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Studienabschlussarbeiten

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Erstellt: Mon, 13 Jul 2020 07:50:59 +0200 in 0.5215 sec


Nawaz, Faiq;
Investigation of the audio transmission latency in the environment of an auditory augmented reality. - Ilmenau. - 45 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020

Das Hauptziel von Augmented Reality (AR) besteht darin, die physische und die virtuelle Umgebung in einem gemeinsamen Raum zusammenzuführen. Um diese Illusion aufrechtzuerhalten, ist eine zeitliche Konstanz erforderlich, obwohl sich die Position des Hörers und die Ausrichtung des Kopfes ändern. Der Grund für Fehler ist die Latenz, das heißt die Verzögerung zwischen der Änderung der Position des Hörers und der Änderung der Audioantwort, die die zeitliche Konsistenz bricht. Bei Kopfhörern mit Tracking-Sensoren wird in der Regel auf die zeitliche Konsistenz geachtet. In der vorliegenden Masterarbeit werden verschiedene Methoden, Implementierungen und Aufbauumgebungen vorgestellt, um die AudioLatenz durch Auditory Augmented Reality (AAR) zu messen. Die Simulation erfolgt in zwei Segmenten, Rendering und Übertragung. Der Rendering-Teil wird mit einer Python-basierten Anwendung ausgeführt, der PyBinSim und die Übertragung wird mit dem MATLAB-Simulator ausgeführt. Der Rendervorgang hängt von der Größe des Audiopakets und der Systemverarbeitungsfähigkeit ab. Die Ergebnisse zeigen, dass es bevorzugt wird, kleine Audiopakete mit ultraschnellen Prozessoren zu verwenden, um das Rendern in Echtzeit durchzuführen. Zusätzliche Verzögerung wird durch verwendete Übertragungsmedien eingeführt. Audiokabel und Bluetooth (BT) -Technologie sorgen für eine qualitative hochwertige Audioübertragung. Der Effekt der Latenz bei der Verwendung von Audiokabeln ist im Vergleich zu drahtlosen Technologien viel geringer. Dies liegt daran, dass drahtlose Technologien einige zusätzliche Prozesse zur Übertragung von Audiodaten ausführen. Außerdem wird bemerkt, dass die BT-Latenz auch aufgrund von Hardwareeinschränkungen beeinträchtigt wird. Die Ergebnisse zeigen, dass die Gesamtlatenz durch AAR von einer Reihe von Faktoren abhängt, wie z. B. der Puffergröße, der Systemverarbeitungsfähigkeit und der Kompatibilität der Audiotreiber und der Übertragungsmedien. Grundsätzlich funktioniert die vorgeschlagene Methode mit einigen Einschränkungen der BT-Hardware angemessen. Diese Arbeit kann weiter verbessert werden, indem die neueste Hardware verwendet wird, die die neueste Version von BT unterstützt und damit arbeitet.



Große, Peter;
A rapid prototyping framework connecting C++ and Python for signal processing in non-destructive testing. - Ilmenau. - 77 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Diplomarbeit 2020

In dieser Arbeit wird untersucht, wie sich Python-Module in C++-Anwendungen einbinden lassen. Während Python in Forschung und Entwicklung für Rapid Prototyping weit verbreitet ist, ist C++ die De-facto-Standardsprache für einsetzbare, kundenspezifische Software. Beide Sprachen haben ihre Vor- und Nachteile, daher ist die Integration beider sinnvoll, z.B. um Kunden schnell neuentwickelte Signalverarbeitungsalgorithmen zur Verfügung zu stellen, ohne dass diese vorher in C++ neu implementiert werden müssen. Umgekehrt kann das Verhalten solcher Algorithmen im Kontext der Kundenanwendung untersucht werden, unter Verwendung aller vorhandener Funktionen, die im Rapid-Prototyping-Framework eventuell nicht existieren. Als Grundlagen des Frameworks werden die technischen Aspekte der Ausführung von Python-Code und das Design des CPython-Interpreters im Besonderen vorgestellt. Es werden verfügbare Python-Implementierungen evaluiert, wobei CPython als am besten geeignet erachtet wird; seine umfangreiche Programmierschnittstelle (API) erweist sich als besonders vorteilhaft. Zur Verwendung der C-API in C++ werden API-Frameworks wie pybind11 als hilfreich angesehen, da sie C++-Funktionen wie implizite Datentypkonvertierung nutzen. Von den unterstützten Arten von Python-Code erfüllen Binärmodule durch Verwendung der C-API weitere wichtige Anforderungen: Durch vorherige Übersetzung in Maschinencode erlauben sie höchste Rechengeschwindigkeiten, zeitgleich ein hohes Maß an Schutz von geistigem Eigentum (IP). Um eine Neuimplementierung in C zu vermeiden, werden Werkzeuge zur Generierung von Modulcode aus Python-Quellcode untersucht, von denen Nuitka die komfortabelsten Funktionen bietet. Das vorgestellte Framework-Konzept PyUnion umfasst Softwarekomponenten, welche für Rapid Prototyping die Ausführung Python-Module jeglicher Art aus C++-Anwendungen heraus, sowie die Nutzung gemeinsamer Datenstrukturen für den Austausch zwischen beiden Umgebungen ermöglichen. Zur Unterstützung langlaufender Prozesse wird die Verwendung von im Hintergrund laufenden Threads vorgesehen, sowohl für die Ausführung der Python-Module als auch für Steuerungs- und Überwachungszwecke. Weitere wichtige Designaspekte sind der Einsatz von pybind11 zur Interaktion mit Python und Einbettung des CPython-Interpreters, sowie Nuitka zur Kompilierung von Python-Quellcode zu Binärmodulen.



Lienke, Jonas;
Multi-level emulation of mixed-signal design representations in programmable logic. - Ilmenau. - 102 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

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.



Altenburg, Sophie;
A software architecture for reproducible and consistent scientific simulations. - Ilmenau. - 70 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Wissenschaftliche Simulationen müssen konsistent und reproduzierbar sein und müssen, z.B. in Parameterstudien, oft für einen umfangreichen Katalog an Parameterkombinationen durchgeführt werden. Dabei unterliegen sie häufiger Überarbeitung, was sie für Inkonsistenz in Zwischenergebnissen anfällig macht. Trotzdem ist das erneute Berechnen jedes Ergebnisses bei jeder Änderung aus Effizienzgründen keine Lösung. Kern dieser Arbeit ist daher die Konzeptionierung einer Software-Architektur, die sich der konsistenten und reproduzierbaren Ausführung solcher Simulationen widmet. Angelehnt an Flow-Programmierung wird eine Simulation mittels gerichtetem Graph als Workflow dargestellt. Besonderheiten in der Repräsentation der untersuchten Architektur sind "collect"-Schritte, die (Zwischen-)Ergebnisse mehrerer Parametersets zusammenfassen und einzelne Ausführungszweige mit ungünstigen Parameterkombination kontrolliert abzubrechen. Zusätzlich nutzt der Algorithmus Nebenläufigkeiten im Workflow. Das konsistente Speichern der Ergebnisse wird von einem Cache mit Hilfe von Hashing als Konsistenzkontrolle für Zwischenergebnisse übernommen. Ziel der Architektur ist, Simulationen in einzelne, teils parallelisierbare Schritte herunter zu brechen, die leicht änderbar bleiben und gleichzeitig konsistente Ergebnisse zu liefern. Die Bewertung der Architektur erfolgt mit Fokus auf Reproduzierbarkeit und Konsistenz der Ergebnisse, Effizienz steht erst an zweiter Stelle. Dieses Ziel sowie alle in der Arbeit aufgeführten Muss-Kriterien wurde erfüllt.



Pérez Mejía, Eduardo José;
Parametric reconstruction of multi-channel data in ultrasound NDT. - Ilmenau. - 64 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

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.



Eltohamy, Ali;
Link level simulations and CSI reporting for 5G communication systems. - Ilmenau. - 71 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Mit der rasanten Entwicklung der neuen Generation von Kommunikationssystemen wird die Entwicklung einer vielseitigen Methode zur Bewertung ihrer Leistung für verschiedene Szenarien und Kanalbedingungen unerlässlich. Um eine solche Bewertung zu ermöglichen, ist das Ziel dieser Masterarbeit die Entwicklung eines flexiblen Link-Level-Simulators auf der Grundlage der neuesten 3GPP Release 15 New Radio (NR) Systemspezifikation, um die Systemleistung in Bezug auf verschiedene Anwendungsfälle, Kanalbedingungen, etc. zu bewerten. Ein weiteres Ziel dieser Masterarbeit ist die Untersuchung der 3GPP Release 15 CSI Reporting Verfahren zur Gewinnung von Kanalzustandsinformationen am Sender in Bezug auf Performance, Komplexität und Feedback Overhead. Ebenso sollen die R15 CSI Verfahren mit dem aktuellen in der Standardisierung besprochenen Release 16 Verfahren verglichen werden.



Thaller, Christopher;
Betrachtung und schaltungstechnische Implementierung des Random-Demodulator-Konzeptes für Millimeterwellenkommunikationssysteme. - Ilmenau. - 62 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

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.



Rudnik, Philipp;
Characterization and calibration of software-defined radios for MIMO channel sounding. - Ilmenau. - 127 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die vorliegende Arbeit untersucht einen MIMO Channel Sounder, basierend auf einer Software-defined radio (SDR) Plattform. Basismodule sind SDRs vom Typ USRP-2954R (Sender) und USRP-2955 (Empfänger) sowie entsprechende Hochgeschwindigkeits-Datenübertragung und -speicher. Besonderes Merkmal des Messsystems ist die parallele, phasenkohärente Aufzeichnung von 32 Empfangskanälen bis 6 GHz Trägerfrequenz mit 80 MHz Bandbreite. Für den Messeinsatz ist das System zunächst zu charakterisieren und zu kalibrieren. Dies bedeutet die Erfassung der Systemfrequenzgänge (Sender und parallele Empfänger) über der Zeit (Einschwingverhalten, Kurzzeit- und Langzeitstabilität) für jeden Sende- und Empfangskanal bei variabler Vorverstärkung sowie die Untersuchung von Temperatureinflüssen. Die Kenntnis der Systemfrequenzgänge zu jedem Zeitpunkt ist notwendig, um die Charakteristik des Mobilfunkkanals aus den Messdaten extrahieren zu können. Ansatz ist die Anregung des Systems mit einem Multisinus-Testsignal (crestfaktor-optimierter Breitband-Chirp mit quadratischer Phase) mit 80 MHz Bandbreite, wie es auch im Praxisfall verwendet wird. Dieses Signal wird per Kabel in das parallele Empfangssystem eingespeist - wahlweise über einen hochwertigen Signalgenerator oder über das Sende-USRP. Synchronizität zwischen Sender und Empfänger wird über eine gemeinsame Referenzverteilung (clock distribution accessory) sichergestellt. Desweiteren wird eine automatisierte Routine zur back-to-back Kalibrierung in LabVIEW implementiert, die sich in vorhandenene Messsoftware integriert. Besondere Aufmerksamkeit wird dem Verhalten des Mehrkanal-Empfängers in Form einer Reihe von Messungen über viele Stunden gewidmet. Im Ergebnis liegen mehr als ein Terabyte Rohdaten vor, deren Analyse folgende wesentliche Erkenntnisse liefern: Das System benötigt etwa 1,5 Stunden Einlaufzeit, um in einen stabilen Zustand zu gelangen. Die Langzeit-Phasendrift bei konstanter Umgebungstemperatur beträgt etwa 5 Grad/Stunde. Der Gangunterschied zwischen den verschiedenen Kanälen beträgt <1 Grad in einem SDR und <8 Grad zwischen unterschiedlichen SDRs. Alle Daughterboards weisen einen Amplitudenunterschied von ca. 3 dB zwischen beiden Kanälen auf. Auf Temperaturveränderungen reagiert das System mit einem erneuten Einlaufvorgang (Phasen- und Amplitudendrifts).



Rayapaneni, Durga Teja;
Optimization of private LTE network parameters to improve reliability of LTE connected drones in search and rescue scenarios. - Ilmenau. - 89 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

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.



Schwock, Felix;
Parallel real-time estimation of SDR transceiver imperfections. - Ilmenau. - 108 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Echtzeit-Messsystems für eine automatisierte Bestimmung von Verzerrungseffekten, die bei SDRs auftreten. Der Messaufbau besteht aus einem Signalgenerator, den zu vermessenden SDRs und einem Computer, auf welchem die entwickelte Messsoftware läuft. Der Signalgenerator erzeugt ein Zweitonsignal mit variablen Frequenzen (mit einem Tonabstand von z.B. 50 kHz oder 100 kHz), wobei der gesamte Eingangsfrequenzbereich des zu testenden Gerätes durchlaufen wird. Dies entspricht für das in der Arbeit vermessene USRP X310 mit UBX160 Daughterboard einem Bereich von 1 GHz bis 6 GHz. Die entwickelte Messsoftware realisiert drei Hauptfunktionen: (1) Einstellen des Signalgenerators, (2) Überwachen des Einschwingvorgangs des Signalgenerators (Verifizieren des eingeschwungenen Zustands), (3) Analysieren des SDR Ausgangssignals indem alle Töne des Signals für ein gegebenes Eingangssignal geschätzt werden. Auf Basis dessen können vom SDR verursachte Verzerrungseffekte, wie zum Beispiel IQ-Imbalance und In-Band-Nichtlinearitäten, bestimmt werden. Dabei ermöglicht eine modulare Implementierung in Python und C eine flexible Anpassung an unterschiedliche Messaufgaben, sowie die gleichzeitige Charakterisierung mehrerer SDRs. Der Einsatz von Multithreading in der C Implementierung erlaubt zudem eine parallele Ausführung des Programmcodes auf Mehrkernprozessoren. Der Zugriff auf die Samples der SDRs basiert auf einer Shared-Memory Architektur, wobei jedes SDR einen Ringspeicher mit einer Rate von 200 MS/s kontinuierlich mit Samples befüllt. Die Auswertung in Echtzeit wird dadurch sichergestellt, dass erworbene Samples teilweise verworfen werden bis die Schätzprozesse beendet sind. Durch den Einsatz moderner Hardware (Intel Xeon E5-1680 v4 Prozessor) können mehr als die Hälfte der erworbenen Samples für die Bestimmung der SDR Verzerrungseffekte verwendet werden. Tests haben gezeigt, dass eine komplette Charakterisierung von 1 GHz bis 6 GHz mit einem Tonabstand von 100 kHz und einer Gesamtzahl von 500000 Einzelmessungen, wobei für jede Messung 2^18 Samples verwendet wurden, in 45 Minuten durchgeführt werden kann. Für die parallele Vermessung von zwei SDRs (USRP X310 mit UBX160 Daughterboard) betrug die Messzeit 55 Minuten.



Mette, Lisa Marie;
Frequency-dependent modeling of homodyne transceiver imperfections. - Ilmenau. - 88 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

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.



Engelhardt, Maximilian;
Characterization and modeling of distributed oscillator drift and jitter. - Ilmenau. - 65 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

Die präzise Synchronisation von Uhren ist für viele Messanwendungen von grundlegender Bedeutung. Diese Arbeit entwickelt eine Softwareumgebung für die Messung von verteilten Uhren mit dem Network Time Protocol (NTP) und dem Precision Time Protocol (PTP). Die Softwareumgebung basiert auf der Unterstützung von Hardware-Timestamping und reduziert negative Auswirkungen von Jitter, um eine Genauigkeit im Sub-Mikrosekunden-Bereich auf Standard-PC-Hardware zu erreichen. Anschließend wird die Softwareumgebung verwendet, um eine Messkampagne durchzuführen, die sowohl lokale Uhren als auch zahlreiche, weltweit verteilte NTP-Server umfasst. Die bei den durchgeführten Zeitmessungen beobachtbaren Effekte lassen sich in Messfehler (Jitter) und tatsächliche Abweichung der Uhren (Drift) unterteilen. Für beide werden Modelle entwickelt, implementiert und bewertet, die die Extraktion der signifikanten Merkmale eines Signals und die anschließende Synthese ähnlicher Daten ermöglichen. Die so erzeugten Testsignale sind eine wertvolle Grundlage für den Vergleich von Synchronisationsalgorithmen. Für den Jitter wurde ein Markov-Modell erster Ordnung derart modifiziert, dass es den Kontext der Messungen beachtet, wodurch es die stochastischen Eigenschaften des ursprünglich analysierten Signals zuverlässig reproduzieren konnte. Für den Drift wurde ein neuartiger Ansatz entwickelt, der auf iterativer Zerteilung und auto-regressiven (AR) Modellen basiert, der eine erhebliche Reduzierung der Anzahl von Parametern im Vergleich zu bestehenden Lösungen gestattet und gleichzeitig eine genaue Reproduktion der kurz- und langfristigen Eigenschaften von Oszillatoren ermöglicht.



Naveed, Muhammad Hanan;
Peak to average power ratio reduction in LTE-OFDM. - Ilmenau. - 101 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

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.



Hellweg, Bastian;
Bestimmung der Feuchte von Gewebebahnen mittels Ultra-Breitband-Radar. - Ilmenau. - 108 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Ziel der vorliegenden Arbeit ist die Erarbeitung und Validierung eines Konzeptes zur Bestimmung der Feuchte von Gewebebahnen mittels Ultra-Breitband-Radar, wobei der Kennwert der Feuchte einen Anteil an Wasser im Material beschreibt. Wasser verfügt über eine hohe Permittivität im Frequenzbereich der Mikrowellen, sodass sich trockene und feuchte Stoffe unterschiedlich im elektromagnetischen Wechselfeld verhalten. Weiterhin hängt die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen jedoch von vielen weiteren Einflussfaktoren ab, welche unter realen Einsatzbedingungen zeitlichen Änderungen unterliegen können. Um dennoch den Wassergehalt anhand der Messergebnisse bestimmen zu können, ist eine geeignete Auswertung der Messdaten erforderlich. Dazu wird ein Messaufbau entworfen, welcher sich den realen Einsatzbedingungen möglichst annähert. Für das geschaffene Messszenario wird ein physikalisches Modell entwickelt, um die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen zu beschreiben. Auf dessen Grundlage wird ein komplexes Regressionsmodell verwendet, um trotz der parasitären Einflüsse den Wassergehalt der Gewebebahnen schätzen zu können. Als breitbandige Mikrowellen-Sensoren werden m-Sequenz-Geräte angewendet, welche im Frequenzbereich von ca. 3 bis 10 GHz arbeiten.



Li, Fanbo;
Recherche und Implementierung von "Synthetic Aperture Radar"-Algorithmen. - Ilmenau. - 74 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

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.



Bauer, Julia;
Signal conditioning and transceiver synchronization for distributed SDR-based measurement applications. - Ilmenau. - 128 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

In dieser Arbeit wird das Universal Software Radio Peripheral (USRP) für die Nutzung als Channel Sounder untersucht. Die Beiträge betreffen eine automatische Verstärkungsregelung (AGC), sowie die Synchronisation räumlich verteilter Geräte mittels 10 MHz und Puls pro Sekunde (1 PPS) Signal. Um eine geeignete AGC vorzuschlagen, wird zunächst das transiente Verhalten des programmierbaren Dämpfungsgliedes innerhalb des USRP X310 mit UBX daughterboard untersucht. Messgrößen dabei sind Überschwingen, Einschwingzeit, Übergangszeit und Restfehler für alle möglichen Schaltübergänge (0...31.5 dB in 0.5 dB Schritten). In Abhängigkeit der Schaltstufen zeigen sich dabei Überschwingen bis zu 10 dB sowie Einschwingzeiten von 350 bis 450 ns. Zur Synchronisation räumlich verteilter Geräte erscheint die Nutzung GPS-synchronisierter Oszillatoren (GPSDO) naheliegend. Für Genauigkeitsmessungen wird zunächst ein Messaufbau vorgestellt, der selbst wiederum auf USRP X310 mit "direct sampling" basiert. Der Aufbau bietet mit acht Eingangskanälen die Möglichkeit, vier GPSDOs mit Sub-Nanosekunden-Genauigkeit über lange Zeiträume zu analysieren. Damit wird die Zeitabweichung von vier GPSDOs, montiert in USRP X310 unter idealen und realen Bedingungen vermessen. Um reproduzierbare Ergebnisse zu erzielen, werden die GPSDOs von einem GPS-Emulator gespeist, welcher ein realistisches Szenario mit 4...12 sichtbaren Satelliten erzeugt. Es zeigt sich, dass die GPSDOs mindestens 30 Minuten GPS-Fix zur Stabilisierung benötigen. Der gemessene Zeitfehler beträgt im "disciplined"-Modus unter idealen Bedingungen bis zu 100 ns. Im "holdover"-Modus (kein GPS-Fix) akkumuliert sich der Zeitfehler zu etwa 100 Mikrosekunden innerhalb weniger Stunden. Bei einer Testfahrt mit mehr als 100 km Strecke akkumulierte sich der Zeitfehler innerhalb einer Stunde bereits zu 1 Mikrosekunde, obwohl für alle vier GPSDOs permanent mehr als 6 Satelliten in Sicht waren. Beim anschließenden Verlust des GPS-Fix und seiner Wiederherstellung innerhalb von weniger als 10 Minuten akkumulierte sich der Zeitfehler zu etwa 2 Mikrosekunden. Diese Ergebnisse zeigen, dass für die Messaufgabe (Channel Sounding) wesentlich genauere Referenz-Standards als die untersuchten GPSDOs benötigt werden.



Kodera, Sayako;
Identifizierung von Fehlereinflüssen auf die SAFT-Rekonstruktion händisch aufgenommener Ultraschallmessdaten. - Ilmenau. - 61 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2019

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.



