Entwurf miniaturisierter Antennengruppen. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIX, 197, XXVIII S., 6,18 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008
Parallel als Druckausg. erschienen
Die hier präsentierte Arbeit beschreibt Entwurfsaspekte kompakter Antennengruppen. Die Begriffe kompakte oder miniaturisierte Antennengruppen stehen dabei als Synonyme für Antennengruppen mit einem Elementeabstand, der kleiner als der herkömmliche lambda/2-Abstand ist. Der Schwerpunkt der Ausarbeitung liegt in der Verbesserung der Diversitätseigenschaften von Antennengruppen zur besseren Ausnutzung des Frequenzspektrums. Hierzu wird diskutiert, welche theoretischen und praktischen Grenzen die Miniaturisierung von Antennengruppen limitieren. Das physikalische Phänomen der Superdirektivität, das für eine starke Verkopplung eng benachbarter Antennenlemente verantwortlich ist, wird beschrieben. Eine Analyse der physikalischen Grenzen anhand theoretischer Multipolfelder deckt auf, dass für sehr kleine Antennengruppen sechs orthogonale Strahlungsmoden aufgrund von Polarisationsfreiheitsgraden existieren. Dementsprechend kann die Nutzung der Polarisationsfreiheitsgrade zur Verbesserung der Eigenschaften kompakter Antennengruppen beitragen. Als optimale Beschreibungsgrößen miniaturisierter Antennengruppen werden die Gesamteffizienzen ihrer Eigenmoden identifiziert. Die Eigenmoden können als orthogonale Funktionsbasis der Antennengruppe verstanden werden. Anhand realisierter Beispiele wird gezeigt, dass sich die Anpassung und die Güte der Eigenmoden als Optimierungsgrößen kompakter Antennengruppen eigenen. Der nächste Untersuchungsgegenstand ist die Verwendung von Anpass- und Entkoppelnetzwerken zur Vermeidung von Reflextionsverlusten. Eine allgemeingültige Entwurfsmethode für Anpass- und Entkoppelnetzwerke erlaubt die Ausnutzung aller Freiheitsgrade im Entwurf und die Berücksichtigung von auftretenden Netzwerkverlusten. Erstmals ermöglicht eine Orthogonalisierung gewünschter Richtcharakteristiken deren näherungsweise Realisierung. Zur praktischen Umsetzung der Anpass- und Entkoppelnetzwerke werden Methoden vorgestellt, die die Reduktion der Netzwerkkomplexität, die Bestimmung und Optimierung der Toleranzen der Netzwerkelemente und eine geeignete Auswahl verschiedener Realisierungsarten der Netzwerkelemente gestatten. Anhand zahlreicher realisierter Antennensysteme wird eine praktische Erhöhung des Diversitätsgewinnes von zwei bis drei Dezibel durch die Anpassung nachgewiesen. Eine weitere in dieser Arbeit behandelte Fragestellung befasst sich mit den Vor- und Nachteilen verschiedener Netzwerkrealisierungen. Hierbei wird gezeigt, dass es theoretisch unbedeutend ist, welche orthogonale Basis von Richtcharakteristiken für den Netzwerkentwurf verwendet wird. Bei der praktischen Umsetzung der Netzwerke ist allerdings auf eine hohe Effizienz und möglichst minimale parasitäre Energiespeicher zu achten.
