte Ansatz mit FISTA ist hingegen auf komprimierte Daten anwendbar, die in weniger Messzyklen gesammelt werden können.

Hohe Datenübertragungsraten in der Kommunikationstechnik werden immer wichtiger. Es werden große Bandbreiten benötigt, die in niedrigen Frequenzbereichen nicht zusammenhängend verfügbar sind. Der komprimierende Analog-Informationswandler versucht, die Informationen direkt aus dem Analogsignal mit Compressed Sensing (CS) zu erfassen. Er arbeitet mit niedrigeren Raten, als von Nyquist gefordert. CS wird grundsätzlich verwendet, um Signale zu erfassen, die entweder spärlich oder komprimierbar sind. Der Random Demoldulator ist eine Anwendung der Theorie von CS mit dem Ziel, die Grenzen der klassischen Abtasttechniken auf der Grundlage des Shannon Nyquist Theorems zu überwinden. Eine der wichtigsten Komponenten dieses Konzepts, der Multiplikator, ist Gegenstand dieser Arbeit. Dieser soll ein hochfrequentes Signal mit einer Bandbreite von 8 GHz im Frequenzbereich 24 GHz bis 32 GHz mit einer pseudo zufälligen Pulsfolge von 1 und -1 über einem Frequenzbereich von 4 MHz bis 32 GHz multiplizieren. Um zu erforschen, ob der in dieser Arbeit betrachtete Vier-Quadranten-Multiplikator für das RD-Konzept in Millimeterwellen-Kommunikationssystemen angewandt werden kann, werden Simulationen in der Chipentwurfsumgebung Cadence Virtuoso durchgeführt. Es wird die Linearität, die Verstärkung und das Rauschverhalten dieser Schaltung analysiert. Einer der wichtigsten Aspekte in dieser Analyse ist das Herausnden der Grenzen der Schaltung bezüglich der Linearität bei hohen Frequenzen. Im Vergleich zu den üblichen Verstärkungs- und Rauschwerten für den Mobilfunk weist die Schaltung eine gute Linearität auf. Das Rauschen ist höher im Vergleich zu Schaltungen in der Literatur, aber es ist für die Anwendung ausreichend gut. Aus den in dieser Arbeit simulierten Ergebnissen ist ein positives Fazit zu ziehen. Allerdings gibt es noch einige Aspekte der Schaltung und des Random Demodulators, die weiter geprüft werden mussen.

Die jüngste Anwendung der Kommunikationstechnologie wurde im Bereich der unbemannten Luftfahrzeuge (UAVs) für seine zahlreichen Anwendungen wie Militär-, Such- und Rettungseinsätze, Überwachung und Aufklärung usw. gefunden. Mit der Konvergenz von LTE-Kommunikation (Long-Term Evolution) und UAV kann eine zuverlässige Netzwerkkonnektivität und -abdeckung bereitgestellt werden, was für Katastrophenhilfeanwendungen bei einem Netzwerkausfall von immenser Bedeutung ist. Für die Luftbewertung im Rahmen dieser Masterarbeit wird die Drohnen-Benutzerausrüstung mit Nokia Flexizone verbunden, einer Basisstation mit 3GPP LTE Freigabe 14 Technologie über die Luft Schnittstelle. Innerhalb der Arbeit wird für die betrachtete intrafrequente Übergabe (HO) ein Marke-vorher-Pause-Verfahren mit der Integration von synchronem Zufallszugriffs - weniger als Übergabealgorithmus implementiert. Eine Messreihe von Drohnen-Antriebstests und Gehtest wurde durchgeführt, um die Ergebnisse in Bezug auf Netzwerksignalstärke, Referenzleistungssignal (RSRP), Signal-Rausch-Verhältnis (SNR), Durchsatz, Anzahl der ausgelösten HO und die Verzögerung zu bewerten. In HO mit Richtungs- und Omni-Richtungsantenne erfahren. Die Ergebnisse der Messreihe zeigen, dass die UE während des Drohnen-Antriebstests die Signaleigenschaften verbessert hat, da die Messungen über den Luft-zu-Boden (A2G)-Kanal durchgeführt werden. Die Gehtestmessungen ähneln jedoch eher einem herkömmlichen Netzwerkaufbau, und eine zuverlässige Netzwerkverbindung war aufgrund einer Vorortumgebung mit dichten Bäumen eine Herausforderung. Bei Drohnen-Antriebstests sind die ausgelösten HO aufgrund der Eigenschaften der Richtantenne geringer als bei der omnidirektionalen Antenne, und die minimale erfahrene HO-Verzögerung beträgt 20 ms. Die Gehtestmessungen führten zu einer reduzierten Anzahl von HO mit Richtungsantenne mit einer minimalen Verzögerung von 40 ms ausgelöst. Die Messreihe bietet großartige Einblicke in die Luftkommunikation, indem die Drohne als UE für 3GPP LTE-Konnektivität in den Ereignissen der Katastrophenhilfe und des Katastrohenmanagements verwendet wird.

In dieser Arbeit wird ein Modell entwickelt, das die typischerweise bei Homodynempfängern auftretenden Verzerrungseffekte beschreibt. Dafür wird ein frequenzunabhängiger Ansatz für die Modellierung von In-Band Intermodulationsverzerrungen (IMDs) und I/Q Imbalance um den Aspekt der Frequenzabhängigkeit erweitert. Die Bestimmung der zugehörigen Modellparameter wird für den typischen Fall der Zweitonanregung ausführlich erläutert. Anschließend wird das entwickelte Modell verwendet, um ein Software-Defined Radio (SDR) des Typs Universal Software Radio Peripheral (USRP) X310 mit UBX160 Daughterboard zu charakterisieren. Um das frequenzabhängige Verhalten der Nichtlinearitäten dritter Ordnung sowie I/Q Imbalance des X310 zu erfassen, werden Zweitonmessungen im Frequenzbereich von 1 bis 6 GHz mithilfe des Modells ausgewertet. Dabei wird deutlich, dass die Verzerrungen durch I/Q Imbalance überwiegen. Außerdem werden die Verhältnisse der Modellparameter mit dem Intermodulationsabstand und dem Spiegelfrequenzunterdrückungsfaktor (IRR) des SDRs verglichen. Somit wird bestätigt, dass der in dieser Arbeit vorgestellte Modellansatz geeignet ist, um die bei Homodynempfängern auftretenden Verzerrungseffekte frequenzabhängig zu modellieren.

Diese Masterarbeit widmet sich der Reduzierung der beobachteten Werte des hohen Peak-to-Average-Power-Ratio (PAPR) in orthogonalen Frequenzmultiplexsignalen (OFDM) für eine lineare und energieeffiziente Betrieb von Leistungsverstärkern (PAs) in der mobilen Kommunikation. Ein OFDM-Signal mit mehreren Trägern hat folgende Eigenschaften erwies sich als effiziente Übertragungstechnik in frequenzselektiven Fading-Kanälen. Einer von die größten Nachteile sind jedoch die hohen PAPRs, die durch die Gauß-ähnliche Verteilung der Zeit verursacht werden Domänenwellenform. Diese hohen Peaks der OFDM-Wellenformen bewirken, dass die PA über die Sättigung hinausgeht Punkt, was zu einer stark nichtlinearen Verzerrung des Sendesignals führt. Nichtlineare Effekte verschlechtert die Signalqualität, indem es zu In-Band und Out-of-Band Signalverzerrungskomponenten führt. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine rechnerisch effiziente PAPR-Reduktionslösung vorzuschlagen für Symbole der Langzeitevolution (LTE). Das Problem der hohen PAPR im OFDM-System wird formuliert als konvexes Machbarkeitsproblem. Suche nach einer praktikablen Lösung durch Projektion des gegebenen OFDM-Signal auf geschlossene konvexe Mengen im Zeit- und Frequenzbereich, so dass das gezielte PAPR wird mit einer vernünftigen Bitfehlerrate (BER) Leistung erreicht. Die Lösung der PAPR-Machbarkeit Problem hält den PAPR aller datenführenden Symbole im LTE-System immer unter oder gleich dem von den angestrebten PAPR-Wert. Konventionelle Einschränkungen im Frequenzbereich für dieses Machbarkeitsproblem setzen sich aus den Techniken zusammen, die auf Frequenzbereichsparametern basieren, wie z.B. Fehlervektor Größe (EVM), aktive Konstellationserweiterung (ACE) und Out-of-Band (OOB) Filterung. Die Schnittmenge aller geschlossenen konvexen Mengen des Frequenz- und Zeitbereichs führt zu einer realisierbaren Menge mit der Lösung für unser PAPR-Machbarkeitsproblem. Analyse des PAPR Machbarkeitsproblems in Bezug auf die konventionelle Frequenz und Zeit Domänenbeschränkungen, die in verschiedenen Projektionsmethoden (POCS, rPOCS und GPR) verwendet werden, zeigen, dass die der am wenigsten erreichbare PAPR-Wert, der die definierten Zeit- und Frequenzbereichsbeschränkungen erfüllt, beträgt 7,2 dB. Daher werden zwei neue Frequenzbereichseinschränkungen vorgeschlagen, um eine gezielte PAPR von 6 dB zu erreichen. Die Parameter der beiden vorgeschlagenen Frequenzbereichseinschränkungen werden in einer Simulation approximiert Umgebung, die als Verfahren 1 und Verfahren 2 definiert ist, so dass der PAPR von 6 dB für alle folgenden Punkte erreicht wird die PDSCH-Symbole mit einer besseren BER-Leistung. Simulative Analyse eines der vorgeschlagenen Produkte Frequenzbereichsbeschränkung, die als quadratisch verzerrter ACE-Beschränkungssatz bezeichnet wird, demonstrierte eine BER von 108 für uncodierte PDSCH-Symbole unter AWGN-Kanalumgebung bei einem SNR-Wert von 17 dB, während alle PDSCH-Symbole PAPR_ 6 dB haben.

In diesem Artikel stellen wir die Einschränkungen des traditionellen Radars vor. So wurde Synthetic Aperture Radar (SAR) eingeführt. Wir haben zuerst ein 3D SAR-Modell gebaut. Da das 3D Ultraschall-Modell jedoch dem SAR-Modell ähnelt, haben wir auch ein 3D Ultraschall-Modell erstellt und die beiden Modelle verglichen. Wir haben dann sieben SAR-Algorithmen untersucht. Wir werden alle im Fall von 3D erklärt. Da 3D gut funktioniert, muss auch 2D passieren. Diese sieben Algorithmen sind jeweils Back-Projection (BP) Algorithmus, Delay-and-Sum (DAS), Optical Algorithmus, Time Domain Correlation (TDC) Algorithmus, Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) Algorithmus, Fast Iterative Shrinkage Thresholding (FISTA) Algorithmus und Orthogonal Matching Pursuit (OMP) Algorithmus. Der DAS-Algorithmus muss berechnet werden, nachdem alle Messungen abgeschlossen sind. Der BP-Algorithmus verbessert dies und kann in der Messung berechnet werden. Die Geschwindigkeit des optischen Algorithmus hängt davon ab, wie viel Fokus eingestellt ist. Der TDC-Algorithmus ist ein genauer, aber zeitraubender Algorithmus. Der SAFT-Algorithmus ist gut fokussiert, aber die Berechnungen sind komplex. Der FISTA- und OMP-Algorithmus kann auch gut fokussiert sein, die Iteration ist jedoch komplex und zeitaufwändig. Als nächstes untersuchten wir die Cuda-Beschleunigung. Wir haben vorgestellt, wie Cuda im Matlab angewendet wird. Wir haben zwei Algorithmen beschleunigt: den BP-Algorithmus und den SAFT-Algorithmus. Der BP-Algorithmus wurde erfolgreich beschleunigt. Leider konnten wir den SAFT-Algorithmus nicht beschleunigen. Zum Schluss geben wir die Simulationsergebnisse verschiedener Algorithmen an. Aufgrund der Begrenzung des Papierformats geben wir jedoch nur die Simulationsergebnisse des BP, SAFT, Optical und TDC-Algorithmus mit den Simulationsdaten an. Außerdem werden die Simulationsergebnisse von BP, SAFT und TDC-Algorithmen unter realen Daten angegeben.

Die Materialprüfung sichert in der Fertigung den Ausschuss von mit kritischen Fehlern behafteten Bauteilen und ermöglicht die Überwachung der Infrastruktur. Die Ultraschallprüfung (UP) ist eine ihrer Hauptmethoden. Da die Bildqualität von Ultraschallrohdaten nicht ausreicht um die innere Struktur eines Objektes zu visualisieren, werden die Rohdaten oft nachverarbeitet. Post-processing Techniken existieren zur Verarbeitung von maschinell aufgenommenen UP-Messdaten. Der Großteil der UP erfolgt jedoch händisch. Die Nachverarbeitung solcher Messdaten ist aufgrund der fehlenden Positionsinformation schwierig. Wenn jedoch das Messsystem befähigt wird, die Positionsinformation mit zu erfassen, wird eine Nachverarbeitung möglich. Damit kann das visuelle Feedback an den Prüfingenieur, z.B. durch Assistenzsysteme, verbessert werden. Eine der verbreitetsten Nachverarbeitungsmethoden ist die Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT). Zur Anwendung von SAFT auf handaufgenommene Prüfdaten existieren kaum Vorarbeiten. Im Vergleich zu maschinell aufgenommenen Daten sind bei handaufgenommenen Daten die Abtastung ungleichmäßig und die Messpositionen nicht exakt bekannt. Um den Einfluss dieser Fehlergrößen zu ermitteln vergleicht die vorliegende Arbeit den maschinellen Messaufbau mit der Handprüfung und leitet fünf Größen her: eine gröbere Abtastung, ungleichmäßige Verteilung der Messpositionen, eine niedrigere Abdeckung der Prüfregion, Positionsungenauigkeiten und variierender Anpressdruck. Zu den ersten zwei Größen existieren bereits Vorarbeiten, aus denen ihr Einfluss ermittelt werden kann. Des Weiteren unterliegen die ersten drei Größen den Messentscheidungen des Prüfingenieurs und können nicht beeinflusst werden. Infolgedessen liegt der Schwerpunkt der Arbeit auf der Untersuchung der letzten drei Größen durch zwei Simulationsstudien. Die erste untersucht den Einfluss der ungenauen Positionsschätzung sowie variierender Abdeckung, die zweite den Einfluss des Anpressdrucks. Zur Auswertung werden die Rekonstruktionsergebnisse mit der SAFT-Rekonstruktion von simulierten maschinellen Messdaten verglichen. Es wird gezeigt, dass der Einfluss der genannten Faktoren unter geeigneten Bedingungen tolerierbar ist und damit eine SAFT-Rekonstruktion handaufgenommener Daten möglich ist. Die Ergebnisse können als Grundlage für die Entwicklung von Assistenzsystemen genutzt werden.

Fahrassistenzsysteme überwachen und werten die Fahrzeugumgebung unter anderem mittels Dauerstrichradarsensoren aus. Das Ausleuchten der Umwelt geht mit der zufälligen Wahrscheinlichkeit gegenseitiger Beeinträchtigung einher, wodurch die Erkennbarkeit anderer Verkehrsteilnehmer eingeschränkt wird. Unterschiedliche Interferenzfälle wurden in einer Absorberkammer aufgenommen um das Ausmaß der Beeinträchtigung abzuschätzen. Mehrere Ansätze zur Erkennung fremder Signale wurden vorgestellt und unter Anbetracht von Fehlerraten und Effizienz verglichen. Die Überwachung des Spiegelbandes einer komplexen Basisband Architektur wurde als vielversprechend betrachtet, was durch eine Implementierung bestätigt werden konnte. Genaue Lokalisierung beschädigter Messwerte geschieht durch eine Zeit-Frequenz Analyse basierend auf der spektralen Leistungsverteilung. Anschließend soll Interferenzminderung die Signalqualität wiederherstellen, was sich in einem höheren Signal-Rausch-Verhältnis wiederspiegelt. Untersuchungen folgender Methoden wurden angewandt: Dämpfung und Auslöschung beeinträchtigter Daten, Auffüllen des Zeitsignals unter Verwendung der Korrelation mit ungestörten Daten, sowie die Signalrekonstruktion durch spektrale Analyse dominanter Objektfrequenzen. Angewandt auf unterschiedliche Testfälle wurden verarbeitete Datensätze qualitativ miteinander verglichen. Unter genauerer Betrachtung konnten Parameter zur Optimierung der Lösungsansätze aufgezeigt werden, sodass die genannten Techniken nun angepasst und in die Signalprozessorarchitektur eingebunden werden können.

Die moderne, drahtlose Kommunikationstechnik ist geprägt vom Streben nach immer höheren Datenraten. Die dafür notwendige große, zusammenhängende Bandbreite kann in Zukunft nur noch bei sehr hohen Frequenzen gefunden werden. Um diese Bänder nutzen zu können sind innovative Empfängerkonzepte notwendig. In dieser Arbeit wird untersucht, in wie weit das Konzept des Six-Port für einen 28 GHz Beamforming-Empfänger Anwendung finden kann. Dabei werden zunächst die grundsätzlichen Unterschiede der Six-Port Technologie zu klassischen, auf Multiplikation basierenden Mischerkonzepten dargelegt und bewertet. Im zweiten Teil der Arbeit wird das Six-Port-Konzept dann auf eine aktive, integrierte Empfängerschaltung in 0.25[my]m SiGe Technologie von IHP übertragen, um eine kompakte und performante Empfängerschaltung zu generieren. Der Fokus liegt dabei auf den Herausforderungen und Limitationen der einzelnen, hierfür notwendigen Schaltungsblöcke. Im Anschluss daran wird die Schaltung mit den in Cadence zur Verfügung stehenden Simulationstools ausführlich charakterisiert. Den Abschluss der Arbeit stellt eine Einordnung der Simulationsergebnisse und ein Vergleich mit vorhandenen Technologien dar. Weiterhin folgt ein Ausblick auf mögliche Anwendungen sowie zukünftige Entwicklungsschritte der vorgestellten Schaltung.

Zuverlässige und fehlerfreie vehicle to everything (V2X) Kommunikation ist eine Schlüsselvoraussetzung für autonomes Fahren. Um herauszufinden wie geeignete Systeme entworfen werden müssen, bedarf es einer gründlichen Untersuchung des V2X Kommunikationskanales. Die Auswertung von passenden Messdaten ist dabei ein Ansatz. Aufgrund der hohen Mobilität und der Vielzahl an möglichen Szenarien, sind solche Untersuchungen nicht trivial. In der vorliegenden Arbeit mache ich einen Vorschlag für eine strukturierte und skalierbare Art, die unterschiedlichen Szenarien zu modellieren. Ich beschreibe weiterhin eine Methode zur Auswertung instationärer Kommunikationskanäle, welche unter Verwendung von zweidimensionalen Slepian Sequenzen so genannte generalized local scattering functions (GLSFs) bestimmt. Ich erkläre wie diese Fensterfunktionen parametriert werden und wende diese Methode auf Daten an, welche in V2X channel sounding Messungen bei 2,53GHz aufgenommen wurden. Ich berechne large-scale Parameter (large-scale fading, delay spread, delay window, Doppler spread) und Stationaritätszeiten und -distanzen. Ich präsentiere und diskutiere beispielhafte Ergebnisse, vergleiche fading und Stationaritätslängen verschiedener Messungen und diskutiere die Beobachtungen. Die Resultate des large-scale fadings und der spreads zeigen eine Abhängigkeit von der jeweiligen Situation und den Antennenpostionen an den Fahrzeugen. Die Stationaritätswerte ändern sich signifikant für Innenstadt-Szenarien, während sich für die gezeigten Autobahn-Szenarien nur geringe Änderungen zeigen. Auch für die Werte des delay spread und delay window gibt es bedeutende Unterschiede zwischen den Messungen in der Innenstadt und auf der Autobahn.