Sedunova, Ekaterina;
Evaluation of calibration performance for the ultrawideband multiband channel sounder. - Ilmenau. - 60 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2019

Die vorgestellte Arbeit befasst sich mit der Struktur eines Ultra-Breitband Channel Sounders, der Sensoren der IlmSens GmbH als Sende- und Empfangsgeräte verwendet. Im Channel Sounder wird die Autokorrelationsfunktion der M-Sequenz zum Definieren der Kanalimpulsantwort verwendet. Auf der Grundlage des störungsfreien dynamischen Bereichs wurde die Leistung der Kalibrierung bewertet. Die Arbeit beschreibt den Einfluss eines ausgewählten Fensters und die Anzahl der Mittelungen auf den Kalibrierungsprozess. Der dynamische Eingangsleistungsbereich wurde als optimaler Bereich für Messungen für 4 Kanäle ermittelt. Die verschiedenen Methoden zur Anwendung der gemessenen Kalibrierungsfunktionen und des Dynamikbereichs der Eingangsleistung werden für den Betrieb der automatischen Verstärkungsregelung beschrieben.



Worm, Robert Julius;
Analysis and implementation of FMCW radar interference detection and mitigation. - Ilmenau. - 63 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

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.



Gherekhloo, Sepideh;
Passive UHF RFID tag antennas for euro containers with special consideration of metallic content. - Ilmenau. - 161 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Ultra High Frequency Radio Frequency Identification ist eine verbreitete Technik in verschiedenen Anwendungen der Lieferkette. In dieser Arbeit liegt der Fokus auf der Entwicklung einer kleinen, kostengünstigen und effizienten Tag-Antenne zur Detektion von Kleinladungsträgern (KLT-Box) nach VDA 4500 mit und ohne metallischem Inhalt. Die verfügbare Antennenfläche ist begrenzt auf 130 mm × 30 mm. Um die Kosten gering zu halten, werden zwei einfache Antennenstrukturen gewählt: die Halbwellendipolantenne und die Dualantenne, bezeichnet als Schlitzantenne. Die Verwendung dieser zwei Antennen macht die Detektion der KLT-Box unabhängig von der Polarisationsrichtung der Leseantenne, wodurch die Verwendung einer linear polarisierten Leseantenne anstatt einer zirkularen ermöglich wird. Die Tag-Antennen werden mittels in High Frequency Structure Simulator (HFSS) entworfen, simuliert und optimiert. Bei einer Resonanzfrequenz von 868 MHz beträgt die Antennengröße der Halbwellendipolantenne 162,5 mm und die der Schlitzantenne 340 mm. Um die Größe zu minimieren, wird die Mäandertechnik verwendet. Die optimierte mäanderförmige Dipolantenne (MLA) und die mäandrierte Schlitzantenne (MOSA) mit 14 Mäandern werden auf dem Dielektrikum kappa (TM) platziert. Alle Antennen befinden sich auf einer KLT-Box mit und ohne metallischen Objekten. Die Studien werden für zwei Positionen durchgeführt: oben auf der KLT-Box und in ihrer Mitte. Die MLA mit für Freiraum dimensionierten Abmessungen arbeitet gut und ihre Leistung hängt nicht von der Position der Antenne ab. Die Leistung der MOSA, die auf der KLT-Box angeordnet ist, verringert sich jedoch stark. Die Resonanzfrequenz verschiebt sich um 150 MHz. Um die Resonanzfrequenz zu reduzieren, wurde daher die Anzahl der Mäander auf 22 erhöht. Nach der Optimierung hat sie einen Reflexionsfaktor von -23,19 dB und einen realisierten Antennengewinn von -2 dB. Die Änderung des realisierten Antennengewinns bei Veränderung der Antennenposition ist vernachlässigbar. Beide Antennen zeigen bei Platzierung auf der Oberseite der KLT-Box und Vorhandensein von metallischen Objekten eine verringerte Empfangsleistung. Die MLA erreicht dabei gut -5,47 dB Reflexionsfaktor und -4,7 dB realisierten Antennengewinn. Gegenüber der MLA hat die MOSA ein besseres und stabileres Verhalten. Es wird ein Reflexionsfaktor von -17,97 dB und ein realisierter Antennengewinn von -1,5 dB erreicht.



Drenkhahn, Kevin Etienne;
Überlegungen zum Einsatz des Six-Port für integrierte Ka-Band Array-Empfängerstrukturen in 0.25 [my]m SiGe-Technologie. - Ilmenau. - 77 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

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.



Schieler, Steffen;
Modelling of an OFDM-based passive radar and study of respective key performance parameters. - Ilmenau. - 90 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Im Gegensatz zu aktiven Radarsystemen nutzen passive Radarsysteme bereits existierende Übertragungen elektromagnetischer Wellen zur Beleuchtung der Ziele. Eine mögliche Beleuchtungsquelle für ein solches System sind die Übertragungen von Mobilfunknetzen, wie zum Beispiel LTE. Durch ihre breite Verfügbarkeit und enorme Flexibilität sind solche Systeme bestens geeignet für eine Fusion von Radar- und Mobilfunkdomäne. Cooperative Passive Coherent Localization (CPCL) ist eine Möglichkeit, die Vorteile von modernen Drahtloskommunikationssystemen für die Radarortung zu nutzen und gleichzeitig Informationen zwischen den beteiligten Knoten über das Mobilfunknetz auszutauschen. Eine Möglichkeit, ein solches CPCL System in ein bestehendes Mobilfunknetz zu integrieren, ist das Kanalschätzungsbasierte Passivradar (Channel Estimation Radar, CER), welches auf Signalverarbeitungsschritten typischer OFDM Empfänger basiert und in dieser Arbeit erstmalig vorgestellt wird. Im Rahmen der Untersuchung wurden drei Methoden des CER mit einem herkömmlichen Ansatz aus der Passivradardomäne in einer dafür entwickelten Link-Level Simulation, unter Verwendung von zeitvariantem Raytracing, miteinander verglichen. Durch die Untersuchung konnte gezeigt werden, dass der Dynamikbereich des Kanals einen großen Einfluss auf das Ergebnis aller untersuchten Schätzmethoden hat. Durch eine weitere Untersuchung konnte dieser Einfluss für die einzelnen Methoden quantifiziert werden. Die Ergebnisse belegen, dass der vorgestellte CER Ansatz und die untersuchte, traditionelle Passivradarmethodik vergleichbare Ergebnisse erzielen. Weiterhin deuten die Ergebnisse darauf hin, dass der im Laufe der Arbeit vorgestellte Ansatz der Symbolrekonstruktion, sogar in der Lage sein könnte, die Ergebnisse des traditionellen Passivradars zu übertreffen.



Czaniera, Daniel;
Identification and characterization of channel transitions in vehicle-to-vehicle channels based on measurement data. - Ilmenau. - 85 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

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.



Schönfeld, Anna;
Kanalparameterschätzung in OFDM-Systemen für Millimeterwellenanwendungen mittels Compressed Sensing. - Ilmenau. - 83 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Die steigende Nachfrage nach hohen Datenübertragungsraten erfordert die Entwicklung von drahtlosen Übertragungssystemen im Millimeterwellenspektrum. Drahtlose Verbindungen spielen insbesondere in Zusammenhang mit Mobilität eine wichtige Rolle. In einer agilen Umgebung kann eine häufige Änderung des Einfallswinkels der am Empfänger eintreffenden Welle auftreten, was eine Winkelschätzung erschwert. Herkömmliche Systeme zur Schätzung des Einfallswinkels zeichnen sich durch ein Spannungsfeld zwischen erforderlichem Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) und benötigter Suchzeit aus. Die Auflösung dieses Spannungsfeldes für Anwendungen in agilen Umgebungen motiviert die vorliegende Masterarbeit. Die Schätzung des Einfallswinkels basiert auf der Detektion der Zeitdifferenz der eintreffenden Welle zwischen mehreren Antennen. Der erste Schritt dazu ist die Synchronisation der Empfangsantenne auf die gesendete Signalstruktur. Eine einzelne Antenne empfängt Signale aus unterschiedlichen Richtungen und das empfangene Signal besitzt ein geringes SNR. Mittels Compressed Sensing (CS) soll die Signalstruktur für die Synchronisation ausgenutzt werden und eine analoge Kompression zur Verringerung der Abtastrate am Empfänger erfolgen. Für die Entwicklung einer geeigneten Signalstruktur wird eine ausführliche Anforderungsanalyse beschrieben und drei Konzepte zur Erstellung der Signalstruktur dargelegt. Die Parametrisierung der analogen Kompression am Empfänger bildet die Grundlage für die Rekonstruktionsvorschrift mittels CS. Durch die Rekonstruktion wird der Zeitversatz zwischen dem vorliegenden Empfangssignal und der vorab bekannten Signalstruktur detektiert, was einer Synchronisation auf die Signalstruktur entspricht. Additives Rauschen auf dem Übertragungsweg, die Konstellationen der Quadraturamplitudenmodulation (QAM) der gesendeten Daten und die verbleibende Sampleanzahl nach der Abtastung am Empfänger werden als Einflussfaktoren auf die entwickelte Synchronisationsmethodik simulativ untersucht.



Wegner, Tim Erich;
Genauigkeit der UWB-Lokalisierung in realistischen Szenarien. - Ilmenau. - 91 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

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.



Smeenk, Carsten;
Untersuchung von Verfahren zur Parameterschätzung für Ein- und Mehrtonsignale. - Ilmenau. - 73 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

In dieser Arbeit werden Verfahren aus der Literatur zur Schätzung von Frequenz, Amplitude und Phase in digitalisierten komplexen Ein- oder Mehrtonsignalen untersucht. Der Schwerpunkt liegt dabei auf Verfahren, die auf der diskreten Fouriertransformation (DFT) basieren, da diese Verfahren wegen der besonders effizienten Implementierung mittels schneller Fouriertransformation (Fast Fourier Transform, FFT) eine geringe Rechenzeit aufweisen. Die untersuchten Parameterschätzer werden systematisch aufgearbeitet und Gemeinsamkeiten und Unterschiede in der Literatur mathematisch, textuell, tabellarisch und grafisch gegenübergestellt. Außerdem wird ein Graph der besonders relevanten Literatur angegeben, in dem die Verbindungen der untersuchten Quellen dargestellt sind. Abschließend wird eine Auswahl von Parameterschätzern getroffen, die eine besonders hohe Genauigkeit bei geringer Rechenkomplexität aufweisen.



Myint, Saw James;
Radar cross section modelling in automotive applications. - Ilmenau. - 92 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

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.



Döbereiner, Michael;
Hochauflösende Laufzeit- und Dopplerschätzung unter Berücksichtigung frequenzagiler Kommunikationssignale. - Ilmenau. - 56 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Diese Masterarbeit beschäftigt sich mit der hochauflösenden Laufzeit- und Dopplerschätzung bei frequenzagilen Kommunikationssignalen. Zu Beginn der Arbeit werden die Eigenschaften der verwendeten LTE- und ITS-G5-Signale vorgestellt. Dabei wird hauptsächlich auf die Bandbreite und Symboldauer eingegangen, da diese für die spätere Parameterschätzung von großer Bedeutung sind. Der nächste Abschnitt beschäftigt sich mit dem Dopplereffekt. Zunächst wird die physikalische Ursache und Wirkung des relativistischen Dopplereffekts beleuchtet. Anschließend wird die signaltheoretische Modellierung des Dopplereffekts im Basisband beschrieben. Die Dopplermodellierung im Basisband macht sich durch eine Frequenzverschiebung und eine Stauchung oder Streckung der Einhüllenden bemerkbar. Eine Näherung des Dopplereffekts berücksichtigt lediglich die Frequenzverschiebung, welche durch eine lineare Phase im Zeitbereich dargestellt werden kann. Durch eine weitere Vereinfachung wird der Dopplereffekt durch eine langsam veränderliche Phase modelliert. Die Phase wird während eines Symbols als konstant angesehen und nur zwischen den Symbolen findet eine Phasenänderung statt. Anschließend wird das verwendete Signalmodell für ein Radarempfangssignal hergeleitet und erläutert. Darauf basierend werden drei verschiedene Datenmodelle für den Parameterschätzer vorgestellt. Diese Datenmodelle berücksichtigen die verschiedenen Varianten der Dopplermodellierung aus dem vorherigen Kapitel. Im nächsten Abschnitt wird die formale Herleitung des Maximum-Likelihood-Schätzers beschrieben, sowie der iterative Ablauf des Parameterschätzers dargestellt. Besonderes Augenmerk wird dabei auf die Modellordnungsschätzung mittels Cramér-Rao-Schranke gelegt. Im letzten Teil dieser Arbeit werden die erläuterten Methoden und Modelle anhand verschiedener Szenarien getestet. Die Bedingungen für die verwendeten Näherungen der Dopplermodellierung werden validiert und die Unterschiede der drei Datenmodelle veranschaulicht und begründet. Der Parameterschätzer bestimmt fehlerhafte Parameter und überschätzt die Modellordnung, wenn diese Restriktionen nicht eingehalten werden. Abschließend wird die Funktionalität des Parameterschätzers an Beispielen mit unterschiedlichen Ressourcenverteilungen bei LTE-Signalen überprüft. Entscheidend dabei ist die maximal belegte Breite der Frequenzapertur.



Moheddin Hussein, Majed;
Comparison of CSI reporting schemes in 3GPP-based New Radio communication systems. - Ilmenau. - 89 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

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.



Szywilewski, Rafal;
Vitaldatenerfassung von Kälbern anhand Ultrabreitband-Radarsensoren. - Ilmenau. - 74 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2018

Die Funktionseinheit aus Herz und Lunge wird als kardiopulmonales System bezeichnet. Dessen Aktivität hat eine Verschiebung des Brustkorbes zu Folge. Diese geometrische Veränderung bildet die Basis für die berührungslose Schätzung der Atmungsrate (RR) und Herzschlagfrequenz (HR) mithilfe eines Ultrabreitband-(UWB) Sensors. Die Arbeit befasst sich hauptsächlich mit der Trennung der Vitaldaten einer stillstehenden Person. Dafür wurden drei Algorithmen entwickelt, dessen Ergebnisse verglichen und diskutiert werden. Das dadurch erlangte Wissen wird anschließend zur Schätzung der Atmungs- und Herzfrequenz von Kälbern verwendet.



Joulaq, Rama;
Basismodul für ein zirkular polarisiertes Antennenarray für Kurzstreckenfunk mit räumlich verteilten Funksensoren. - Ilmenau. - 98 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

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.



Müller, Paul;
Fail-safe and high-performance real-time visualization of software defined radio applications. - Ilmenau. - 180 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

In dieser Arbeit wird eine Visualisierungsapplikation entwickelt, welche die Analyse von mehrkanaligen Messdaten in Echtzeit erlaubt. Vorgesehen ist ihr Einsatz zusammen mit einer Software Defined Radio Plattform, welche als Channel Sounder für Messungen des Mobilfunkkanals zum Einsatz kommt. Die verwendete Hardware ist in der Lage, Sampleraten im Bereich von Gigasamples pro Sekunde zu erzeugen, was eine Herausforderung für die Echtzeitverarbeitung und -visualisierung darstellt. Die Fast Fourier Transform (FFT) sowie Addition und Multiplikation stellen die zentralen Operationen dar, um sowohl den ersten als auch zweiten Satz von Bello Funktionen zu berechnen. Deshalb wurden sowohl CPU- als auch GPU-basierte Implementationen der FFT miteinander verglichen. Dabei zeigt sich, dass die Berechnung der FFT auf der GPU mit Hilfe von CUDA auf moderater Entwicklungshardware die schnellste CPU-basierte Implementation (Intel Math Kernel Library) um Faktor 7 übertrifft. Weiterhin erlaubt die Interoperabilität zwischen CUDA und OpenGL einen direkten Zugriff auf die verarbeiteten Daten. Aus diesem Grund liegt der Hauptfokus der Applikation auf der Nutzung der GPU für leistungsstarke, parallele Signalverarbeitung und Visualisierung. Unter Nutzung eines Intel Core i5-7500 mit einer Nvidia GTX 1050ti können 16 Kanäle mit einer Samplerate von etwa 50 MS/s gleichzeitig visualisiert werden. Das flexible Design der Applikation erlaubt die parallele Verarbeitung und Visualisierung einer beliebigen Anzahl von Kanälen. Die Konfigurierbarkeit der Software ermöglicht ihre Anpassung an unterschiedliche Messszenarien. Das modulare Design und die ausführliche, automatisch generierte Dokumentation vereinfachen die zukünftige Erweiterung der Software.



Pawar, Sankalp;
Design of compressive combining network for 2D direction of arrival estimation. - Ilmenau. - 65 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

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.



Molina Bravo, Daniel;
Polarimetric wideband beam-forming for millimeter wave applications. - Ilmenau. - 88 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Millimeterwellen lassen sich innerhalb des elektromagnetischen Spektrums als Mikrowellen bestimmen, welche einen Frequenzbereich von 30 GHz bis 300 GHz haben im Allgemeinen bekannt als EHF. Die Benutzung dieses Bereiches des Spektrums verspricht eine neue Auffassung und Vorstellung von Telekommunikationssystemen. Ein natürlicher Anstieg der Datenrate durch den Einsatz von hoher Bandbreite lässt aktuelle Anwendungen davon profitieren, was die Millimeterwellen zu einem sehr relevanten Forschungsgebiet macht. Millimeterwellen wurden bereits in verschiedenen Szenarien wie dem Wireless Local Area Network (WLAN) IEEE 802.11ad implementiert und sind derzeit Forschungsschwerpunkt für Fifth Generation (5G) Netzwerke. Verschiedene Strategien, die in den bestehenden Kommunikationssystemen, wie adaptive, hybride und polarimetrische Beam-forming verwendet werden, müssen in den Millimeter-Szenarien implementiert und angepasst werden, um die größten Herausforderungen zu bewältigen, nämlich Pfadverlust, Atmosphärendämpfung und ISI. Die vorliegende Forschung zielt darauf ab, drei folgenden unterschiedlichen Beam-forming Algorithmen anzupassen, zu implementieren bzw. anschließend zu testen: BD, DET, und BS in einem Büroszenario unter Verwendung von Millimeterwellen. Darüber hinaus wird die Implementierung eines polarimetrischen MultiBeam-forming Ansatzes in Betracht gezogen, der auf bestimmte Abschattungen für Fälle basiert, bei denen OLOS durch menschliche Blockierung verursacht wird.



Nachtwey, Nadine;
Comparison of 3GPP models TR 36.873 and TR 38.901 with WINNER II model for integration into one generic GBSCM. - Ilmenau. - 86 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

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.



Shaikh, Afaq Ahmed;
Design and optimization of a software defined radio based read-out unit/monitoring system for a biomedical implant. - Ilmenau. - 112 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

Jüngste Fortschritte auf dem Gebiet der medizinischen Anwendungen haben den Fokus von Ingenieuren und Wissenschaftlern auf sich gelenkt. Derzeit sind bereits tausende Forschungsprojekte in der medizinischen Forschung im Gange. VesselSens ist eine Forschungsgruppe, die an der Entwicklung eines implantierbaren Sensorsystems für die frühe Diagnose von Restenosen in menschlichen Arterien arbeitet, indem die Pulstransitzeit [Delta]t zwischen zwei implantierten Sensoren gemessen wird. Gegenwärtig wird ein Lock-in-Verstärker von Zurich Instruments zur Anregung des Sensorsystems und zur Auswertung der Antwort des implantierten Sensorsystems verwendet. Die Idee dieser Arbeit ist es, ein alternatives System zu entwickeln, das Flexibilität bei Tests, Forschung und Entwicklung sowie Kosten reduzieren kann. Dieses System soll als eine Entwicklungsplattform für die Entwicklung des Systems zur Früherkennung von Restenosen dienen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, eine USRP-basierte Ausleseeinheit unter Verwendung der SDR-Plattform (GNU Radio Companion) zu entwickeln. Zwei Algorithmen zur Berechnung von [Delta]t, nämlich Einkanal-Lock-In-Verstärker und Multi-Kanal-Lock-In-Verstärker, werden vorgestellt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Berechnung von [Delta]t genauer war, wenn der Sensor 2 des PCB-Sensorsystems zeitlich um große Werte verzögert war. Außerdem erwies sich der USRP-basierte Ansatz aufgrund seiner Leistungsfähigkeit und der einfach per Software festzulegenden Übertragungsparameter als ein sehr guter Ersatz für die aktuelle Ausleseeinheit, die von VesselSens verwendet wird. Die Messergebnisse des entworfenen Systems und der vorgeschlagenen Algorithmen stellen in Aussicht, dass die Resonanzfrequenzkurve jedes Sensors verfolgt werden kann und es dadurch möglich ist, [Delta]t an beliebigen Punkten der gemessenen Pulskurve zu bestimmen. Diese Verfolgung kann die Form und das Verhalten des Pulses innerhalb der menschlichen Arterie erfassen. Als zukünftige Arbeit wird ein Konzept für die Implementierung einer USRP-basierten Ausleseeinheit mit PID-Regler vorgestellt. Ebenfalls werden Forschungsfragen bezüglich eines vorgeschlagenen PID-basierten Systems vorgestellt.



Gedschold, Jonas;
Identification of mobile clusters in measured V2V mobile channel datasets and their modeling in a GBSCM approach. - Ilmenau. - 93 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2018

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.