https://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2008000308
Untersuchung von Beiträgen zur Messunsicherheit bei Prüfungen der Störfestigkeit gegen gestrahlte Hochfrequenz. - Berlin : Mensch-und-Buch-Verl., 2009. - 98 S. : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss, 2008 u.d.T.: Streitwolf, Holger: Experimentelle Untersuchungen von Beiträgen zur Messunsicherheit bei gestrahlten Störfestigkeitsprüfungen
ISBN 3-86664-581-3
Bei der Untersuchung der gestrahlten Störfestigkeit elektronischer Geräte gegen hochfrequente Störfelder werden in den Prüflaboratorien für die Analyse der Elektromagnetischen Verträglichkeit verschiedene Testumgebungen eingesetzt. Die voneinander unabhängigen Testumgebungen zur Einhaltung gleicher Schutzziele verwenden GTEM-Zellen, Absorberhallen und Modenverwirbelungskammern. Ringvergleiche mit Referenzprüfkörpern in verschiedenen Laboratorien haben ergeben, dass die Prüflingsbelastungen in den Umgebungen eine breite Streuung und damit verbundene Unsicherheiten aufweisen können. In der vorliegenden Arbeit werden Methoden zur Charakterisierung des Verhaltens von Prüfkörpern in den Feldtestumgebungen und der Unterschiede zwischen den Feldtestumgebungen vorgestellt. Als Grundlage zur Untersuchung der auftretenden Unsicherheiten dient ein Prüfkörper mit repräsentativen Eigenschaften, wie hochfrequenzsensiblen Koppelstrukturen und einer genügend starken Rückwirkung auf das Störfeld. Dieser als Referenz für derartige Untersuchungen einsetzbare Prüfkörper liefert unter Anwendung eines schnellen Analyseverfahrens im Gegensatz zu üblichen Testobjekten zur Auswertung ein quantifizierbares von der Störfeldstärke und der Frequenz abhängiges Messsignal. Die Datenübertragung der gemessenen Prüflingsbelastung erfolgt störfrei über eine optoelektronische Signalstrecke. Damit werden sowohl Einflüsse, wie Prüfkörpergröße und -terminierung, Anzahl der Orientierungen, Positionierung und Systemreproduzierbarkeit als auch der Einfluss der Unterschiede zwischen den einzelnen Feldtestumgebungen auf die Messunsicherheit experimentell bis 3,4 GHz untersucht und exemplarisch ein Budget für die Messperipherie an einer GTEM-Zelle hergeleitet. Es wird untersucht, in wieweit sich numerische, auf der Momentenmethode basierende, Feldsimulationen des einfach strukturierten Prüfkörpers im Freiraum als ideal betrachteter Feldtestumgebung durch reale Messungen in einer Testumgebung mit hinreichender Reflexionsdämpfung verifizieren lassen. Unter Berücksichtigung einer geeigneten Modellierung der realen Messumgebung lassen sich Prognosen für ein erwartetes Verhalten in der Praxis aufstellen. Diese experimentelle Arbeit leistet einen Beitrag zur frequenzabhängigen Charakterisierung und objektiven Vergleichbarkeit von Testumgebungen zur Analyse der gestrahlten Störfestigkeit hochfrequenzsensibler Prüfkörper bei Einhaltung gleicher Schutzziele. Der in diesem Rahmen entwickelte Prüfkörper ermöglicht sowohl qualitative und quantitative Bewertungen der Unterschiede zwischen den angewendeten Testumgebungen als auch Aussagen über Einflussfaktoren auf die Messunsicherheit zu treffen. Er kann als Standard für weitere Untersuchungen an Prüfumgebungen für die Störfestigkeit von gestrahlten Größen eingesetzt werden.
Hybridintegrierte Patchantennen für kompakte Funksysteme bei 60 GHz, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: 158 S., 5,14 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
Parallel als Druckausg. erschienen