Ultrabreitband (UWB)-Sensoren verfügen über eine große absolute Bandbreite. Diese ermöglicht es, Objekte mit einer äußerst hohen Genauigkeit zu lokalisieren, insbesondere wenn die Objekte einen UWB-Sender tragen und aktiv mit dem Lokalisierungssystem kooperieren. Daher werden UWB-Radare in zahlreichen distanzbasierten Lokalisierungsanwendungen eingesetzt. Die Genauigkeit wird allerdings von diversen Faktoren beeinflusst, wie zum Beispiel den Antennencharakteristika, Empfängerpositionen und vom Objekt verursachte Abschattungen. Falls diese Einflüsse unbekannt sind, wird die Lokalisierungsgenauigkeit negativ beeinflusst. Die Genauigkeitsanforderungen verschiedener Lokalisierungsanwendungen hängen von spezifischen Eigenschaften der Anwendungen ab. Beispielsweise ist für die dynamische Werkzeugverfolgung in einer Industriehalle mindestens eine Zentimetergenauigkeit erforderlich, während die Dezimetergenauigkeit für die Verfolgung von pflegebedürftigen Patienten in Krankenhäusern geeignet sein kann. Bei der Entwicklung eines Lokalisierungssystems spielen neben der Genauigkeit unter anderem auch die Kosten und Komplexität eine sehr große Rolle. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung unterschiedlicher Einflüsse auf die Genauigkeit der distanzbasierten UWB-Lokalisierung. Der Fokus wird hierbei auf die Geometrische Verschlechterung der Genauigkeit (GDOP) gelegt. Zunächst werden verschiedene Parameter eingeführt, mit deren Hilfe die Geometrische Verschlechterung der Genauigkeit bereits in der Literatur beschrieben ist. Diese Parameter werden als nächstes im Rahmen einer Simulationsstudie und anschließend mit Messdaten verifiziert. Zusätzlich wird ein Konzept entwickelt, die Topologie des Lokalisierungssystems bei unterschiedlicher Kanalanzahl hinsichtlich der geometrischen Verschlechterung der Genauigkeit zu optimieren, um eine Aussage darüber treffen zu können, ob ein zusätzlicher, in der Regel sehr kostenintensiver Kanal sinnvoll ist oder auf diesen verzichtet werden kann.

Der individuelle Radarquerschnitt (RCS) jedes typischen Fahrzeugs und Fußgängers ist sehr wichtig für die Erkennung, Verfolgung und Klassifizierung in Automobilradaranwendungen, wie zum Beispiel Fußgängerschutzsystemen und automatischen Notbremssystemen (AEB). Neben den oben genannten typischen Radaranwendungen wird in dieser Arbeit die Verwendung der bistatischen RCS von Fahrzeugen zur Modellierung von Bestandteilen im Ausbreitungskanal von Szenarien der Car-to-Car-Kommunikation untersucht. Dazu werden RCS-Simulationen mittels ANSYS-HFSS im Kommunikationsfrequenzband von 2,4 GHz ausgewertet. Das entwickelte parametrische 3D-Modell typischer Fahrzeuge basiert auf realen KFZ-Abmessungen zwischen VW Up und VW Touareg. Die Formen des 3D-Modells können vom Kleinwagen bis zum High-End-SUV variieren, darunter verschiedene Arten von Minivans und Limousinen. In 432 parametrischen Variationen in Höhe, Breite und Länge verschiedener Fahrzeugteile wurden Datensätze der bistatischen RCS simuliert. Da es nicht möglich ist, diese große Datenmenge direkt in der Fahrzeugkanalschätzungssimulation anzuwenden, werden bestimmte statistische Informationen der Verteilungen der RCS-Werte basierend auf Fahrzeugszenarien und einigen Annahmen extrahiert. Danach wird das statistische RCS-Modell oder das Streuungsmodell der Fahrzeuge für das spezifische Fahrzeugszenario unter Verwendung der statistischen Information entwickelt.

Im Vergleich zu bisherigen 4G-basierten Kommunikationssystemen (LTE) bietet die nächste Mobilfunkgeneration 5G ein Vielfaches an spektraler Effizienz, eine höhere Nutzerdichte pro Zelle sowie die Kommunikation mit ultra-geringer Latenz und ultra-hoher Zuverlässigkeit. Ein wesentliches Merkmal eines 5G Mehrnutzer-Mehrantennen-Downlink-Systems ist die Linkadaption mittels effizientem Precoding (Vorcodierung) der Sendesignale. In der derzeitigen 3GPP-Standardisierung (Release 15) werden zwei verschiedene Codebuch-basierte Vorcodierverfahren (Type-I und Type-II) für die Anwendung mittels zwei-dimensionalen Antennenarrays an der Basisstation diskutiert. Im Vergleich zu den Vorcodierern basierend auf explizitem Feedback der Kanalmatrix zwischen Sender und Empfänger ermöglichen Codebuch-basierte Vorcodierer eine signifikante Reduktion des Feedback-Overheads. In dieser Masterarbeit wird die Leistungsfähigkeit der beiden Vorcodierer in Bezug auf die erzielbare Transinformation (mutual information) und des Feedback-Overheads für verschiedene Kanalszenarien analysiert und verglichen. Numerische Ergebnisse für Rang-1 Kanäle zeigen eine bessere Performance des Type-II Vorcodierers gegenüber dem Type-I Vorcodierers auf Kosten einer erhöhten Feedbackrate.

Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Entwicklung eines zirkularpolarisierten, dualbandigen Basismoduls für ein Antennen-Array für die ISM-Frequenzbänder 863-870 und 902-928 MHz. Das Antennen-Array ist für den Einbau in mobile Roboter, die RFID-Aufgaben wahrzunehmen haben, vorgesehen. Es werden theoretische Aspekte erklärt und Entwicklungsmöglichkeiten diskutiert, um das bestgeeignete Basismodul (Antenne) zu entwickeln. Zwei Varianten der Patchantennen sind hierbei in die engere Auswahl aufgenommen und mittels einer Spezialsoftware simuliert worden, eine dualbandige Antenne (Stacked Patch Antenna) und eine breitbandige Antenne (Single Patch Antenna). Das ungewollte, aber bei Patchantennen übliche, V-förmige Verhalten des axialen Verhältnisses über den Frequenzbändern wurde erfolgreich vermieden. Prototypen der entwickelten Antennen wurden aufgebaut und im Antennenmesslabor der TU Ilmenau gemessen. Die Messergebnisse weisen eine gute Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen in Bezug auf Öffnungswinkel und Rückflussdämpfung auf. Im Ergebnis dieser Masterarbeit werden zwei für die Entwicklung von Antennen-Arrays zum Einsatz in RFID-Anwendungen, u.a. in mobilen Robotern, geeignete Antennenvarianten vorgestellt.

Richtungschätzung (DOA-Schätzung) behandelt das Problem der Bestimmung der Richtungen, aus denen Radiowellen auf ein Antennenarray auftreffen. In den letzten Jahren liegt ein wesentlicher Forschungsschwerpunkt in der DOA-Schätzung auf der Entwicklung von Ansätzen, die den Hardwareaufwand minimieren und gleichzeitig die gewünschte Schätzgenauigkeit bereitstellen. Durch die lineare Kombination von Antennenausgängen zu einer geringen Anzahl von Empfängerkanälen tragen kompressive Antennenarrays zu dem Ziel bei, eine größere Apertur mit reduzierter Hardware-Komplexität bereitzustellen. Der Entwurf einer Kombinationsmatrix, durch der solche linearen Kombinationen modelliert sind, ist ein Thema dieser Arbeit. In dieser Arbeit entwickeln wir eine Methodik für den Entwurf der Kombinationsmatrix, der für die 2D-DOA-Schätzung anwendbar ist. Motiviert durch die bisherigen Entwicklungen in diesem Bereich, basiert unser Entwurf auf der räumlichen Korrelationsfunktion (spatial correlation function -SCF) der Antenne. Mit der Notwendigkeit, die SCF in Elevation als auch in Azimut zu betrachten, wird die Gesamtgröße des resultierenden Optimierungsproblems untragbar. Daher schlagen wir einen Entwurf mit reduzierter Größe vor, der die variierenden SCF-Änderungsraten in Azimut und Elevation ausnutzt, die für viele praktische Arrays üblich sind. Wir testen den vorgeschlagenen Entwurfsansatz an einem (planaren) uniformen kreisförmigen Antennenarray (uniform circular array - UCA) und einem zylindrischen Antennenarray (einem gestockten UCA). Für beide Array-Typen bewerten wir die Leistungsfähigkeit unseres optimierten Entwurfs über der Gesamt-SCF-Differenz und der Cramer-Rao-Schranke (CRB) und vergleichen es mit einer zufällig erzeugten Kombinationsmatrix. Das ursprüngliche Antennenarray das kein Kombinationsnetzwerk hat, dient als Maßstab in unserer Bewertung. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Kombinationsmatrix, die unter Verwendung des SCF-basierten Ansatzes mit reduzierter Größe entworfen wurde, bei beiden Metriken im Vergleich zu der zufällig gezogenen Kombinationsmatrix wesentlich besser funktioniert. Insgesamt ermöglicht der vorgeschlagene Entwurfsansatz eine signifikante Verringerung der Entwurfskomplexität bei relativ geringer Verschlechterung der Leistungsfähigkeit.

In den letzten Jahren haben internationale Mobilfunkorganisationen wie das 3rd Generation Partnership Project (3GPP) und das von der europäischen Union initierte Wireless World Initiative New Radio (WINNER) Projekt Modelle zur Kanalsimulation publiziert, um der Forschung ein einheitliches Werkzeug bereit zu stellen. Mit dem WINNER Projekt wurde auch eine MATLAB® Implementation des Kanalmodells veröffentlicht. Die neusten 3GPP-Kanalmodelle basieren auf dem WINNER-Modell. Das Modell wurde von 3GPP an die Anforderungen der 4. und 5. Mobilfunkgeneration angepasst. Dafür musste in erster Linie der gültige Frequenzbereich erweitert werden. Außderdem wurden neue Parametersätze und zusätliche Modellierungsoptionen eingeführt. In der vorliegenden Arbeit werden die Kanalmodelle nach TR 36.873, 3GPP TR 38.901 und WINNER II untersucht und verglichen. Es soll festgestellt werden, ob sich die Modelle in einer generischen Implementierung realisieren lassen. Dazu werden die Parameter und Berechnungsschritte verglichen und auf einen gemeinsamen Kern zusammengefasst. Dem Leser wird der Anwendungsbereich der Modelle vermittelt und aufgezeigt, welche Parameter für das Modell nötig sind. Alle im Rahmen dieser Arbeit vorgenommen Modifikationen und Erweiterung an dem bestehenden WINNER-Code werden dem Leser frei zur Verfügung gestellt.

Fahrzeug-zu-Fahrzeug (V2V) Kommunikation ist ein wichtiges Thema aktueller Forschung und Entwicklung, um den Straßenverkehr sicherer und effizienter zu gestal- ten. Zur Entwicklung solcher Kommunikationssysteme sind eine detaillierte Kenntnis des mobilen Kanals und die Entwicklung realistischer Kanalmodelle entscheidend. In dieser Arbeit werden die Beiträge mobiler Objekte innerhalb des V2V Kanals charakterisiert. Dafür werden zwei Ansätze untersucht. Zum einen wird ein Cluster-Tracking-Algorithmus entwickelt, bestehend aus dem KPowerMeans initialisiert mit dem Improved Subtractive und einem Kalman-Filter, und angewendet, um Gruppen von Mehrwegekomponenten (MPCs) in gemessenen Kanaldatensätzen zu finden und deren Entwicklung zu verfolgen. Anschließend werden GBSCM-Parameter abgeleitet. Zum anderen wird eine Methode entwickelt, um den parametrischen MPC-Datensatz auf ein äquidistantes Abtastraster zu bringen, wodurch Stationaritätsanalysen sowie die Anwendung einer Background-Subtraction-Methode aus der Videosignalverarbeitung ermöglicht werden. Zusammengefasst tragen mobile Objekte durch zusätzliche MPCs Leistung zum Kanal bei, wobei diese als mobile Cluster aus Einfach- und/oder Mehr- fachreflektionen auftreten.

Die Untersuchung einer großen Anzahl von multiple-in multiple-out (MIMO) Funkkanalmessungen zeigt, dass Mehrwegekomponenten (MPCs) in Gruppen auftreten, die als Cluster bezeichnet werden. MPCs in einem Cluster sind sehr ähnlich wobei sie sich von MPCs in anderen Clustern unterscheiden. Die Ähnlichkeiten bzw. Unterschiede hängen stark mit den Eigenschaften der MPCs zusammen wie Laufzeit oder Einfallswinkel. Mittlerweile sind clusterbasierte Kanalmodelle weit verbreitet z.B. in standardisierten Modellen wie COST 2100, 3GPP Spatial Model (SCM) und WINNER. Daher ist die Untersuchung von Clusteralgorithmen ein wichtiges Thema für MIMO Kommunikation. Der K-means Algorithmus, der zu den partitionierenden Methoden gehört, ist einer der bekanntesten und am weitesten verbreiteten Clusteralgorithmen. Zu Beginn werden die MPCs initialen Clusterschwerpunkten zugewiesen. Anschließend wiederholt der Algorithmus den Schritt der Expectation-Maximization (EM) Methode um das optimale Clusterergebnis zu erreichen. Für den K-means Algorithmus gibt es mehrere Erweiterungen wie K-Power-means (KPM) und Fuzzy-c-means (FCM). K-means benötigt vor Beginn Informationen über die Anzahl der zu bestimmenden Cluster. Er kann keine nicht-konvexen Cluster erkennen und findet unter Umständen nur lokale Optima. Der Multiple Reference Detection of Maximum Separation in Space (MR-DMS) Algorithmus aus der Familie der hierarchischen Clusteralgorithmen kann einige Beschränkungen des K-means Algorithmus überwinden. MR-DMS scannt den Datenraum von verschiedenen Referenzpunkten aus und trennt die MPCs aus einem Cluster in verschiedene an der Position des größten Abstandes. MR-DMS benötigt keine vorherige Information über die Anzahl der Cluster und kann auch nicht-konvexe Cluster erkennen. Allerdings tendiert er dazu, in dünnbesetzten Datenräumen schlecht zu funktionieren. Diese Arbeit ist auf den dichte-basierten Clusteralgorithmus Kernel-Power-Density (KPD) fokussiert. Er berücksichtigt nur eine Anzahl (k) benachbarter MPCs um die Dichte zu berechnen, die so viele Informationen des lokalen Raumes wie möglich enthält. KPD führt eine relative Dicht ein, um den Abstand zwischen lokalen Räumen mit verschiedenen Dichtewerten zu verringern, was bedeutet, die möglichen Schwerpunkte mit geringerer Dichte werden nicht einfach verworfen. KPD benötigt keine vorherige Information über die Anzahl der Cluster. Als letzten Schritt des KPD Algorithmus können Cluster, die sehr dicht beieinander liegen, zusammengefasst werden (Merging). Diese Arbeit validiert die Leistung des Algorithmus und optimiert die Parameterauswahl. Die referenzierte Methode bestimmt k nur anhand der Anzahl der MPCs in einem Snapshot und setzt x konstant auf 0.8. Nach verschiedenen Simulationen des KPD mit Datensätzen, die sich in der Anzahl der Cluster (NCl) sowie der Anzahl der MPCs pro Cluster unterscheiden, wurde herausgefunden, dass eine Bestimmung von k anhand der Anzahl der MPCs pro Cluster akkuratere und stabilere Clusterergebnisse ermöglicht, als eine Bestimmung nach der Anzahl der MPCs pro Snapshot. Intuitiv ist klar, dass der Referenzschwellwert x nicht für verschiedene Datensätze und Szenarios gut funktionieren kann. Diese Arbeit schlägt vor, x aus den relativen Dichten einiger ausgewählter MPCs in der Nähe des Schwerpunktes zu berechnen, was sicherstellt, dass Cluster, die angemessen nah beieinander liegen, zusammengefasst werden. Im letzten Abschnitt der Ergebnisanalyse wird der KPD Algorithmus mit zwei anderen vielversprechenden Algorithmen an WINNER-Datensätzen verglichen mit verschiedenen NCl, Anzahlen an MPCs pro Cluster und Azimuth Spreads am Empfänger (ASA). Es zeigt sich, dass KPD mit der vorgeschlagenen Parameterbestimmung IS und MR-DMS in bestimmten Szenarios übertrifft.

Viele Industriezweige haben hohe Qualitätsansprüche an die verwendeten Materialien, was sich in den Anforderungen an die Untersuchungsverfahren dieser niederschlägt. Die Erkennung kleinster Fehler ist essentiell, wobei die Untersuchungsdauer, die Kosten und die Automatisierung der Prüfung an Bedeutung gewinnen. Die Zerstörungsfreie Prüfung (ZfP) bietet die Möglichkeit, das Innere eines Werkstückes zu charakterisieren, ohne es zu permanent zu beeinflussen. Ein kostengünstiges und flexibles bildgebendes Verfahren ist die Ultraschallprüfung. Dabei werden Ultraschallpulse in den Prüfkörper eingebracht, welche an Fehlerstellen wie z.B. Rissen oder Lufteinschlüssen aufgrund von akustischen Impedanzunterschieden zur Ausbildung von Echos führen. Die Echoamplitude hängt von der vom Ultraschallwandler eingestrahlten Energiemenge ab. Große Wandlergruppen (Arrays) bieten die Möglichkeit, mehr Energie in den Prüfling einzubringen. Damit geht die Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und eine höhere Wahrscheinlichkeit bei der Erkennung kleinster Fehler einher. Zudem ermöglichen Arrays die Strahlfokussierung (beamforming) und die Strahlschwenkung (beam steering). Das Beamforming wird in kommerziellen Ultraschall-Prüfgeräten im digitalen Teil der Signalverarbeitung durchgeführt. Dafür werden schnelle, hochauflösende Analog-Digital-Wandler und eine leistungsfähige Signalverarbeitung benötigt, was zu steigender Hardwarekomplexität führt und die Leistungsfähigkeit der Verfahren einschränkt. Diese Restriktionen können durch Compressed Sensing umgangen werden. CS verfolgt die Idee direkt eine komprimierte Version von Signalen zu messen. Diese Masterarbeit untersucht die Anwendbarkeit von CS in mehrkanaligen Hardware-Architekturen für Ultraschallprüfung-ZfP. Aus Prinzipien und Umsetzungen von CS in der drahtlosen Kommunikation und RADAR wird eine Hardwarearchitektur abgeleitet. Es wird ein Framework in MATLAB implementiert. und Simulationen zur Verifizierung der Funktionsweise sowie zur Analyse der Performance des Konzeptes durchgeführt. Die Simulationen zeigen, dass drei implementierte Arten von Kompressionsmatrizen eine Datenreduktion um Faktor 20 mit nur vernachlässigbaren Einbußen der Rekonstruktionsqualität bei moderaten SNRs erreichen. Abschließend werden mögliche Verbesserungen und die zum Aufbau eines Prototypen notwendigen Schritte diskutiert.