Mösler, Moritz;
Aufbau und Untersuchung von Impedanzspektroskopiesonden für Flüssigkeiten und zugehöriger Anlagensteuerung für einen teilautomatisierten Messstand. - Ilmenau. - 96 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

In vielen Bereichen der Landwirtschaft, der Lebensmittel- sowie chemischen Industrie besteht ein wachsender Bedarf an prozessanalytischen Systemen zur Erfassung der Zusammensetzung von Flüssigkeiten. Die eingesetzten Techniken sollen weitgehend automatisiert arbeitend, echtzeitfähig und kostengünstig zu betreiben sein. Messmethoden, welche elektromagnetische Wechselwirkungsmechanismen nutzen, sind hierfür besonders gut geeignet. Aus der Bestimmung verschiedener spezifischer Eigenschaften, wie Leitfähigkeiten oder Zeitkonstanten, können Rückschlüsse auf die stoffliche Zusammensetzung der Probe gezogen werden. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit einem Versuchsaufbau zur impedanzspektroskopischen Untersuchung von Flüssigkeiten. Dabei wird zuerst auf die Grundlagen der Impedanzspektroskopie, ihre Ziele und Methoden eingegangen. An einem kurzen Beispiel aus der Praxis werden typische Problemstellungen der Implementierung aufgezeigt. Anschließend werden zwei vom Autor entworfene Messzellen und die dahin führenden Überlegungen skizziert. Eine im Rahmen der Arbeit entwickelte Elektronik sowie ihre dazugehörige Software werden im darauf folgenden Kapitel dargestellt. Die Leistungsfähigkeit der entwickelten Sonden wird mittels durchgeführter Labormessungen aufgezeigt, die zu beachtenden Störeinflüsse werden benannt und analysiert. Zu guter Letzt wird eine kurze Zusammenfassung sowie ein Ausblick auf künftige Erweiterungen und empfohlene Vorgehensweisen gegeben.



Xiao, Wei;
Kernel-power-density based lustering - performance validation and statistical analysis of clusters from measured data sets. - Ilmenau. - 44 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

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.



Groß, Philipp;
Design and prototyping of a 3-D positioner for ultrasonic non-destructive testing. - Ilmenau. - 130 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Im Bereich der Materialprüfung ist die zerstörungsfreie Messung durch Ultraschall eine etablierte Methode. Als bildgebendes Verfahren werden dazu viele A-Bilder per synthetischer Apertur aufgenommen, indem der Prüfkopf in einem definierten Abstand in Bahnen über die Oberfläche des Prüflings geführt wird. Die Ankopplung erfolgt dabei z.B. mit Wasser, wobei der Prüfling in einem Becken liegt. Diese Arbeit befasst sich mit dem Entwurf und Aufbau eines 3-D Positionierers, welcher flexibel für Ultraschallmessungen mit synthetischer Apertur bis 300 × 300 mm einsetzbar ist. Ziel war eine Konstruktion, die auf beliebige Gefäße mit darin enthaltenen Prüflingen aufgesetzt werden kann. Um eine preisgünstige Lösung bei hoher Qualität zu gewährleisten, wurde eine Delta-Kinematik mit vielen Komponenten aus dem Consumer-/Makerbereich entwickelt und umgesetzt. Die Halterung für die Messsonde ist durch eine kardanische Lagerung kippbar, um sie senkrecht zur Prüflingoberfläche führen zu können. Der Werkzeugkopf ist derart gestaltet, dass damit flexibel weitere Aufgaben erfüllt werden können. So wurde im Rahmen dieser Arbeit auch ein 3D-Druckkopf entwickelt, mit dem sich der Positionierer leicht in einen hochwertigen 3D-Drucker mit einem Druckvolumen von D300 × 200 mm umkonfigurieren lässt. Durch Simulationen wird gezeigt, dass die mit Schrittmotoren von 400 Schritten pro Umdrehung und Schrittmotortreibern mit 128 Mikroschritten theoretisch erreichbare Positioniergenauigkeit in x, y und z Richtung bei dx = dy = 0.002 mm und dz = 0.0014 mm liegt. In der Realität kann eine Positioniergenauigkeit von etwa dx = dy = 0.1 mm und dz = 0.05 mm erwartet werden. Das Gerät wird mittels G-Codes über eine USB-Schnittstelle angesteuert. Dafür steht eine Vielzahl freier Softwaremodule (z.B. aus dem Bereich CNC-Maschinen oder 3-D Druck) zur Verfügung.



Arndt, Felix;
Compressed sensing architectures for multi-channel ultrasonic non-destructive testing. - Ilmenau. - 95 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

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.



Brochloß-Gerner, Ramona;
Untersuchung der Radiated Two Stage Methode in Hinsicht ihrer Genauigkeit und der Fähigkeit realistische Ausbreitungsbedingungen zu emulieren. - Ilmenau. - 63 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Immer mehr Fahrzeuge werden mit LTE-Kommunikationsmodulen ausgestattet, um die Nutzung von Multimediadiensten während der Fahrt zu ermöglichen. In dieser Arbeit wird die Radiated Two Stage Methode zur Bewertung der Leistungsfähigkeit dieser Module angewendet. In dem am Laborgebäude FORTE des Fraunhofer IIS in Ilmenau vorhandenen Testbed werden im Rahmen dieser Methode realistische Ausbreitungsbedingungen emuliert. Dazu wird mithilfe eines hochgenauen Messsystems ein Kalibrierverfahren für die Radiated Two Stage Methode im Up- und Downlink entwickelt. Die so erreichte Kalibrierstabilität wird auf den Einfluss von Temperaturänderungen und Bewegungen während der Messung untersucht. Ein vorher im Freifeld gemessener Funkkanal wird in die Messumgebung implementiert. Die damit im Labor durchgeführten LTE-Messungen werden mit den Messungen im Freifeld verglichen.



Vogel, Martin;
M-Sequenz Netzwerkanalysator für den Zeit- und Frequenzbereich. - Ilmenau. - 90 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

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.



Hein, Anna;
Investigation of software-defined radio transceiver I/Q balance impairments. - Ilmenau. - 88 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

Diese Bachelorarbeit untersucht I/Q imbalance Schätzverfahren und kann als Basis für darauf aufbauende Kompensationsverfahren herangezogen werden. Insbesondere vergleicht die Arbeit zwei Schätzverfahren, die sich \emph{Händel Estimation} und \emph{DFT Estimation} nennen, anhand von Simulationsergebnissen. Beide Algorithmen schätzen die Frequenz des Signals, die I/Q imbalance in Amplitude und Phase, als auch den DC-Offset. Für übliche Software Defined Radio Systeme kann ein Signal-Rausch-Verhältnis von etwa 60 dB angenommen werden. Ein Signal der Länge 64 Kilosamples, wird mit einer Abweichung von ungefähr $10^{-3}$ (Wurzel des mittleren quadrati\-schen Fehlers, RMSE) für I/Q imbalance (Amplitude und Phase) und DC Offset geschätzt. Für die Frequenzschätzung wird eine ungefähre Abweichung von $10^{-10}$ (RMSE) erreicht. Die \emph{DFT Estimation} benötigt etwa ein Zehntel der Rechenzeit der \emph{Händel Estimation} bei nur leicht schlechteren Schätzergebnissen.



Kar, Debraj;
Development of 30 GHz and 60 GHz antenna elements for a broadband dual-polarized measurement antenna array for 5G channel sounding. - Ilmenau. - 97 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

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.



Guo, Binghua;
Low complexity schemes to semi-blind joint channel and symbol estimation in MIMO-OFDM. - Ilmenau. - 107 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Um das begrenzt zur Verfügung stehende Frequenzspektrum effizient zu nutzen, werden in 4G- und 5G-Kommunikationssystemen und deren drahtlose Kommunikationsgeräte Antennenarrays integriert. Neben einer Erhöhung der Datenrate kann durch Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) Systeme auch die Verbindungssicherheit verbessert werden. MIMO-OFDM-Systeme können aufgrund der multidimensionalen Struktur der empfangenen Daten aus den Dimensionen Raum, Frequenz, Zeit und Konstellation eine verbesserte Leistung im Vergleich zu ihrem SISO-OFDM-Gegenstück bieten. Ein kürzlich vorgeschlagenes Verfahren für die semi-blinde Kanalschätzung in MIMO-OFDM-Systemen basiert auf der Least Squares Khatri-Rao Factorization (LSKRF) und der Symboldetektion auf der Basis von vorkodierten multi-layered space-frequency codes (MLSFC). Verglichen mit dem iterativen Alternating Least Square (ALS) Ansatz wird dabei eine geringere Komplexität erreicht. Obwohl LSKRF ein algebraisch geschlossene Lösung bietet, ist seine kubische Rechenkomplexität für Massive-MIMO-OFDM-Systeme unerschwinglich. Daher wurde für MIMO-OFDM-Systeme ein average vector and Hadamard ratio rank one approximation (AVEH) Verfahren vorgeschlagen, um eine lineare Komplexität zu erreichen. AVEH ist jedoch beschränkt auf Szenarien in denen Kanäle und übertragene Symbole ein Offset besitzen. In dieser Arbeit werden fünf neuartige MIMO-OFDM-Verfahren für Massive-MIMO-Systeme vorgestellt. Bei allen liegt der Fokus auf einer geringen Komplexität und einer hohen Genauigkeit. Das vorgeschlagene Vector Selection Initialization (VSI) Schema bietet die geringste Komplexität, weist aber eine begrenzte Genauigkeit auf. Es eignet sich daher als Initialisierung für iterative Ansätze. Das vorgeschlagene Alternating Least Squares with Vector Seletion Initialization (ALSVSI) Schema übertrifft das Standard-ALS-Verfahren durch eine optimierte Initialisierung mit geringer Iterationsanzahl. Aufgrund seiner verbesserten Schätzgenauigkeit in allgemeineren Szenarien und der linearen Komplexität dient das vorgeschlagene Vector Projection Rank One Approximation including Vector Selection Initialization (VPVSI) Verfahren als Alternative, um AVEH zu ersetzen. Des Weiteren kann VPVSI durch das Hinzufügen von mehreren Iterationen eine höhere Genauigkeit erzielen. Das vorgeschlagene Factorization based on Eigenvalue Decomposition and Vector Projection (FEVP) Verfahren eignet sich für ein Massive-MIMO-OFDM-Szenario. Hierbei wird die gleiche Genauigkeit des maßgebenden LSKRF-Verfahrens erreicht, jedoch mit einer wesentlich geringeren Rechenkomplexität. Das vorgeschlagene Factorization based on sectional Singular Value Decomposition and Vector Projection (FsTSVP)Verfahren eignet sich für ein Massive-MIMO-OFDM-System, um eine hohe Genauigkeit mit geringer Komplexität zu erhalten. Das vorgeschlagene Factorization based on Eigenvalue Decomposition and Vector Projection with Vector Iteration (FEVI) Verfahren kombiniert Datensegmentierung mit den Vorteilen einer neuen Matrix-Faktorisierung, um eine signifikant geringere Komplexität im Vergleich zum LSKRF-Verfahren in Massive-MIMO-ODFM-Szenarien zu erhalten.



Bauer, Julia;
Analysis of reference signal stability for the synchronization of distributed measurements. - Ilmenau. - 102 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

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.



Qayyum, Usama;
Measurement of the permittivity for bulk materials. - Ilmenau. - 78 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Die Kenntnis der elektrischen Permittivität bei verschiedenen Bodenfeuchtigkeiten ist von besonderen Bedeutung zur Geolokalisierung der Tiefe von unkonventionellen Spreng- und Brandvorrichtungen. Diese Abschlussarbeit evaluiert die Methoden der elektrischen Permittivitätsmessung und wendet schließlich eine dieser Methoden experimentell auf Schüttgut an, um die Auswirkungen des Feuchtigkeitsgehalts in Quartzerde zu untersuchen. Die Zellen Streifenleitungen Microstrip Line (MSL) und Grounded Coplanar Waveguide (GCPW) werden vorgeschlagen, modelliert und hergestellt und zur Messung der \textit{S}-Parameters der zu testenden Materialien benutzt. Eine Transmission/Reflection Line (TRL) Methode wurde implementiert. Des Weiteren, wurde eine modifizierte Version namens Nicolson-Ross-Weir (NRW) Konversionsprozedur angewendet mit einer Grenzfrequenz von Null. Diese Konversionsprozedur kann für Quasi-Transverse Electromagnetic (QTEM) modes von Ausbreitungszellen für EM Wellen wie Streifenleitungen oder Coplanar Waveguides erweitert werden. High Frequency Structural Simulation HFSS\texttrademark\ by ANSYS .Inc wurde für die Modellierung, die EM-Parametrisierung und die Simulationen für die Abschätzung der \textit{S}-Parameters verwendet. Des Weiteren, wurde ein Rohde & Schwarz ZVK 1127-8651 (10MHz - 40GHz) VNA für die Messung der \textit{S}-Parameters und der Datenextrahierung benutzt. Die Zeitbereichsreflektometrie (TDR) wurde auf einem Tektronics$^\textregistered$\ CSA 8000 Communication Signal Analyser durchgeführt. Der Quellcode für die Implementierung der Permittivitätsmessungen wurde in MATLAB$^\textregistered$\ von MathWorks, Inc. erstellt. Die gemessenen und simuliereten $\epsilon_{r}^*$ Werte werden schließlich mit in der Fachliteratur veröffentlichten Werten verglichen und verifiziert.



Pandianrajan, Pragadeeshwaran;
CDACS - design of a data link for unmanned aircraft. - Ilmenau. - 93 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

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.



Rudnik, Philipp;
Lokalisierung von UAVs unter Verwendung eines SDR-basierten RADAR-Systems. - Ilmenau. - 71 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

In dieser Arbeit wird die Detektion kleiner Flugobjekte (UAVs) mit Hilfe eines multistatischen RADAR-Systems untersucht. Dabei geht es einerseits um grundlegende Machbarkeitsuntersuchungen, andererseits um Aspekte zur prototypischen Umsetzung des Systems mit USRPs. Ziel ist, Objekte von der Größe einer Hobby-Drohne (z.B. Quadrocopter) mit einer RCS von -40 dBsm bei einer Frequenz von ca. 2,4 GHz über einer halbkugelfömrigen Sperrzone von 10m Durchmesser mit einer Vorwarnzeit von 2 s zu detektieren und mit einer Ortsauflösung von 6m zu lokalisieren. Dafür müssen mindestens drei Sender (Tx) und ein Empfänger (Rx) auf der Grundfläche der Detektionszone platziert werden. Um die gewünschte Ortsauflösung von 6m zu erreichen, wird für die Wellenform des RADAR-Signals ein Multisinus (mit minimiertem Crestfaktor) mit 50 MHz Bandbreite vorgeschlagen. Im multistatischen Fall müssen die einzelnen Sender und Empfänger gemäß einem TDMA-Verfahren arbeiten und entsprechend synchronisiert werden. Da die Genauigkeit von GPS-basierter Synchronisation bei nur ca. ±50 ns liegt, ist sie nicht für die geforderte Ortsauflösung von 6 m ausreichend. Als Lösung wird ein separater Kanal vorgeschlagen, mit dem die Sender und Empfänger sehr genau synchronisiert werden können. Für die prototypische Systemumsetzung wird untersucht, inwieweit sich USRPs vom Typ X310 eignen. Besondere Anforderungen liegen dabei in den geforderten Schaltzeiten von 1 [my]s am GPIO Port, um die Synchronisationsantenne zwischen den einzelnen Kanälen umzuschalten. Dabei stellt sich heraus, dass eine Host-basierte Steuerung über die Ethernet- Schnittstelle mit Schaltzeiten von minimal 13 [my]s nicht geeignet ist. Vorgeschlagen wird deshalb eine Steuerung über den im USRP integrierten FPGA, welche durch Erweiterung der Verilog-Quelldateien der USRP-Firmware erreicht wird. Umgesetzt wird das Schaltverhalten in Form einer Statemachine mit Triggerung durch das Anliegen eines Empfangssignals. Im Ergebnis werden Umschaltzeiten von 1 [my]s erreicht.



Döbereiner, Michael;
Erhöhung der Lokalisierungsgenauigkeit von Multilateration-basierten RADAR-Verfahren mittels hochauflösender Parameterschätzung. - Ilmenau. - 57 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2017

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.



Tyagaraj, Swathi;
Airborne broadband connectivity based on LTE between mobile terrestrial networks. - 83 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

Diese Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung von breitbandigen Datenübertragungen im Flugzeug/Hubschrauber mittels terrestrischer Netzinfrastruktur. Ein wesentlicher Schwerpunkt bildet der Mobilfunkstandard Long Term Evolution (LTE) und die Verwendung der bereits vorhandenen LTE Basisstations-Infrastruktur der Mobilfunkanbieter. Zur Analyse der LTE-Übertragungseigenschaften wurde ein Testflugzeug mit handelsüblichen LTE Modems mit verschiedenen externen Antennen, wie Monopol, Dipol und MIMO-Antenne ausgestattet. Während des Fluges in Höhen von 1000 bis 3000m wurden ausgewählte LTE-Leistungsparameter, wie beispielsweise das RSSI, SNR und RSRQ kontinuierlich aufgezeichnet. Die Auswertung der aufgenommen Leistungsparameter wurde offline durchgeführt. Anhand der Messergebnisse zeigt sich, dass alle Antennentypen eine stabile LTE-Verbindung mit Datenraten zwischen 2 und 30 MBit/s im Up- und Downlink gewährleisten. Anhand der Messergebnisse wurden auch Analysen zur Antennenauswahl und Antenneninstallation am Flugzeug durchgeführt und erste Ergebnisse zu Antennentyp und Platzierung vorgestellt.



Steinmetz, Christian;
Antenna technologies for Ka-Band backhaul links. - Ilmenau. - 125 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2017

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.



Gera, Damini;
Evaluation and modeling of state-of-the-art communications system for dynamic coupling maneuvers of high speed trains. - 81 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

Die Zukunft der Zugtransportsysteme liegt in vollautomatischen Hochgeschwindigkeitszügen (HSTs), die sichere und eziente fahrerlose Steuerung ermöglichen. Diese Errungenschaft würde begleitet von einem Anstieg im Datenaustausch, der wiederum duch ein kabelloses Zugkommunikationssystem unterstützt werden muss. Dementsprechend wird nun eine Studie über Funkkanal und einer schnurlosen Technologie innerhalb und außerhalb des Zuges benötigt. Um anspruchsvolle Zugmanöver, wie dynamische Kopplung und Platooning zu unterstützen, müssen HSTs außerdem innerhalb des absoluten Bremsabstands fahren. Dafür wird die Auswertung von dezentraler Kommunikation zwischen Zügen, oder in anderen Worten, eine direkte Zug-zu-Zug-Kommunikation (T2T) benötigt, um die Anforderungen an zukünftige Zugkommunikationssysteme zu evaluieren. Im Rahmen dieser Arbeit wird innerhalb von Zügen und T2T-Kommunikationsverbindungen für die verschiedenen Leistungsmetriken, basierend auf Messdaten, modelliert und studiert. Die Technologie von ETSI ITS-G5 wurde für die gegebenen Maße ausgewählt. Diese Technologie wird auch als eine mögliche kabellose Lösung für die Unterstützung der dynamischen Kopplung von HSTs evaluiert. Schließlich werden die größten Herausforderung bei der Entwicklung einer verlässlichen T2T- Kommunikation identifiziert und das gegebene ITS-G5-Systemmodel wird mit den vorgeschlagenen Lösungen implementiert.



Schieler, Steffen;
Design of system-orientated cooperative radar concepts based on OFDM waveform. - 84 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

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.



Sultan, Muhammad Bilal;
Polarimetric radar signal processing for automotive applications. - 71 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Gegenwärtige Fortschritte in der Entwicklung autonomer Fahr- und Fahrerassistenzsysteme (FAS) führten zu einer Revolution in der Automobilindustrie. Wachsende Sorgen über Fehlalarmraten von Automobil-Radarsensor leiteten eine intensivere Forschung auf diesem Gebiet ein. Um Automobil-Anzeigesysteme im Allgemeinen und Fahrzeug-Radarsensoren im Besonderen zuverlässiger zu machen, ist eine akkurate Umgebungsbeschreibung entscheidend. Polarimetrische Radarsysteme bieten eine bessere Lösung zur genauen Beschreibung der Automobilumgebung und der Verkehrsszene. Abgesehen von der Bereitstellung genauer Einschätzungen des Bereichs und der relativen Geschwindigkeit kann durch die Verwendung polarimetrischer Radare in Fahrzeugen auch die Vielfalt der Objekte in der Verkehrsszene wie Fahrzeuge, Fußgänger, Straßenoberflächen und Hindernisse erkannt werden, wenn sie sich an derselben Position befinden. In der vorliegenden Arbeit wurde ein 77-GHz-Mehrantennen Radar (Multiple Input Multiple Output, MIMO-Radar) in Hauptstrahlrichtung kalibriert. Darüber hinaus wurden polarimetrische Zerlegungsalgorithmen auf verschiedene gemessene kanonischen Ziele angewendet und die Ergebnisse analysiert. Basierend auf den Ergebnissen der Algorithmen wurde beobachtet, dass die gemessenen Objekte je nach Typ wie punktartige oder verteilte Zielobjekte, Geometrie oder Orientierung, klassifiziert werden können.



Roy, Dhruba Jyoti;
Analysis of the statistical properties of the geometry based, stochastic, spatial consistent channel model WIM-SC. - 60 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

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.