Die hier präsentierte Arbeit beschreibt den Entwurf unsymmetrisch und differentiell gespeister planarer Patchantennen im Frequenzbereich um 60 GHz. Dabei wurden sowohl Einzelantennen als auch Gruppenstrahler betrachtet, um Antennen für verschiedene Szenarien der drahtlosen Kurzstrecken Datenübertragung zu entwickeln. In der Schaltungstechnik integrierter Hochfrequenzschaltungen wird zunehmend das Konzept symmetrischer Übertragungsleitungen verwendet. Daher fand die direkte Speisung von Patchantennen mit solchen symmetrischen Leitungen besondere Beachtung und durch Messungen an realisierten Antennen konnte bestätigt werden, dass im Vergleich mit konventionellen Patchantennen eine größere Bandbreite und ein höherer Antennengewinn realisiert werden konnten. Die Antennen wurden in LTCC-Technologie entworfen. Diese Aufbautechnik bietet den Vorteil einer definierten und kostengünstigen Fertigung mit der Option einer gleichzeitigen Integration der Halbleiterchips auf dem gleichen Trägersubstrat. Für die Messung symmetrischer Antennen, an Messtechnik mit konventionellen koaxialen Anschlüssen, war der Entwurf und der Einsatz von Baluns notwendig, um die Leistungsfähigkeit der hergestellten Bauteile zu überprüfen. Das Antennenmesslabor der TU Ilmenau konnte erst gegen Ende der Bearbeitungszeit der Promotion auf den 60-GHz Frequenzbereich erweitert werden. Daher wurde der überwiegende Teil der Messungen in einer nicht abgeschirmten Laborumgebung ausgeführt. Der Vergleich mit ausgewählten Referenzmessungen im Antennenmesslabor bestätigt jedoch die erhaltenen Ergebnisse. Die Mehrlagen-Keramik-Technologie DuPont 943 erlaubt die Fertigung von Antennen mit flexibel formbaren Richtcharakteristiken im betrachteten Frequenzbereich. Einzelpatchantennen erreichten in der Messung einen Gewinn von 5 dBi und 4-Element-Antennengruppen zeigten 10 dBi in Hauptstrahlrichtung.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=13051
Limitations of experimental channel characterisation, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 274 S., 15,6 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008
Enth. außerdem: Thesen
In dieser Dissertation wird die Experimentelle Kanalcharakterisierung und deren Grenzen in realenAusbreitungsumgebungen untersucht. Dies beinhaltet die Aufzeichnung der mehrdimensionalenbreitbandigen Kanalmatrix mit einem Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Channel-Sounderunter Verwendung von Antennenarrays auf der Sende- und Empfangsseite. Um den Funkkanalmit Hilfe der Parameter Sendewinkel (DoD), Empfangswinkel (DoA), Laufzeit (TDoA) und denkomplexen polarimetrischen Pfadgewichten zu charakterisieren, werden hochauflösende Parameterschätzverfahrenverwendet. Die Genauigkeit dieser Parameterschätzergebnisse in ъrealen Messumgebungenwird durch eine Vielzahl von Fehlerquellen begrenzt. Diese Genauigkeitsgrenzen derParameterschätzung werden anhand zahlreicher Simulationen und Messungen analysiert. Fehlerquellenim gesamten Verarbeitungsablauf werden untersucht.Dazu gehören die Einschränkungendurch das Messsystem, systematische Fehler bei der Kalibrierung praktischer Antennenarrays sowieUnzulänglichkeiten des Funkkanalmodells des hochauflösenden Parameterschätzers. Darüber hinauswerden die Auswirkungen der Parametrierung bzw. Ableitung geometrisch basierter Kanalmodelleauf der Grundlage von Parameterschätzergebnissen mit begrenzter Genauigkeit aufgezeigt.Mit Messungen in typischen Ausbreitungsumgebungen kann der Funkkanal immer nur in Abhängigkeitder Messantennen beschrieben werden. Als Ziel wird jedoch eine antennenunabhängige Beschreibungdes Funkkanals angestrebt. Daher ist es notwendig, die Sende- und Empfangswinkel derspekularen Ausbreitungspfade mittels hochauflösender Parameterschätzverfahren zu bestimmen.Der gradientenbasierte Maximum Likelihood (ML) Parameterschätzer RIMAX, auf dem diese Arbeitaufbaut, verwendet ein Datenmodell, das den Funkkanal und das Messsystem inklusive derAntennenarrays beschreibt. Im Gegensatz zu anderen ML-Parameterschätzern wird ein Funkanalmodellangewendet, welches spekulare Reflektionen und verteilte diffuse Streuungen berücksichtigt.Für die Modellierung des Messsystems wird ein effizientes und exaktes Modell der gemessenenpolarimetrischen Richtcharakteristika benötigt. Das hier vorgeschlagene Modell, die so genannteEffective Aperture Distribution Function (EADF), beschreibt die Antennenrichtcharakteristikaanalytisch und basiert im Wesentlichen auf der zweidimensionalen (2D) Fouriertransformation derperiodischen