Im Hochfrequenzbereich werden Messobjekte üblicherweise mit einem Netzwerkanalysator charakterisiert. Die ermittelten S-Parameter vermögen durch die sequentielle Messung schnell variierende Messobjekte nicht ausreichend zeitlich aufgelöst zu charakterisieren. Eine breitbandige Messung ermöglicht es, vergleichbare Messungen schneller durchzuführen. Die M-Sequenzgeräte des Fachgebiets Elektronische Messtechnik der Technischen Universität Ilmenau können durch ihre hohe Signal- und Zeitbasisstabilität zeitvariante Messobjekte effektiv untersuchen. Eine Kalibrierung ist dabei zwingend notwendig. Diese M-Sequenzgeräte erfordern zur Messung von S-Parametern zusätzliche Komponenten. Kalibrierung und aktiver Messport müssen manuell durchgeführt bzw. geändert werden. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine Mess- und Kalibriereinheit entworfen, implementiert und getestet, die alle benötigten Komponenten für eine 2-Tor-Messung von S-Parametern, eine Kalibriervorrichtung für beide Ports, eine Temperaturerfassung, sowie eine Ansteuerungsplatine integriert. Die Messung der S-Parameter erfolgt mit zwei Messstellen. Ein gesamtheitliches Softwaresystem wurde zur Gerätesteuerung, Datenverarbeitung und Visualisierung in Matlab implementiert. Beim Entwurf wurde besonders auf die Wiederverwendbarkeit des Quellcodes durch Klassen und einfache Benutzerinteraktion geachtet. Ressourcenoptimierte Funktionen erlauben die Auswertung zeitlich schnell variierender Messobjekte. Ein hierarchisches Steuerkonzept wurde genutzt, welches Zuständigkeiten in der Software klar voneinander abgrenzt. Eine ausführliche Analyse der Mess- und Kalibriercharakteristika schließt die Arbeit ab. Durch die verwendeten Koppler wurde der Messbereich auf ca. 0,3 bis 3 GHz beschränkt. Nach einer Warmlaufzeit liegt hier eine geringe Drift der Messergebnisse vor, sodass auch Langzeitmessungen möglich sind. In Beispielmessungen im Zeit- und Frequenzbereich wurde die Leistungsfähigkeit des Messsystems demonstriert. Die Netzwerkanalyse mit breitbandigen M-Sequenzen ist zwar konstruktionsbedingten Einschränkungen unterworfen, ermöglicht jedoch neue Messszenarien zu untersuchen.

Für die Entwicklung zukünftiger breitbandiger Funktechnologien wie z.B. die fünfte Generation der Mobilfunktechnologie (5G) oder von Wireless Local Area Networks (WLAN, NG60 bei 60 GHz) müssen umfassende breitbandige Kanalmessung im millimeter-Wellenbereich durchgeführt werden. Um hier Analysen für verschieden Ansätze im Beamforming-Bereich ausführen zu können, werden richtungsaufgelöste, breitbandige und dual polarisiert Kanalmessungen benötigt. Um dies zu erreichen werden derzeit Messungen mit Richtantennen und Positionieren durchgeführt. Diese benötigen aufgrund der mechanischen Bewegung des Messsystems einen hohen Zeitaufwand und bietet keine Möglichkeit in dynamischen Szenarien zu messen. Um alle Herausforderungen für die Kanalmessungen für zukünftige Funkstandards zu erfüllen, wäre eine optimale Systemkonfiguration eine voll parallele Struktur am Sender (Tx) und am Empfänger (Rx). Da dies einerseits ineffizient am Tx in Hinsicht auf das SNR ist und zweitens sehr hohe Kosten aufgrund der hohen Frequenzen und Breitbandigkeit der Systemarchitektur erzeugt, soll für die in dieser Arbeit entstehenden Antennenarrays ein Schalter zum einsatzkommen. Um alle Raumrichtung am Tx und Rx erfassen zu können, soll hier ein räumliche angeordnetes, breitbandiges und dual polarisiertes Antennenarray bei ca. 30 GHz entstehen, welches später durch die Nutzung eines Hochauflösenden Breitband Schätzers es ermöglicht, die Ausbreitungspfade in Hinsicht auf ihren Verlust und Richtung voll zu parametrisieren. Dies ermöglicht gleichzeitig auch weiterführende Analysen in dynamischen Messsituationen wie z.B. Dopplereinfluss oder "fast fading".Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung der 30 GHz und 60 GHz Antennenelemente und eines zirkularen gestockten Antennenarrays für 30 GHz als eine Realisierung für ein Messarray. Es handelt sich um zwei neuartige Designs von dual-polarisierten gestockten aperturgekoppeltenPatchantennen.Eine wesentliche neue Designkomponente ist die aus Aluminium gefertigte Fassung mit doppeltem Hohlraum zur Montage der Antennen. Dies führt zu einem Luftspalt zwischen der Antenne und parasitären Elementen. Zusätzlich erfolgte eine Abrundung der übliche quadratische Patchantennendesigns um eine höhere Bandbreite zu erzielen. Durch die hier eingesetzten Neuerungen kann eine kostengünstige Herstellung der Elemente aber auch des Antennenarrays gewährleistet werden.

In dieser Arbeit wird ein auf Software Defined Radio (SDR) basierendes Messsystem zur Analyse von Referenzsignalen untersucht. Die Betrachtungen beziehen sich auf die 10 MHz und 1 PPS Referenzsignale, welche z.B. von Rubidium-Referenzen oder GPSDOs bereitgestellt werden können. Diese Signale weisen Unzulänglichkeiten auf, wie beispielsweise Phasen- und Frequenzabweichungen oder Flankenjitter. Um diese Fehler kostengünstig zu beurteilen, wird ein auf SDR basierendes System vorgestellt, welches eine Bewertung und Kalibrierung der Referenzsignalquellen ermöglicht. Das vorgestellte SDR Messsystem wird mithilfe von USRP N210 der Firma Ettus Research realisiert. Um Fehlereinflüsse beim Messen zu bewerten, wird ein Computermodell des Messsystems entwickelt, welches es ermöglicht den Einfluss folgender Parameter zu untersuchen: Filter, ADC Quantisierung, Abtastrate, SNR und DSP Algorithmen (z.B. Interpolation, Rechengenauigkeit, Trigger). Dieses Computermodell wird mit simulierten Eingangssignalen gespeist, die 10 MHz und 1 PPS Signale mit bekannten Parametern darstellen. Dabei zeigt sich, dass das auf SDR basierende Messsetup folgende Eigenschaften aufweist: Die Flanken des 1 PPS Signals können mit einer Genauigkeit von 17 ps (Standardabweichung des normalverteilten Fehlers) erfasst werden, während der Zeitfehler des 10 MHz Signals (ermittelt aus der Phase) eine Genauigkeit von 130 fs aufzeigt. Diese Simulationen zeigen eine sehr gute Übereinstimmung mit bereits veröffentlichten Messungen auf Basis eines USRP N210 Messsystems auf, mit dem zwei Rubidium-Referenzen kalibriert worden sind.

Für die kommenden Jahrzehnte wird erwartet, dass viele Tausend Unmanned Aerial Vehicle (UAV) gleichzeitig in der Luft sein werden, um zum Beispiel Frachttransporte durchzuführen. Eine Vielzahl an UAVs wird deshalb gemeinsam mit bemannten Luftfahrzeugen im zivilen Luftraum fliegen. Ein wichtiges Element für die nahtlose Integration von UAVs in den Luftraum ist der Kommunikationslink (Command and Non-Payload Communication, CNPC) für den Austausch sicherheitskritischer Daten zwischen dem Piloten in der Bodenstation und dem UAV in der Luft L-Band Digital Aeronautical Communications System (LDACS) ist ein am DLR entwickeltes System für die zivile Luftfahrt, welches die Anforderungen an die Kapazität zukünftiger digitaler aeronautischer Kommunikation erfüllt. Es basiert auf OFDM, einer heutzutage weit verbreiteten Technologie in modernen Kommunikationssystemen. Das Ziel dieser Masterarbeit ist die Entwicklung eines neuen OFDM-Systems im C-Band (5030 - 5091 MHz) namens CDACS für den Kommunikationslink zwischen Pilot und UAV basierend auf LDACS. Das System soll die Anforderungen der aeronautischen Kommunikation im C-Band erfüllen und auch bei hohen Geschwindigkeiten und großen Signallaufzeiten arbeiten. Hierfür werden die Ausbreitungsbedingungen im C-Band genau studiert. Aufgrund der unterschiedlichen Ausbreitungsbedingungen wird das zugrundeliegende OFDM-System neu entworfen. In dieser Arbeit werden zudem weitere Verbesserungen des CDACS-Systems vorgeschlagen. Zunächst werden simple MIMO Anordnungen mit mehreren Antennen an der Bodenstation für die Kommunikation außerhalb der Sichtlinie vorgeschlagen. Die Simulationsergebnisse zeigen signifikante Leistungsverbesserungen durch die erhöhte Diversität. Ein Nachteil der OFDM-Übertragungstechnik sind relativ hohe PAPR-Werte. Zur Reduzierung des PAPR wird in dieser Arbeit deshalb alternativ der Einsatz von DFT-spread-OFDM vorgeschlagen. Schließlich wird der momentan verwendete verkettete Reed-Solomon Faltungscode durch einen Turbocode ersetzt, der den Codiergewinn für OFDM und DFT-spread-OFDM verbessert.

Diese Arbeit behandelt die Erhöhung der Lokalisierungsgenauigkeit bei Multilateration-basierten RADAR-Verfahren mittels eines hochauflösenden Parameterschätzers. Zur Parameterschätzung wird dabei ein gradientenbasiertes Suchverfahren verwendet. Zunächst wird die grundsätzliche Laufzeit- und Positionsbestimmung bei Lateration-basierten Verfahren beleuchtet. Dabei werden Probleme eines einfachen Korrelationsempfängers, welche durch die Verwendung eines hochauflösenden Verfahrens aufgehoben werden sollen, dargelegt. Anschließend erfolgt ein Einblick in die Theorie des Dopplereffekts, da in dieser Arbeit auch die Laufzeitbestimmung bei bewegten Objekten berücksichtigt wird. Da im Rahmen dieser Arbeit keine RADAR-Messdaten aufgenommen werden, wird für die Signalgenerierung eine Simulationsumgebung in MATLAB verwendet. In diesem Abschnitt werden auch die Signalparameter des verwendeten Sendesignals erläutert. Ein weiteres Augenmerk liegt auf der Begründung zweier Modelle zur Beschreibung der Ausbreitung des Signals und der daraus resultierenden Empfangssignale. Es wird zwischen einem Modell mit Mehrwegausbreitung und einem mit Berücksichtigung des Dopplereffekts unterschieden. Darauffolgend wird die mathematische Herleitung der Definition des Parameterschätzers durchgeführt. Dabei werden die zuvor erläuterten Modelle aufgegriffen. Zur Suche der optimalen Parameterwerte werden ein rasterbasiertes und ein gradientenbasiertes Suchverfahren vorgestellt. Schließlich werden die beschriebenen Methoden an verschiedenen Szenarien getestet und bewertet. Es wird auf mögliche Probleme und deren Auswirkungen auf das Ergebnis des Parameterschätzers eingegangen.

In mobilen Kommunikationssystemen steigt der Bedarf an hohen Datenübertragungsraten nahezu exponentiell, wobei die bevorzugten spektralen Ressourcen niedriger Frequenzbereiche, die günstige Ausbreitungseigenschaften aufweisen nahezu erschöpft sind. Im Ka-Band sind große spektrale Bandbreiten vorhanden, die auf der anderen Seite betrachtliche Herausforderungen an die Systemrealisierung stellen. Um die gegenwärtige hohe Freiraumdämpfung zu überwinden und die Störung von primären Ka-Band Nutzern zu vermeiden, werden stark richtende Antennengruppen in Verbindung mit elektronischer Strahl- und Nullsteuerung benötigt. In dieser Arbeit werden aktuell diskutierte Antennengruppen für Beamforming (BF) Anwendungen (Analoge BF Antennengruppe, Digitale BF Antennengruppe, Hybride BF Antennengruppe, Parasitäre Antennengruppe, Flächenstrahlergespeiste Antennen, Oberflächenwellenantennen) zusammengefasst und bezüglich Realisierungskosten sowie Möglichkeiten der Strahl- und Nullsteuerung bewertet. Der vielversprechende Ansatz einer hybriden Antennengruppe wird anhand von einem zweistufigem, least-squares basiertem BF Algorithmus und anhand von vorgeschlagenen 3D Antennenstrukturen (geschichtete einheitliche zirkulare Antennengruppe (engl. SUCA) und gebietsweise einheitliche planare Antennengruppe (engl. SUPA)) für verschiedene Hardwarerealisierungen untersucht. Die gewählten Kriterien fur die Bewertung der erzielten Strahl- und Nullsteuerung nehmen auf ein von der EU finanziertes Projekt namens Shared Access terrestrialsatellite backhaul Network enabled by Smart Antennas (SANSA; EU program H2020) Bezug. Für beispielhafte hybride Antennengruppen wird gezeigt, dass mit dem zweistufigem BF Algorithmus ausreichend tiefe Nullen zur Störunterdruckung und ähnliche Antennengruppengewinne wie mit digitaler Strahlsteuerung erzielt werden.

In den letzen 20 Jahren hat sich OFDM als Multiplexverfahren in den verschiedensten Informationsübertragungssystemen etabliert. Konsequenterweise erfährt OFDM auch auf dem Gebiet der Passivradarsysteme viel Beachtung. Durch die Verwendung von OFDM im Mobilfunk bieten sich für Radarsysteme vollkommen neue, noch unerforschte Möglichkeiten. Im Gegensatz zu Broadcast-Systemen, wie DAB oder DVB-T, kann die Information auf der Luftschnittstelle bei Mobilfunksystemen, wie LTE, durch die Kommunikationspartner beeinflusst werden. Daraus ergibt sich die Möglichkeit eines kooperativen Radarsystems, das in bestehende Netzwerkstrukturen integriert werden kann und durch Interaktion mit anderen Netzwerkknoten eine leistungsfähige Radaranwendung bereitstellt. In der vorliegenden Bachelorthesis wurde basierend auf dieser Idee ein Konzept für ein system-integriertes Radarsystem entwickelt.

Stand der Technik bei der Kanalmodellierung für zellulare Mobilfunksysteme, sind geometriebasierte stochastische Kanalmodelle (GBSCM) wie z.B. das WINNER-Modell (WIM). Hierbei wird der Mobilfunkkanal als Superposition von Strahlen/ebenen Wellen abgebildet, wobei die Parameter der Strahlen (Einfalls-, Ausfallsrichtung, Verzögerungszeit, komplexe Amplitude, etc.) stochastisch/zufällig bestimmt werden. Problematisch ist bei dieser Herangehensweise, dass der so erzeugte Kanal nicht räumlich konsistent ist. Das bedeutet, dass sich die Parameter der Strahlen zwischen Raumpunkten nicht kontinuierlich, eventuell sogar sprunghaft, ändern können. Dieses Problem wird in der Literatur durch den Einsatz von (aufwändigen) Raytracing-Verfahren (METIS) oder Methoden, die Streu- bzw. Reflexionspunkte zufällig im Raum positionieren (z.B. COST2100), gelöst. Im Rahmen des RESCUE-Projekts wurde eine alternative Methode vorgeschlagen, die auf der räumlichen Interpolation, der aus WINNER generierten Strahlparameter, beruht. Ziel der Arbeit ist es, die statistischen Eigenschaften dieses Modells zu untersuchen. Insbesondere soll überprüft werden ob das neue Kanalmodell die gleiche Statistik aufweist wie WINNER oder inwiefern Abweichungen vorhanden sind. Eine Implementierung des Kanalmodells in MATLAB liegt vor. Die zu untersuchenden Parameter enthalten unter anderem: 1. Shadow-Fading- und Fast-Fading-Verhalten der erzeugten Kanäle. 2. Doppler-Spektrum bei bewegtem Sender/Empfänger. 3. Winkel- und Laufzeitspreizung und deren statistische Verteilung. 4. Auto- und Kreuzkorrelation der ermittelten Kennwerte. Zusätzlich kann durch Literaturrecherche untersucht werden, inwiefern das neue Kanalmodell mit gemessenen Fahrzeug-zu-Fahrzeug-Kanälen übereinstimmt unabhängig von den Unterschieden zum klassischen WINNER-Kanalmodell.

Drahtlose Sensornetzwerke (engl. Wireless Sensor Networks, WSN) haben in den vergangenen Jahren aufgrund ihrer kleinen Baugrößen sowie geringer Fertigungskosten und Energieverbräuche zunehmend an Beliebtheit gewonnen. Sie werden bereits in einer Vielzahl von Anwendungsbereichen, wie beispielsweise zur Umgebungsüberwachung oder Objektdetektion eingesetzt. Da das Global Positioning System (GPS) nicht zur Ortung innerhalb von Gebäuden genutzt werden kann, sind auch Distanzbestimmung sowie Positionierung wesentliche Einsatzgebiete von WSN. Andererseits ist die Objektverfolgung in Innenbereichen aufgrund von Mehrwegeausbreitung immer noch eine technische Herausforderung. Zur Lösung dieser Problematik existieren bereits zahlreiche Algorithmen. Diese benötigen allerdings entweder eine Vielzahl an Sensorknoten oder erreichen nur eine unzureichende Genauigkeit von einigen Metern. Hauptzielpunkt dieser Arbeit ist daher, Algorithmen zu entwickeln, die es erlauben, eine Distanzbestimmung mit Dezimetergenauigkeit unter Zuhilfenahme eines einzigen Paars an Sensorknoten zu erreichen. Diese Arbeit schlägt zwei neue Ansätze zur Distanzschätzung in mehrwegebehafteten Umgebungen vor. Beide basieren auf der Schätzung der Signallaufzeit (engl. Time Of Arrival, TOA). Das Messsystem arbeitet nach dem Prinzip des aktiven Reflektors, bei dem zwei Sensorknoten auf mehreren Frequenzen wechselseitig senden und empfangen um den Kanal zu schätzen. Die Arbeit betrachtet sowohl Indoor- als auch Outdoormessungen. Als typische Indoorszenarien wurden Gangmessung und Büromessung ausgewählt. Anschließend kam die Programmiersprache Python zum Einsatz, um Simulationen durchzuführen. Im Gangszenario konnte mit den vorgeschlagen Algorithmen eine Genauigkeit von unter einem halben Meter erreicht werden, während die Genauigkeit in der Büroumgebung bei etwa 70 cm lag. Weiterhin stellt diese Arbeit zur Beurteilung der Zuverlässigkeit der gemessenen Distanz die drei Qualitätsparameter "Direct to Multipath Ratio" (DMR), "Signal to Peak Ratio" (SPR) und "Distance-amplitude based quality factor" vor.