Czaniera, Daniel;
Untersuchung zur Verteilung der Parameter dichter Mehrwegekomponenten (DMC) in urbanen makrozellularen Mobilfunkkanälen. - 61 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

Diese Arbeit behandelt die Ausbreitung dichter Mehrwegkomponenten (DMC) in urbanen makrozellularen Szenarien. Das Hauptaugenmerk liegt auf der Ableitung eines Modells zur Beschreibung des Verlaufs der DMC Leistung in Abhängigkeit von der Distanz zwischen Sender und Empfänger. Zunächst wird ein kurzer Einblick in grundlegende physikalische Ausbreitungseigenschaften elektromagnetischer Wellen und in bestehende Beschreibungsmethoden des Mobilfunkkanals gegeben. Im Anschluss werden die Arbeitsmethoden einer kürzlich veröffentlichten Arbeit, welche sich mit der Beschreibung der DMC Leistung beschäftigt, dargestellt. Besonders hervorgehoben wird der Ansatz, zwei mathematische Modelle, eines mit potentiellem und eines mit exponentiellem Verlauf, für die Beschreibung des Verlaufs der DMC Leistung aufzustellen und zu untersuchen. Die beschriebenen Methoden werden aufgegriffen und auf das vorliegende Szenario übertragen. Die einzelnen durchgeführten Arbeitsschritte werden herausgestellt und erklärt. Dabei wird vor allem der Datenbearbeitung bzw. -validierung und den mathematischen Schritten zur Erstellung der beiden Modelle besondere Bedeutung beigemessen. Die erlangten Resultate und Erkenntnisse werden diskutiert. Die Eignung der beiden Modelle, den Verlauf der DMC Leistung zu approximieren, wird bewertet. Eine besondere Erkenntnis ist, dass sich die beiden genutzten Modelle, im untersuchten Bereich der Distanzen zwischen Sender und Empfänger, nur geringfügig voneinander unterscheiden. Durch weiterführende Untersuchungen, unter Anwendung einer Simulation, wird die Verlässlichkeit der Ergebnisse eingehend analysiert. Die Grundlage für die durchgeführten Betrachtungen bilden bereits vorhandene Messdaten und geschätzte DMC Parameter aus Channel Sounding Messungen in den Städten Bonn und Köln.



Gandhi, Anuj;
Distance estimation based on channel profiles of multipath dominated environments in wireless sensor networks. - 95 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

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.



Sheth, Ishan Paresh;
PHY layer optimization for real-time high speed wireless local area network protocol. - 100 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Industrie 4.0 soll neuartige Fertigungsverfahren für die Industrie in der "vierten industriellen Revolution" ermöglichen. Ein zentraler Aspekt spielt hierbei die Funkkommunikation im Produktionsprozess und ihre Schnittstelle zu Maschinen. Die vorliegende Masterarbeit beschäftigt sich mit der Realisierung einer echtzeitfähigen OFDM-basierten Funkkommunikationstrecke zwischen Maschinen basierend auf dem Funkstandard IEEE 802.11n. Zur Realisierung einer Übertragung mit niedriger Ende-zu-Ende Latenz und geringer Fehlerrate spielt die Adaption der physikalischen Schicht des Senders und Empfängers auf die Funkkanalumgebung eine wichtige Rolle. In dieser Arbeit wurden aus diesem Grund Möglichkeiten der Linkadaption mit verschiedenen Algorithmen zur Kanalschätzung untersucht und hinsichtlich Güte und Komplexität bewertet. Im ersten Teil der Arbeit werden pilotbasierte Verfahren basierend auf Least-Square (LS), Minimum Mean Square Error (MMSE) und Least Mean Square (LMS) Kriterien zur Kanalschätzung untersucht. Die pilotbasierten Verfahren ermöglichen eine sehr aufwandsgünstige Umsetzung im Frequenzbereich, wobei zur Interpolation der Kanalkoeffizienten Filterverfahren basierend auf dem Wiener-Ansatz oder der IDFT/DFT Operation zum Einsatz kommen. Im zweiten Teil der Arbeit werden zwei verschiedene Methoden der Kanalschätzung für Präambel-basierte OFDM-Übertragungsverfahren vorgestellt. Die erste Methode nutzt die DFT-basierte Schätzung der Kanalimpulsantwort, welche bei spektraler Begrenzung des Pilotsignals, durch Einfügen von Subträgern ohne Belegung, Kanalschätzfehler auch bei sehr hohem Signal-zu-Rausch Verhältnis aufweist. Dieser Effekt wird durch Begrenzung der DFT auf das modulierte Spektrum beseitigt. Diese Methode wird als "truncated DFT" bezeichnet. Neben Kanalschätzverfahren werden ebenso Entwurfsregeln für die Präambel des OFDM-Systems diskutiert. Zur Beurteilung der Leistungsfähigkeit der verschiedenen Algorithmen wurden Simulationen am Beispiel eines 2x2 MIMO Alamouti OFDM-Systems mit MMSE Entzerrung durchgeführt.



Potoski, Kevin;
Untersuchung von Integrationseinflüssen auf Radarobjekte - mit Fokus auf Signalverarbeitung. - 95 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

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.



Frolov, Timur;
Study of ultra wideband vivaldi antennas for non-destructive testing. - 79 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

In dieser Arbeit werden die grundlegenden Parameter und ein paar design-Methoden der ultra-breit-band-Vivaldi-Antennen wurden diskutiert und vorgestellt. Die meiste Aufmerksamkeit wurde auf Vivaldi-Antennen, Heizkörper design, das sind in der Regel vertreten durch elliptisch oder exponentiell konische Kupfer-Schichten. Auch, einige der wichtigsten Parameter des ultra-wide-band-Antennen wurden entdeckte und erhalten während der zahlreichen Simulationen in der CST Microwave Studio-software.



Sharma, Himanshu;
Triple frequency based RTK implementation in real time. - 96 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

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.



Wegner, Tim Erich;
Numerical simulations for ultrasonic testing to facilitate sparse signal recovery and compressed sensing. - 87 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

Gegenstand dieser Arbeit ist die Untersuchung der Ultraschall-Wellenausbreitung bei verschiedenen geometrischen Konstellationen von Defekten und Prüfköpfen unter Verwendung der Simulationssoftware Civa (Version 11.1, entwickelt von CEA/LIST und Partnern). Ziel ist es, eine Rekonstruktion mittels Sparse Signal Recovery (SSR) in der zerstörungsfreien Ultraschall-Prüfung durch grundlegende Beschreibung der Wellenausbreitung in einem planaren Prüfkörper zu ermöglichen. Zunächst wird die Modellierung der Wellenausbreitung in Civa erläutert. Im Anschluss werden Simulationsdaten im Rahmen einer Fallstudie gewonnen und zur grundlegenden Verifikation von Civa mit Messdaten eines akkreditierten Prüflabors verglichen. Hauptbeitrag der Arbeit ist eine umfassende Fallstudie über Schattierungsphänomene. Hierbei wird ein planarer Prüfkörper aus Stahl mit verschiedenen Defektkonstellationen simuliert: zwei seitliche Bohrungen, eine seitliche Bohrung und ein sphärischer Defekt sowie dergleichen invertiert, zwei sphärische Defekte sowie ein sphärischer Defekt und eine Flachbodenbohrung. Es werden geometrische Parameter (Durchmesser des oberen Fehlers und der Abstand zwischen den beiden Defekten) variiert. Die Schattierung der einzelnen Konstellationen wird bezüglich der maximalen Dämpfung wie auch der Breite und Form des Schattens analysiert. Darüber hinaus wird eine Fallstudie über den Prüfkopf und Messparameter durchgeführt. Ein planarer Prüfkörper aus Stahl mit einem sphärischen Defekt wird bei Variation der Mittenfrequenz, Bandbreite, Prüfkopfgeometrie und Vorlaufstrecke simuliert. Die einzelnen Parameter werden bezüglich ihres Einflusses auf die Messergebnisse analysiert. Die Ergebnisse werden anhand einer Reihe von B-Scans, D-Scans, Diagrammen und Tabellen dargestellt.



Hassanein, Hesham;
Analysis and implementation of dynamic request control algorithms for satelliteterminals. - 69 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

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.



Andrich, Carsten;
Distributed sounding of multiple car-to-car propagation channels using software defined radios. - 120 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Für den Entwurf drahtloser Kommunikationssysteme ist die Messung der zugrundeliegenden Funkkanäle (Channel Sounding) essentiell. In Entwicklung befindliche Fahrzeug-zu-Fahrzeug Kommunikationsnetze stellen neuartige Herausforderungen für diese Kanalmesssysteme dar. Dazu zählen mobiler Einsatz, verteilte Synchronisation und Messung zwischen mehreren Netzknoten. Die Leistungsfähigkeit moderner Software-Defined Radios (SDR) ermöglicht die Realisierung eines softwaregestützten Channel Sounders, der diesen Anforderungen gerecht werden kann. Diese Arbeit entwickelt einen SDR Channel Sounder auf Basis des USRP N210 von Ettus Research. Die DSP- und RF-Eigenschaften des N210 werden gründlich untersucht, Schwächen aufgezeigt und deren Vermeidung beschrieben. Eine vielseitige Messsoftware für die USRPs wird in C++ implementiert und optimiert. Weitere Leistungssteigerungen werden mittels eines anwendungsspezifisch zusammengestellten Linux-Betriebssystems erzielt. Für die räumlich verteilte Synchronisation sind PS-synchronisierte Oszillatoren (GPS Disciplined Oscillators, GPSDOs) vorgesehen, deren Einfluss auf die Kanalmessungen unter anderem mittels Testfahrten untersucht wird. Abschließend wird der entwickelte SDR Channel Sounder sowohl anhand der Vermessung zeit invarianter Kanäle (Kabel) als auch zeitvarianter Kanäle (emuliert mit einem Elektrobit Propsim C8 Kanalemulator) validiert und seine Praxistauglichkeit unter Beweis gestellt.



Ramireddy, Venkatesh;
Hybrid analog digital beamforming optimization for wireless backhaul networks. - 73 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

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.



Xu, Jun;
Design aspects of hybrid precoders in Ka-band backhaul links. - 79 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Das vielfältige Einsatzspektrum der Mikrometerwelle macht Mikrometerwelle-Kommunikation zu einem vielversprechenden Kandidaten für zukünftige zellulare Systeme. Um die hohe Qualität der Mikrometerwelle Systeme zu realisieren, ist es erforderlich, große Antennen-Array auf beiden Seiten der Kommunikationsverbindung zu verwenden. Die digitale Vorcodierung/Dekodierung ergibt die gleiche Anzahl von Hochfrequenz(HF)- ketten wie die Anzahl der Antennenelemente im Antennen Array. Nachteilig sind beim Einsatz der Mikrometerwelle in der Kommunikation hohen Kosten und ein ebenfalls hoher Stromverbrauch, welche den Einsatz der digitalen Vorcodierung/Dekodierung mit großen HF-Ketten verhindert. Eine mögliche Lösung ist die Anzahl der HF-Ketten weitaus weniger zu reduzieren als die Anzahl der Antennenelemente. Außerdem ist ein Hybridschema aus Vorcodierung/ Dekodierung zu präsentieren um den Umsetzungsaufwand und die Energiekosten im Vergleich mit der HF-Ketten-Konfiguration in der digitalen Vorcodierung/Dekodierung deutlich zu reduzieren. In dieser Arbeit wird ein Hybrid-Block-Diagonalisierungs-Schema(Hy-BD)-vorgestellt, welches sich an die Leistungskapazität des herkömmlichen BD-Abwicklungsverfahren annähern soll. Im analogen Bereich werden Vorcodierung/Dekodierung durch Anwendung kostengünstiger Phasenschieber mittels Phasenbezogener HF- Vorcodierung implementiert, um eine große Feldverstärkung zu gewinnen. Währenddessen erfolgen im digitalen Bereich Vorcodierung/Dekodierung im Wesentlichen auf dem äquivalenten Basisbandkanal in dem massiven MIMO, wo Mikroprozessoren als digitale Vorcodierung/Dekodierung verwendet werden. Zu diesem Zweck wurde das präsentierte Hy-BD-Schema in Mikrometerwelle-Kanälen untersucht und weist unter Reduzierung der Kosten, des Stromverbrauchs und der Komplexität der Vorcodierung/Dekodierung nahezu optimale Leistung auf.



Gherekhloo, Sepideh;
Compressed domain detection of sparsity pattern change in multiple measurement case. - 45 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2016

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.



http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/856992585ghere.txt
Wagner, Christoph Wilfried;
Mixed-Signal Integration eines Sensorknotens für Hochleistungs-UWB-MIMO-Channel Sounding. - 78 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

Die vorliegende Masterarbeit beschreibt den integrierten Mixed-Signal Entwurf eines Sensorknotens zur Anwendung in verteilten Ultrawideband Nahbereichsradarsystemen. Das zu entwickelnde Gerätekonzept soll die Echtzeitmessung und Messdatenspeicherung von mehr als 200 Megabyte pro Sekunde ermöglichen. Durch EMV-gerechtes Design soll eine hohe Leistungsfähigkeit bei geringem Energieverbrauch erzielt werden. Neben der Realisierung des Sensorknotens beschreibt die Arbeit auch dessen Evaluierung und Diskutiert die gewonnenen Erkenntnisse. Die erarbeiteten Methoden konnten erfolgreich angewandt werden. Im Ergebnis der Thesis ist ein funktionierender Sensorknoten aufgebaut worden, der die gestellten Anforderungen erfüllt. Die Masterarbeit richtet sich an Ingenieure der Fachrichtungen Elektrotechnik und Nachrichtentechnik.



http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/853175152wagne.txt
Varatharaajan, Sutharshun;
Investigation of compressed sensing concepts in sheet of light surface scanning. - 109 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2016

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.



http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/848089596varat.txt
Kerling, Philipp;
Design, implementation, and test of a tri-mode Ethernet MAC on an FPGA. - Ilmenau : Universitätsbibliothek. - 1 Online-Ressource (vii, 59 Seiten).
Technische Universität Ilmenau, Bachelorarbeit 2015

Ethernet ist eine ausgereifte Kommunikationstechnologie mit vielen Vorteilen für Sensornetzwerke und einer Vielzahl anderer Einsatzbereiche. Anwendungen interagieren mit einer sogenannten Media-Access-Control-(MAC)-Unterschicht, um Pakete vom Netzwerk zu empfangen und zu versenden. Diese Arbeit stellt den Entwurf, die Implementierung und den Test einer in VHDL umgesetzten MAC-Schicht für Ethernet auf FPGAs vor. Die Kommunikation mit einem integrierten Schaltkreis, der die Bitübertragungsschicht von Ethernet umsetzt, erfolgt über das standardisierte Media-Independent Interface (MII) in den Varianten MII und GMII. Dabei werden Verbindungsgeschwindigkeiten von 10, 100 und 1000 Mb/s im Vollduplex-Modus unterstützt. Im Gegensatz zu bisherigen Lösungen liegt der Schwerpunkt des Entwurfs auf Einfachheit sowohl in der externen Benutzung als auch den internen Abläufen. Benutzern kommt die unkomplizierte FIFO-Schnittstelle zugute, mit der sie gleichzeitig bei nahezu voller Gigabit-Ethernet-Geschwindigkeit senden und empfangen können. Die MAC-Schicht wurde für ein GigaBee-Mikromodul der Trenz Electronic GmbH mit einem FPGA der Spartan-6-Familie von Xilinx entworfen und ebenfalls damit geprüft.



https://doi.org/10.22032/dbt.38245
Elgarhy, Ahmed;
Performance analysis of MTC technologies in LTE networks. - 87 Seiten.
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2015

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.



http://www.gbv.de/dms/ilmenau/abs/846378221elgar.txt
Beuster, Niklas;
Development of calibration procedures for a satellite communication test range. - 99 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

In dieser Arbeit geht es um die Entwicklung und Anwendung von Kalibrierungsvorschriften für eine Satellitenkommunikations-Testanlage für SatCom-on-the-move Systeme. Zunächst wird auf theoretische Aspekte bei Kalibrierungen eingegangen, indem Begrifflichkeiten und Konzepte erläutert werden. Der "Guide to the Expression of Uncertainties in Measurement" (GUM) (in deutscher Fassung DKD-3) wird vorgestellt und in dieser Arbeit genutzt, um mit Messunsicherheiten korrekt umzugehen. Außerdem erfolgt ein Vergleich zu alternativen Methoden. Eine analytische Untersuchung von Komponenten der "Facility for Over-the-air Research and Testing" (FORTE) am Fraunhofer-Institut für integrierte Schaltungen IIS wurde mit Hilfe deren Datenblättern durchgeführt, um die Methoden des GUM dort anzuwenden. Alle Komponenten in FORTE, die von Interesse sind, wurden mit Hinblick auf ihre Unsicherheit nach den Methoden des GUM behandelt. Die Umsetzung der Kalibrierungsschritte erfolgte der einfachen Handhabung halber in einem teilweise interaktiven Tabellenblatt. In der Arbeit selbst wird das Vorgehen an einem Schritt-für-Schritt Beispiel für ein programmierbares Dämpfungsglied erläutert. Die analytisch ermittelten Resultate für die gesamten Signalwege sind ebenfalls aufgezeigt und werden mit echten Messdaten verglichen. Es gibt eine Übereinstimmung wenn die ermittelten Unsicherheiten in Betracht gezogen werden. Diese sind jedoch zu groß, um den Genauigkeitsanforderungen von Kunden zu genügen. Das liegt an den großzügigen Spezifikationen für Unsicherheiten in den Datenblättern der Komponenten. Um realistischere Unsicherheitswerte zu erlangen, wurden praktische Untersuchungen an Messinstrumenten und Komponenten der Anlage durchgeführt und ausgewertet. Ein Signalgenerator und ein Spektrumanalysator von Rhode und Schwarz dienten dabei als Messstandards. Mehrere Tests wurden durchgeführt, die zeigten, wie die Amplitudengenauigkeit von Frequenz, Zeit, Temperatur, der eingebauten Dämpfungsglieder und Messparametern abhängt. Manche Effekte, die normalerweise Messunsicherheiten hervorrufen, können vermieden werden, indem Messroutinen gezielt optimiert und/oder relative statt absolute Messwerte betrachtet werden durch Vergleich mit Referenzaufnahmen. Basierend auf den gesammelten Test- und Messdaten, wurden Empfehlungen für zukünftige Messungen und Kalibrierungen ausgestellt.



Krieg, Fabian;
Advanced image reconstruction techniques for ultrasonic imaging applications. - 136 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

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.



Kirchhof, Jan;
Compressed sensing and sparse recovery methods for ultrasonic non-destructive material testing. - 111 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

Diese Masterarbeit untersucht die Anwendung von Sparse Signal Reconstruction (SSR) und Comressed Sensing (CS) zur Verbesserung der Echotrennung sowie der Nachbearbeitung anderer verschlechternder Effekte für bildgebende Verfahren in der Zerstörungsfreien Prüfung (ZfP) mit Ultraschall. Dabei werden Fehlerstellen, z.B. Lufteinschlüsse oder Ungänzen, durch Einschallen eines Ultraschallpulses in den Testkörper erkannt, da diese aufgrund des Impedanzunterschieds ein Echo erzeugen. Ein Problem dieser Technik ist, zwei dicht beieinander liegende Echos zu unterscheiden. Die Trennauflösung kann durch Erhöhung der Trägerfrequenz des Pulses verbessert werden, aber dadurch sinkt dessen Eindringtiefe. SSR ist eine empordringende Technik, die der linearen Inversion, einer Form der Parameterschätzung, entstammt. Da die Anzahl der zu detektierenden Fehler als gering angenommen werden kann, ist SSR ein valider Ansatz zur Verbesserung der Trennauflösung. Allerdings basiert SSR auf der Annahme, dass das gemessene Echo eine Linearkombination bekannter Bestandteile ist. Zudem setzen konventionelle SSR Untersuchungen additives weißes Gauß-verteiltes Rauschen (AWGN) als Fehlerquelle voraus. Sich in Festkörpern ausbreitender Ultraschall wird jedoch von sog. ''speckle noise", welches von der Materialstruktur abhängt, überlagert. Dieses hat einen multiplikativen Einfluss auf das Signal. Beide Annahmen sind im Falle von ZfP mit Ultraschall nicht erfüllt. Deshalb wird in der Arbeit ein Modell vorgestellt, dass die Einbeziehung von Nichtlinearitäten ermöglicht. Als Beispiel dafür wird die akustische Schattierung verwendet. Es wird ein SSR Framework beschrieben, dass in der Lage ist, iterativ die Schattierungen einzubeziehen. Der Einfluss von AWGN sowie von zwei speckle-noise-Modellen, sowohl auf lineare SSR, als auch auf SSR mit nicht linearem Modell wird untersucht. Es werden Löungsansätze für das Off-Grid Problem gegeben. Schließlich wird noch gezeigt, wie man mit Hilfe von CS die Menge der Messdaten verringern kann. Alle Ergebnisse werden mit numerischen Simulationen, basierend auf der Implementierung der beschriebenen Funktionen in Matlab, erlangt. Dabei wurde auch ein Graphical User Interface erstellt, mit dem man effektiv das Zusammenspiel der einzelnen Simulationsparameter nachvollziehen kann. Es kann auch für künftige Untersuchungen verwendet werden.



Philipp, Felix;
Detektion und Klassifizierung von Bewegungen im Heckbereich eines Fahrzeuges mittels UWB-Radarsensorik. - 90 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

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.



Henze, Volker;
Research on performance evaluation metrics for mobile satellite communication networks. - 48 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Gerade die schnelle Einsatzfähigkeit macht Satelliten Kommunikationssysteme interessant für mobile Anwendungen. Immer mehr Hersteller stellen Produkte bereit um Satelliten Kommunikation auch auf mobilen beweglichen Systemen zu ermöglichen. So finden auch immer mehr Kommunikationsanwendungen ihren Weg in die Satelliten Kommunikation. Das führt zur Notwendigkeit dieses neue Equipment bewerten zu können und eine Aussage über Verwendbarkeit und Leistung zu treffen. Dazu müssen Metriken gefunden werden mit deren Hilfe diese Bewertung und Vergleichbarkeit hergestellt werden kann. Besonders im Bereich der mobilen Satelliten-Terminals sind externe Einflussfaktoren wie Fading durch Wetter, De-pointing oder Abschattungen wichtig für die Leistungsfähigkeit des Systems. Aber auch systeminterne Parameter wie Antennengüte, Modulation und Quality-of-Service unterscheiden sich bei jedem System und können durch eine Metrik in einer übersichtlichen Form dargestellt werden. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den Parametern und der Bestimmung von Metriken zur Bewertung von mobilen IP-basierten Satelliten Kommunikationssystemen. Dabei werden die Einflussfaktoren identifiziert und Profile für externe Einflussfaktoren vorgeschlagen. Diese Profile können kombiniert und dem Anwendungszweck des Systems angepasst werden. Als Resultat werden Metriken entstehen die die Vergleichbarkeit unterschiedlicher Systeme aus dem Bereich der mobile IP-basierte Satelliten Kommunikation verwendbar sind. Dabei werden alle Layer der Kommunikation beleuchtet, also von der physikalischen Mobilität bis zur Anwenderschicht.