Richtcharakteristika. Im Gegensatz zu anderen Verfahren können auf der Grundlageder EADF die Antennencharakteristika und ihre Ableitungen mit geringem Aufwand und hoherGenauigkeit berechnet werden. Für eine exakte Messung der Richtcharakteristika eines Antennenarrayswird ein vollpolarimetrisches 2D-Kalibrierverfahren vorgeschlagen. Mit diesem Verfahrenwird der komplette Messaufbau kalibriert. Dazu gehören der MIMO Channel-Sounder, die dualpolarisierte Referenzhornantenne und alle Hochfrequenzkomponenten außer dem zu untersuchendenAntennenarray. Im Zusammenhang mit der Arraykalibrierung wird ein gradientenbasierterML-Parameterschätzer entwickelt, mit dem eine bei der Kalibriermessung auftretende Phasenabweichungkorrigiert wird.Des Weiteren wird ein leistungsstarkes Verfahren zur Bewertung praktischer Antennenarrays auf derBasis der EADFs gemessener Richtcharakteristika vorgeschlagen. Die Cramér-Rao-Schranken der Winkelparameter in Abhängigkeit des Signal-Rausch-Verhältnisses werden mit dem EADF-Modellanalytisch berechnet. Der Vorteil des EADF-Modells besteht darin, dass die Richtcharakteristikaeines realen Antennenarrays unter Einbeziehung aller störenden Einflussgrößen beschrieben werden.Das vorgeschlagene Bewertungsverfahren wird anhand von Messungen im Antennenmessraum verifiziert.Das Modell des Messsystems inklusive der Antennenarrays,welches für die Parameterschätzungverwendet wird, kann das reale System nur begrenzt beschreiben. Es wurden Schätzergebnisse vonzahlreichen Messungen analysiert. Hierbei musste festgestellt werden, dass Fehler bei der Modellierungzu teilweise unglaubwürdigen Schätzergebnissen führen. Genauer untersucht werden Fehlerin Bezug auf die Antennenarrays und das Messsystem.Erstere werden hervorgerufen durchsystematische Fehler bei der Arraykalibrierung und durch die Verwendung unvollständiger Datenmodelle(z.B. Nichtberücksichtigung der polarimetrischen Eigenschaften der Antennen). Letztereentstehen einerseits durch Phasenrauschen und andererseits durch ungeeignete Kalibrierung. Eswird nachgewiesen, dass die Verwendung ungenauer Modelle zur Schätzung von Artefakten führt.Diese Schätzfehler äußern sich in Abweichungen und/oder in einer künstlichen Aufspreizung derWinkelschätzungen der spekularen Anteile. Es werden geeignete Methoden vorgeschlagen, um dieAuswirkungen von Modellfehlern weitestgehend zu vermeiden bzw. zu korrigieren. Betont werdenmuss jedoch, dass einige Fehler unvermeidbar sind.Die Auswirkungen aller unvermeidbaren Fehler auf die Experimentelle Kanalcharakterisierung inkomplexen Ausbreitungsumgebungen werden im letzten Teil dieser Arbeit dargestellt. Es wird gezeigt,unter welchen Bedingungen die geschätzten spekularen Anteile sowie die geschätzten verteiltendiffusen Streuanteile glaubwürdig und physikalisch relevant sind. Die Untersuchungen basieren auf ъrealistischen Simulationen des Funkkanals (Ray-Tracing) und auf Messungen. Diese Synthesegarantiert Glaubwürdigkeit und Aussagefähigkeit der in der Arbeit gewonnenen Ergebnisse.Die Resultate dieser Dissertation sind speziell für Wissenschaftler auf dem Gebiet der Parameterschätzungsowie Funkkanalmodellierung von Interesse und können wie folgt zusammengefasstwerden: die Entwicklung eines Modells zur exakten und effizienten Beschreibung der Richtcharakteristikavon Antennenarrays,ein Verfahren zur Bewertung praktischer Antennenarrays, die Sensibilisierung für Modellfehler und deren Auswirkungen auf die Parameterschätzergebnisseund die Bestimmung der Grenzen Experimenteller Kanalcharakterisierung unter Berücksichtigungaller unvermeidbarer Fehlerquellen.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=11693
Design and cost performance of WDM PONs for multi-wavelength users, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 170 Bl., 3,22 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008
Enth. außerdem: Thesen