Bei Mercedes-Benz soll der Radarsensor in Zukunft eine rohbaufeste Einbauposition erhalten. Diese Befestigungsmethode stellt neuartige Herausforderungen für dessen Signalverarbeitung dar. Insbesondere stellt sich dabei die Frage, welchen Einfluss die auftretenden mechanischen Schwingungen auf die Winkelbestimmung des Sensors haben. Gegenstand dieser Arbeit ist den Einfluss dieser Schwingungen auf die Winkelbestimmung des Sensors zu untersuchen. Dafür wird eine Simulation eines "Fast Chirp FMCW" Radars erstellt und durch reale Messungen in ihrer Funktionsweise verifiziert, wobei die nachfolgenden, frei wählbaren Bestandteile der Simulation hervorzuheben sind. Die Radarparameter sind hinsichtlich Bandbreite, Startfrequenz usw. beliebig einstellbar. Auch ist eine variable Antennenkonfiguration möglich. Es kann ein virtuelles Objekt innerhalb eines 3-dimensionalen Raums eingestellt werden. Die Eingabe kann über Karthesische- oder Kugelkoordinaten erfolgen. Darüber hinaus kann das Objekt mit einer Geschwindigkeit oder Beschleunigung versehen werden. Des Weiteren besteht die Möglichkeit, eine variable Schwingung des Sensors in allen 3 Raumdimensionen mit beliebig einstellbarer Amplitude und Frequenz festzulegen. Dabei kann der Objektwinkel durch Ablesen der Phasendifferenzen oder mithilfe einer FFT ermittelt werden. Die Ergebnisse der Simulation können für jeden Kanal als Range-Doppler- und als Range-Bearing-Map dargestellt werden. Mit Hilfe dieser Simulation werden kritische Schwingungsparameter identifiziert und deren Auswirkungen auf die Winkelbestimmung an einem exemplarischen Objekt untersucht. Es zeigt sich, dass mech. Schwingungen im betrachteten Frequenzbereich von 40Hz bis 120Hz, aufgrund der sehr geringen Zeitspanne der Winkelbestimmung, nur durch die Größe ihrer Auslenkung zu Fehlern bei der Signalverarbeitung führen. Aus der Analyse des vom Radar bestimmten Winkels bei verschiedenen Schwingungsfällen und unterschiedlichen Auslenkungen folgt, dass insbesondere die rotatorischen Schwingungen um die Z-Achse zu großen Fehlern bei der Winkelbestimmung führen. Es wird somit gezeigt, dass der Einfluss von mech. Schwingungen auf die Messungen des Objektwinkels vor allem durch Dämpfung der Schwingungsamplitude minimiert werden kann. Auf Basis der Ergebnisse wird ein Ausblick auf in Zukunft erforderliche, ergänzende Untersuchungen gegeben.

Die Revolution in der Global Navigation Satellite Systems (GNSS) erlaubte Benutzer Anwendungen zu realisieren, die vor ein paar Jahren nicht realisierbar waren. Die Unsicherheiten in der Satelliten-Code und Phase Vorurteile und Code und Phase Multipath ist jedoch nach wie vor ein limitierender Faktor bei der Erreichung höheren Genauigkeit. Heutzutage verwenden die differentielle GPS-Techniken, die ein Netzwerk von Referenz-Receiver einsetzen, Sub-Meter oder sogar Zentimeter Höhe Positioniergenauigkeit erreichbar. Nach dem Modernisierungsplan für GPS wird ein drittes neues ziviles Signal L5 für dem Benutzer zur Verfügung gestellt. Der größte Vorteil der Verwendung vom L5 Signal gehört mit der enormen Vorteile der $L5$ Signal wie verbesserten ionosphärische Korrektur, verbesserte Signalgenauigkeit und verbesserte Störungen Ablehnung die Bildung der extra breite Spur. Laning ist der Prozess der Verwendung von zwei GPS-Signale um neue lineare Kombination bilden, die höhere Wellenlänge als zwei einzelne Signale hat. Höhere Wellenlänge des Signals Ergebnisse in leichter Mehrdeutigkeit Befestigung. Dieser Masterarbeit wurde im Rahmen der Studien und Umsetzung des dreifachen Träger Mehrdeutigkeit Auflösung Technik vorgeschlagen. Diese Technik basiert auf der Verwendung von drei modulierten Träger (TCAR), die theoretisch ermöglichen, um die Zahl der Kandidaten Punkte die Mehrdeutigkeit zu nur einem, damit präzise Navigation in Echtzeit möglich. Diese Methode funktioniert in einem schrittweisen Mode, ausgehend von der Code-Phase auf die einzelnen Trägerphase Auflösung, zwei mittlere Breite Spur Frequenzen durchlaufen. In dieser Arbeit die TCAR basierend auf verschiedene Ansätze vorgeschlagen durch M.Minghella, R.Hatch und Y.Feng wurde implementiert. Im Vergleich zu dual Mehrdeutigkeit Frequenzauflösung (Kaskade) zeigt TCAR verbesserten Genauigkeit sogar mit einer geringeren Anzahl von Satelliten L5 Signal zu unterstützen.

Diese Masterarbeit enthält ein Design-Modell Dynamic Request Control (DRC) Algorithmus für Satellitenterminals sowie die Implementierung des Algorithmus in Linux Kernel mit Simulink. Der Algorithmus basiert auf einer Bitrate Prädiktor die Exponentially basiert auf Weighted Moving Average-Algorithmus (EWMA) an die künftige Datenverkehr prognostiziert. Die DRC-Implementierung ist in Linux Kernel Version 2.6.32.59-msc6-Cavium OCTEON. Ein Teil der DRC-Modell ist zu Bitfehlerratentests auf der ND Satcom Sky WAN 5G Modem durchführen. Eine weitere Verbesserung auf dem implementierten DRC-Algorithmus wird auch als auch einen Vergleich zwischen verschiedenen linearen adaptiven bitrate Vorhersagealgorithmen analysiert. Es ist wichtig zu sagen, dass die Arbeit nicht in die Transmit Power Control Seite des Problems aussehen wird, was bedeutet, dass nur Durchschnittswerte für den durchschnittlichen Bedingungen der Satellitenkommunikation verwendet wird.

Die vorliegende Abschlussarbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf hybrider Vorcodierung und hybrider Dekodierung für Mehrfachantennen- (sog. Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)) Kommunikationssysteme im Millimeterwellenbereich. Als Szenario wird der MIMO Multi-X Kanal mit L Sendebasisstationen und K Empfangsstationen betrachtet, wobei jede Sendebasisstation mit allen Empfangsbasisstationen kommuniziert. Die Basisstationen sind jeweils mit mehreren Antennen ausgestattet. Aufgrund der geringen räumlichen Dimensionen der Antennenelemente im Millimeterwellenbereich ist es möglich Kommunikationssysteme mit gerichteten Antennen (sog. Antennen-Arrays) mit hohem Gewinn zu realisieren. Die Signalverarbeitung mit derartigen großen Arrays führt jedoch zu preisintensiven, komplexen Hardwarestrukturen mit hohem Stromverbrauch. Aus diesem Grund wurden in letzter Zeit hybride (analog/digitale) Methoden zur Vorcodierung/Dekodierung untersucht, die sowohl die Kosten als auch den Energieverbrauch deutlich reduzieren. Die Optimierung derartiger hybrider Systeme ist hinsichtlich der Maximierung der Summenrate ein nicht-konvexes Optimierungsproblem mit sehr hoher Komplexität. Daher werden in dieser Arbeit verschiedene Verfahren zur Komplexitätsreduktion untersucht, die eine getrennte Optimierung im analogen und digitalen Bereich erlauben. Die vorgeschlagenen Lösungen basieren auf bekannten Ansätzen zur Blockdiagonalisierung und Minimierung des mittleren quadratischen (MMSE) Fehlers unter Verwendung von partieller Kanalkenntnis an den Basisstationen. Zur Bewertung der Leistungsfähigkeit und Analyse der Komplexität der Algorithmen wurden Simulationen mit verschiedenen Parametern durchgeführt und ausgewertet. Außerdem wurde eine Beziehung zum erreichbaren Multiplexing Gewinn an jeder Basisstation abgeleitet. Ebenso wurden verschiedene suboptimale Methoden basierend auf der "Gaussian randomization"-Methode zur Realisierung der analogen Vorkodierung/Dekodierung untersucht.

In digitaler Signalverarbeitung werden Signale traditionell basierend auf dem Nyquist-Shannon Theorem abgetastet. Verwendet man mindestens das Doppelte der höchsten im Signal vorkommenden Frequenz als Abtastrate, so geht dabei keine Information verloren. In manchen Anwendungen ist es aufgrund physikalischer Gegebenheiten, wie zum Beispiel der zu geringen Geschwindigkeit der Analog-Digital-Wandlers, nicht möglich diese Anforderungen zu erfüllen. Kürzlich wurde eine neue Theorie unter dem Namen "Compressive Sampling" (CS) bekannt, welche eine verlustfreie Signalrekonstruktion bei Messraten unterhalb der Nyquist-Rate für eine bestimmte Klasse von Signalen ermöglicht. Diese Signale nennt man komprimierbar oder sparse, da sie in einer Basis mit wenigen Koezienten beschreibbar sind. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem "Multiple Measurement Vector" (MMV) CS Signalmodell. Das MMV-Modell geht davon aus, dass aufeinanderfolgende gemessene Vektoren in der gleichen Basis gemeinsam sparse sind. Das "Sparsity Pattern", also die Position der von Null verschiedenen Werte, kann sich jedoch im Zeitverlauf ändern. Deshalb erweitern wir in dieser Arbeit den stationären Ansatz zu einem quasistationären, der spontane Änderungen des Sparsity Patterns zulässt. Dazu wird ein Konzept vorgeschlagen, welches die Änderung dieser Patterns über der Zeit abschätzt. Darauf basierend werden dann mehrere statische Zeitfenster unabhängig voneinander ausgewertet und rekonstruiert. Dazu ist ein geeignetes "Messfenster" nötig, welches adaptiv bestimmt wird. Die numerischen Ergebnisse dieser Überlegungen führen zu einer deutlichen Verbesserung der Rekonstruktionsleistung in einem breiten Bereich des Signal-Rausch-Verhältnisses.

Compressed Sensing (CS) stellt einen neuen Ansatz in der Erfassung analoger Signale dar. Mit Hilfe von CS können bestimmte Signale aus Abtastwerten, die mit einer Messrate unterhalb der Shannon-Nyquist-Grenze aufgenommen wurden, verlustfrei rekonstruiert werden, vorausgesetzt, dass diese Signale eine dünn besetzte (,,sparse\) Darstellung in einer geeigneten Basis besitzen. Auf diese Weise kann durch CS der Messaufwand reduziert und die Messgeschwindigkeit erhöht werden. CS hat sich bereits in zahlreichen Anwendungsfeldern etabliert, darunter medizinische Bildgebung, Radar, Sensornetze, Cognitive Radio, Parameterschätzung und viele weitere. In dieser Arbeit wird die Anwendung von CS auf das Laser-Lichtschnitt-Scanverfahren untersucht. Hierbei sind die einzelnen Scans selbst bereits sparse sind (darüber hinaus lassen sie sich im Raum, der durch schrittweise Verschiebung der einfallenden Pulsform entsteht, sparse darstellen). Die Ermittlung des Höhenprofils aus den Laserscans eines Objektes wird als Parameterschätzproblem modelliert. Anhand dessen werden Simulationen sowie theoretische Untersuchungen durchgeführt. Dabei wird zwischen zwei Rauschmodellen unterschieden: additives weißes Gaußverteiltes Rauschen (AWGN) sowie poisson verteiltes Rauschen. Praktisch liegt bei der Bildgebung immer eine Überlagerung beider Rauschphänomene vor, wobei es von der Helligkeit des Bildes abhängt, welcher Effekt dominiert. In dieser Arbeit werden die Effekte vereinfachend getrennt betrachtet. Anhand vom Verlauf der Cramer-Rao-Schranke (CRLB) im Fall von AWGN wird gezeigt, dass die erreichbare Schätzgenauigkeit des Höhenprofils mit CS vergleichbar ist zum unkomplizierten Fall. Da die CRLB die Leistungsfähigkeit von CS-Verfahren bezüglich der Kompressionsrate, Bildgröße und Variation der Linienposition über das Bild nicht vollständig beschreiben kann sind hier weitere Untersuchungen nötig. Für den Fall von poisson verteiltem Rauschen wird in der Arbeit eine CRLB hergeleitet. Die Ergebnisse zeigen, dass die Schätzung des Höhenprofils aus komprimierten, Poisson-gestörten Messungen grundsätzlich schwieriger ist als im AWGN-Fall. Dies kann zum Teil durch die Wahl der CS-Messmatrizen erklärt werden, was weitere Untersuchungen motiviert, wie bessere Matrizen gewählt werden können und wie die Linienpositions-Schätzung verbessert werden kann. Neben den theoretischen Diskussionen wird die erreichbare Genauigkeit von verschiedenen Schätzmethoden für die Höhenprofile systematisch bezüglich erreichbarer Auflösung, Abweichung der Schätzung und Laufzeit untersucht, wobei sowohl CS-Verfahren als auch klassische Methoden zum Einsatz kommen. Die Untersuchungen werden auf Daten aus SOLSimulationstools sowie auf real gemessenen Daten durchgeführt.

Connected devices and mobile broadband are transforming our life to be a networked society where every device can benet from the network, will be connected. Ericsson estimates that by year 2020 there will be 50 Billion connected devices. This big transformation will change every industry and the way we are living and doing business. LTE as the most advanced and the fastest growing cellular network is playing a major role in this transformation. LTE was designed to serve the need of human usage of data with high throughput and data rate for video and web applications. But the Internet of Things or the Machine Type Communication which will need to be connected via LTE add enormous challenges on the network to be able to deal with huge amount of devices with totally different behaviour and protocols. A lot of new standards and new features have been added to LTE new releases of release 12 and 13 which are referred to as LTE-M or LTE for machine type communication which can adapt to the new requirements for new connected devices. In the context of this thesis, the performance of LTE network has been studied for different machine type communication applications. Different MTC use cases are studied such as smart charging stations for electric vehicles, smart meters communication and wearable devices like watches healthcare monitoring and e-bikes. Evaluating the system level performance of LTE to handle different connected machines behaviour and communication requirements. Also evaluating new categories of devices category 0 standardised in release 12, for low cost and low complex devices. Latency reduction technique has been studied and applied in all scenarios to reduce the latency of messages from the low cost devices which user high delays of sending packets because of the new low complexity requirements. This latency reduction will be standardised in LTE release 14 and will be a critical feature for the future 5G networks. These simulations have been carried out using an Ericssons radio simulation tool which simulates large scale real life network scenarios.

Diese Arbeit befasst sich mit der Synthetic Aperture Focusing Technique (SAFT) für Ultraschall Impuls Echo Messungen. SAFT ist eine wichtige Bildrekonstruktionsmethode, die im Ultraschall großflächig Anwendung findet. Sie erlaubt das korrekte Bestimmen und Bemessen von Rissen, Einschlüssen und anderen Fehlerstellen in Festkörpern. In der Literatur wurden eine Reihe verschiedener SAFT-Algorithmen entwickelt, die im Zeit oder Frequenzbereich arbeiten. Diese sind nicht äquivalent im Hinblick auf Bildgebungsqualität, Laufzeit und Anforderungen an die Rechenhardware. Diese Arbeit stellt die Algorithmen für kubische isotropische homogene feste Testkörper gegenüber. Es werden sowohl die Bildgebung als auch die Anforderungen an Rechenzeit und Arbeitsspeicher untersucht, so dass eine Grundlage für zukünftige angepasste Entwicklungen gelegt wird. Die Algoritmen wurden in einem einheitlichen Framework implementiert. Implementierungsdetails werden aufgeschlüsselt. Zwei Heuristiken für die Zeitbereichsprozessierung werden dargestellt. Zwei verschiedene Interpolationsmethoden für die Frequenzbereichsverfahren, die eine Stolt-Abbildung im Frequenzbereich nutzen, werden entwickelt. Es wird gezeigt, dass diese entweder die bestmögliche Rekonstruktionsqualität liefern oder einen Abgleich zwischen Qualität und Rechenzeit erlauben. Die asymptotische Komplexität der Algorithmen wird untersucht. Dabei stellt die Dimension der Messdaten den Haupteinfluss auf die Rechenzeit dar. Diese theoretischen Erkenntnisse werden durch Messungen fundiert. Die Arbeitsspeicheranforderungen der Algorithmen wird theoretisch untersucht. Darauf basierend werden in der Praxis beobachteten Spitzenwerte für eine Reihe von Messungen diskutiert. Auf Grundlage eines einfachen Vorwärtsmodells werden Messdaten synthetisiert, die eine Untersuchung der Fokusierung durch die Algorithmen erlauben. Es werden drei Messszenarien betrachtet, wobei der Einfluss der Wellenlänge des Sendesignals sowie schattierter Messdaten beleuchtet werden. Schlussendlich werden die bisherigen Ergebnisse sowie deren Praxistauglichkeit anhand von Messdaten, die vom Fraunhofer-Institut für Zerstörungsfreie Prüfverfahren IZFP bereitgestellt wurden, verifiziert.