Damm, Robert;
Entwicklung und Implementierung eines MIMO-OTA-Kalibrationsverfahren. - 81 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

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.



Herrmann, Martin;
Phase transition diagrams in compressive sensing - computation and analysis. - Ilmenau : ilmedia. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 78 S., 14,66 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2015

Compressive Sensing (CS) ist ein relativ neues Forschungsgebiet der digitalen Signalverarbeitung und ermöglicht, unter bestimmten Bedingungen, die fehlerfreie Rekonstruktion von Signalen, die weit unterhalb der Shannon-Nyquist-Rate abgetastet wurden. Das Verfahren ist komplizierter als bisherige und es gibt bis heute keine hinreichenden Schranken, die eine konkrete Vorhersage des Erfolgs von CS ermöglichen. Um solche Aussagen dennoch treffen zu können, wurden sogenannte Phasendiagramme (engl. Phase Transition Diagrams, Abk. PTD) eingeführt. Diese tragen die Erfolgswahrscheinlichkeit als Funktion von der Anzahl der Abtastwerte und der Anzahl der von Null abweichenden Koeffizienten des Signals ab. Es zeigt sich, dass sich zwei Bereiche mit den Wahrscheinlichkeiten 0 und 1 bilden, getrennt durch einen relativ scharfen Übergang, welcher den Namen der Diagramme begründet. Diese Arbeit enthält neben theoretischen Grundlagen zu CS und PTDs zwei wesentliche Teile. Zum einen die Konzeption und Implementierung eines verbesserten MATLAB-basierten Algorithmus zur Schätzung von PTDs und zum anderen dessen Anwendung, zur Untersuchung CS-basierter Algorithmen, um deren Leistungsfähigkeit und Abhängigkeit gegenüber bestimmter Modellparameter systematisch zu untersuchen. In diesem Teil wird gezeigt, dass sich die Algorithmen deutlich hinsichtlich ihrer Leistungsfähigkeit, Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit unterscheiden. Außerdem zeigen die Untersuchungen, dass die Wahl der verwendeten Modellparameter großen Einfluss auf bestimmte Algorithmen hat. Diese Informationen sind sowohl für Wissenschaftler als auch Ingenieure, die sich mit compressive sensing befassen, enorm wichtig.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26006

Yacob, Ahmad;
Clustering of multipath parameters without predefining the number of clusters. - 129 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2015

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.



Steinmetz, Christian;
Entwurf einer GSM-R-Gruppenantenne zur Richtungsschätzung. - 83 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2014

Das Thema der Arbeit umfasst den Entwurf einer GSM-R Gruppenantenne zur Positionsbestimmung von Zügen. Die Antenne ist dabei für einen dual-linear polarisierten Empfang in der horizontalen Ebene ausgelegt. Die Arbeit beinhaltet den Entwurf einer geeigneten Einzelantenne sowie die Integration des Einzelelements in eine Gruppenantennenanordnung. Eine Methode zur Dimensionierung eines Antennenverbundes anhand von spezifizierten Funkszenarien unter Berücksichtigung von Mehrwegeausbreitung wird vorgestellt. Anhand der Cramér-Rao Schranke wird eine Abschätzung über die maximale Genauigkeit der Richtungsschätzung gegeben. Der Einfluss des Zugdaches auf die Antennenrichtcharakteristik und die Richtungsschätzung wird abgeschätzt. Die Antennensimulationen werden in einem elektromagnetischen Simulator durchgeführt und anhand von charakteristischen Antennenkenngrößen ausgewertet. Drei exemplarische Mehrwegeszenarien (Land, Stadt, Tunnel) entlang einer Zugstrecke werden definiert und simuliert. Anhand der generierten komplexen polarimetrischen Pfadgewichte, der Ein-und Ausfallswinkel (DoA, DoD), und der analytischen Beschreibung der Antennenrichtcharakteristiken von Sender (GSM-R Basissationen) und Empfänger (simulierte Gruppenantenne) über die Methode der EADF, werden die Szenarien deterministisch beschrieben, sodass eine Analyse der Auflösbarkeit der Szenarien möglich ist.



Priebs, Henning;
In-situ calibration for electromagnetic wave field synthesis. - 81 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

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.



Rosenboom, Nils;
Entwurf und Implementierung einer kaskadierbaren automatischen Kalibriereinheit für M-Sequenz UWB Sensoren. - 150 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Am Fachgebiet Elektronische Messtechnik der Technischen Universität Ilmenau entwickelte ultra-breitband Sensoren nach dem M-Sequenzverfahren eignen sich aufgrund der extrem hohen Signal- und Zeitbasisstabilität für die gleichen Kalibrierverfahren, wie sie bei vektoriellen Mehrtornetzwerkanalysatoren Anwendung finden. Aufgrund der breitbandigen Hochfrequenz-Elektronik sind systematische Messfehler nicht vermeidbar und für genaue Messungen ist daher eine Kalibrierung obligatorisch. Im Rahmen dieser Arbeit wird der Entwurf einer automatischen Kalibriereinheit im Frequenzbereich von 10 MHz bis 10 GHz vorgestellt, welche die Kalibrierung im Praxiseinsatz erleichtert und durch die Erzeugung virtueller Transferstandards im Messaufbau verbleiben kann. Das ausgewählte Kalibrierverfahren erlaubt eine Reduzierung der Durchverbindungen zwischen den Messtoren und eignet sich daher für eine aufwandsgünstige Kaskadierung der Kalibriereinheiten zur N-Tor Kalibrierung. Unter Berücksichtigung der Gehäuse- und Bauelementeeigenschaften erfolgen Schaltungsentwurf und Layoutgestaltung in der Software EAGLE und werden mittels Lagenexport durch 3D-Feldsimulationen in HFSS unterstützt. Auf Basis des Substrats Rogers 4003C werden zunächst verschiedene Leitungsstrukturen hinsichtlich ihrer charakteristischen Eigenschaften untersucht und die Struktur ausgewählt, welche mit der Referenzwellenimpedanz des Systems am besten übereinstimmt. Ausgehend davon werden Entwurfskriterien zur Realisierung planarer Kalibriernormale festgelegt, und Untersuchungen zur Kompensation virtueller Längenerweiterungen und parasitärer Blindanteile angestellt. Unter Berücksichtigung von Gehäuseresonanzen und Koppeleffekten werden die Kalibriernormale im Schaltungslayout integriert und die automatische Kalibriereinheit gefertigt. Den Abschluss der Arbeit bildet eine messtechnische Untersuchung und Bewertung der erreichten Eigenschaften hinsichtlich Qualität der Kalibrierung, Langzeitstabilität der Kalibriernormale und Wiederholgenauigkeit der Konnektierung von Messobjekten am Ausgang. Hierzu werden für verschiedene Messobjekte die Ergebnisse einer automatischen Kalibrierung mit denen eines kommerziellen koaxialen Kalibriersatzes verglichen. Um ein genaues Messergebnis zu erzielen erfolgen die Messungen an einem Zweitor-Netzwerkanalysator der Firma Rohde & Schwarz (Modell: ZVK).



Sherwani, Usman;
Channel modeling and measurements for wireless sensor nodes in critical channel conditions. - 64 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

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.



Iqbal, Naveed;
Low complexity link adaption techniques for correlated MIMO channels. - 100 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

In dieser Arbeit wurde die Adaption von MIMO-Systemen, insbesondere von Spatial Multiplexing Konzepten, an die veränderlichen Funkkanäle untersucht. Die Hauptidee ist durch eine geschickte Antennenauswahl die Kanalmatrix zu finden, welche die besten Eigenschaften für eine parallele MIMO-Übertragung bietet. Die vorgeschlagenen Verfahren wählen die MIMO- und Modulationsordnungen sowie die Antennenauswahl für Szenarien aus, die sich durch Kanalkorrelation und SNR unterscheiden. Die Auswahl der MIMO-Ordnung korrespondiert mit der Größe der ausgewählten Submatrix in der Art, dass die Kanalkapazität maximiert wird. Das wichtigste Ergebnis dieser Arbeit besteht in dem Nachweis, dass die neuen Algorithmen zur Link-Adaption nicht nur effizient arbeiten, sondern dabei auch bestimmte Anforderungen z.B. an die Symbolfehlerrate eingehalten werden können. Um das Problem der Antennenauswahl zu lösen, wurden Pivot-Spalten-QR- (PCQR) und Rangerkennungs-QR- (RRQR) Zerlegungen eingeführt. Die PCQR und RRQR bieten inhärent bereits eine Spaltenauswahl, was in den MIMO-Systemen z.B. der sendeseitigen Antennenauswahl entspricht. Eine Submatrix, die durch diese Spalten gebildet wird, maximiert die Mutual Information oder die Kanalkapazität. Im zweiten Teil der Arbeit wurde die Untersuchung auf eine gemeinsame Sende-Empfangs-Antennenauswahl (TRAS) und eine entkoppelte Auswahl basierend auf den vorgeschlagenen PCQR und RRQR Algorithmen erweitert. Es wurde gezeigt, dass die vorgeschlagenen entkoppelten Algorithmen in der Berechnung viel schneller als die bestehenden TRAS-Verfahren sind und einen nahezu optimale Leistungsfähigkeit aufweisen. Neben den intensiven Untersuchung der Antennenauswahl wurden Techniken zur gemeinsamen Selektion von Antennen und der Modulationsordnung vorgeschlagen, welche wiederum auf Basis der PCQR und RRQR entwickelt wurden. In einem ersten Ansatz ist die Modulationsordnung fest und die Anzahl der Datenströme ändert sich in Abhängigkeit von den Kanalbedingungen. Die zweite Methode ist dynamischer und wählt jeweils die gemeinsame MIMO- und Modulationsordnung sowie die Antennenteilmenge aus, mit der ein vollständiger Diversity-Gewinn sichergestellt werden kann. Alle vorgestellten Verfahren wurden mittels realistischer Daten, die im Rahmen von Channel-Sounder-Messungen entstanden, überprüft. Es sei angemerkt, dass die vorgeschlagenen Link-Adaptionsverfahren jeweils nur eine einfache PCQR- oder RRQR-Zerlegung benötigen, die geringere Berechnungskosten als eine einzelne SVD der Vollkanalmatrix aufweisen. Dies hebt die vorgeschlagenen Verfahren gegenüber Standardlösungen heraus, die aufwendige iterative Berechnungen, wie SVD's und Inversenberechnung, erfordern.



Alieiev, Roman;
Impact of the dictionary mismatch for compressed sensing-based Direction-of-Arrival (DOA) estimation. - 97 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

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.



Eschrich, Marcus;
UWB-Detektion und -Lokalisierung in Notfall- und Sicherheitsszenarien. - 122 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Um Personen innerhalb von Gebäuden in Notfall- und Sicherheitsszenarien genau zu orten, setzt man UWB-Sensoren als Through-Wall-Radar ein. Im Fokus dieser Masterarbeit steht eine Machbarkeitsstudie der Detektion und Lokalisierung von mehreren Personen aus verschiedenen Sensorpositionen mittels experimenteller und theoretischer Untersuchungen. In allen Sensorpositionen existieren einfache sowie genaue Lokalisierungsverfahren, basierend auf einer zweidimensionalen Lateration. Mithilfe von erhöhten Sensoren, die 30-50 cm oberhalb des Kopfes an der Wand platziert werden, hebt sich die gegenseitige Abschattung mehrerer Personen auf, und Menschen sind unter optimalen Detektionsbedingungen lokalisierbar. Wenn Sensoren im Raum oberhalb von Personen positioniert werden, versagt ein CFAR-Detektor dabei, mehrere Personen separat zu erkennen, verursacht durch eine geringe Entfernungsauflösung. Alternative Ansätze zur Mehrpersonenerkennung sind nicht vielversprechend. Bei Sensoren in der Ferne mit einem Abstand von 9,1 m zur Gebäudewand erzielt man mittels Verfolgen einer gleichförmigen Bewegung (track before detect) ein gutes Detektionsvermögen mehrerer Personen innerhalb eines Raumes und eine Kompensation der erhöhten Pfadverluste. Alles in allem sind erhöht und entfernt platzierte Sensoren in Notfall- und Sicherheitsszenarien zu bevorzugen.



Escher, David;
Implementierung und Test effizienter Korrelationsverfahren für Pseudorauschfolgen im FPGA. - 95 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

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.



Dornheim, Stefan;
Magnetic field emulation for mobile satellite communication terminals - concept, design and verification. - 81 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2014

Das Fraunhofer IIS hat die facility for over the air research and testing (FORTE) gebaut. Ein Teil dieser Anlage ist eine Testumgebung für mobile Satellitenkommunikationsterminals. In dieser Umgebung können alle Parameter die Einfluß auf die Kommunikationssysteme haben (z.B. Bewegung, GPS-Signale, der Satellitenkanal) emuliert werden. Um die Testumgebung zu erweitern soll ein Erdmagnetfeldemulator entwickelt werden, der die Nachbildung des dreidimensionalen magnetischen Feldes für jeden Punkt der Erdoberfläche nachbilden kann. In dieser Arbeit werden unterschiedliche Ansätze für eine solchen Emulator untersucht und der geeignetste ausgewählt. Der gewählte Aufbau besteht aus drei individuell ansteuerbaren, verformten Helmholtzspulen. Die Herausforderung dabei ist die Integration der Spulen in die Testumgebung ohne die bestehenden Testsysteme zu stören. Ein erster Schritt hinsichtlich der Implementierung war die simulative Untersuchung möglicher Aufbauten. Daraus wurden Testaufbauten zur messtechnischen Überprüfung der Simulation erstellt. Insbesondere wurden die Einflüsse der verformten Helmholtzspulen auf den homogenen Teil des manetischen Feldes untersucht. Gleichzeitig wurde in einer ersten Revision ein Regelkreis für einen solchen Emulator entwickelt. Dieser softwarebasierte Regler nutzt einen magnetischen Feldsensor für eine feedback-basierte Steuerung, die notwendig ist, die permanenten Änderungen des Erdmagnetfelds zu kompensieren. Als Ergebnis der Arbeit wird gezeigt, dass der Aufbau eines solchen Emulators und die Integration in die Testumgebung möglich ist trotz der festgestellten Verzerrungen des homogenen Feldes. Einige Vorschläge für eine endgültige Implementierung wurden erarbeitet.



Tuncer, Sarper;
UWB pseudo noise radar imaging by SAR processing. - 71 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

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.



Panejko, Hubert;
Konzeptionierung und Ausarbeitung eines teil-automatisierten Arbeitsablaufs zur Parameterfindung eines kapazitiven Sensors im KFZ. - 168 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2014

Während der letzten Jahre wurden für den Automobilbereich viele technische Neuheiten entwickelt. Das Augenmerk wurde auf Sicherheit, Energieeffizienz und Komfort gelegt. Im Komfortbereich wurde ein kapazitives Sensorsystem entwickelt, welches das berührungslose öffnen der Heckklappe durch eine Kickbewegung ermöglicht. Dieses System hat sich durch geringe Herstellungskosten auf dem Markt etabliert. Aufgrund der Kostenoptimierung im Herstellungsprozess ergeben sich einige Nachteile für das Sensorsystem. Dies spiegelt sich in einer aufwendigen Parametrisierung neuer Fahrzeugmodelle wieder, welche mittels manuellen Kick-Messungen generiert wird. Die Folge ist eine komplexe Messreihe mit verschiedenenKicks für jedes neue Fahrzeugmodell, was zu hohen Kosten führt. Diese Arbeit zeigt ein Ansatz zur Parametergenerierung dieses Sensorsystems mittels Simulationen, um den hohen Zeitaufwand der Kick-Messungen zu reduzieren. Unter Nutzung der Finite-Elemente-Methode (Ansys Q3D) wurde mit einem CAD-Modell eines Stoßfängers und eines modellierten menschlichen Unterschenkels die elektrische Feldverteilung im Sensorbereich sowie die Sensorkapazitätsänderung bei einem Kick analysiert. Die Sensorkapazität wird mit einem bestehenden Steuergerät ausgewertet. Unter Einsatz der Software OrCAD PSpice wurde ein Modell erstellt, welches die Funktionalität der Auswerteeinheit reproduziert und somit die Analyse des Betriebsverhaltens mittels Simulationen gewährleistet. Damit können die simulierten Kapazitäten in Messwerte (Spannungen) umgerechnet werden. Ein Vergleich zwischen der Simulation und den Messergebnissen ergab, dass die durchgeführte Kick-Simulation realitätsnahe Werte liefert. Weiterhin konnte gezeigt werden, dass die Effizienz des Sensorsystems gesteigert werden kann, indem geringe Änderungen in der Bauteildimensionierung am Steuergerät durchgeführt werden.



Cheema, Sher Ali;
Performance analysis of 3GPP LTE-A transmission modes with emulated MIMO channels in a multi-probe OTA testing setup. - 97 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

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.



Khan, Zain Ahmed;
Comparison between pattern shaping and channel synthesis of MIMO channel sounding data analysis. - 70 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Vergleich zwischen Pattern Shaping und Channel Synthese für MIMO-Channel Sounding Datenanalyse.



Seyfarth, Stefan;
Entwurf und Implementierung von Filtern für UWB-Sensoren zur Untersuchung des Einflusses von Impulsform und Aliasing auf präzise Laufzeitmessungen. - 123 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

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.



Fischer, Benjamin;
Messtechnische Charakterisierung elektromagnetischer Störquellen im Langwellenbereich. - 97 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

In dieser Arbeit werden Störungen (Man-Made Noise) im Langwellen-Frequenzbereich durch elektrische Geräte messtechnisch erfasst und ausgewertet. Zunächst gibt die Arbeit einen Überblick über die Struktur der EMV-Normen. Wichtige Emissions-Normen werden vorgestellt, notwendige Normen für die Prüfung leitungsgeführter und gestrahlter Störgrößen sind in einer Übersicht für verschiedene Produkttypen zusammengefasst. Die Umsetzung dieser Normen erfolgt mit zwei Messsystemen: Einerseits einem konventionellem EMV-Messsystem zur Erfassung der leitungsgeführten Störgrößen, andererseits einem Zeitbereichs-Messsystem für die in den Freiraum abgestrahlten Störgrößen. Je nach Art der Störung erfolgt die Auswertung der Messungen im Zeit- oder Spektralbereich oder mit Hilfe der Amplitude Probability Distribution (APD). Mit der APD lässt sich zudem die Bit Error Probability (BEP) bei digitaler Übertragung abschätzen. Als Prüflinge werden diverse elektrische Geräte (Bohrmaschine, Handmixer, Energiesparlampen, Schaltnetzteile, sowie ein Power Line Communication (PLC) System) untersucht. Dabei zeigen sich insbesondere die Schaltnetzteile als Hauptverursacher elektromagnetischer Störungen.



Wagner, Christoph Wilfried;
Konzeption, Aufbau und Evaluierung einer Digitaleinheit zur Multikanalmesswertaufnahme von UWB-Sensordaten. - 105 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

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.



Modi, Navikkumar;
Stationarity analysis of the land mobile satellite channel. - 157 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Die vorliegende Arbeit untersucht die Identifikation stationärer Segmente von Empfangssignalen bei landmobiler Satellitenkommunikation. Als statistisches Kanalmodell wird dabei der Ansatz nach Prieto-Cerdeira verwendet. Dabei besteht das Signal aus Loo-verteilten Segmenten, jedes charakterisiert durch eine konstante mittlere Signalleistung, Standardabweichung und mittlere Mehrwegeleistung. Zur Identifikation stationärer Segmente werden verschiedene nicht parametrische sowie parametrische Segmentierungsalgorithmen untersucht: Einzelfilter (nicht \linebreak parametrisch), Parallelfilter, statistische Ansätze (Generalized Likelihood Ratio Test und Varianzanalyse) sowie adaptive lineare Prädiktion. Bei den nichtparametrischen Ansätzen zeigt sich, dass die Einbeziehung der Kurzzeitenergie eine signifikante \linebreak Verbesserung liefert. Der schließlich verwendete Algorithmus wurde aus den parametrischen Ansätzen \linebreak abgeleitet: Es zeigt sich, dass eine Kombination zweier adaptiver Prädiktionsfilter am besten geeignet ist, um Änderungen im Mittelwert und der mittleren Mehrwegeleistung des Eingangssignals zu detektieren. Beide Zweige bestehen jeweils aus einem linearen Prädiktionsfilter, einem Distanzmaß nach Itakura-Saito sowie einem exponentiell wichtenden gleitenden Mittelwertfilter. An den Ausgängen werden beide Signale zu einem gemeinsamen Distanzmaß addiert. Es enthält Maxima, die mittels peak detection erkannt werden können. Die Parameter der Filter sowie der anderen Signalverarbeitungskomponenten werden optimiert. Zum Test der Algorithmen wird ein Signal aus einem Satellitenkanalsimulator verwendet, welches variierende Loo-Parameter enthält. Die Leistungsfähigkeit wird anhand der Receiver Operating Characteristic (ROC) bewertet. Dazu werden missed detection rate (MDR) und false alarm rate (FAR) herangezogen. Zur Demonstration der Praxistauglichkeit wird der gewählte Algorithmus auf einen Ausschnitt gemessener Satellitensignale (ESA-Projekt multiple satellite channel with angle diversity (MiLADY)) angewendet.