Die rasante Verbreitung des Internet führt zu einem steigenden Bedarf an höheren Bitraten in Telekommunikationsnetzwerken. Dieser kann derzeit nur mit optischen Netzwerken erfüllt werden, insbesondere mit der Wellenlängenmultiplex-Technik (WDM). Viele Forschungsergebnisse weisen darauf hin, dass WDM Passive Optische Netzwerke (PON) die nächste Generation der optischen Zugangsnetze darstellen. Die Wellenlängenmultiplex-Technik beruht darauf, dass mehrere optische Kanäle mit niedrigen Bitraten über eine Faser übertragen werden und so ein WDM Signal mit hoher Bitrate erzeugen. Ziel dieser Arbeit ist die Identifizierung von neuen Architekturen, welche jedem Benutzer und jedem Dienst mindestens eine Wellenlänge zur Verfügung stellen. Neue Methoden und Modelle zur Berechnung von ein- und mehrstufigen WDM PONs werden eingeführt. Um alle technologisch realisierbaren ein- und mehrstufigen WDM PONs zu berechnen und zu analysieren wurde ein Design Tool entwickelt. Für einen flächendeckenden kommerziellen Einsatz reicht es nicht aus, funktionierende Technologien anzubieten, vielmehr müssen ökonomische Überlegungen miteinbezogen werden. Diese Arbeit ermöglicht einen Vergleich unterschiedlicher Architekturen hinsichtlich ihrer Wirtschaftlichkeit und zielt darauf ab, jene Architekturen zu identifizieren, welche kostenoptimal sind. Neue kosten&Ohaak;optimale Netzwerk-Architekturen führen zu einer schnelleren Marktpenetration und dazu, Fiber-to-the-Home (FTTH) Realität werden zu lassen.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=12409
Magnetic field tomography on electrically conducting fluids. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Thüringen, 2008. - VII, 117 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008
Literaturverz. S. 109 - 116
Die vorliegende Arbeit behandelt die Loesung eines inversen elektromagnetischen Feldproblems, das bei der Rekonstruktion der Grenzflaeche zwischen zwei elektrisch leitfaehigen Fluiden, die von einem elektrischen Strom durchflossen werden, mit Hilfe von externen Magnetfeldmessungen auftritt. Ein praktischer Bezug fuer derartige Identifikationsproblem findet sich vor allem in der elektromagnetischen Materialverarbeitung (Aluminiumreduktion, Stahlgiessen, Glasschmelzen, etc.). In vielen Faellen besteht ein grosser Bedarf an kontaktfreien Ueberwachungsmoeglichkeiten fuer Grenzflaechenbewegungen. Das hier vorgestellte Identifikationsverfahren basiert auf dem Prinzip der Magnetfeldtomographie, das bereits im Bioelektromagnetismus erfolgreich genutzt wird. Im Unterschied dazu ist im vorliegenden Fall fuer die zu rekonstruierende Grenzflaeche eine mathematische Beschreibung verfuegbar. Eine weitere, aehnlich gelagerte Aufgabenstellung ist die elektrische Impedanztomographie, bei der versucht wird, aus der Potentialverteilung an der Oberflaeche des Untersuchungsobjektes auf das eitfaehigkeitsprofil im Innern zu schliessen. Dieses Verfahren, das kuerzlich auch fuer eine Grenzflaechenrekonstruktion in einer magnetofluiddynamischen Anwendung benutzt wurde, hat jedoch entscheidende Nachteile, wenn es unter den oft schwierigen technischen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden soll. Die Magnetfeldtomographie (MFT) dagegen ist ein kontaktloses Verfahren, das zudem Magnetfelder nutzt, die viele Materialien weitgehend ungedaempft durchdringen. Bisher sind fuer die Ueberwachung von Fluessigkeitsstroemungen oder in der Materialverarbeitung noch keine MFT-Anwendungen bekannt geworden. In der Arbeit wird eine zylindrische Modellzelle betrachtet, die zwei nicht mischbare, elektrisch leitfaehige Fluide enthaelt, die von einem elektrischen Strom durchflossen werden. Wird dieses System durch mechanische Anregung in Zylinderlaengsrichtung in Schwingung versetzt, so bilden sich, abhaengig von der Anregungsfrequenz,verschiedene stabile Oszillationen der Grenzflaeche aus. Diese Eigenmoden fuehren zu Veraenderungen in der Magnetfeldverteilung, die ausserhalb der Zelle gemessen werden koennen. Die Rekonstruktion der Grenzflaechendeformation anhand externer Magnetfeldmessungen stellt ein inverses elektromagnetisches Feldproblem dar.