Die vorliegende Bachelorarbeit gibt einen Überblick über die Grundlagen von Radarsystemen und befasst sich anschließend mit der Funktionsweise eines Korrelationsradars auf UWB-Basis. Ziel der Arbeit ist die Entwicklung eines Algorithmus zur Detektion und Klassifizierung von im Sensorbereich eines solchen Systems ausgeführten Bewegungen, um die Nutzung von Steuerungsgesten im Automobilbereich, z.B. für das Öffnen des Kofferraums, zu ermöglichen. Für die Datengewinnung wird ein Testaufbau entwickelt, der ein an einer Fahrzeugheckstoßstange befestigtes auf Ultra-Breitband-Technik basierendes Radarsystem enthält. Damit werden verschiedene Bewegungsszenarien erfasst und die hierbei erhaltenen Messdaten mit Hilfe von Matlab analysiert und ausgewertet. Dafür werden die Daten mittels digitaler Signalverarbeitung zunächst entsprechend vorverarbeitet. Basierend auf physikalischen Eigenschaften werden daraus Merkmale bestimmter Bewegungen ermittelt und mit den Daten abgeglichen. Hieraus wird ein Algorithmus entworfen, mit dessen Hilfe die während der Messungen durchgeführten Bewegungen detektiert und klassifiziert werden können. An einem konkreten Beispiel wird der Ablauf des Algorithmus dargestellt und basierend auf sämtlichen während der Arbeit aufgenommenen Daten die Erfolgsrate für verschiedene Varianten der Klassifizierung untersucht. Dabei wird auch auf die Klassifizierungsschwierigkeiten und die Möglichkeiten zur Optimierung eingegangen.

Diese Arbeit befasst sich mit dem Entwurf und der Implementierung eines geeigneten Kalibrationsalgorithmus zur Erzeugung einer ebenen Welle mithilfe der MIMO-OTA-WFS. Zur Beschreibung der Wellenfelder realer Funkkanäle werden geometrische Kanalmodelle verwendet, welche mittels Superposition ebener Wellen ein Ausbreitungsszenario beschreiben. Over-the-Air-Testsysteme sind hierfür besonders geeignet, da diese mithilfe einer Vielzahl von Antennen ebene Wellen aus beliebigen Richtungen erzeugen. Für die WFS ist es nötig, die Signale der OTA-Antennen in Betrag und Phase exakt zu bestimmen. Dementsprechend ist ein Kalibrationsalgorithmus, welcher mit möglichst geringem Hardware- und Zeitaufwand eine ebene Welle erzeugt, das Ziel dieser Arbeit. Die Kalibration besteht aus der Hardwarekalibration sowie der Berechnung der WFS-Signale. Die Hardwarekalibration kompensiert die Frequenzgänge der verwendeten Geräte, sodass diese keinen Einfluss auf das OTA-System haben. Zur Berechnung der WFS-Koeffizienten existieren der High- sowie der Basic-Performance-Mode. Der HPM berechnet die WFS-Koeffizienten über der kompletten Bandbreite im Frequenzbereich. Aufgrund der vollständigen Berechnung sowie der blockweisen Verarbeitung im Frequenzbereich besitzt der HPM eine große Grundlaufzeit und ist somit nicht für Szenarien mit kurzen Signallaufzeiten geeignet. Der BPM, welcher in den meisten derzeitig verfügbaren kommerziellen Systemen implementiert ist, berechnet die WFS-Koeffizienten im Zeitbereich und nutzt lediglich einige wenige Koeffizienten zur Synthese des Wellenfeldes. Diese Methode resultiert in sehr geringen Grundlaufzeiten und eignet sich besonders für kurze Signallaufzeiten. Der Nachteil des BPM liegt in der geringen Anzahl der Koeffizienten, welche gegebenenfalls fehlerbehafteten Wellenfelder erzeugen und nur Kanalmodelle mit wenigen Ausbreitungspfaden abbilden können. In dieser Arbeit werden die aus dem HPM und BPM resultierenden Wellenfelder verglichen und analysiert. Darüber hinaus besteht die Hauptaufgabe dieser Arbeit in der Entwicklung eines geeigneten Algorithmus, welcher im BPM ein möglichst genaues Wellenfeld mit wenigen Koeffizienten erzeugt. Der vorgestellte Algorithmus wird erläutert und sowohl durch Simulationen und Messungen verifiziert. Es wird gezeigt, dass der Algorithmus trotz Unzulänglichkeiten im Testsystem gute Wellenfelder synthetisiert.

In diesem Projekt haben wir verschiedene nicht überwachte Algorithmen ausgeführt, um die Cluster von MIMO -Mehrwegekomponenten (MPCs) zu erkennen, ohne Vorgabe der Clusteranzahl. Improved Subtractive ist ein Initialisierungsalgorithmus, der wir anhand des Subtractive Algorithmus entwickelt haben, welcher sehr empfindlich auf einen spezifischen Parameter ist. Unsere Methode benötigt keine Vorkenntnisse über den Datensatz. Im Anschluss haben wir den Algorithmus erweitert, und ihn somit zu einem vollständigen Cluster-Algorithmus weiterentwickelt. Wir führten psSubtractive ein, was eine Vereinfachung des "Improved Subtractive" ist. Er wählt MPCs aus dem Datensatz, und sendet nur wenige dieser Proben zum "Improved Subtractive" Algorithmus, was die Komplexität vermindert. Chameleon ist ein hierarchischer Graph-Cluster-Algorithmus. Unser Ansatz ermöglicht nun die Clusterbildung ohne vorherige Informationen über den Datensatz, so dass wir seine Empfindlichkeit durch die Reduzierung der Parameteranzahl verringern konnten. Wir führten Denclue2.0 ein, und haben es derart optimiert, dass die Clusterbildung ohne Wiederholungen des Algorithmus durchzuführen ist. Es ist ein dichte-basierter Algorithmus, welcher die Cluster in unterschiedlichen Größen und Formen erkennen kann. Des Weiteren verbesserten wir MR-DMS durch Vermeiden des Problems des Ausschneidens einiger MPCs. Auch optimierten wir IG-CS + K-Means durch Verwendung des Mittelwerts aller Fusionen anstatt wie bisher XB. Wir verwendeten die Algorithmen auf unterschiedliche WINNER Szenarien und verglichen die Ergebnisse mit MR-DMS, IG-CS+KMeans+MoF und IG-Czink. Dabei konnten wir feststellten, dass unsere Algorithmen verglichen mit den bisher verwendeten besser bezüglich Genauigkeit der Ergebnisse und Komplexität sind oder in einem von beiden Punkten die bisherigen Algorithmen übertrafen. Es zeigt sich, dass psSubtracitve den wenigsten Rechenaufwand benötigt, während Chameleon und Denclue2.0 die genauesten Algorithmen sind. Der ausgewogenste Algorithmus, der die besten Ergebnisse bei geringster Komplexität gibt, ist der Improved Subtractive. Er ist ein automatischer Algorithmus, der sowohl für eine Ausgangsabschätzung als auch eine vollständige Clustering-Prozedur verwendet werden kann. Er gibt bessere Ergebnisse als die anderen Algorithmen und das bei sehr geringer Komplexität.

Elektromagnetische Wellenfeldsynthese ermöglicht die Emulation von elektromagnetischen Feldern. Wellenfeldsynthese funktioniert durch kohärente Überlagerung der Signale von verschiedenen OTA Antennen, jede mit spezifischer Amplitude und Phase. Es ist wichtig sicherzustellen, dass die von den OTA Antennen abgestrahlten Signale tatsächlich mit der richtigen Phase und Amplitude ankommen. Hierzu ist eine Kalibrierung notwendig. Die Kalibrierung konzentriert sich auf den "Sweet Spot". Diese Masterarbeit gibt einen Überblick über die Parameter der elektromagnetischen Wellenfeldsynthese und die Fähigkeit eines zweidimensionalen kreisförmigen Array, Störungen auszugleichen. Ein Modell des OTA Testaufbaus in FORTE wurde in MATLAB implementiert und für Simulationen eingesetzt. Die Referenzmuster Kreuz, Ring-und Scheibe wurden ausgewertet. Wenn ein Referenzfeld kleiner als der Sweet Spot verwendet wird, können gute Ergebnisse mit wenigen notwendigen Bezugspunkten erzielt werden. Es wurde beobachtet, dass die Verwendung einer größeren Anzahl von OTA Antennen die Verwendung von mehr Referenzpunkten für gleiche Feldqualität erfordert. Die besten Ergebnisse wurden erzielt, wenn sich das synthetisierte Feld direkt über eine OTA Antenne ausbreitete, die schlechtesten, innerhalb der Ebene der Anordnung, bei einer Ausbreitungsrichtung mittig zwischen zwei Antenne. Reflexionen innerhalb eines Modells des OTA Aufbaus wurden betrachtet. Es wurde festgestellt, dass die Ansteuerung des OTA Antennen Array im Stande ist, die vom Aufbau selbst verursachten Reflexionen zu kompensieren. Die vertikale Polarisation zeigt hierbei bessere Ergebnisse in der Error Vector Magnitude, während horizontale Polarisation bessere Ergebnisse bezüglich des Wellenfrontfehlers liefert. Die erarbeiteten Erkenntnisse können für künftige Forschungen in FORTE Anwendung finden, wie beispielsweise die ausstehende Kalibrierung des OTA Aufbaus oder die Entwicklung und Optimierung von Testszenarien. Auch sind weitere Forschungen auf dem Gebiet der elektromagnetischen Wellenfeldsynthese denkbar.

Das Thema der Arbeit ist die Charakterisierung des Funkkanals für Drahtlose Sensornetze im 868 MHz Band. Dazu werden exemplarisch kritische Kanalszenarien ausgewählt, und die Mehrwegeausbreitung in diesen Szenarien untersucht. Der Ansatz der Arbeit beinhaltet dabei Simulationen an einem typischen Scenario sowie Messungen an beispielhaft ausgewählten Sensorknoten. Die Simulationen werden mit der Ray-Tracing-basierenden Software WinProp Suite von AWE Communications, durchgeführt. Das 3D Design des beispielhaften Innenraums wurde mit dem Modul WallMan erstellt. Zur Simulation und Generierung der komplexen polarimetrischen Pfadgewichte wurde das Modul ProMan verwendet. Zusätzliche Kanalparameter, wie Ein- und Ausfallsrichtung von Funkwellen (DoA, DoD), wurden mit MATLAB aus der Simulation extrahiert und analysiert. Dabei wird der Einfluss auf die Feldstärke am Empfänger näher betrachtet. Parameter für diese Analyse sind die Antennencharakteristik am Sender, die Position des Senders und zusätzliche Hindernisse in der Umgebung. Entsprechende Ergebnisse werden dargestellt. Für die Messungen wurde als Worst-Case-Szenario für eine Mehrwegeausbreitung ein 2-Pfad-Modell mit einem exemplarischen Sensorknoten emuliert. Die Emulation geschieht im Antennenmessraum der Fraunhofer IIS Facility for Over-the-air Research and Testing (FORTE) mit der Over-the-air (OTA) Methode in einer kontrollierten elektromagnetischen Umgebung (Virtual Electromagnetic Environment, VEE). Zur Charakterisierung des 2-Pfad-Modells werden die Verbindungsgüteparameter Empfangssignalstärke (Received Signal Strength, RSSI) und Paketempfangsrate (Packet Received Ratio, PRR) des Sensorknotens ausgewertet. Entsprechende Ergebnisse werden vorgestellt.

Das Problem der Richtungsschätzung hat eine wichtige Bedeutung für das moderne Leben. Heutzutage sind moderne Peilsysteme in vielen technischen Bereichen verwendet, wie z.B. in RADAR, in SONAR, in MIMO, in Interferenzreduktion, in Mehrbenutzer- oder Mehrkanal-Datenübertragung. Die breite Reihe der moeglichen DOA-Schaetzung Anwendungen benötigen einfache, universelle Algorithmen, die gleichzeitig in der Lage sind, eine hohe Auflösung zu erreichen, während man mehrere Ziele sucht. Offensichtlich stehen die meisten Anforderungen in Widerspruch miteinander. Dies macht die gesamte Aufgabe sehr herausfordernd. Die Medium durch das das Signal propagiert, spielt bei der Definition eines effizienten DOA-Schaetzers eine entscheidende Rolle. Die vorhandenen mathematischen Modelle der DOA-Schaetzung können in drei Kategorien eingeteilt werden: Beamforming, Unterraum-basierte Verfahren und Maximum-Likelihood-Verfahren. Jede dieser Techniken hat durch seine Anwendbarkeit bestimmte Grenzen. Nennenswert sind die begrenzte Winkelauflösung, Abhaengigkeit von einer bestimmten Antennen-Array-Struktur, Rechenanforderungen usw. Neue Erkenntnisse im Bereich der Signalverarbeitung bieten ein neues Paradigma bekannt als CS. Compressive Sensing ermöglicht eine Signalerfassung bei signifikant reduzierter Samplerate deutlich unterhalb der Shannon-Nyquist-Rate ohne Informationsverlust. Voraussetzung ist, dass die zu erfassenden Signale bestimmte Strukturen (eine sogenannte Sparsity) aufweisen. Das DOA-Modell erfüllt die Sparsity-Bedingung, das bringt ein hohes Potenzial für die Anwendung von CS auf die DOA-Schaetzung. Eine grosse Zahl von Rekonstruktionsalgorithmen wurden bereits im Bereich der DOA-Schaetzung verwendet, unter anderem Greedy-Algorithmen OMP, etc.), l1-Norm-basierte Algorithmen BP, usw.), usw. Die meisten von ihnen ignorieren die Tatsache, dass ein diskretes Modell, wie es von CS verwendet wird, das Problem der DOA-Schaetzung nicht vollstaendig darstellen kann, welches in einem kontinuierlichen Bereich formuliert ist. Daraus ergibt sich eine Verschlechterung der Leistungsfaehigkeit solcher auf CS-basierten DOA-Schaetzer, wenn die Position durch das diskrete CS-Verfahren nicht exakt gefunden werden kann ('off-the-grid DOA'). Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Auswirkung der off-the-grid DOA-Modellfehlers auf den CS-Rekonstruktions-Prozess zu analysieren und einen effizienten CS-basierten DOA-Schätzer zu entwickeln, der eine stabile Leistung auch für realistische Szenarien bieten könnte, in denen Quellen sich off-the-grid befinden. Die Aufgabe der vorliegenden Arbeit ist die Nutzung des empirischen Wissens über Eigenschaften des Signals abgeleitet von CS, um die erwartete wahre off-the-grid DOA zu finden. Das Konzept wird durch eine grosse Anzahl an Simulationen unterstützt, die verschiedenen Antennenkonfigurationen und Rekonstruktions-Algorithmen betrachten.

Ein auf Pseudorauschen basierendes Ultra-Breitband-Radarsystem nutzt Maximum Length Binary Sequences (MLBS) als Anregungssignal. Aus dem empfangenen Signal des Radarsensors wird die gesuchte Impulsantwort durch Berechnung der zyklischen Korrelation mit der MLBS gewonnen. Die vorliegende Arbeit beschreibt, wie die Korrelationsberechnung in das bestehende Hardwaredesign des FPGA der Radarsensorplattform eingefügt werden kann. Dieser Schritt ist für eine mobile Datenauswertung notwendig. Für langsam messende und energieeffiziente Anwendungen wurde ein seriell akkumulierender Ansatz entwickelt. Aufgrund des geringen Ressourcenbedarfs kann diese Implementierungsform auch auf kostengünstigen kleinen FPGAs eingesetzt werden. Ein vollständig parallel akkumulierender Ansatz wurde für Anwendungen mit hoher Messgeschwindigkeit entwickelt. Diese Implementierung benötigt sehr viel Hardware-Ressourcen und kann deshalb nur auf sehr großen FPGAs realisiert werden. Eine weitere Implementierungsvariante nutzt die schnelle Hadamard-Transformation (FHT) zur Korrelation. Da die FHT jeden Zwischenwert nur einmal berechnet, ist dieser Ansatz besonders effizient. Es wurde ein Algorithmus entwickelt, der die Zwischenergebnisse einzelnen Speicheradressen so zuordnet, dass eine teilparallele Bearbeitung der FHT basierend auf mehreren Einzelspeichern möglich ist. Der VHDL-Code wurde jeweils automatisiert mit Hilfe von selbst erstellten Funktionen in MATLAB erzeugt. Dies ermöglicht es, verschiedene Konfigurationen der Korrelatorvarianten frei von Programmierfehlern automatisiert zu erstellen. Es kann einzeln festgelegt werden, ob die benötigten Speicher als Block-RAM oder Distributed-RAM implementiert werden sollen. Beim FHT-Ansatz kann der Parallelitätsgrad festgelegt werden. Die serielle und die FHT-Variante konnten auf der bestehenden Sensorplattform erfolgreich getestet werden.

Radar ist ein Verfahren, das reflektierte elektomagnetische Wellen benutzt um Informationen von Objekten in der Ferne oder Nähe zustand zu Radar. Das Stimulus Signal entschiedet der Typ von benutzte Radar. Es kann allgemein als UWB und narrow-band geteilt sein. UWB M-sequenze oder maixumum length Sequenzen Radar war benutzt für die Objekte im Nahfeld auf dem und unter dem Boden. Ausserdem, M-sequenze verfolgt die Pseudo-Noise-Folge Regel. UWB M-sequenze Radar ist sehr gut geignet fur durchdringende Anwendungen. Eigentlich, UWB bringt hoehe tiefe losung für die Baugrunduntersuchung. Aber UWB braucht eine speziale Signalverarbeitung dass es die Annhame von narrow-band Radars nicht akzeptiert. Deshalb es bringt eine schwere Stufe fur die Signalverarbeitung. Fokussierung ist der schwerste Teil von dieser Signalverarbeitung. Eine UWB Simulation in MATLAB um diese Fokussierung subket zu forschen geschrieben. Vier verschieden Fokussierung oder Migration Algorithmen haben in MATLAB mit Erfolg implementiert, um auch das Prinzip von UWB boden durchdringendes Radar zu forschen und dann diese Funktionen zu matGPR toolbox haben implementiert.

Ein 3D-dual-polarisierte Kanalemulation ist sehr komplex in der OTA Test-Set-ups, weil es erfordert einen erheblichen Hardware-Ressourcen. Einige Kanalmodells Vereinfachungen, wie 3D-auf 2D-Dual Polarisation und 3D-Dual auf 2D OTA Einpolarisationsmoden wäre für die MIMO OTA Test-Set-up vorzuziehen. Die Auswirkungen der Kanal-Modell Vereinfachungen auf den OTA Zahl des Verdienstes wird für den LTE-A-System mit der Closed-Loop-Spatial Multiplexing als Sende-betrieb analysiert. Die System-Performanz in Bezug auf Kapazität und Durchsatz ist analysiert für verschiedener Sende-Polarisationen unter … Aspekt auf verschiedener Kanal-Modell vereinfachungen während der Emulation. Analytische Methoden für die Berechnung des Durchsatzes sind notwendig erachtet für die Analyse der Auswirkungen von Kanal-Modell Vereinfachungen auf den Durchsatz, da die Berechnung der Durchsatz von Monte-Carlo-Simulationen sehr zeitaufwendig ist. Die Ergebnisse aus den vorgeschlagenen Analysemethoden für die LTE-A iterative und nicht-iterativen Entzerrung Schemen eine ungefähre obere Grenze fur die empirischen Ergebnisse ergeben. Für die LTE-A 2x2-MIMO-System, wird der Kanal-Modell Vereinfachung von 3D-Dual auf 2D-Dual Polarisation nicht in Performance-Verlust für die verschiedenen Sende-Polarisationen (vv, hv, hh) im Uplink und Downlink führen. Für die LTE-A 2x2-MIMO-System, die Kanal-Modell vereinfachung aus 3D-Dual auf 2D OTA Einpolarisationsmoden Ergebnis in erheblich Performance-Verlust für die hv übertragung-Polarisation in der Uplink-und Downlink. Für die LTE-A 4x4 MIMO-System, die Kanal-Modell Vereinfachung von 3D-Dual auf 2D-Dual Polarisation Ergebnis in marginalen Performance-Verlust für verschiedene Sende-Polarisierungen (vvvv, hvhv, hhhh) im Uplink und Downlink führen.