Damm, Robert;
Bestimmung parasitärer Reflexionen in einem OTA-Wellenfeldsynthese-Aufbau unter Anwendung von Parameterschätzalgorithmen. - 87 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

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.



Asgharzadeh, Aidin;
Evaluation of correlation-based spectrum sensing methods based on measurement data. - 84 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

Der gesteigerte Bedarf an Übertragungsbandbreite beim Übergang von Spachkommunikation zu Multimediakommunikation bedeutet für weitere Nutzer eine Frequenzknappheit. Die einzige praktikable Lösung heißt Cognitive Radio. Cognitive radio untersucht das durch kommerzielle Lizenzen belegte Frequenzspektrum, identifiziert unbenutzte Bereiche des Frequenzspektrums und versucht durch Nutzung dieser Frequenzbereiche eine Informationsübertragung zu ermöglichen ohne die lizensierten Funkdienste zu stören. Die Abtastung des Frequenzspektrums ist daher einer der wichtigsten Teile des cognitive radio. Der Beitrag dieser Abschlussarbeit ist die Bewertung der korrelationsbasierten Spektralaustastmethode CorrSum, basierend auf realen Messdaten. Die Ergebnisse zeigen, dass CorrSum für die meisten Modulationstypen und üblichen Übertragungsbandbreiten besser geeignet ist als die Methode der Energiedetektion. Wird bei gleichbleibender Übertragungsbandbreite die abgetastete Bandbreite verkleinert, verringert sich die Leistungsfähigkeit von CorrSum und erreicht in etwa die Effizienzwerte der Energiedetektionsmethode.



Bischoff, Daniel;
Detection of vehicular movements by analysis of environmental images using optical flow. - 89 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2013

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.



Dupleich, Diego;
Mitigation of non-linearly induced interference in wideband receivers under fading conditions. - II, 96 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
- Enth. außerdem: Thesen

Multimode- und Multiband-Sendeempfänger sind heutzutage weit verbreitet. Trotz der Vorgabe der Anpassungsfähig- und Rekonfigurierbarkeit, mangelt es ihnen an hoher Selektivität. Des Weiteren sind sie anfälliger für nichtlineare Verzerrungen und anderen HF-Störungen. In der Praxis kann eine Blockierung durch Störbandsignale auftreten. Hierbei versucht der Empfänger, ein schwaches Signal einer weit entfernten Basisstation zu demodulieren, während er zugleich ein starkes Signal einer nahegelegenen Basisstation in einem benachbarten Frequenzkanal empfängt. Dieses wirkt auf den Empfänger ein und zwingt diesen dabei in den nichtlinearen Arbeitsbereich. Folglich werden durch die steigende nichtlineare Verzerrungen selbstinduzierte Störungen durch spektrales Anwachsen der Nachbarsignale verursacht, die in den gewünschten Kanal fallen könnten. Der automatische Empfangsverstärker sorgt für die Dämpfung von starken Signalen und der Pegelanpassung, um die Komponenten im linearen Arbeitsbereich zu halten. Allerdings verringert sich dadurch der Dynamikbereich des Empfängers und die Gesamtleistung des Kommunikationssystems in Bezug auf die Bitfehlerrate. Es wurden Störungsminderungsalgorithmen von Nichtlinearitäten in den Empfängern untersucht sowie ihre Vorteile durch eine verbesserte Bitfehlerrate in AWGN-Kanälen aufgezeigt. Dies erfolgt sowohl durch Simulationen wie auch durch praktische Implementierungen. Funkkanäle stellen hingegen für die Störungsminderungsalgorithmen insbesondere unter Fading-Bedingungen eine Herausforderung dar.Die schnellen Veränderungen des Eingangssignals führt zu einer Schwankung der Nichtlinearitäten. Die Störungsminderungsalgorithmen müssen in der Lage sein, den Änderungen zu folgen. Der vorliegende Störungsminderungsalgorithmus (NonLIM) verwendet ein Referenzmodell der Nichtlinearitäten. Dieses Modell versucht, die nichtlinearen Verzerrungen zu regenerieren und sie von dem gewünschten Signal zu subtrahieren. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die Effekte der verschiedenen Fading-Phänomene im nichtlinearen Verhalten der Empfänger analysiert. Anschliessend wird die Minderungsleistung des NonLIM-Algorithmus in Bezug auf verschiedene Szenarien untersucht. Um den Funkkanal zu simulieren, wurde eine MATLAB-Implementierung des WINNER-Modells genutzt. Beim gewünschten Signal handelt es sich um ein GSM-Signal, das mit der GSMsim Programmpaket erzeugt wird. Für den Störer wurde ein breitbandiges BPSK-Signal gewählt. Die Ergebnisse zeigen eine Verbesserung in der Bitfehlerrate, was auch als eine Erhöhung des Dynamikbereichs des Empfängers interpretiert werden kann. Zudem wurden spezifische Bedingungen ermittelt, zu denen der Algorithmus fehlschlägt oder die Erwartungen nicht voll erfüllt werden. Diese stehen in Zusammenhang mit der Dynamik des Kanals. Folglich sind Untersuchungen notwendig, wie der Algorithmus mit solchen Situation besser umgehen kann



Schlembach, Florian;
Implementation of DSP-based algorithms on USRP for mitigating non-linear distortions in the receiver. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 98 S., 2,9 MB). : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

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.



http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=22477
Ibraheam, Maysam;
Clustering of multipath parameters based on multi variate gaussian-mixture models and alternative approaches in real and model-based multipath environments. - 133 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

In dieser Masterarbeit haben wir neue Algorithmen über die Clusterbildung von MIMO Multipath komponenten erfunden. Wir haben unsere Algorithmen, indem sie auf WINNER und Ilmprop Modelle getestet. Wir haben unsere Algorithmen mit KPM und FCM verglichen.



Skoblikov, Sergii;
Influence of fixed elevation angles in high resolution parameter estimation using a linear antenna array. - 89 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

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&ring; Elevation), im Allgemeinen, die geringste Fehleranfälligkeit aufweist.



Zaied, Salah;
UWB localization of people-accuracy aspects. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek. - Online-Ressource (PDF-Datei: VIII, 42 S., 2,48 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013

UWB-Sensoren sind durch eine sehr große Bandbreite gekennzeichnet. Diese Bandbreite ermöglicht es, Objekte mit einer sehr guten Genauigkeit zu lokalisieren. Passive Objekte, die kein Sender oder Empfänger tragen, sind mittels zurückgestreuten elektromagnetischen Wellen zu lokalisieren. Es existieren unterschiedliche Lokalisierungsmethoden. Die Masterarbeit analysiert unterschiedliche laufzeitbasierten Lokalisierungsansätze. Die Masterarbeite bietet verschiedene Lösungen von dem Lokalisierungsproblem, der mathematisch mit einem System von quadratischen Gleichungen beschrieben ist. Die Lösungen decken folgende Ansätze ab: Linearisierung mittels einer Taylor Reihe Entwicklung, Kreuzung von Ellipsen and sphärische Interpolation. Die Masterarbeit analysiert Genauigkeit von den Algorithmen in unterschiedlichen Einsatzszenarien. Die Lokalisierungsgenauigkeit war anhand der Hauptkomponentenanalyse ausgewertet.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=21466

Abdulkarim, Haider;
Comparison of proposals for the future aeronautical communication system LDACS. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek. - Online-Ressource (PDF-Datei: II, 91 S., 1,65 MB). Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
- Enth. außerdem: Thesen

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.


http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=21589

Shankar, Pooja;
Validation of VAUDEO (Video + Audio): design of detection and classifying algorithms. - XI, 53 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In den letzten Jahren ist die öffentliche Sicherheit ein Thema von zentraler Bedeutung für die moderne Welt geworden. Die Objekt- und Mustererkennung ist dabei eine bevorzugte Technik um diese Sicherheit zu gewährleisten. Diese Arbeit behandelt ein Beispiel zur Objekterkennung: tieffliegende Propellerflugzeuge in der Nähe von Windkraftanlagen. Derartige Flugzeuge verursachen häufig Unfälle und stellen damit ein Risiko für Eigentum und Leben dar. Das Ziel dieser Arbeit ist die automatisierte Erkennung von Propellerflugzeugen und die Bestimmung ihrer Position und Flugrichtung in Echtzeit. Um die Objekterkennung zu ermöglichen wird die Kombination eines Akustik-Vektor-Sensors (AVS), entwickelt von Microflown Technologies, zur Aufnahme direktionalen Schalls, und einer elektro-optischen Kamera verwendet. Die erfassten Daten werden an eine Signalverarbeitung, Bildverarbeitung und ein computerunterstütztes Sichtsystem weitergeleitet, um die Quelle des Schalls zu bestimmen. Der eingesetzte VAUDEO Algorithmus besteht aus zwei Teilen: einer Ton- und einer Bildverarbeitung. Der Algorithmus zur Tonverarbeitung bestimmt einen nahezu präzisen Wert für die Orientierung des Flugzeugs im Bezug auf den Azimuth und die Flughöhe. Der Algorithmus zur Bildverarbeitung bestimmt weiterhin die Position des Propellerflugzeugs durch Hintergrundsubtraktion und Schwerpunktberechnung. Ein erweitertetes Vorhersagefilter, wie zum Beispiel ein Kalman-Filter, wird zur Reduzierung von Störfaktoren verwendet. Die berechnete Position des Algorithmus zur Bildverarbeitung ist die geschätzte Position in X- und Y-Richtung. Das Ergebnis der Kombination der Ton- und Bildverarbeitung wird auf einem Bildschirm dargestellt, welcher die Position des Flugzeuges angibt.



Röding, Matthias;
Modellbasiertes UWB Imaging in Sensornetzwerken. - 70 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

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.



Häfner, Stephan;
Entwicklung eines hochauflösenden Richtungsschätzalgorithmus für kleine Antennenarrays unter Berücksichtigung von Mehrwegeausbreitung. - 105 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Ortung von Emittern elektromagnetischer Wellen, welche während des Lokalisierungsprozesses nicht kooperativ agieren, ist ein Problem mit breitem sicherheitsrelevanten Aspekten. Zur Entwicklung eines neuartigen Ortungssystems, welches Mehrwegausbreitung im Funkkanal zwischen Sender und Ortungssystem berücksichtigt, müssen Parameter des Funkkanals bekannt sein. Parameter sind die Einfallswinkel am Empfänger, die Pfadgewichte und die Laufzeit der Mehrwegpfade. Aufgrund fehlender zeitlicher Synchronisation zwischen Sender und Empfänger sind nur relative Laufzeiten angebbar. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus zur hochauflösenden Schätzung der Parameter eines Funkkanalmodells entwickelt. Besonderheit ist, dass keine Informationen über das Sendesystem vorliegen, weshalb Verfahren der parametrischen, blinden Kanalschätzung eingesetzt werden. Ein Modell zur polarimetrischen Beschreibung des Funkkanals unter Berücksichtigung der Unkenntnis über das Sendesystem wird beschrieben. Basierend auf dem Prinzip der Maximum-Likelihood-Schätzung wird ein Parameterschätzer hergeleitet. Es werden 2 Kostenfunktionen definiert, welche vom Sendesignal unabhängige sind. Ein Vergleich mit bekannten Kostenfunktionen zeigt eine bessere Schätzbarkeit der Modellparameter. Ein zweiteiliges Optimierungsverfahren zur Detektion des Minimums der Kostenfunktion wird beschrieben. Zur Analyse der Schätzfehlervarianz wird die Cramèr-Rao-Schranke definiert und für die angegebenen Kostenfunktionen berechnet. Probleme der Cramèr-Rao-Schranke in Verbindung mit Kugelkoordinaten werden diskutiert und eine alternative Beschreibung angegeben. In abschließenden Simulationen wird die Leistungsfähigkeit der Schätzer im Fall von 1-, 2-, und 3-Pfaden untersucht. Die Anzahl auflösbarer Pfade wird im Zusammenhang mit gegebenem Antennenarray am Empfänger und Signal des Senders diskutiert. Einschränkungen des beschriebenen Schätzers bzgl. der Zahl auflösbarer Pfade werden herausgestellt.



Bou Eta, Ragheb;
Wireless coexistence investigation of kleer in presence of Bluetooth and WLAN IEEE 802.11 b/g in 2.4 GHz ISM band. - VIII, 109 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

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.



Phatak, Naveen;
Minimum emulation requirements for over-the-air user equipment test. - 80 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Derzeitige und zukünftige drahtlose Kommunikationsstandards unterstützen vermehrt Multiple Input Multiple Output (MIMO) Technologie auf der Basisstationsseite als auch auf der Terminalseite. Beispiele sind High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), Long Term Evolution (LTE) and LTE-Advanced. Es ist notwendig die Güte dieser Systeme unter realistischen Bedingungen zu testen. Hierfür wird angestrebt das System über die Luftschnittstelle zu testen (Over-The-Air), wobei die Mehrwegewellenausbreitung realistisch aber in einer geschirmten Messkammer nachgebildet wird. Die Emulation der 3 dimensionalen Ausbreitungsumgebung ist dabei Hardware und kostenintensiv. In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit eine Vereinfachung der zu emulierenden Umgebung zulässig im Sinne der Systemperformanz ist. Zwei Methoden zur Reduzierung des Emulationsaufwandes werden untersucht: zum einen wird die 3 dimensionale vollpolarimetrische Realität auf eine 2 dimensionale vollpolarimetrische Beschreibung reduziert und im zweiten Schritt wird zusätzlich um eine Polarisationrichtung reduziert (vertikal oder horizontal). Basierend auf beiden Methoden wird der Einfluss auf die Systemperformanz eines 2x2 LTE Systems analysiert. Dabei wird zum einen die maximal und theoretisch erreichbare Kanalkapazität und zum anderen der LTE Übertragungsrate als Bewertungsmaß herangezogen. Um möglichste reale Bedingungen nachzubilden werden die Methoden auf verschiedene Verdrehungen des Endgerätes angewendet. In der Emulation wird das Endgerät dabei mit zwei verschiedenen Referenzantennen der CTIA (Cellular Telecommunications Industry Association), mit den Antennen "Good" und "Nominal" betrieben. Ein Vergleich dieser Antennen unter Verwendung der zwei Methoden unter Berücksichtigung verschiedener Leistungsregelungen im Up- bzw. Downlink wurde durchgeführt. Die Auswertungen zeigen, dass im Falle dieser Antennen eine Vereinfachung auf die 2 dimensionale aber vollpolarimetrische Beschreibung mit einem akzeptablen Fehler zulässig ist. Die weitere Vernachlässigung in Hinsicht der reduzierten Abbildung der Polarisation jedoch nicht. D.h. im letzteren Falle ist die Abweichung der Systemperformanz im Vergleich zur Realität signifikant. Auch der Einfluß der verschiedenen Verdrehungen ist im letzteren Fall dramatisch und bedeutet im Grunde, dass diese Vereinfachung nicht zulässig ist. Weiterhin wurde festgestellt, dass die verwendeten Referenzantennen nicht immer ihrem Namen gerecht werden, d.h. das die "Gute" Antenne nicht immer die bessere Performanz erreicht im Vergleich zur "Nominellen" speziell im Fall perfekter Leistungsregelung im Uplink.



Eschrich, Marcus;
UWB-Detektion und -Lokalisierung von Personen in abgeschatteten Regionen anhand von Beugungseffekten. - 66 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

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.



Gulvadi, Sanat;
Realisation of an OFDM based communication system by means of software-defined radio and MATLAB. - 61 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Konventionelle Sicherheitssysteme nutzen Verschlüsselung und Schlüsselmanagementsysteme, die im OSI Layer 2 oder höheren Schichten angesiedelt sind. Es können jedoch auch die Eigenschaften des physikalischen Übertragungskanals genutzt werden, um eine sichere Übertragung schon in der physikalischen Schicht zu gewährleisten. - Ein OFDM-System, welches auf einer Software-Radio-Plattform unter Verwendung der USRP2 implementiert wurde, soll zur Entwicklung eines Sicherheitssystems auf der physikalischen Schicht (PHYSEC) dienen. Dazu muss das OFDM-System sehr flexibel konfigurierbar sein, d.h. jeder Unterträgers muss als Pilot-Ton oder zur Übertragung von Daten oder künstlichem Rauschen nutzbar sein oder auch abgeschaltet werden können. Um Informationen über die Charakteristik des Übertragungskanales zu erlangen, wurde ein Channel Sounding implementiert, auf dessen Basis ein PHYSEC-Algorithmus Entscheidungen zur Verwendung der Unterträger treffen kann. Ebenso wurde ein Scan-Algorithmus für das verwendete ISM-Band implementiert. Damit wird die Ermittlung eines nutzbaren Teilbereiches unter Vermeidung eventueller starker Störer in diesem häufig genutzten Band ermöglicht.



Treybig, Lukas;
Konzeption und Verifikation einer Satellitenemulation für Ku- und Ka-Band-Satelliten. - 105 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

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.



Alsharef, Mohamed;
Modeling of channel occupancy scenarios in frequency, time and space. - 95 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Aktuelle Regelungen zur statischen Belegung des Funkspektrums haben Forscher und Regulierungsbehörden dazu motiviert, nach neuen Ansätzen zu suchen, welche die Unterauslastung des Spektrums verringern können. Diese werden durch zahlreiche Messkampagnen unterstützt. Aus diesem Grunde wurden Technologien wie Dynamic Spectrum Access und Cognitive Radio erdacht, die Nutzern ohne lizensierten Funkraum dynamischen Zugang auf spektrale Bänder ermöglichen, wenn dadurch lizenzierte Nutzer nicht gestört werden. Diese neuen Technologien befinden sich noch in der Entwicklungsphase, und um diese Entwicklung zu vereinfachen und zu beschleunigen, besteht die Notwendigkeit von effizienten Testverfahren. Diese Tests werden in einer sogenannten "Over-The-Air test in Virtual Electromagnetic Environment" (OTAinVEE)-Umgebung realisiert, welche in der Lage ist, kontrollierbare und reproduzierbare Tests durchzuführen. Aufgrund der Tatsache, dass die Tests in einem geschirmten, reflexionsarmen Raum stattfinden, ist es außerdem möglich, auch auf lizenzierten Bändern zu arbeiten ohne dabei Lizenznehmer zu stören, die auf diesen Frequenzen kommunizieren. Das OTAinVEE System benötigt adäquate Testszenarien, welche realistische Tests ermöglichen. Zu diesem Zweck erarbeiten und implementieren wir Kanalbelegungsmodelle, welche die Nutzeraktivität in Zeit, Frequenz und Raum einer realen Umgebung widerspiegeln. Diese werden unterstützt durch eine Messkampagne, die an verschiedenen Orten des Campus der Technischen Universität Ilmenau durchgeführt wurde. Die implementierten Modelle zeigen eine hohe Genauigkeit im Vergleich zu den empirischen Daten. Die Kanalbelegungsmodelle können als Eingabedaten für die OTAinVEE-Testumgebung verwendet werden.



Dong, Yingnan;
Analysis of performance and stationarity of MIMO channels of a static feeder link depending on height. - 70 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

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.



Topf, Felix;
Vergleich verschiedener Modelle zur Generierung der Empfangszustände für den landmobilen Satellitenkanal. - 66 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In dieser Arbeit werden drei auf Markovprozessen basierende Zustandsmodelle zur Beschreibung des land-mobilen Satellitenkanals miteinander verglichen: das Markovmodell erster Ordnung, das Semi-Markov-Modell mit lognormal-Anpassung und das dynamische Markovmodell. - Vergleichskriterien sind dabei Zustandswahrscheinlichkeit, mittlere Zustandslänge, und der mittlere quadratische Fehler der Zustandslängenstatistik zur gemessenen Zustandslängenstatistik. - Die Untersuchung des Verhaltens der Modelle bei unendlicher Simulationslänge und der Vergleich mit dem theoretisch zu erwartenden Ergebnis zeigt, dass die Zustandswahrscheinlichkeit und die mittlere Zustandslänge von dem Markovmodell erster Ordnung und dem dynamischen Markovmodell exakt wiedergegeben wird. Beim Semi-Markov-Modell weicht die mittlere Zustandslänge ab. Jedoch wird die Zustandslängenstatistik besser als beim Markovmodell erster Ordnung beschrieben. - Die Untersuchung der benötigten Simulationslänge zeigt eine Konvergenz bereits nach 5 km für das Markovmodell erster Ordnung und das dynamische Markovmodell. - Zur zuverlässigen Parametrisierung der Modelle mittels Messdaten zeigt sich, dass das Markovmodell erster Ordnung und das dynamische Markovmodell etwa 5 km Messdatenlänge benötigt. Beim Semi-Markovmodel werden hierfür mindestens 10 km benötigt.



Thier, Volker;
Konzeption, Aufbau und Evaluierung einer kaskadierbaren Digitaleinheit zur Erfassung der Daten eines UWB-Sensorarrays. - 123 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012

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.