Die Zeitbereichsreflektometrie als Methode zum effizienten EM-basierten Entwurf von Wellenleiterstrukturen. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Thüringen, 2008. - X, 140 S. : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008
ISBN 978-3-936404-05-0
In der vorliegenden Arbeit wird eine Methode zum effizienten, EM-basierten Entwurf wellenführender Leitungsstrukturen entwickelt. Die Zeitbereichsreflektometrie - oft auch als leitungsgebundenes Radar bezeichnet - ist ein bekanntes Messverfahren zur Ortung und Charakterisierung von Diskontinuitäten in konventionellen sowie optischen Wellenleitersystemen. Ihre Eigenschaften werden in der erstellten Entwurfsmethode erfolgreich dazu genutzt, einen effizienteren und damit kürzeren Optimierungsprozess zu schaffen. Dabei kommen zwei wesentliche Merkmale der Zeitbereichsreflektometrie zum tragen. Erstens erlaubt die Ortsauflösung eine Zuordnung der Geometrieparameter zu bestimmten Intervallen im zeitlichen Spannungsprofil der reflektierten Welle. Eine Parameteränderung hat keinen Einfluss auf vorhergehende Ereignisse im Spannungsprofil, wodurch eine Entkopplung von Geometrieparametern vorgelagerter Leitungssektionen besteht. Im Entwurf einer Leitungsstruktur, deren Geometrie durch einen Satz von Parametern beschrieben wird, ist so eine Aufteilung des komplexen Optimierungsproblems in mehrere 1- bzw. 2-dimensionale Teiloptimierungen möglich, die wesentlich einfacher zu lösen sind. Zweitens erfolgt anhand der Charakterisierung einer Diskontinuität bezüglich eines kapazitiven bzw. induktiven Verhaltens die Ableitung der Richtung einer notwendigen Parameteränderung. Durch den Einsatz iterativer Verfahren zur Nullstellensuche (z. B. dem Sekantenverfahren) wird das Spannungsprofil in jedem Teilintervall sehr effizient in nur wenigen Schritten entsprechend den Vorgaben optimiert.Das im Hauptteil der Arbeit vorgestellte Konzept erlaubt damit die ausschließliche Verwendung fein diskretisierter und damit sehr genauer Modelle zur Feldsimulation im Optimierungsprozess innerhalb eines sinnvollen Zeitrahmens. Es werden Algorithmen für eine Auswertung der Simulationsergebnisse auf Basis der Zeitbereichsreflektometrie erstellt und zur Demonstration der Funktionalität sowie der Automatisierbarkeit in ein bestehendes Programmpaket integriert.Weiterhin werden Analysen u. a. zu den Grenzen des Verfahrens, dem Einfluss von Dispersion und Verlusten sowie der Verwendung modulierter Anregungssignale angestellt und die Auswirkung auf die vorgestellte Entwurfsmethode ausführlich diskutiert. Anschließend werden Lösungsvorschläge für ein erweitertes Anwendungsspektrum gegeben.Die Validierung der neuen Methode erfolgt anhand mehrerer Anwendungsbeispiele. Ein Vergleich mit der traditionellen Optimierungsstrategie unterstreicht den vorteilhaften Einsatz der Zeitbereichsreflektometrie im rechnergestützten Entwurf. Am Beispiel mehrstufiger Impedanztransformatoren wird bereits bei weniger als 10 Parametern ein enormer Geschwindigkeitszuwachs durch eine reduzierte Anzahl zeitaufwändigerSimulationsaufrufe deutlich. Messungen im Zeit- und Frequenzbereich ergaben eine gute Übereinstimmung mit den Berechnungsergebnissen. Die vorgestellte Entwurfsmethode vermittelt zudem ein physikalisches Verständnis und kann den Entwickler bei seiner Arbeit aktiv unterstützen bzw. denEntwurfsprozess passiver HF-Komponenten entscheidend verkürzen.