Die Ultrabreitband-Radarsensorik ist durch ihre Vielzahl von Einsatzmöglichkeiten zu einem festen Bestandteil der modernen elektronischen Messtechnik geworden. Kompakte UWB-Messsysteme erlauben die Durchführung hochauflösender Laufzeitmessungen. Diese Arbeit konzentriert sich auf eine der geometrisch größten Baugruppen des Sensors: das Sendefilter. Im Sinne der Miniaturisierung werden unterschiedliche Filter hinsichtlich ihrer Tauglichkeit für präzise Laufzeitmessungen untersucht. Das vorhandene Messsystem wird in seinen grundlegenden Eigenschaften vorgestellt und der Einfluss signalformender Baugruppen auf unterschiedliche Messaufgaben herausgearbeitet. Es wird gezeigt, wie sich Filtergrad und Bandbreite auf präzise Laufzeitmessungen auswirken. Hierbei steht vor allem der Fehler durch Aliasing im Vordergrund. Zum praktischen Nachweis der Vorbetrachtungen werden eigene Filtermodule entworfen und gefertigt. Diese werden für Laufzeitmessungen im Basisband und dem für UWB-Anwendungen reservierten ECC-Band verwendet. Anhand der Messergebnisse werden die Filter untereinander verglichen und Rückschlüsse auf ihre Eignung und ihren Einfluss auf die Präzision einer Laufzeitmessung gezogen.

Im Rahmen der vorliegenden Bachelorarbeit war ein Backend für Ultraweitbandradarsysteme zu entwerfen, welches die gleichzeitige Aufnahme von vier Kanälen ermöglicht. Weiterhin ist eine Erhöhung der Messbandbreite und die Möglichkeit zur Echtzeitaufnahme der Signale zu erzielen. - Im Verlauf der Arbeit wurde das Systemkonzept beleuchtet und daraus die Anforderungen an das Backend abgeleitet. Der Schaltungsentwurf umfasst alle zur Messung notwendigen Baugruppen und wurde detailiert nach gängigen Entwurfsmethoden erstellt und dokumentiert. Ausgehend vom Schaltplan folgte das Hardwarelayout, welches nach einer umfassenden Signalanalyse in einem achtlagigen Mixed-Signal Hochfrequenzdesign resultierte. Dieses wurde aufgebaut und in seiner Betriebsfähigkeit bestätigt. Im Ergebnis der Arbeit liegen zwei Prototypen des UWB-Backends vor, welche als leistungsfähige Digitaleinheiten zur Mehrkanalaufnahme von UWB-Sensordaten taugen. In Erweiterung der vorhergehenden Arbeit von Thier wurden eine Reihe schaltungstechnischer Neuerungen implementiert. Die vollständige Versorgung der Einheit durch mehrphasige Schaltreglerstufen konnte die Energieeffizienz des Boards drastisch gesteigert werden. Als Datenschnittstellen von ADC bis Bus wurde die bisher eingesetzte, unsymmetrische Leitungstechnik bestehend aus breiten Parallelbussen durch schnelle serielle Leitungspaare ersetzt. Im Ergebnis steigt der Datendurchsatz bei gleichzeitiger Verbesserung der Signalqualität. Der weiterhin vorhandene FastBus erlaubt die Rückwärtskompatible Verwendung des neuen Backends in Systemen nach Thier. Eine neuartige Taktaufbereitung- und Verteilung ersetzt die bisherige Taktverzögerungsleitung und erzielt die stabile und genau konfigurierbare Taktversorgung aller Komponenten im System. An Stelle des FastBus tritt der neu entwickelte MGT-Bus. Der Uplink zum PC wird durch eine neu eingeführte PCIe Schnittstelle bereitgestellt. Eine Möglichkeit zur Durchführung der Korrelation aller Kanäle im FPGA wurde aufgezeigt und die Hardware entsprechend ausgelegt.

Diese Arbeit befasst sich mit der Schätzung diskreter parasitärer Reflexionen in einem MIMO-Over-The-Air-Testaufbau. Dazu erfolgt zunächst die Vorstellung des benötigten Modells der Übertragungsstrecke sowie der verwendeten Antennen. Darüber hinaus werden grundlegende Gleichungen sowie Algorithmen und die daraus resultierenden Eigenschaften des für diese Arbeit entwickelten Parameterschätzers diskutiert. Des Weiteren werden mögliche Ungenauigkeiten des Modells sowie ausgewählte Fehlereinflüsse bei der Messung zur Bestimmung der parasitären Reflexionen genannt und deren Einfluss simulativ ausgewertet. Die Bestimmung der Reflexionen ergibt sich aus verschiedenen Messungen und anschließender Auswertung durch den Parameterschätzer. Darauffolgend werden die Ergebnisse diskutiert und die Übertragungspfade im Over-The-Air-Aufbau identifiziert. Aus den ermittelten Fehlereinflüssen sowie den identifizierten Reflexionspunkten können schließlich Verbesserungen des Messverfahrens beziehungsweise des Aufbaus des Testsystems abgeleitet werden.

In many scientific fields, for example robotics or autonomous navigation, there is an increasing interest in reconstructing the motion of a mobile system based on image data of its environment. Due to decreasing costs of image acquirement systems, cameras recording such image data are implemented in many applications. Previous research shows that for the estimation of a vehicle's Euler angle rates from hemispheric images, an optical flow based approach delivers promising results. In this work, an approach of estimating the angular rates based on suitably remapped images is to be refined to increase accuracy and enable processing of large data sets in reasonable time by reducing computation time. Several state-of-the-art optical flow algorithms are compared, which are a pyramidal implementation of the Lucas-Kanade method, the algorithm by Brox et al. and the algorithm by Farnebäck. It is found that the algorithm by Brox et al. yields highest accuracy while maintaining reasonable small computational complexity. The parameters of the algorithm are adapted to the particular problem to optimize the estimation regarding accuracy and computation time. Furthermore, it is found that a downscaling of the input images used for estimating the optical flow down to 1/4 of the original size in each dimension still provides accurate results but significantly reduced computation time. The performance of the implemented angular rate estimator is evaluated regarding measurements consisting of hemispheric images and reference data recorded synchronously by a high precision Inertial Measurement Unit (IMU) in different environments. In rural environments, a correlation coefficient of >0.9 is achieved for roll, pitch, and yaw estimation. For unfavorable environments (e.g.˜urban), the correlation drops down to approximately 0.6. The accurate estimation of yaw variations is maintained in all considered environments. Situations causing estimation errors are discussed and possible post-processing methods addressing common causes of errors are investigated. Since the estimation still contains large estimation errors in critical situations, a measure to assess the estimation reliability is proposed, to enable appropriate handling of such situations.

In den letzten Jahren sorgte Software-Defined Radio (SDR) in Bezug auf moderne Kommunikationssysteme für immer größere Aufmerksamkeit. Das Konzept von SDR bezeichnet ein Funkgerät, das in der Lage ist, seine Funkschnittstelle durch Software flexibel zu rekonfigurieren. Dies ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und macht SDR zu einer enorm anpassungsfähigen und vielseitigen Funktechnologie. Allerdings stellen im HF-Frontend ausgelöste Störungen in der Praxis eine erhebliche Einschränkung dar. In direkt umsetzenden Empfängerstrukturen entstehen durch nichtlineare Komponenten, die in ihren Sättigungsbereich getrieben werden, nichtlineare Verzerrungen. Das ist ein Ergebnis der begrenzten Linearität und des Dynamikbereich des HF-Frontends eingeschränkt sind. Der Fokus der Arbeit liegt auf nichtlinearen Verzerrungen in breitbandigen Empfängern und deren Minderung mit Hilfe von digitaler Signalverarbeitung. Die Idee ist, die nichtlinearen Verzerrungen im digitalen Bereich auf Basis eines gedächtnislosen, Polynom-Modells zu regenerieren. Ein adaptives Filter passt dabei den Betrag der nichtlinearen Referenzverzerrungen an und subtrahiert diese vom verzerrten Signal. In der Arbeit wird eine Hardwareimplementierung eines Störungsminderungsalgorithmus auf einer typischen SDR Plattform vorgestellt. Bisher ist keine Implementierung des rein-digitalen Ansatzes bekannt. Der Implementierungsablauf beschreibt anhand eines Top-Bottom-Ansatzes, wie der Algorithmus zuerst in einer Festpunkt High-Level Realisierung und schließlich in einer Low-Level Implementierung mit einer Hardwarebeschreibungssprache umgesetzt wird. Sowohl High-Level als auch Low-Level Simulationen unterstützen dabei die Validierung und Bewertung der Implementierung. Die Implementierung des Abschwächungsalgorithmus stellt schließlich eine ausgefeilte Methode dar, um ein heruntergeschmischtes Basisbandspektrum in Echtzeit von nichtlinearen Verzerrungen zu befreien. Demzufolge wird die effektive Linearität des HF-Frontends erhöht. Dies kann zu einer erheblichen Verbesserung der Bitfehlerrate von modulierten Signalen führen sowie die Zuverlässigkeit des Sensings in Bezug auf kognitiven Funk steigern.

Hochauflösende Parameterschätzung des Funkkanals, kann von Mehrdeutigkeiten im Winkelbereich betroffen sein, wenn am Sender oder Empfänger ein uniformes lineares Array benutzt wird. Typischerweise werden nur Schnitte des komplexen Beampatterns, für einen konstanten Elevationswinkel, verwendet um dieses unterbestimmte Problem zu lösen. Allerdings können sich unterschiedliche Ergebnisse der Parameterschätzer einstellen, je nach dem welcher Schnitt benutzt wird. Thema der vorliegenden Arbeit, ist die Untersuchung der angesprochenen Abhängigkeit. Der Ursprung der Abhängigkeit findet sich in der falschen Anwendung des Koordinatensystems. Es werden analytische Ausdrücke für die Abweichung der Azimutwinkel abgeleitet. Weiterhin wird gezeigt, dass Azimutwinkel existieren die für einen gegebenen Elevationsschnitt nicht schätzbar sind. Es wurden Untersuchungen gemacht um das Verhalten des Schätzers unter solchen Bedingungen zu beschreiben. Die Arbeit enthält darüber hinaus eine Methode zur Generierung von Beampatternschnitten, die keine Abweichung oder unerreichbare Winkel aufweisen. Um die Auswirkung der beschriebenen Probleme zu demonstrieren, wurden Parameterschätzungen basierend auf realistischen Daten durchgeführt. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass das Modell die auftretenden Azimutabweichungen hinreichend genau beschreibt. Zusätzlich illustrieren die Berechnungen das Problem der nicht erreichbaren Richtungen. Es wird gezeigt, dass der Beampatternschnitt am Äquator (0˚ Elevation), im Allgemeinen, die geringste Fehleranfälligkeit aufweist.

Um zukünftigen Kapazitätsbedarf in aeronautischer Navigation abzudecken, werden neue Bord und Boden Kommunikationsdienste gebraucht. Die europäische Organisation für Sicherheit und Luftnavigation, Eurocontrol, unterstützte die Entwicklung zweier Vorschläge für ein solches System. Der erste Vorschlag, genannt LDACS1, ist ein digitales Breitband OFDM basiertes System, welches vom Institut für Kommunikation und Navigation, DLR entwickelt wurde. Der zweite Vorschlag, LDACS2 wird von einem Projektteam bestehend aus EGIS ASVIA, Helios SWEDAVIA und anderen entwickelt. LDACS2 folgt einer single carrier Steuerung mit einer GMSK Modulation. Beide Systeme sind für das Bedienen des aeronautischen Teils des L-Band (960-1164 MHz) gedacht. Diese Frequenz wird jedoch bereits von verschiedenen aeronautischen alten Systemen, wie z.B. zivile Luftfahrtnavigation DME oder militärischen Kommunikationssystemen (vereinigtes taktisches Informationsverteilungssystem JTIDS) eingesetzt. Darüber hinaus, LDACS ist offen für in der Luft befindliche Empfangsstörungen. Ein entscheidender Punkt im Auswahlprozess für eine der LDACS Systeme ist die Gewährleistung für das Nebeneinander von LDACS und des legacy Systems. Einerseits muss bewiesen werden, dass LDACS nur einen geringen Einfluss auf das legacy System hat. Andererseits muss eine verlässliche Funktion trotz Empfangsstöung (Beeinträchtigung) gewährleistet werden. In dieser Masterarbeit ist die Leistung von LDACS2 analysiert. Die Aufgabe umfasst einige theroetische Überlegungen für Ermittlungen von Kapazität, spektrale Leistungsfähigkeit, Skalierbarkeit und die mögliche Zahl gleichzeitiger Nutzer. Das Ergebnis zeigt die Beschränkung der angebotenen bit rates pro Nutzer gemäß der limitierten Bandbreite. Jedoch für gering bis mittelmäßige Inanspruchnahme von Anwendern, die angebotenen bit rates sind innerhalb einer akzeptablen Reichweite. Der Hauptteil dieser Arbeit befasst sich mit der Anwendung des LDACS2 Systems gemäß der Simultations-Software. Das umfasst die gesamte physikalische Schichtung und die grundlegenden Teile der höheren Schichtung. Besonderer Schwerpunkt ist die Anwendung und Beurteilung von wirksamen Kanal Entzerrung Algorithms, Analyse und Auswertung. Neben AWGN Kanälen wurden auch praxisbezogene Luftfahrtfrequenzen angewandt. Es stellte sich heraus, dass die Kanalkodierung in dieser Ausführung nicht genügend.

Die Entwicklungen im Bereich der Radarsensorik und Robotik ermöglichen den Aufbau verteilter Sensornetzwerke, die der Erkundung unbekannter Umgebungen dienen. Durch die Verwendung von Ultrabreitbandtechnik (UWB) können zudem Radardaten mit hoher Ortsauflösung gewonnen werden. Zur Charakterisierung der Umgebung eignen sich Bildgebungsverfahren, die eine Visualisierung der Daten ermöglichen. Konventionelle Methoden wie die Kirchhoff Migration entstanden jedoch nicht für den Einsatz in flexiblen Sensornetzwerken. Um deren Vorteile nutzen zu können wurden im Rahmen dieser Arbeit modellbasierte Bildgebungsverfahren entwickelt. Aufbauend auf dem physikalischen Rückstreuverhalten unterschiedlicher Objekte entstanden Algorithmen, die es ermöglichen ausgewählte Objektkategorien abzubilden. Durch die Spezialisierung auf Modelle wie "Punktstreuer" und "Flächenstreuer" konnten Verbesserungen gegenüber konventionellen Verfahren erzielt werden. Das Verhalten der modellbasierten Algorithmen wird im Hinblick auf Berechnungsaufwand, Skalierbarkeit, Genauigkeit und Rauschverhalten untersucht. Weiterhin findet eine Evaluierung durch Simulations- und Messszenarien statt.

Steigende Anfragen an hochqualitative Interieurausstattung der nächsten S-Klasse von Mercedes-Benz stellt die Netzwerk Telematik Generation der Daimler AG vor besondere Herausforderungen. Mehrere Funktechnologien, wie Kleer, WLAN IEEE 802.11 b/g und Bluetooth können in die Front- und Heckeinheiten eingebaut werden. Diese benutzen das 2.4 GHz ISM Frequenzband, bei denen während gleichzeitiger Ausführung Qualitätsverluste entstehen können. Das Augenmerk dieser Arbeit lag auf der neuen Technologie von Kleer und ihrer Wechselwirkung mit WLAN11b/g und Bluetooth. Dabei werden grenzwertige Härtefälle von Interferenzen untersucht. Weiterhin wurde eine Simulation fehlerhafter Datenpakete von Kleer erstellt und mit den Messwerten verglichen, mit dem Ziel, eine verbesserte Übersicht über Kanalzuweisungen bei minimalen Interferenzen zu erstellen.

Im Gegensatz zu Through-Wall-Problemstellungen werden in dieser Bachelorarbeit abgeschattete Regionen in L-förmigen Gängen untersucht, in denen eine Person ohne eigenen Sender nur über Mehrwegepfade mittels Reflexion und Beugung lokalisiert werden kann. Im Fokus steht die Integration von Beugungserscheinungen zur flächendeckenden Verbesserung der Genauigkeit gegenüber Untersuchungen, die ausschließlich auf Reflexionseffekten basieren. Dazu werden Messdaten von realen Szenarien mit einem UWB-Radar und einer monostatischen Antenne erfasst. Aus diesen werden insgesamt drei Ausbreitungspfade abgeleitet, mit deren Distanzen lokalisiert werden kann. Es wird ein Lokalisierungsprinzip und ein eindeutiges Zuordnungskonzept zwischen den gemessenen Distanzen und den Pfaden vorgestellt. Die Ergebnisse der darauf beruhenden Lokalisierung werden hinsichtlich ihrer Genauigkeit und der Reichweite bewertet und mit alternativen Methoden verglichen.

Die Entwicklung von Satelliten und den zugehörigen technischen Applikationen im Frequenzbereich des Ka-Bandes (17,3 GHz - 31 GHz) schreitet aufgrund des erhöhten Bandbreitebedarfs und der hohen Auslastung der bisher genutzten Bänder voran. Derzeitige Testsystem für entsprechende Sende- und Empfangstechniken, ins besonders für mobile Anwendungen, nutzen meist reale Satelliten. Um Aufwand und Kosten zu minimieren entsteht auf der Fraunhofer-Versuchsanlage "Am Vogelherd" in Ilmenau ein Satellitenemulator. Mit diesem soll die Emulation eines Satelliten im Ku-Band (10,7 GHz - 14,5 GHz) und im Ka-Band ermöglicht werden. In dieser Bachelorarbeit wird dieses System bezüglich seiner Eigenschaften und Parameter untersucht und mit realen Satelliten verglichen. Dazu wird zunächst die für die Emulation verwendete Hardware näher betrachtet und entsprechende Parameter, wie z. B. die Durchgangsdämpfung, für die einzelnen Komponenten bestimmt. Anhand dieser gemessenen Werte werden Streckenbilanzen für die Versuchsanlage erstellt. Diese theoretischen Betrachtungen werden mit den anschließend durchgeführten Messungen für den Uplink und Downlink der Versuchsanlage verglichen. In den Ergebnissen zeigt sich, dass mit dem Satellitenemulator EIRP von über 80dBW emuliert werden kann.