Cruse, Christoffer;
Abhängigkeit der MIMO-Leistungsfähigkeit von Antennen- und Kanaleigenschaften. - 153 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In den letzten Jahren haben insbesondere Kommunikationssysteme basierend auf hohen Systembandbreiten und Mehrantennen Konzepten eine starke Entwicklung und Standardisierung erfahren. Diese Konzepte nutzen insbesondere die räumliche und zeitliche Diversität des Übertragungskanals aus. Im Hinblick auf die Evaluierung dieser Konzepte ist es wichtig die Auswirkung unterschiedlicher Kanalcharakteristiken und Antenneneigenschaften zu kennen. Um diese Abhängigkeiten zu untersuchen kann auf unterschiedliche Methodiken der Kanalgenerierung zurückgegriffen werden. Zwei dieser Methoden sind die: Synthese von Kanaldaten basierend auf geschätzten Mehrwegepfaden Synthese von Kanaldaten basierend auf einem geometrisch-stochastischen Kanalmodell, z.B: WINNER+ Kanalmodell. Diese Ansätze erlauben es zum einen Antennenaperturen in den Analyseprozess zu integrieren ohne aufwändige Messkampagnen durchzuführen und zum anderen Kanalcharakteristiken durch Parameteränderungen zu variieren. Damit ist es möglich verschiedene Szenarien zu simulieren und den Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des MIMO Systems zu untersuchen. Hierfür steht ein Analyse Tool des Institutes für Informationstechnik der TU Ilmenau zur Ermittlung grundlegender MIMO Metriken (Metric Analyzing Tool) und ein Simulator des Institutes für Telekommunikation der TU Wien zur Betrachtung der Leistungsfähigkeit im Rahmen des UMTS - Long Term Evolution Standards (LTE Link Level Simulator) zur Verfügung. Ziel ist es die Leistungsfähigkeit von verschiedenen Antennen gegenüber zu stellen. Das Potential unterschiedlicher MIMO Konstellationen, bezogen auf die Zahl der Antennenelemente, hinsichtlich der Steigerung der Kanalkapazität zu untersuchen. Sowie den Einfluss verschiedener Large Scale Parameter des MIMO Kanals zu analysieren. Diese Betrachtungen werden dabei, mit Ausnahme des letzten Punktes, für beide Methoden der Kanalgenerierung durchgeführt. In der Auswertung sollen entsprechende Unterschiede herausgearbeitet werden um die Aussagekraft des Kanalmodells im Vergleich zur realistischeren Kanalsynthese einzuordnen.



Mahr, Johannes;
Untersuchung der Abhängigkeiten zwischen Fahrzeugerschütterungen und begleitenden Bildinformationen. - 55 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

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.



Telemi, Sato;
Measurement based parametrization of the WINNER+ relay to mobile scenario. - 70 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

Thema der vorliegenden Arbeit ist die Charakterisierung des Mobilfunkkanals zwischen einer Relay- und einer Mobilstation. Dazu werden Messdaten benutzt, die im Stadtzentrum von Ilmenau bei einer Mittenfrequenz von 2.53GHz aufgenommen wurden. Die Charakterisierung des Kanals basiert auf dem geometrisch-stochastischen Kanalmodell WINNER+. Die Parameter im Laufzeitbereich werden sowohl mit herkömmlichen Methoden der Signalverarbeitung als auch mit Hilfe eines hochauflösenden Parameterschätzers (RIMAX) bestimmt. Die Ergebnisse beider Verfahren werden miteinander verglichen. Die Kanalparameter im Winkelbereich werden ausschließlich mittels RIMAX bestimmt. Nach der Berechnung aller WINNER Large-Scale-Parameter, werden die Ergebnisse mit den Parametern anderer Ausbreitungsszenarien, wie z.B. urban-microcell (WINNER B1) verglichen. Im Rahmen dieser Arbeit werden zusätzliche Korrelationsparameter bestimmt, die bisher nicht Teil des WINNER B1 Szenarios sind. Weiterhin werden die Ergebnisse mit dem WINNER urban-macro-cell Szenario C2 verglichen. Die Besonderheit vom Szenario C2 im Vergleich zu einem Relay-Szenario besteht in der erhöhten Position der Basisstation (über Dachkante). Der Vergleich zeigt die Abhängigkeit der Parameter des Mobilfunkkanals von der Antennenhöhe.



Pöpperl, Maximilian;
Polarimetrische Filterung bei 60 GHz. - 88 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012

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.



Alazab, Mostafa;
Measurement setup for antenna depointing estimation - testing satellite communication On-The-Move (SOTM) earth terminals at the fraunhofer test facility. - 112 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012

In Satellite communication On-The-Move (SOTM) Systemen bewegt sich das Bodenterminal während der Kommunikation. Obwohl diese Bewegung eine Achsenabweichung der Antennenausrichtung verursachen kann, muss die Verbindung zum Satelliten aufrecht erhalten werden. Im Falle von Katastrophenszenarien stellt SOTM eine der möglichen Lösungen dar, um kommunikationsbasierte Dienste zur Verfügung zu stellen. Außerdem ist es für mobile Satellitenkommunikationsanwendungen wichtig, Störungen anderer Satelliten zu verhindern. Deswegen existieren für die zulässige Fehlausrichtung strenge regulatorische Grenzwerte. Um die Einhaltung dieser Grenzwerte zu prüfen ist es nötig, eine trotz der Satellitennachführung eventuell verbleibende Fehlausrichtung der Terminal-Antenne möglichst genau zu schätzen. Das Projekt Mobile Satellite Communications in Ka-band (MoSaKa) wirkt bei der Entwicklung von SOTM-Systemen mit. Einer der Vorzüge dieses Projektes ist die Installation einer Testanlage, die Fraunhofer Test Facility/Fraunhofer-Versuchsanlage Am Vogelherd (FTF), wo das gesamte SOTM-System und dessen Performance getestet werden kann. Diese Versuchsanlage wird vom Fraunhofer Institute for Integrated Circuits (Fraunhofer IIS) aufgebaut. Die FTF ermöglicht das genaue und wiederholbare Testen der Terminalabweichung. Die FTF ist mit Laborräumen und einem Antennenturm ausgestattet. In den Laborräumen wird ein Device Under Test (DUT) auf einen Bewegungsemulator montiert, welcher reale Bewegungen des Bodenterminals simuliert. Die Messung des Antennen-Depointings wird mit einem Sensorkreuz realisiert, welches auf dem Antennenturm befestigt ist. Im Rahmen dieser Arbeit werden Software-Simulationen zur Schätzung der Terminalabweichung mit Hilfe des FTF entwickelt. Die Terminalabweichung wird basierend auf einer Korrelationsgleichung berechnet, die das empfangene Signal an den Sensoren mit zuvor gespeicherten Referenzdaten vergleicht. Die Genauigkeit der Abweichungsschätzung wird durch eine Monte Carlo Simulation bewertet. Eine Simulation mit einem Beispiel-Terminal wurde durchgeführt und zeigt, dass die Terminalabweichung im FTF mit einer Genauigkeit von durchschnittlich mehr als 0.02&ring; geschätzt werden kann, was genauer als das von der International Telecommunication Union (ITU) gesetzte Limit von 0.2&ring; für Vehicle-Mounted Earth Station (VMES) betriebene Terminals ist. Die Wahl der Sensorpositionen auf dem Sensorkreuz beeinflusst die Genauigkeit der Abweichungsschätzung. Die optimale Sensorposition ist abhängig von der Form des Antennenrichtdiagramms des Terminals und von dem Wert des Signals to Noise Ratio (SNR) beim Empfänger. Ein effizienter, achsweiser Algorithmus für die Suche nach den optimalen Sensorpositionen wird vorgeschlagen.



Rühle, Johannes;
Segmentierung und Strukturklassifikation in Bildern der Himmelshalbkugel zur Schätzung der Versorgungsqualität bei land-mobiler Satellitenkommunikation. - 155 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

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%.



Suzaly, Nuha;
Microwave imaging via space-time beamforming. - 43 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Brustkrebs ist eine der meist diagnostizierten Krebserkrankungen bei Frauen. Durch eine Früherkennung und eine rechtzeitige Therapie kann die Lebenserwartung der Patienten erheblich verbessert werden. Die zurzeit am häufigsten angewandte Methode zur Früherkennung ist Palpation und Bestätigung durch eine Röntgen-Mammographie. Neben der Verwendung von ionisierender Strahlung erfordert dieses Verfahren eine unangenehme Brustkompression. Im Rahmen des DFG-Projektes UltraMEDIS wird am Fachgebiet Elektronische Messtechnik der TU Ilmenau untersucht, ob Brustkrebs mit Hilfe des Einsatzes von Ultrabreitbandtechnik (UWB) frühzeitig erkannt und lokalisiert werden kann. Dieses Verfahren basiert auf der Detektion der unterschiedlichen dielektrischen Eigenschaften von gesundem und Tumorgewebe. Das Verfahren Microwave Imaging via Space-Time Beamforming (MIST) wurde von der Arbeitsgruppe um S.C. Hagness speziell für die Brustkrebserkennung entwickelt. Die Implementierung und eine Eigenschaftsanalyse dieses Algorithmus im Vergleich zum klassischen Migrationsverfahren (Delay-and-Sum Beamforming (DAS)) ist Gegenstand dieser Arbeit. Anhand von Messungen mittels M-Sequenz-Radar von Brustphantomen aus homogenem Material mit eingebetteten tumorähnlichen Strukturen werden diese Algorithmen evaluiert.



König, Jonas;
Untersuchung der Korrelation des Schwundverhaltens räumlich getrennter Satellitensignale für ein neues Mehrsatelliten-Kanalmodell. - 115 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

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.



Walther, Markus;
Comparison of methods for providing realistic channel data for multi antenna systems evaluation in relation to specific antenna properties. - 111 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2011

In den letzten Jahren haben insbesondere Kommunikationssysteme basierend auf hohen Systembandbreiten und Mehrantennen-Konzepten eine starke Entwicklung und Standardisierung erfahren. Diese Konzepte nutzen insbesondere die räumliche und zeitliche Diversität des Übertragungskanals aus. Daher ist es wichtig, bei der Evaluierung dieser Konzepte realistische Kanaldaten und unterschiedliche Antenneneigenschaften zu berücksichtigen, welche somit in den Entwicklungsprozess einfließen können. Für die realistische Evaluierung der Performance von Übertragungsverfahren können verschiedene Methoden/Konzepte zur Generierung/Bereitstellung von Kanaldatensätzen berücksichtigt werden. Folgende Ansätze sollen hier unterschieden werden: 1. Direkte Verwendung von Messdaten aus dem Channelsounder; 2. Synthese von Kanaldaten basierend auf geschätzten Mehrwegepfaden, z.B. mittels RIMAX; 3. Synthese von Kanaldaten basierend auf einem geometrischen-stochastischen Kanalmodel, z.B: WINNER II Kanalmodel. Mit Hilfe einer zuvor entwickelten einfachen Analysesoftware und der am Fachgebiet EMT vorhandenen Übertragungssimulatoren (1. LTE-Link/System-Level Simulators; 2. Turbo Equalizer Link-Level Simulator) soll die Auswirkung der verschiedenen oben beschriebenen Methoden auf Performance-Abschätzung von MIMO-Kenngrößen und LTE Systemperformance detailliert untersucht werden. Ziel ist es zu vergleichen und zu analysieren, wie sich verschiedene Kenngrößen und die Performance ganzer Übertragungssysteme unter der Berücksichtigung der verschiedenen Evaluierungsmethoden unterscheiden. Bei der Verwendung von Kanalmodellen, wie dem WINNER II, sind die Aussagen auf die Reproduzierbarkeit der Kenngrößen und Performance-Ergebnisse im statistischen Sinne zu bewerten. Ein weiteres Ziel soll es sein, den Einfluss/Abhängigkeit der Antennenkonfigurationen und der Antenneneigenschaften (Beampattern) auf die Ergebnisse zu untersuchen und zu diskutieren. Hierzu sollen die identischen Antennen (Messantennen) aus den RUSK Kanalmessungen in der Synthese basierend auf Mehrwegepfaden und auch auf einem Kanalmodell (WINNER) berücksichtigt und bewertet werden. Bei der Evaluierung ist zu überlegen welche MIMO-Kenngrößen gewählt werden, welche LTE-Moden und welche Feedback-Situationen im LTE Simulator eingestellt werden. Die Entscheidungen sind zu begründen. Als Ausgangsszenario soll das Reference Scenario Ilmenau dienen.



Röding, Matthias;
Detektion und Lokalisierung von Personen in abgeschatteten Regionen mittels UWB-Sensoren. - 39 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

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.



Häfner, Stephan;
Analyse des langsamen Schwundes des Land-mobilen Satellitenkanals auf Basis geschätzter Signal-Rausch-Abstände von GPS-Satelliten. - 80 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

In dieser Arbeit werden Untersuchungen zum Schwundverhalten des land-mobilen Satellitenkanals auf Basis gemessener Signal-Rausch-Abstände von GPS-Satelliten durchgeführt. Gegenstand der Untersuchungen ist dabei das langsame Fading (Signalabschattung). Fast-fading-Effekte (durch Mehrwegeausbreitung) können aufgrund der niedrigen Signalauflösung nicht analysiert werden. Als Datenbasis dienen Messdaten, die in der Umgebung von Erlangen aufgezeichnet wurden. Dabei wurde ein besonderer GPS-Empfänger verwendet, der SNR-Werte mit einer Abtastrate von 20 Hz liefert. Der große Vorteil dieser Daten liegt in der gleichzeitigen Verfügbarkeit vieler Satelliten, deren Schwundverhalten gemeinsam analysiert werden kann. Damit trägt die Arbeit zur Parametrierung moderner Kanalmodelle für die Satellitenkommunikation bei, in denen das Schwundverhalten mehrerer Satelliten (multi-satellite diversity, angle diversity) berücksichtigt wird. Die besondere Herausforderung der Datenanalyse liegt einerseits in der geringen zeitlichen Auflösung (20 Hz), andererseits in der groben Quantisierung der Amplitudenstufen des SNR (1 dB). Zur Analyse wird das Signal zunächst mittels einer Filterung geglättet, es wird eine Normierung des SNR auf Signal bei Sichtbarkeit (line-of-sight) durchgeführt und das Signal vom Zeit- in den Ortsbereich konvertiert. Aus diesem vorverarbeiteten Signal werden nun die Signalzustände (Einteilung in 'good-state' und 'bad-state') extrahiert. Auf Basis der Signalzustände werden statistische Untersuchungen für den Ein- und Zweisatellitenempfang durchgeführt. Die Analysen belegen eine lognormal-Verteilung der Zustandslängen sowohl für den 'good-state' und auch den 'bad-state'. Weiterhin wird für größer werdende Elevationswinkel eines Satelliten eine Vergrößerung der mittleren 'good-state'-Länge und eine Verkleinerung der mittleren 'bad-state'-Länge gezeigt. Für den Zweisatellitenempfang wird zudem eine sinkende Signalkorrelation mit Vergrößerung der Azimuthseparation und auch mit Vergrößerung der Elevationsseparation zweier Satelliten nachgewiesen.



Rothaug, Christoph;
Bildbasierte Gewinnung von Schwundprofilen des land-mobilen Satellitenkanals. - 60 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

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.



Menzel, Franz;
Messaufbau für VHF-Kanalmessungen bei niedrigen Antennenhöhen. - 81 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011

Die vorliegende Bachelorarbeit beschreibt die Entwicklung eines Frameworks zur Steuerung von Messabläufen mit einem Channel Sounder, womit künftig Funkkanalmessungen im VHF-Band durchgeführt werden sollen. Das Framework umfasst die Ansteuerung und Konfiguration der mit der Messanordnung in Verbindung stehenden Teilkomponenten, die Ablaufsteuerung der gesamten Messung über eine Bedienoberfläche sowie die Verarbeitung gewonnener Datensätze. Neben dem Sender und Empfänger sind dies vor allem Geräte, welche zusätzliche Metadaten wie GPS-Position, zurückgelegte Wegstrecke und fotografische Aufnahmen der Umgebung liefern. Zur Verifikation des Systems wurden abschließend Vermessungen dieser Komponenten durchgeführt, womit deterministische Verzögerungen durch die Filterstufen des Empfängers und Ungenauigkeiten bei weiteren Peripheriegeräten aufgedeckt werden konnten.



Gao, Zijun;
Synthese realistischer Mobilfunkkanäle anhand Parameterschätzergebnissen. - 75 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

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.



Siegert, Gregor;
Anforderungen an die Dynamik eines mobilen Satellitenkommunikationssystems. - 118 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Modellierung der charakteristischen Störgrößen, die die Ausrichtung einer Antenne in einem mobilen Satellitenkommunikationssystem beeinflussen. Insbesondere der Sendebetrieb eines solchen bidirektionalen Systems bedingt eine hochdirektive Antenne, um den Link zum Satelliten zu gewährleisten. Für die Kompensation der Fehllage der Antenne bedarf es eines Nachführsystems, das die Ausrichtung der Antenne auf den Satelliten sicherstellt. Die Störgrößen, insbesondere durch Fahrzeugerschütterungen hervorgerufen, können ansonsten zur Fehlausrichtung der Antenne führen. - Das Ziel dieser Arbeit liegt in der Modellierung der Erschütterungen, die typisch für Einsatzszenarien des Technisches Hilfswerks (THW) oder des Deutsches Rotes Kreuzes (DRK) sind. Diese Szenarien sind primär für das MoSaKa-Vorhaben von Interesse, in dessen Rahmen diese Arbeit entstand. Das gesuchte Erschütterungsmodell muss in Abhängigkeit der Fahrzeugstrecke, des Fahrzeugs und der Fahrzeuggeschwindigkeit stehen. Zu diesem Zweck wurden zwei Messreihen erhoben, um relevante Erschütterungsprofile zu messen. Diese Profile sind durch die Winkelauslenkungen, Winkelgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen um die drei Fahrzeugachsen definiert. Für die Modellierung wurden die wesentlichen Komponenten der Erschütterungen beschrieben und der Zusammenhang zwischen den Kenngrößen eines solchen Profils und der Fahrzeuggeschwindigkeit nachgewiesen. Das gefundene Erschütterungsmodell umfasst drei Klassen, die anhand charakteristischer Perzentile der Winkel, der Winkelgeschwindigkeiten und der Winkelbeschleunigungen beschrieben werden. Die Verteilung dieser Klassen steht in Abhängigkeit der Strecke, der Geschwindigkeit und des Fahrzeugs.



Raschke, Florian;
Vergleichende Untersuchungen an Satellitenstrecken im Ku- und Ka-Band an einem experimentellen Aufbau. - 97 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

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.



Steglich, Doreen;
Entwicklung von Methoden zur berührungslosen Vitaldatenerfassung mittels Ultrabreitband-Sensoren. - 98 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

In der Diplomarbeit werden Trennungsalgorithmen analysiert, um die Atem- und Herzbewegung aus gemessenen UWB-Daten zu extrahieren. Für die Realisierung werden drei unterschiedliche Trennungsalgorithmen in ihrer Funktionsweise untersucht: PCA (Singulärwertzerlegung), ICA (Fast-ICA-Algorithmus) und Wavelet-Transformation (Wavelet-Denoising-Algorithmus). Anhand von generierten Testsignalen werden die Algorithmen bewertet und geeignete Parametereinstellungen herausgefunden. Eine entwickelte Mess- und Verarbeitungssoftware "VitalDataMonitor" wird vorgestellt, in der die ausgewählten Algorithmen implementiert sind. Abschließend erfolgt die Anwendung der konzipierten berührungslosen Vitaldatenerfassung am Probanden. Hierbei erweist sich der Wavelet-Denoising-Algorithmus als geeignet, die realen Daten zu analysieren und zu verarbeiten.



Ouro-Salim, Abdou Moumouni;
Untersuchung der theoretischen Grundlagen der Wellenfeldsynthese. - 34 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

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



Gherekhloo, Soheyl;
Empfängersynchronisation für Funk-Rundsteuersysteme im Langewellenbereich bei niedrigem Signal-Rausch-Verhältnis . - 65 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

This thesis focuses on synchronizations techniques in receivers of data broadcast systems. It is considered a system that transmits continuously data packages and operates with carrier frequencies from 100 to 200 kHz. As channel model, Additive white Gaussian noise (AWGN) is assumed. As modulation scheme the offset-QPSK modulation with a half sine-wave shaped transmission filter is applied. It is focused on synchronization at low signal to noise ratios up to -10 dB. Furthermore, it is considered that receivers do not have exact carrier frequency and phase. A maximum frequency offset of ±20 Hz is assumed. In this thesis, maximum length sequence (MLS) with 31 and 63 bit as well as semi perfect sequences (SPS) with 32 and 64 bit length are considered. Furthermore, five correlation algorithms from the literature are evaluated by simulation. These are Generalized Likelihood ratio test (GLRT), Optimum Likelihood ratio test (LRT), common linear correlation, optimum linear correlation and differential correlation. After correlation, the main peak of the cross correlation function provides the beginning of the frame as well as an estimate for the optimum sampling point. The simulations are done in the following three steps: - First, from the statistics a threshold for detection of the main peaks is determined which provides a minimum of misdetection and false detection rate. - Secondly, the necessary amount of repetition windows is determined, to detect correctly the main peak in 98 percent. - In the last step the interval of the frequency offset is determined in such a way that inside this interval the synchronization is provided with 10 percent failure. To fulfill the task of synchronization at a SNR = -10 dB, the following considerations are given: The common cross correlation with the Semi-Perfect Sequence 32 is the configuration with the lowest computing complexity for the correlation.



Schenk, Stefan;
Speisung und Charakterisierung elektrisch kurzer Antennen . - 58 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

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.