Geometry-based channel modelling for multi-user MIMO systems and applications. - Ilmenau : ISLE, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIX, 274 S., 13,96 MB). - (Research reports from the Communications Reseach Laboratory at Ilmenau University of Technology) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
ISBN 978-3-938843-27-7
Parallel als Druckausg. erschienen
Im Rahmen dieser Dissertation wird die Kanalmodellierung von zeitvarianten, frequenzselektiven Mehrnutzer Multiple Input Multiple Output (MIMO) Kanälen für die Funkübertragung behandelt. Durch eine Erweiterung der Bello Funktionen mit Hilfe von Tensoren wird die multidimensionale Dispersion des Funkkanals dargestellt. Es werden einige der wichtigsten Ansätze zur Kanalmodellierung vorgestellt und klassifiziert. Für geometrische Kanalmodelle ist es entscheidend die Richtcharakteristika der Antennen im Fernfeld genau und effizient zu beschreiben. Zu diesem Zweck wird ein neues Beschreibungsverfahren entwickelt, das auf der Discrete Vector Spherical Fourier Transform (DVSFT) basiert. Dadurch ist es möglich, eine höhere Genauigkeit bei der Beschreibung von komplexen Vektorfunktionen auf der Kugel zu erreichen. Die vorgeschlagene Methode führt zu neuen Anwendungsmöglichkeiten. Der Schwerpunkt dieser Dissertation ist IlmProp: ein Geometrie-basiertes Framework zur Kanalmodellierung. Es füllt die Lücke zwischen konventionellen direktionalen Kanalmodellen und so genannten "Ray-Tracer"Kanalmodellen. IlmProp ermöglicht es gleichzeitig mehrere Nutzer in der selben Umgebung zu simulieren. Mehrwege-Komponenten werden an Hand von punktförmigen Wechselwirkungsobjekten, so genannten Interacting Objects (IOs), modelliert. Dadurch wird die zeitliche Variation der Korrelation in Zeit, Frequenz, Raum und zwischen den Nutzern realitätsnah modelliert. Die Parameter des IlmProp Kanalmodells können willkürlich gesetzt oder aus hochauflösenden Parameterschatzverfahren gewonnen werden. Im ersten Fall kann IlmProp dazu genutzt werden, verschiedene Sende, Empfangs und SchedulingAlgorithmen zu testen. Um aus hochauflosenden Parameterschatzungen die IlmPropParameter zu gewinnen, wurde ein neuartiger Algorithmus entwickelt, der die IOs aus Einfalls- und Austritts-winkel und der Ausbreitungszeit lokalisiert.Dies macht IlmProp zu einem leistungsfähigen Visualisierungswerkzeug, um Kanalmessungen zu validieren und um die Ausbreitungsbedingung des Szenarios zu untersuchen. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird das so genannte Measurement-Based Parametric Channel Model (MBPCM), verbessert. Es ermöglicht durch eine antennenunabhängige, doppelt-direktionale Kanalbeschreibung, aus vorhandenen Kanalmessungen zusätzliche realitätsnahe, synthetische Kanalrealisierungen zu erzeugen.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=11002
Verfahren zur Analyse von Ähnlichkeit im Ortsbereich. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 126 S., 2,63 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
Parallel als Druckausg. erschienen
Aus der zunehmenden Nutzung von hochauflösenden Bildsensoren in stationären sowie mobilen Anwendungsbereichen erwachsen neue Anforderungen an die Algorithmen der Bilderkennnung. Eines der ursprünglichsten Kriterien zur Beurteilung der Ähnlichkeit von Bildpunkten als Mengen findet aber nur wenig Beachtung, die Hausdorff-Distanz. Daher behandelt die vorliegende Arbeit ein Verfahren zum Einsatz dieses Abstandsmaßes. Die Darlegungen umfassen die Einführung eines geeigneten Modells zur Beschreibung von linearen Abweichungen, deren Kompensation und Beurteilung anhand zugehöriger Wahrscheinlichkeitsverteilungen. Ausgangspunkt dieser Arbeit sind die mathematische Beschreibung des genannten Kriteriums und die Berechnung einer Abweichungsinformation, die als dreidimensionales Distanzvektorfeld auch die Richtung zur Verringerung der Unterschiede enthält. Sie bilden die Grundlage für die Darstellungsformen der Häufigkeitsverteilungen und Wahrscheinlichkeitsdichten, anhand derer die Entscheidungen in Bezug auf Ähnlichkeit gefällt werden. Die Interpretation der Distanztransformation als vektorieller Zufallsprozeß eröffnet völlig neue Möglichkeiten zur Kompensation von geometrischem Versatz der Bildinhalte. Unter Nutzung des eingeführten Abweichungsmodells erfolgt die Anwendung einer Regelschleife zur Minimierung der linearen Deformation. Gleichzeit erweist sich das Filtersystem als unempfindlich gegenüber normalverteilten Störsignalen. Die Zulässigkeit einer gewissen Gleichberechtigung der Metriken $d_2$ und $d_1$ für normalverteiles Rauschen wird gezeigt. Daraus ergibt sich die wesentliche Voraussetzung für den Einsatz von schaltungstechnischen Beschleunigungsmaßnahmen, die im Entwurf eines Distanzprozessors münden. Mit der Unterstützung des Distanzprozessors gelingt der Nachweis der Stabilität der Regelschleife. Gleichzeitig ist eine Erhöhung des Korrelationsfaktors der betrachteten Bildausschnitte unter Nutzung der Richtungsinformation des Distanzvektorfeldes zu beobachten. Die Einbeziehung der Nachbarschaftsregionen in die Beurteilung der Ähnlichkeit zur Korrektur von Verformungen erzielt besonders beim Vergleich von Gesichtern hervorragende Ergebnisse in Bezug auf Stabilität der Regelschleife und Erhöhung der Aussagekraft der Häufigkeitsverteilungen.