Die Stationarität des MIMO-Kanals ist für die erweiterte Übertragungsverfahren und -Anwendungen sehr wichtig. Aber die echten Kanäle können nur quasi stationär angenommen werden. D.h., dass die Statistiken des Kanals nicht über die ganze Zeit- und Frequenzbereich konstant bleiben kann, sondern nur innerhalb eines bestimmten endlichen Stationarität-Bereichs. Für einige erweiterte Übertragungsverfahren, das die Konstanz der Statistiken des Kanals innerhalb eines größeren Bereichs benötigt, bzw. für einige andere Anwendungen, wie z.B. die Festlegung der optimale Lage des Relais in Anbetracht der Höhe der Feeder-Link, ist die Charakterisierung der Bereichen der Stationarität wichtig und sinnvoll. Für die MIMO-Kanäle, im Gegensatz zu den SISO-Kanäle, ist die räumliche Struktur eines der wichtigsten Eigenschaften. Daher ist es notwendig, die Stationarität der mobile Kanäle zu bewerten und versuchen, die lokale Bereiche der Stationarität zu finden. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung der von der Höhe abhängigen Nicht-Stationarität des gemessenen Kanals in einem städtischen Makrozelle Szenario und die Anwendung unterschiedlicher Methoden von Matrix-Metriken, um die Nicht-Stationarität zu bewerten. Die Bewegungen des Empfängers über Höhe könnte, einen nennenswerten Einfluss auf die räumliche Struktur des Kanals, die in der Variation der Korrelations-Matrizen über Höhe Ergebnissen führen. Außerdem kann verschiedene Kanalkapazität über die Höhe für die Leistung von MIMO zu erwarten. Die Matrix-Metriken-Methoden, die in der Arbeit verwendet werden, sind: CMD (Korrelationsmatrix Entfernung), NCMD (normalisierte Korrelation Matrix Entfernung) und DES (Entfernung zwischen äquidimensionale Unterräume). Alle Methoden besiert auf die räumliche Struktur des Kanals. Jede Matrix Metrik ist die Messung der Unterschiedlichkeit zwischen zwei verschiedenen Korrelationsmatrizen, mit dem Wert von 0 bis 1 (0 bedeutet, dass zwei Matrizen gleich sind, während 1 die völlige Unterschied heißt.). Mit den verschiedenen Methoden von Matrix-Metriken, können unterschiedliche Variation der räumlichen Struktur und lokale stationäre Regionen auch erwartet werden. Außerdem betrachten wir die räumliche Struktur getrennt bei den Sende-und Empfangsseite. Abgesehen von der Änderung der Umgebung der Streuung, wenn wir die Antenne Konfigurationen (z.B. die Anzahl der Antennen, die Antennenpolarisationen und die Abstand der Antennenelemente) ändern, kann die Unterschiede der Leistung von Matrix-Metriken auch erwartet werden. Denn alle diese Faktoren können zur verschiedenen Varianzen der räumlichen Struktur des Kanals führen.

Der Einsatz von ultrabreitband-(UWB-)Sensorarrays für Messungen an lebendigen oder beweglichen Objekten stellt besondere Anforderungen an die Synchronisierung der Datenaufzeichnung für die einzelnen Empfänger. Die Diplomarbeit beinhaltet die Konzeption, den Aufbau und die Evaluierung einer kaskadierbaren Digitaleinheit zur Erfassung der Daten eines UWB-Sensorarrays. Diese Digitaleinheit besteht aus einem proprietären parallelen Bussystem, sowie mehreren Tochterkarten für die Aufzeichnung der UWB-Daten. Spezielle Busleitungen erlauben dabei die Synchronisierung der Datenaufzeichnung aller an da System angeschlossenen Tochterkarten.

Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung der Abhängigkeiten zwischen Fahrzeugerschütterungen und begleitenden Bildinformationen. Zunächst musste ein Messsystem zur Datenerfassung implementiert werden, um synchron Bild- und Bewegungsdaten aufzunehmen. Basierend auf diesen Referenzdaten wurde untersucht, ob Informationen aus den Bilddaten gewonnen werden können, sodass Bewegungsprofile von Messfahrten aus Kameradaten reproduziert werden können. Um die Bildinformationen mit den Bewegungsdaten vergleichen zu können, mussten Merkmale zur Bewegungserkennung aus den Hemisphären-Bildern gewonnen werden. Dazu wurden mehrere Verfahren zur Bewegungserkennung in Bildern implementiert und verglichen. Diese wurden auf eine entzerrte Version der Hemisphären-Abbildung angewendet. Zur Rekonstruktion der Roll- und Nick-Bewegungen erwies sich die Berechnung des optischen Flusses zwischen den Bildern als besonders robustes Verfahren. Zur Schätzung des Gier-Winkels liefert eine Betrachtung der Ausrichtung des Fahrzeugs zur Sonne sehr gute Ergebnisse. Mit Hilfe der entwickelten Verfahren können Roll-, Nick- und Gier-Bewegungen von Messkampagnen nachgebildet und für Simulationen in der Fraunhofer Versuchsanlage >> Am Vogelherd << in Ilmenau eingesetzt werden. Das implementierte Messsystem soll auch im Rahmen des ESA-Projektes "Mobile Tracking Needs" zum Einsatz kommen.

Im Rahmen dieser Arbeit wurden zwei verschiedene Methoden zur polarimetrischen Filterung untersucht. Für beide Verfahren wurden neben Simulationen auch praktische Versuche bei 60 GHz durch-geführt. - Zum einen wurde das sogenannte Single Sample Polarisation Filtering (SSPF) Verfahren analysiert. Dieses Verfahren ist für Radaranwendungen sehr gut geeignet, da zur Filterung lediglich eine Messung der Störsignale nötig ist. Diese ist praktisch durch ein Entfernen des Zielobjektes aus der Messstrecke möglich. Das Verfahren lieferte nicht nur in der Simulation sehr gute Ergebnisse sondern auch in den praktisch untersuchten Radarmessungen. In den durchgeführten Versuchen konnten sowohl mit einem Dieder als auch mit dünnen Kabeln als Zielobjekt Verbesserungen des SCNR durch den Filterprozess festgestellt werden. Im besten Fall betrug die Steigerung des SCNR 6,71 dB. Insbesondere im Fall der schwer erkennbaren, dünnen Kabel konnte eine Steigerung der Erkennungsrate mittels SSPF beobachtet werden. Der SSPF ist also eine sehr effiziente Methode um auch schwierig erkennbare Objekte in Radaranwendungen besser zu identifizieren. Der Nachteil besteht in der Notwendigkeit vorhergehender Messungen zur Klassifizierung der Störsignale. Dies kann bei sich ändernder Umgebung oder Echtzeitanwendungen, wie zum Beispiel bei Autoradarsystemen, zu Problemen führen. Bei den hier durchgeführten Versuchen handelte es sich um bistatische Radarsysteme. Um die Erkennungsrate der Objekte noch weiter zu erhöhen, könnten multistatische MIMO Versuche durchgeführt werden. Hierzu sollte das SSPF Verfahren jedoch erweitert oder angepasst werden. - Das Weighted Combination Polarisation Filtering Verfahren (WCPF) liefert bei genau bekannten Polarisationsparameteren sehr gute Ergebnisse, was in den Simulationen veranschaulicht wurde. Hier konnte ein geringerer Fehler auch bei kleinem SNR im Vergleich zum SSPF festgestellt werden. Eine vollständige praktische Untersuchung konnte aufgrund der hardwaretechnischen Gegebenheiten nicht durchgeführt werden. Mit nachträglich hinzugefügtem Störsignal zu in Messungen ermittelten Daten konnte jedoch auch hier eine teilweise praktische Untersuchung durchgeführt werden. Die Schätzung der Polarisationsparameter erfolgte mit dem sogenannten LMS (Least-Mean-Square) Verfahren. Für dieses Verfahren muss im Gegensatz zum SSPF jedoch das gesendete Signal bekannt sein. Dieses ist in Radarmessungen oft nicht messbar, so dass die Methode des WCPF mit einer Parameterschätzung mittels LMS für Radarmessungen nicht geeignet ist. In Mobilfunkanwendung oder ähnlichem, bei denen zum Beispiel während Kanalschätzungen das Sendesignal bekannt ist, könnte diese Filtermethode zum Einsatz kommen. Für beide Filtermethoden konnte ihre Funktion und Anwendbarkeit nachgewiesen werden. Sie sind jedoch für verschiedene Anwendungsfälle unterschiedlich gut geeignet.

In dieser Masterarbeit werden Algorithmen zur Strukturklassifikation in Bildern der Himmelshalbkugel untersucht und miteinander verglichen. Hintergrund ist das Ziel einer photogrammetrischen Charakterisierung des land-mobilen Satellitenkanals (z.Bsp. zur Dienstgütevorhersage satellitengestützter Kommunikationssysteme, wie mobiler Satellitenrundfunk), wobei die zu erwartende Signaldämpfung aus dem Bildbereich um die Satellitenposition herum bestimmt werden soll. Im Bild sind dazu Bereiche ohne Signaldämpfung (freie Sichtverbindung zum Himmel), Bereiche mit Signalabschattung (durch Vegetation) und Bereiche mit Signalblockierung (durch solide Objekte z.B. Gebäude) zu identifizieren. Um diese Zerlegung des Bildes in drei Klassen durchzuführen, werden verschiedene Methoden der Farbbildverarbeitung und Mustererkennung miteinander kombiniert und in ihrer Leistungsfähigkeit verglichen. Im Einzelnen betrifft dies die statistische Texturanalyse unter Nutzung von Summen- und Differenzhistogrammen auf Grauwerten und deren Erweiterung für Farbbilder. Auf Basis dieser Histogramme werden geeignete Texturmerkmale (Intra-Plane-, Inter-Plane- und Farbabstandsmerkmale im RGB- und HSV-Farbraum) extrahiert, die für die anschließende Klassifikation benutzt werden. Als Klassifikatoren kommen neuronale Netze, Support Vector Machines, Nächste-Nachbarn-Klassifikation und Gaussian Mixture Models zum Einsatz. Der Test der Bildverarbeitungsketten auf einem Datensatz von 30 manuell annotierten Bildern zeigt folgendes: Die Nutzung von Texturmerkmalen bringt eine signifikante Verbesserung der Klassifikation gegenüber reinen Farbmerkmalen. Das beste Ergebnis konnte mittels Intra-Plane-Farbtexturmerkmalen unter Verwendung eines neuronalen Netzes erzielt werden und erbrachte eine pixelweise Korrektklassifikationsrate (Accuracy) von 92.7%. Es wird auch untersucht, inwieweit sich die Ergebnisse durch eine anschließende Graph Cut-Segmentierung verbessern lassen. Hier konnte die Accuracy auf 93.9% gesteigert werden. Wird lediglich eine Strukturunterscheidung zwischen Himmel und Umgebung angestrebt (Zusammenfassung von Vegetation und Gebäuden), so kann auf dem verwendeten Datensatz eine Accuracy von 98.0% erreicht werden. Dagegen liefert das in der Literatur beschriebene Verfahren der geodätischen Rekonstruktion nur eine Accuracy von 87.0%.

In der vorliegenden Masterarbeit wird die Korrelation der langsamen und schnellen Schwundeigenschaften (slow- und fast signal variations) von Satellitensignalen mehrerer Satelliten an einem mobilen Empfänger auf Basis gemessener Signale im S-Band untersucht. Dabei werden nicht die Signale selbst, sondern Parameter aus den Kurzzeitstatistiken der Signale korreliert. Im zugrundeliegenden Kanalmodell wird dabei der langsame und schnelle Schwund additiv überlagert und mittels einer statistischen Verteilung beschrieben (Loo-Verteilung). Die drei Parameter einer solchen Loo-Verteilung sind der mittlere Signalpegel des langsamen Schwundes und seine Standardabweichung sowie der mittlere Signalpegel von Mehrwegekomponenten (schneller Schwund). Um diese Parameter aus den vorliegenden Messdaten ermitteln zu können, werden zunächst zwei Verfahren zur Schätzung der Loo-Parameter untersucht. Die eine Methode (in der Arbeit als "Filtermethode" bezeichnet) verfolgt den Ansatz, den langsamen und schnellen Schwund mit einer Filterung zu trennen. Aus den beiden getrennten Signalen werden dann die Parameter extrahiert. Die andere Methode basiert auf einer Kurvenanpassung der Verteilungsdichtefunktion an die Loo-Verteilung (in der Arbeit als "Fitting-Methode" bezeichnet). Bei ihr werden alle drei Parameter gemeinsam geschätzt. Um die Leistungsfähigkeit beider Verfahren zu bewerten, werden diese zunächst anhand von simulierten Daten getestet. Beide Methoden weisen Stärken und Schwächen auf. Während die Ergebnisse der Filtermethode eher mit einem systematischen Fehler behaftet sind, zeigt die Fitting-Methode eher stochastische Fehler. Beide Parameterschätzverfahren werden auf Messdaten von etwa einhundert Kilometern angewendet. Für sie wird die Korrelation der Loo-Parameter für den Zwei-Satelliten-Empfang untersucht. Die Korrelation wird für die kombinierten Satellitenzustände "gut-gut", "gut-schlecht", "schlecht-gut" und "schlecht-schlecht" angegeben. Die ermittelten Werte bilden die Grundlage zur Parametrisierung eines Mehrsatellitenkanalmodells.

Im Rahmen dieser Bachelorarbeit wurde untersucht, ob es möglich ist, mit Hilfe von Mikrowellen eine Person detektieren und lokalisieren zu können, die sich in einem abgeschatteten Bereich eines Raumes aufhält. Im Kontrast zu bisherigen Forschungsbestrebungen wurde hierbei kein "Through-Wall"-Szenario untersucht, sondern die Nutzbarkeit von Reflexionen und Beugungen elektromagnetischer Wellen an Grenzflächen betrachtet. Zunächst beinhaltet die Darlegung theoretische Ansätze mit denen die Lösbarkeit und Genauigkeit einer Positionsbestimmung überprüft wurde. Anschließende Messungen unter Verwendung eines Ultra-Breitband Radars mit einer Sende- und 2 Empfangsantennen wurden für eine Prüfung der angestellten theoretischen Überlegungen herangezogen. Insgesamt wurden mehrere verschiedene Messlokalitäten verwendet, um eine möglichst breite Anwendbarkeit der Techniken zu demonstrieren. In der Auswertung wurden Radarbilder analysiert, in denen sich typische Eigenschaften elektromagnetischer Wellen, wie Polarisationseffekte und Beugung, wiederfinden. Zum Abschluss der Arbeit wurden zukünftige Einsatzmöglichkeiten diskutiert und mit Forschungsprojekten der letzten Jahre in Verbindung gesetzt.

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Ableitung von Schwundprofilen des landmobilen Satellitenkanals aus Bildern der Umgebung. Hierzu wurde die Klassifikation der Bildinhalte mittel Expectation-Maximization-Algorithmus in die Klassen 'Himmel' und 'Objekt' genutzt. Die Ermittlung der Satellitenpositionen in den Bildern und somit der zu untersuchenden Bildbereiche wurde durch eine korrigierte Abbildungsfunktion erreicht. Diese Korrektur ist bildbasiert und nutzt die Sonnenposition in den Bildern, die durch Bildverarbeitungsalgorithmen gefunden wurde. Aus den Bereichen um die Satellitenpositionen in den Bildern wurde ein Sichtbarkeitsgrad gewonnen, der angibt, wieviel Prozent des Bereiches um diese Positionen zu der Klasse 'Himmel' gehören. Durch die gemeinsame Betrachtung des Sichtbarkeitsgrades und der Signalpegel der Satelliten, konnten charakteristische Effekte des Kanals - speziell Signalbeugung, -abschattung und -blockierung - entdeckt und nachvollzogen werden.

Das Verfahren der "Messdatenbasierten Parametrischen Kanalmodellierung" ermöglicht eine antennenunabhängige Beschreibung eines gemessenen Mobilfunkkanals. Basierend auf dem Verfahren sollte es möglich sein, einen Mobilfunkkanal, unter Berücksichtigung beliebiger systemspezifischer Antennen, zu synthetisieren. Um diese Methode zu demonstrieren bzw. zu verifizieren, werden zwei Messungen untersucht, die am gleichen Ort aber mit unterschiedlichen Antennen vorgenommen wurden. Anhand der ersten Messung werden die Parameter des Kanals abgeleitet und ein synthetisierter Kanal unter Verwendung der zweiten Antenne erzeugt. Der synthetische Kanal kann dann mit dem gemessenen Kanal verglichen werden. Die Parameter für die Synthese des Mobilfunkkanals wurden mit dem RIMAX Algorithmus aus den Messdaten geschätzt. Er verwendet ein hybrides Datenmodell, bestehend aus einem deterministischen, strahlenoptischen Teil (spekulare Pfade) und einem stochastischen Teil ("Dichte Mehrwegekomponenten" - DMC). Zunächst sollen die Kanalparameter der einzelnen Antennenkonfiguration miteinander verglichen werden, um die Validität der Schätzergebnisse und die Grenzen des Parameterschätzers zu erfassen und abzuschätzen. Hierbei muß man noch gesondert darauf achten, dass die geschätzten dichten Mehrwegekomponenten (DMC) antennenabhängig sind, da der Schätzer nicht in der Lage ist die räumlichen Eigenschaften der DMC aufzulösen. Die DMC können somit nicht für die Synthese verwendet werden. Dieses Problem wird behoben durch ein künstlich erzeugtes Messrauschen, das sowohl den Messdaten als auch den synthetischen Daten hinzugefügt wird um den Einfluss der DMC auf das Ergebnis zu vermindern. Anhand ausgewählter Metriken (Power-Delay-Profile, Power-Angular-Profile durch Beamformer und Kovarianzmatrix, etc.) werden schliesslich die synthetisierten und gemessenen Daten verglichen und ausgewertet. Von dem Ergebnis her ist zu erkennen, dass die Messungen nicht 100% statisch vorgenommen wurden, die Unterschiede zwischen rekonstruiertem und gemessenem Kanal lassen sich durch Änderungen der Ausbreitungsbedingungen (z.B. zusätzliche Reflektionen) erklären. Unter Berücksichtigung dieser Änderungen, stimmen der rekonstruierte und der gemessene Kanal dennoch gut überein.