Topf, Felix;
Bildunterstützte Analyse des land-mobilen Satellitenkanals - gemeinsame Betrachtung von Signalpegeln und Bilddaten. - 51 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, inwieweit eine Vorhersage der Kanaleigenschaften für land-mobile Satellitenkommunikationssysteme aus Bildern der Himmelshalbkugel möglich ist. Im Rahmen einer Messkampagne entlang der Ostküste der USA wurden Signalpegeldaten des Sirius XM Radio Systems aufgezeichnet. Parallel zu den Messungen der Signalpegel wurde die aktuelle Uhrzeit, Position, Fahrtrichtung, etc. mittels GPS aufgezeichnet und es wurden Umgebungsbilder der Himmelshalbkugel mittels einer Fischaugenkamera aufgenommen. Die genannten Datenquellen - Empfangs-Signalpegel jedes Satelliten, - Positions- und Fahrtrichtungsinformation (GPS-Information), - Bilder der Himmelshalbkugel, - sowie die Kenntnis der aktuellen Position der Satelliten am Himmel ermöglichen es, die Korrelation zwischen den gemessenen Signalpegeln und der aktuellen Abschattungssituation der Satelliten, gegeben durch das Bildmaterial, zu untersuchen. Notwendig ist dazu eine geeignete Zusammenführung der vier Datenquellen in Form einer automatisierten Verarbeitungskette. Eine solche Verarbeitungskette wurde im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Im Ergebnis zeigt sich, dass das Schwundverhalten des Satellitenkanals tatsächlich näherungsweise mittels optischer Methoden (Bildern der Hemisphere) vorhergesagt werden kann. Zwar ist es mit dieser Methode nicht möglich, Fast-Fading-Effekte zu messen; diese sind aber bereits sehr gut statistisch modelliert. Viel mehr ist es mit dem gezeigten Ansatz möglich, den aktuellen Kanalzustand, d.h. - freie Sicht zum Satelliten (Line of Sight, LOS), bzw. - abgeschattet / blockiert (shadowed / blocked) zu erfassen. - Durch die optische Erfassung und Auswertung der kompletten Himmelshalbkugel ergeben sich dabei eine Reihe von Vorteilen: - die Methode funktioniert, ohne dass sich Satelliten im Orbit befinden müssen, deren Signale vermessen werden; - es ist keine teure Hochfrequenz-Signalmesstechnik erforderlich, sondern lediglich eine Fischaugenkamera sowie ein GPS-Empfänger; - ws können beliebige Satellitenpositionen am Himmel untersucht werden; - mit dieser Methode können auch Mehrsatellitensysteme (Angle-Diversity-Systeme) modelliert werden, indem das Schwundverhalten mehrerer Satelliten untersucht wird.



Eichhorn, Benjamin;
Echtzeitfähige BPSK-Empfängerkonzepte. - 78 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010

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.



Dommel, Johannes;
Superresolution signal processing for three-dimensional microwave imaging in breast cancer detection. - 103 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010

Brustkrebs zählt weltweit zu den meist verbreitetsten und gefährlichsten Krebserkrankungen unter Frauen. Dabei spielt die rechtzeitige Früherkennung eine wesentliche Rolle, um das Leben und die Gesundheit der Patienten zu schützen. Zur regelmäßigen Kontrolle sind herkömmliche Verfahren wie z.B. Mammografie, aufgrund der Strahlenbelastung und der hohen Fehlerquote nur unzureichend geeignet, sodass bis heute kein zufriedenstellendes Verfahren zur sicheren Früherkennung von Brustkrebs zur Verfügung steht. Eine neuer, vielversprechender Ansatz beruht auf mikrowellenbasierter Bildgebung. Dabei wird im Gegensatz zur Mammografie, keine für den Körper gefährliche Strahlung verwendet, sodass solche Untersuchungen häufiger und vor allem eher angewendet werden könnten. In der Fachliteratur findet man unterschiedliche Ansätze, ein solches System zu realisieren. In dieser Arbeit wird ein solcher Ansatz diskutiert, welches auf dem Prinzip des Oberflächen durchdringenden Radars basiert. Bei dieser Methode werden sehr kurze Impulse, mit einer sehr großen Bandbreite von verschiedenen Antennenpositionen aus auf die zu untersuchende Brust gesendet. Die Reflexionen, die an unterschiedlichen dielektrischen Grenzflächen entstehen werden gemessen. Eine dieser möglichen Grenzflächen ist dabei die Gewebe-Tumor Grenzschicht. Mit Hilfe eines Rekonstrktionsalgorithmus ist es möglich, aus den gemessenen Daten die dielektischen Unregelmäßigkeiten, wie z.B. tumorartiges Gewebe, im Inneren der Brust sichtbar zu machen. Eines der Hauptprobleme bei diesem Ansatz, ist die starke Reflexion an der Luft-Haut Grenzfläche. Durch die beschränkte Bandbreite des Systems und der daraus resultierenden zeitlichen Ausdehnung des reflektierten Impulses, kommt es zu einer überlagerung mit der wesentlich schwächeren Reflexion des Tumors. Das führt dazu, dass dieser nicht mehr eindeutig detektierbar ist. Daher ist die Unterdrückung der Hautreflexion eine der wesentlichen Aufgabe in der Signalverarbeitung in einem solchen System. In dieser Arbeit, wird speziell auf die Anforderungen an eine Unterdrückung der Hautreflexion, unter Beachtung realistischer Tumor und Gewebeeigenschaften, eingegangen. Es werden Aussagen getroffen, wie stark eine Unterdrückung der Hautreflexion sein muss, um mögliche Tumore noch erkennen zu können. Ein weiterer Kernpunkt der Arbeit, ist die Untersucheung von möglichen Verfahren um eine solche Unterdrückung der Hautreflexion zu realisieren. Dabei werden zwei mögliche Verfahren untersucht. Das eine Verfahren, nutzt physikalische Optik, um das gestreute Feld der Hautoberfläche zu berechnen. Dieses berechnete Feld wird dann von dem Messsignal abgezogen. Das andere Verfahren, welches in dieser Arbeit entwickelt wird, nutzt den sogenannten SAGE Algorithmus, um innerhalb des gemessenen Signals den Anteil der Hautreflexion zu bestimmen. Dabei werden die Reflexionen an den beiden jeweiligen Grenzschichten der Haut ermittelt und von dem gemessenenen Signal abgezogen. Beide Verfahren werden mit Hinblick auf Unterdrückung der Hautreflexion und Qualtität in der Bildgebung verglichen. Die Ergebnisse werden anschließend mit Hinblick auf deren Einsetzbarkeit in der Brustkrebs-Detektion beurteilt.



Zenkert, Stefan;
Long term stability of spatial reference sensors. - 72 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

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.



Grimm, Michael;
Konzeption, Aufbau und Evaluierung eines kompakten UWB-Moduls nach dem M-Sequenz-Verfahren. - 133 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Weiterentwicklungen von analogen HF-Chips für UWB-Sensormessköpfe erfordern den Aufbau eines neuen kompakten Basismoduls mit einem A/D-Board unter Berücksichtigung einer erhöhten Messrate und eines geringeren Stromverbrauchs. Die Diplomarbeit beinhaltet den Entwurf des A/D-Boards mit der Erstellung des Systemkonzepts, dem Entwurf einer mixed-Signal-Schaltung, der Programmierung eines zu integrierenden FPGA-Moduls und einer Softwareschnittstelle für Matlab sowie der messtechnischen Charakterisierung des Gesamtsystems. Der Entwurf einer impedanzkontrollierten Leiterplatte mit einem 4-Lagen-Multilayer wird beschrieben. Das FPGA-Design enthält einfache Designs zur Evaluierung des Moduls anhand von Sinusmessungen sowie ein Bus-basiertes Design zur Datenerfassung und Mittelung von M-Sequenz-Antworten. Die Steuerung des Moduls und der Datenerfassung mit Hilfe einer Schnittstellenbibliothek unter Matlab wird demonstriert. Histogramm- und FFT-Spektren A/D-gewandelter Sinussignale bilden die Grundlage für die Ermittlung wichtiger statischer und dynamischer Kenngrößen des im Design enthaltenen A/D-Wandlers. Die Prinzipien des M-Sequenz-Verfahrens werden vorgestellt und die Aufnahme von Impulsantworten mit dem aufgebauten Basismodul exemplarisch gezeigt.



Streng, Björn;
Entwicklung und Implementierung eines Messplatzes zur Charakterisierung des HF-Teils von M-Sequenzmessköpfen in Matlab. - 88 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

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.



Martin-Creuzburg, Jochen;
Entwicklung und Implementierung einer optimierten Kanalschätzung für das DRM+ System. - 125 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Die Digitalisierung rückt bei der Übertragung von Rundfunk immer weiter in den Vordergrund. Dies ist auch nicht weiter verwunderlich, bietet die digitale Übertragung im Vergleich zum analogen System enorme technische und wirtschaftliche Vorteile. Unter diesen Gesichtspunkten wurde DRM+ zur Digitalisierung des Frequenzbandes von 30 bis 174 MHz entwickelt. Bei DRM+ wird als Übertragungssytem OFDM verwendet, was eine Schlüssel-Technologie für eine robuste Übertragung darstellt. Aufgrund der Eigenschaften des Mobilfunkkanals kommt es zur Verzerrung der Amplitude und der Phase des Sendesignals. Aus diesem Grund wird für eine kohärente Demodulation des OFDM-Signals die Kenntnis der Kanaleigenschaften benötigt. Im Rahmen dieser Diplomarbeit wird eine optimierte Kanalschätzung für das DRM+ System entwickelt. Hierzu werden verschiedene Algorithmen für eine 2-dimensionale Kanalschätzung implementiert und miteinander verglichen. Aufbauend auf den Ergebnissen wird eine adaptive Kanalschätzung für verschiedene Ausbreitungsszenarien entwickelt. Dazu werden Algorithmen zur Schätzung der Kanalparameter vorgestellt und auf ihre Eignung für eine adaptive Anpassung überprüft. Abschließend wird die Leistungsfähigkeit der entwickelten Kanalschätzung analysiert.



Kleingärtner, Norman;
Simulationsmodell zum Rückführsampling für breitbandige Pseudo-Rausch-Signale. - 62 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009

Simulationsmodell zum Rückführsampling für breitbandige Pseudo-Rausch-Signale.



Walther, Markus;
Analyse der zeitlichen und räumlichen Veränderlichkeit des MIMO-Kanals für LTE/LTE Advanced. - 130 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009

Systemdesigns für heutige und aber vor allem für zukünftige Mobilfunksysteme berücksichtigen Konzepte, die die Möglichkeiten des MIMO-Kanals ausnutzen werden. Insbesondere mit Spatial-Multiplexing-Ansätzen können die höchsten Übertragungsraten erreicht werden. Dennoch ist die Leistungsfähigkeit dieser sehr stark von den räumlichen und zeitlichen Eigenschaften des Ausbreitungskanals abhängig. Daher muss eine Anpassung, z.B. auf der Sendeseite, an die sich verändernde Ausbreitungsumgebung und somit des MIMO-Kanals erfolgen. Ziel der Bachelorarbeit ist es anhand von MIMO-Messdaten die räumliche und zeitliche Veränderlichkeit des MIMO-Kanals zu analysieren. Ein Ansatz wäre, basierend auf geeigneten Metriken, wie z.B. die Kanalkapazität, Eigenwertstatistiken, Diversity Measure u.a., Zusammenhänge zur Kohärenzzeit/Autokorrelation der MIMO-Eigenschaften abzuleiten. Darüber hinaus soll erörtert werden, wie aktuelle Konzepte oder Standardisierungsaktivitäten aus LTE und LTE Advanced eine dynamische Anpassung insbesondere für MIMO-Konzepte an den Mobilfunkkanal realisieren.



Mühlfeld, Johannes;
Inbetriebnahme und Evaluierung eines 76,5 GHz Long-Range-Radars zur Personendetektion. - 77 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2009

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.



Li, Yanping;
Abbildung von Objekten mit UWB-Radar-Sensoren ("Fledermaus"-Sensor). - III, 73 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2009
- Enth. außerdem: Thesen

In der vorliegenden Diplomarbeit wird ein Ultra-Breitband (UWB) Radarsystem zur Bildaufnahme in Räumen beschrieben. Es besteht aus einem Sender, zwei Empfängern und einem in der Mitte drehbar gelagerten Balken, auf dem alle drei Antennen befestigt sind (so genannter Fledermaus-Sensor). Mit diesem System ist es möglich, die Umgebung von unterschiedlichen Standorten aus zu beobachten, Zielobjekte zu detektieren und ein Radarbild der Umgebung aufzunehmen. Zur Erzeugung fokussierter Radarbilder wird der Range-Migrations-Algorithmus eingesetzt, der hier durch Einbeziehung des Öffnungswinkels der Antennen modifiziert, und für einen rotierenden UWB Radar-Sensor in Polarkoordinaten implementiert wurde. Die Datenverarbeitung für den Fledermus-Sensor gliedert sich in Vorverarbeitung, Bilderzeugung und Bildbearbeitung. Die Standardverarbeitung von Radar-Daten wurde an einigen Stellen modifiziert und erweitert. So erfolgt eine wirkungsvolle Unterdrückung des LOSSignals bei Messungen mit externem Sender. Für die Detektion werden 5 verschiedenen CFAR-Verfahren und ein histogrammbasiertes Verfahren verglichen. Mit Hilfe der modifizierten Range-Migration wird aus den beiden Empfangssignalen des rotierenden Fledermaus-Sensors ein Bild erzeugt. Dazu wurden 3 Methoden zur Datenkombination implementiert. Anschließend werden die Bilder, die an unterschiedlichen Standorten des Fledermaus-Sensors aufgenommen wurden, auf kartesischen Koordinaten abgebildet und so gegeneinander verschoben, dass sie sich zu einem Gesamtbild überlagern. Damit können Wände, Türen sowie punktförmige und flächenhafte Objekte abgebildet werden. Die Leistungsfähigkeit und Praxistauglichkeiten des erweiterten Migrations-Algorithmus wird mit Hilfe von Simulationen und praktischen Messungen demonstriert.



Fratzscher, Carolin;
Determination of the angular distribution of dense multipath components (DMC) based on measurements with synthetic apertures. - ca. 50 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

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.



Pohlmann, Martin;
Signalauswertung für Radarsysteme mit Pseudo-Noise-Modulation. - 143 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

In der vorliegenden Diplomarbeit wird die Signalauswertung für ein neuartiges auf Pseudo-Noise Modulation basierendes Radarssystem entwickelt. Das Radarsystem stellt eine Kombination aus Impuls- und Dauerstrichradar dar. Es wird ein auf M-Sequenzen basierendes Pulskompressionsverfahren in Kombination mit einer frequenzmodulierten Hochfrequenzquelle genutzt. - Mit Hilfe des Radarsystems ist es möglich, Zielobjekte zu detektieren und in den Radarkoordinaten Distanz, Geschwindigkeit und Sichtwinkel zu beschreiben. - Es wird besonders auf die speicher- und recheneffiziente Entwicklung der Algorithmen geachtet. - Zunächst wird die Detektionsentscheidung durch Vergleich mit einem dynamischen Schwellwert entwickelt. Als Eingangsdaten dienen dabei simulierte diskrete Empfangsspektren in den Dimensionen Laufzeit und Frequenzverschiebung. - Ein großes Problem von auf Pulskompressionsverfahren basierenden Radarsystemen ist die Entstehung von Fehldetektionen bei dopplerverschobenen Empfangssignalen. In der Arbeit wird eine Möglichkeit vorgestellt diese auszuschließen. - Für die einzelnen Detektionen werden Distanz, Geschwindigkeit und Sichtwinkel bestimmt. Dabei muss die Signalverarbeitung in der Lange sein, auf verschiedene Einstellungen der Radarsystemparameter zu reagieren. Die gefundenen Detektionen können je nach Einstellung der Radarsystemparameter Mehrdeutigkeiten aufweisen. Diese werden durch eine nachgeschaltete Zielverfolgung beseitigt. - Es wird ein Benchmark Radarsystem ausgelegt, welches die Anforderungen an ein modernes Weitbereichsradarsystem erfüllt, welches als Sensor für Fahrerassistenzsysteme eingesetzt werden kann. Anhand dieses Radarsystems wird eine Abschätzung von Speicher- und Rechenzeitbedarf der entwickelten Signalverarbeitung vorgenommen. - Insgesamt beinhaltet die entwickelte Signalauswertung die Schritte Betragsbildung, Schwellwertberechnung, Detektionsentscheidung, Interpolation, Ausschluss von Eigencluttern, Bestimmung von Distanz und Geschwindigkeit, Zusammenführung der Detektionen und Zielverfolgung.



Käske, Martin;
Modellierung und Synthetisierung der DMC im Winkelbereich. - 63 S.. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

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.



Bauer, Martin;
Vergleich und Optimierung von Algorithmen zur Clusterung von Datensätzen basierend auf hochauflösenden Pfadparameterschätzungen im Mobilfunkkanal. - 105 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2008

Zur Modellierung von Mobilfunkkanälen ist es wichtig die Ausbreitungseigenschaften elektromagnetischer Wellen zu kennen. Hierfür werden hochauflösende Pfadparameterschätzungen durchgeführt. Die Ergebnisse der Schätzungen ähneln sehr stark den realen Mehrwegeausbreitungspfaden (MPCs) im Mobilfunkkanal. Es besteht die Annahme, dass diese Mehrwegepfade meist in Gruppen auftreten, sogenannten Clustern. Diese Cluster wiederum bilden die Grundlage vieler geometrisch-basierter Kanalmodelle. Darum ist es dringend notwendig leistungsfähige Algorithmen zu entwickeln um solche Cluster zu identifizieren und um somit ein zuverlässiges Werkzeug zur Parametrisierung von MIMO-Kanälen zu erhalten. - In dieser Arbeit wurden verschiedene Clusteralgorithmen zur Clusterung von Mehrwegekomponenten untersucht. Hierfür wurde der KPowerMeans-Clusteralgorithmus und die Initialisierung mittels Initial Guess als Referenzalgorithmus verwendet. Weiterhin wurden der Fuzzy-c-Means- und der Gustafson-Kessel-Clusteralgorithmus implementiert. Durch die Verwendung der Fuzzy-Algorithmen soll eine Verbesserung der Clusterergebnisse erzielt werden. - Die unterschiedlichen Algorithmen wurden in verschiedenen synthetischen Szenarien anhand von Gütekriterien auf ihre Leistungsfähigkeit untersucht. Es wurden verschiedene Arten der Initialisierungen für die Clusteralgorithmen getestet. Ziel war es hier die Clusterung effizienter zu gestalten. Es konnte gezeigt werden, dass eine zusätzliche Verarbeitung nach dem Initial Guess zu einer Steigerung der Effektivität der Clusterung führte. Ein weiteres Ziel dieser Arbeit war die Entwicklung eines neuen Clusteralgorithmuses der, möglichst ohne Benutzeraktivität und Vorwissen über die zu clusternden Daten, einen vorhandenen Datensatz von MPCs optimal klassifiziert. Es konnten gezeigt werden, dass mit dem neu entwickelten Algorithmus vielversprechende Ergebnisse erzielt werden konnten. - Es wurde noch eine weitere Initialisierungsmöglichkeit, die auf den Ergebnissen eines hochauflösenden Pfadschätzalgorithmuses (RIMAX) basiert, untersucht. Der RIMAX weist während seiner Schätzung den einzelnen Pfaden RIMAX Cluster IDs, anhand der Korrelationseigenschaften der Pfade untereinander, zu. Dieses Vorwissen sollte zur Initialisierung genutzt werden. Es konnte gezeigt werden, dass durch diese Initialisierungsart das Klassifikationsergebnis verbessert werden konnte.



Schilling, Kai;
Implementierung und Untersuchung eines Ultra-Breitband-M-Sequenzmesskopfes mit Überabtastung im Äquivalenzbereich. - 97 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

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.



Heßler, Jens;
Erstellung eines Sensormodells für einen Radarsensor und Auswahl/Optimierung geeigneter hochauflösender Algorithmen für den Einsatz im Automobil. - 66 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2007

Die Elektronikforschung der Volkswagen AG arbeitet seit Jahren intensiv an Fahrerassistenzsystemen. Für solche Assistenzfunktionen ist es wichtig, das Umfeld des Fahrzeugs sehr sicher zu erfassen und Objekte sehr präzise zu vermessen. Mit den gewonnenen Informationen werden dann die eigentlichen Fahrerassistenzfunktionen versorgt. - Typischerweise eingesetzte Sensoren für die Umfeldwahrnehmung sind Kameras, Radare und Lasersensoren. Aus dem Wissen über das Fahrzeugumfeld kann die Bordelektronik Schlüsse ziehen und den Fahrer z. B. in kritischen Situationen warnen oder ggf. automatische Maßnahmen einleiten. - Im Rahmen dieser Diplomarbeit soll die Leistungsfähigkeit der Radarsensorik bei 24 GHz durch hochauflösende Techniken gesteigert werden. Die Radarsensorik arbeitet nach dem Dauerstrichradarprinzip und besitzt eine Patchantenne zur Ausstrahlung des Sendesignals und vier Patchantennen im Empfangszweig. Mit den vier komplexwertigen Empfängern kann die Richtung der einfallenden Wellen auch in Mehrzielsituationen bestimmt werden. - In einem ersten Schritt wird die Signalqualität des Radarsensors, z.B. das Signal-zu-Rausch-Verhältnis und winkelabhängige Effekte, eines bestehenden automotiven Radarsensors durch Messungen untersucht und quantitativ erfasst werden. In einem zweiten Schritt werden aufgrund der gewonnenen Erkenntnisse über die Eigenschaften des Radarsensors geeignete hochauflösende Algorithmen zur Parameterschätzung ausgewählt und implementiert. Nach einem Performancevergleich werden in einem dritten Schritt die Algorithmen so kombiniert bzw. adaptiert, dass die speziellen automotiven Anforderungen, wie z. B. die beschränkte Rechenkapazität, hohe Zuverlässigkeit und hohe Verfügbarkeit sowie einfache Implementierbarkeit berücksichtigt werden. Hierbei werden auch insbesondere die im ersten Schritt gewonnen Erkenntnisse über die Signalcharakteristik im automotiven Umfeld entsprechend mit eingebracht. Ergebnis dieser Arbeit soll es sein, ein lauffähiges und echtzeitfähiges Radarsystem vorliegen zu haben, welches darüber hinaus insbesondere in Mehrzielsituationen eine möglichst wirklichkeitsnahe Abbildung vornimmt.



Schramm, Johannes;
Implementierung eines Parametertrackingalgorithmus für Funkkanalmessdaten auf der Basis des Extended Kalman-Filters. - 73 S.. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2006

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.