http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=7887
Multi-user MIMO wireless communications, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 146 S., 1311 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
Parallel als Druckausg. erschienen
Mehrantennensysteme sind auf Grund der erhöhten Bandbreiteneffizienz und Leistung eine Schlüsselkomponente von Mobilfunksystemen der Zukunft. Diese ermöglichen das gleichzeitige Senden von mehreren, räumlich getrennten Datenströmen zu verschiedenen Nutzern. Die zentrale Fragestellung in der Praxis ist, ob der ursprünglich vorausgesagte Kapazitätsgewinn in realistischen Szenarios erreicht wird und welche spezifischen Gewinne durch zusätzliche Antennen und das Ausnutzen von Kanalkenntnis am Sender und Empfänger erzielt werden, was andererseits einen Zuwachs an Overhead oder nötiger Rechenleistung bedeutet.In dieser Arbeit werden neue lineare und nicht-lineare MU-MIMO Precoding-Verfahren vorgestellt. Der verfolgte Ansatz zur Bestimmung der Precoding-Matrizen ist allgemein anwendbar und die entstandenen Algorithmen können zur Optimierung von verschiedenen Kriterien mit beliebig vielen Antennen an der Mobilstation eingesetzt werden. Das wurde durch die Berechnung der Precoding-Matrix in zwei Schritten erreicht. Im ersten Schritt wird die Überschneidung der Zeilenräume minimiert, die durch die effektiven Kanalmatrizen verschiedener Nutzer aufgespannt werden. Basierend auf mehreren parallelen Einzelnutzer-MIMO-Kanälen wird im zweiten Schritt die Systemperformanz bezüglich bestimmter Kriterien optimiert.Aus der gängigen Literatur ist bereits bekannt, dass für Nutzer mit nur einer Antenne das MMSE Kriterium beim precoding optimal aber nicht bei Nutzern mit mehreren Antennen. Deshalb werden in dieser Arbeit zwei neue Mehrnutzer MIMO Strategien vorgestellt, die vom MSE Kriterium abgeleitet sind, nämlich sukzessives MMSE und RBD. Bei der sukzessiven Verarbeitung mit einer entsprechenden Anpassung der Sendeleistungsverteilung kann die volle Diversität des Systems ausgeschöpft werden. Die Kapazität nähert sich dabei der maximalen Summenrate des Systems an. Bei gemeinsamer Verarbeitung der MIMO Kanäle wird unabhängig vom Grad der Mehrnutzerinterferenz die maximale Diversität erreicht.Die genannten Techniken setzen entweder eine aktuelle oder eine über einen längeren Zeitraum gemittelte Kanalkenntnis vorraus. Aus diesem Grund müssen die Auswirkungen von Kanal-Schätzfehlern und Einflüsse des Transceiver Front-Ends auf die Verfahren näher untersucht werden.Für eine weitergehende Abschätzung der Mehrantennensysteme muss die Performanz des Gesamtsystems untersucht werden, da viele Einflüsse auf die räumliche Signalverarbeitung bei Betrachtung eines einzelnen Links nicht erkennbar sind. Es wurde gezeigt, dass mit MIMO Precoding Strategien ein Vielfaches der Datenrate eines Systems mit nur einer Antenne erzielt werden kann, während der Overhead durch Pilotsymbole und Steuersignale nur geringfügig zunimmt.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2007000068