Die vermehrte Nutzung von Satelliten für vielfältige Dienste und der erhöhte Bedarf an Bandbreite in den verwendeten Kommunikationssignalen führt zu Engpässen im bisher genutzten Frequenzspektrum. Deshalb migrieren vermehrt Dienste in höhere Frequenzbänder. Schritte, die diese Entwicklung kennzeichnen, sind u.a. die derzeitigen Forschungsaktivitäten und ersten realisierten Systeme zur ausgiebigeren Nutzung des Ka-Bandes (17,3 GHz - 31 GHz). Als Ausgangspunkt sollen die Erfahrungen des bisher genutzten Ku-Bandes (10,7 GHz - 14,5 GHz) herangezogen werden. An diesem Punkt setzt diese Diplomarbeit an und vergleicht die technischen und physikalischen Parameter von Satellitenstrecken im Ku- und Ka-Band. Der Vergleich wird im Konkreten an einem experimentellen Forschungsaufbau zur Simulation von Satellitenstrecken für den Gerätetest von Satellitenterminals im Ku- und Ka-Band gezogen. Hierzu wurden wesentliche Parameter, die Einfluss auf die Streckenbilanz haben, untersucht. Speziell wurden auf der Hardwareseite für Up- und Downconverter die Bandbreite, die Noisefigure und das Intermodulationsverhalten gemessen und äußere Parameter, wie Umweltfaktoren, Unterschiede der Ausbreitung und sonstige physikalisch bedingte Größen, betrachtet. Anschließend wurden Streckenbilanzen für die Ku- und Ka-Band-Strecke aufgestellt und diese verglichen. In den Ergebnissen der Untersuchungen werden die Unterschiede und Gemeinsamkeiten deutlich, wobei letztere überwiegen. Nachteilig für die Systeme im Ka-Band wirken sich weiterhin noch zum Teil die hardware-technischen Parameter der verwendeten Converter und frequenzabhängige physikalische Effekte bei der Signalausbreitung (z.B. Regendämpfung) aus. Insbesondere bei letzteren besteht weiterer Forschungsbedarf. Dennoch konnte festgestellt werden, dass der untersuchte experimentelle Aufbau sich als Testplattform eignet und einige Einbußen im Ka-Band heute schon durch einfach zu realisierende Maßnahmen kompensiert werden können.

Es wurde in der Arbeit erklärt, wie man bei der Wellenfeldsynthese mathematisch zum Syntheseoperator kommt und die Auswirkungen der Vereinfachungen anhand einer Simulation visualisiert.

Grundlegende Aspekte der Signalübertragung mit Antennen wurden eingehend untersucht, um ein Fundament für die Auswertung praktischer Versuche mit kurzen Antennen zu schaffen. Die vielen praktischen Versuche geben einen guten Einblick in die Untersuchung von Antennen im Zeitbereich, ist man doch sonst eher die Analyse im Frequenzbereich gewohnt. Teilweise musste man Neuland betreten und konnte nur über eigene Versuche zu neuen Erkenntnissen gelangen. Es konnten 2 verschiedene Messsysteme aufgebaut werden, mit denen kurze Antennen charakterisiert werden können. Praktisch untersucht wurden ausschließlich Monopol- und Dipolanordnungen, darunter auch die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen auf Dipolen als animierten Film. Die Untersuchungen können sicher noch auf weitere Antennengruppen, wie z.B. die Schleifenantennen ausgeweitet werden. Es konnte anhand der Messungen von Impulsantworten festgestellt werden, dass kurze Antennen durchaus Breitbandeigenschaften besitzen. 3 verschiedene aktive Schaltungen konnten simuliert, berechnet und aufgebaut werden. Auch wenn nicht alle Schaltungen funktionierten, konnten doch brauchbare Ergebnisse abgeleitet werden. Eine funktionierende Konfiguration zeigt, dass kurze aktive Antennen realisierbar sind. In wieweit sie Einzug in künftige Breitbandtechnologien halten, wird sich zeigen. Auf jeden Fall bergen sie Potential für weitere Untersuchungen.

Unter dem Aspekt der Echtzeitfähigkeit werden im Rahmen dieser Arbeit in der Praxis häufig eingesetzte Demodulationsmethoden für binäre Phasenumtastung (BPSK) analysiert und verglichen. - Anhand der verwendeten mathematischen Beschreibungen werden die ausgewählten Verfahren hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit untersucht und bewertet. In diesem Zusammenhang werden wichtige theoretische Grundlagen erläutert und ein Empfängerkonzept auf Basis der Costas-Regelschleife erarbeitet. - Um den zukünftigen Anforderungen auch im Entwurfsprozess - einer effizienten Zeit- und Kostenbilanz - gerecht zu werden, wird das erarbeitete Konzept auf eine vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen hausintern entwickelten Echtzeit-Referenzplattform mit der Bezeichnung DT4000 als Prototyp implementiert. - Nach Festlegung wichtiger Betriebsparameter erfolgt die schrittweise Parametrierung der Komponenten auf Basis der vorgestellten allgemein gültigen Dimensionierungsgrundlagen. Es folgt die Herleitung des datenflussorientierten Blockschaltbildes, die Implementation des fertigen Empfängers in den Softwarekern des DT4000 sowie dessen Inbetriebnahme und Funktionsüberprüfung.

Die Messung von Raumlage und Bewegungen im Raum ist in den letzter Zeit mehr und mehr in den Mittelpunkt wissenschaftlicher Untersuchungen gerückt. Da die meisten Navigationssysteme auf dem so genannten "Global Positioning System" (GPS) beruhen, welches ein Satelliten gestütztes System ist, stellt sich die Frage nach Versorgungssicherheit. Wird die Sichtline (Line Of Sight - LOS) zum Satelliten unterbrochen, ist das Navigationssystem nicht länger in der Lage seine korrekte Position und Ausrichtung, dem so genannten "heading" zu bestimmen. Da die LOS aus verschiedensten Gründen unterbrochen werden kann, sei es durch Häuser, Bäume, Brücken oder sogar Tunnel, gab es einige Versuche Systeme zu entwickeln, die nicht auf Satelliten-Technik beruhen. - Diese Arbeit wird das Design und die Umsetzung eines Low-Cost Mess-Systems präsentieren, welches spezifische Daten bezüglich der Raumlage generiert ohne Stützsysteme wie GPS einzubeziehen. Weiter wird die zeitliche Stabilität dieses Systems festgestellt werden. Diese ergibt sich aus der Maßgabe der Fehlergenauigkeit von 1&ayn; pro Winkel in der Raumlage über einen determinierten Zeitraum. Die tatsächliche Umsetzung des Sensorsystems wird aus drei 2D MEMS Beschleunigungssensoren bestehen, welche auf drei Seiten eines Würfels aufgebracht werden. Aus der Maßgabe des Low-Cost Segments sollen nur drei Sensoren und keinerlei Gyroskope oder redundante Sensorik zum Einsatz kommen. Desweiteren wird ein Aufnahme-System und eine PC Software erstellt, welche in der Lage ist, die aufgezeichneten Messwerte zu verarbeiten. Die System-inhärente Fehlerquellen wie Fehlausrichtungen (Misalignments) oder Offsets der Sensoren müssen dabei zur korrekten Berechnung und Aufzeichnung möglichst perfekt gemessen und kompensiert werden. Gerade diese Kalibration stellt die schwierigste Aufgabe im Laufe der Arbeit dar, da die Fehlerquellen die Stabilität des Systems massiv gefährden.

Die vorliegende Arbeit zeigt auf, wie ein M-Sequenz UWB-Radar durch geschickte Beschaltung seiner HF-Kanäle, ohne Zuhilfenahme anderer Messgeräte, charakterisiert werden kann. In diesem Zusammenhang werden Verfahren zur Analyse des Dynamikbereichs, des internen Übersprechens, des Jitters, des Spektrums der Systemimpulsantwort und der Anpassung der HF-Kanäle des besagten Radarsystems diskutiert. Bei den vorgestellten Messmethoden handelt es sich zum Teil um Weiterentwicklungen existierender Charakterisierungsmethoden, alle anderen Verfahrensweisen wurden neu erdacht. Darüber hinaus wird der im Rahmen dieser Diplomarbeit entwickelte Messplatz vorgestellt. Dieser ermöglicht es, die oben genannten Kenngrößen mittels der konzipierten Messverfahren automatisiert zu erfassen.

Simulationsmodell zum Rückführsampling für breitbandige Pseudo-Rausch-Signale.

Radarsensoren erfreuen sich in der Automobilindustrie zunehmender Beliebtheit. Sie werden im Bereich der Fahrerassistenzsysteme eingesetzt und dafür genutzt, die Umgebung des Fahrzeugs im Mittel- und Fernbereich beobachten und analysieren zu können. Die Systeme, die dabei zum Einsatz kommen, bestehen aus Steuergeräten, in denen auf kleinem Raum die Radareinheit sowie die hochentwickelte Auswerteelektronik verbaut sind. Dabei werden bereits im Steuergerät die empfangenen Radarsignale ausgewertet. Fahrzeuge und andere Objekte in der Umgebung werden erkannt und applikationsspezifische Informationen über den angeschlossenen CAN-Bus an andere Steuergeräte gesendet. Da solche Systeme heute bereits kosteneffizient und in kleiner Bauform hergestellt werden, stellt sich die Frage, ob diese Geräte auch vom Fahrzeug entkoppelt für Funktionen außerhalb des Straßenverkehrs einsetzbar sind. In dieser Arbeit soll untersucht werden, inwiefern der LRR 2 Radarsensor, der von der Robert Bosch GmbH auf die Bedürfnisse der Abstandsregel-Funktion optimiert wurde, zur Detektion von Personen und anderen Objekten abseits der automobilen Umgebung geeignet ist. Insbesondere wird analysiert, ob es mit diesem Gerät möglich ist, einen quadratischen Bereich mit 10 m Seitenlänge zu überwachen und anhand der vom Sensor empfangenen Daten eine Klassifizierung in menschliche und nicht-menschliche Objekte durchzuführen. Dazu soll die Anbindung an ein zu schaffendes Matlab-GUI erstellt werden, sodass die weitere Auswertung ebenfalls in Matlab erfolgen kann. Die Arbeit entstand im Rahmen des Projektes POmSe (Personen- und Objektdetektion mit mobilen Sensorknoten) am Fachgebiet Elektronische Messtechnik der Technischen Universität Ilmenau.

Die Winkelverteilung der Dichten Mehrwegekomponenten (DMC) wurde in Kanalmodellierungen weitgehend vernachlässigt. Das liegt zum größten Teil daran, dass diese Winkelverteilung bisher nicht ausreichend untersucht wurde. Diese Diplomarbeit hat zum Ziel, die DMC mit hoher Auflösung im Winkelbereich zu messen und auszuwerten. - Die Messungen wurden mit einem Channel Sounder und einer synthetischen Apertur als Empfänger durchgeführt. Zwei Algorithmen, Beamforming und Entfaltung, wurden zur Auswertung in Erwägung gezogen. Die Güte der Auswertung mit diesen Algorithmen hängt stark von der Wahl der synthetischen Apertur ab. Deshalb wurden vor den Messungen mögliche Aperturen in Hinblick auf diese Auswertungsalgorithmen simuliert. Durch diese Simulationen konnten auch die Einflüsse von bestimmten Fehlern auf das Auswerteverhalten abgeschätzt werden. Basierend auf den Simulationen wurden jeweils drei synthetische Aperturen für eine Horn Antenne und für einen Monopol ausgewählt. Die Messungen wurden einerseits mit Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger und andererseits ohne Sichtverbindung durchgeführt. Die mit dem Beamformer ausgewerteten Messergebnisse bestätigen zunächst einmal die Simulationen mit verschiedenen synthetischen Aperturen und verschiedenen Antennen. Die Signalpfade wurden mit dem RIMAX Algorithmus aus den Messdaten geschätzt und von ihnen abgezogen. Die so erhaltenen DMC wurden mit dem Beamformer dargestellt. Ihre Winkelverteilung im Beamformer entspricht nicht früheren Vorschlägen, nach denen die DMC mit einer Von-Mises Verteilung modelliert werden sollten. Insgesamt schafft diese Arbeit eine Basis für zukünftige Forschungen an der Winkelverteilung der DMC. Sie bietet Vorgaben für Messungen und Auswertungen und weist auf Fehlerquellen hin, die beachtet werden sollten.

Die Entwicklung leistungsfähiger Mobilkommunikationssysteme benötigt ein umfassendes Verständnis der Wellenausbreitung im Mobilfunkkanal. Es ist allgemein bekannt, dass Systeme mit mehreren Antennen sowohl am Sender als auch am Empfänger (MIMO) prinzipiell in der Lage sind, die erreichbaren Übertragungsraten zu vervielfachen. Mit ihnen sollte es möglich sein, unter der Ausnutzung der räumlichen Struktur des Kanals mehrere Datenströme parallel zu versenden. Zur link-level- oder Systemsimulation solcher Systeme ist man zwingend auf Messungen in realistischen Szenarien angewiesen. Da sich die gemessenen Kanäle jedoch je nach Art und Anzahl der verwendeten Antenne unterscheiden, wäre man gezwungen, für jede Konfiguration gesonderte Messungen vorzunehmen. Um diesem Problem zu begegnen, können die Verfahren der "Messdatenbasierten Parametrischen Kanalmodellierung" angewendet werden. Sie versuchen, den Kanal durch eine Vielzahl von Ausbreitungswegen sowie diffusen Mehrwegekomponenten (DMC) zu beschreiben. Damit ist eine Beschreibung der Ausbreitungsbedingungen ohne den Einfluss der Messantennen gegeben und nun möglich, MIMO-Kanäle unter Verwendung beliebiger Antennenkonfigurationen zu synthetisieren. Dies beschränkt sich jedoch auf Antennen mit gleicher oder kleinerer Apertur, wie die während der Messung/Schätzung verwendeten. Bisher wurden die DMC stets als gleichverteilt im Winkelbereich angenommen, was sich als unzureichend in Hinblick auf z.B. die Kanalkapazität der damit synthetisierten Kanäle herausgestellt hat. Ziel dieser Diplomarbeit ist die Untersuchung der tatsächlichen Winkelverteilung der diffusen Anteile und die Formulierung eines Modells, mit dem sich die Verteilung beschreiben lässt. Dabei sollte zunächst versucht werden, die Winkelverteilung der DMC anhand der bereits geschätzten SC zu bestimmen. Da sich dies als nicht erfolgversprechend herausgestellt hat, wurde im weiteren ein Verfahren basierend auf der Winkelkorrelationsfunktion der in den Messdaten vorhandenen DMC entwickelt.

Das M-Sequenz-Verfahren ist ein sehr breitbandig arbeitendes Messsystem, welches bei vielen Sensoranwendungen eingesetzt werden kann. Dieses fortschrittliche System hat sich in der Vergangenheit bereits mehrfach praktisch bewährt und wird derzeit bei einer Vielzahl von Messaufgaben eingesetzt, wo es durch seine Empfindlichkeit und Auflösung hervorsticht. - Im Rahmen dieser Diplomarbeit wurden Erweiterungen des bestehenden M-Sequenz-Basisbandsystems vorgenommen, mit der die Bandbreite des Verfahrens deutlich erhöht werden konnte. Dabei war es möglich, sämtliche Komponenten des Basisbandsystems weiterhin zu nutzen. Zusätzlich konnte durch das neue Systemkonzept auf die bisher notwendigen Anti-Aliasing-Filter verzichtet werden. Hauptaugenmerk wurde auf eine Empfängerstruktur gelegt, die im Vergleich zur bisherigen Lösung eine Vervielfachung der äquivalenten Abtastrate ermöglichte. Im Rahmen der Arbeit wurden verschiedene HF-Module einschließlich deren Gehäuse konzipiert, aufgebaut und getestet. Es wurden spezifische Aspekte des HF-Gehäuseentwurfs erläutert und die Ursache von störenden Phänomenen, wie Übersprechen im Empfänger oder das Auftreten von Gehäuseresonanzen, ermittelt und Gegenmaßnahmen getroffen. Nach Abschluss der Hardwarearbeiten wurde das FPGA-Programm zur Messablaufsteuerung modifiziert und um die Ansteuerung der zusätzlich eingesetzten Module erweitert. - Durch Messungen an einzelnen Komponenten und am Gesamtsystem konnte die Funktion der Erweiterungen nachgewiesen werden. Bei den Untersuchungen wurde zudem auf die aufgetretenen Probleme bezüglich der Erhaltung der Äquidistanz der Abtastung eingegangen. Es konnte gezeigt werden, dass die durch Realisierung der Überabtastung verursachten Probleme durch geeignete Kalibrierungen beherrschbar sind. Nach der Kalibrierung weist das Messsystem ein SFDR (Spurious Free Dynamik Range) von etwa 60 dB auf. Durch Langzeitmessungen konnte die Stabilität des Systems bestätigt werden.

Die hochauflösende Parameterschätzung ist ein wichtiges Mittel zur Gewinnung von Informationen über die Ausbreitungseigenschaften von elektromagnetischen Wellen. Die hieraus gewonnenen Erkenntnisse bilden die Grundlage zur Modellierung von Mobilfunkkanälen, welche zur Planung von neuen, drahtlosen Kommunikationssystemen unabdingbar ist. In einer vorausgegangenen Arbeit konnte bereits anhand einfacher, synthetischer Daten gezeigt werden, dass das Extended-Kalman-Filter eine Alternative zu den bisher verwendeten Algorithmen darstellen kann. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Algorithmus unter Matlab implementiert, der dieselbe Flexibilität in Bezug auf verwendete Antennen-Array-Kombinationen besitzt, wie es beim bisher verwendeten RIMAX-Algorithmus der Fall ist. Das Kalman-Filter verwendet hierbei einige der RIMAX-Kern-Funktionen, was eine einfache Anpassung des Algorithmus an Änderungen oder Erweiterungen im zugrundeliegenden Datenmodell erlaubt. Des Weiteren wurde auf eine möglichst speichereffiziente Implementierung geachtet, was einen praktischen Einsatz erst ermöglicht. Ein Großteil der Bearbeitungszeit wurde in die Untersuchung der Initialisierungswerte des Kalman-Filters investiert. Hierbei war es das Ziel, anhand möglichst weniger Benutzer-Angaben eine gute Abschätzung für die vom Filter benötigten Varianz-Vorgaben zu erhalten. Es zeigte sich jedoch, dass auf Grund der hohen Anzahl an Pfaden und der relativ geringen Auflösung der verwendeten Antennen-Arrays in realistischen Messszenarien keine in allen Situationen perfekte Lösung hierzu gefunden werden konnte. Zum Schluss der Arbeit erfolgten ausführliche Tests, zum Einen an synthetischen Messdaten, die mit Hilfe eines Raytracers erzeugt wurden, um möglichst realitätsnahe Szenarien zu erhalten, zum Anderen an einem echten Messszenario. Hierbei konnte gezeigt werden, dass das Kalman-Filter auf Grund seiner Tracking-Eigenschaft eine erheblich bessere Verfolgung von Pfad-Parametern zulässt, als dies beim RIMAX der Fall ist. Es zeigte sich jedoch auch, dass die beiden Ansätze teilweise unterschiedliche Ergebnisse liefern, was darauf hindeutet, dass ähnliche, aber im Detail doch verschiedene Anordnungen von Streuern und Reflektoren unter der Berücksichtigung des aktuell verwendeten Datenmodells nahezu identische Kanalimpulsantworten ergeben.