Dissertationen

Berlt, Philipp;
Messkonzepte für Funksysteme bei Mobilfunk-basierter Fahrzeugkommunikation. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (ii, 171 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in interdisziplinärer Weise mit Fragestellungen und anhand von over-the-air Tests mit Lösungsansätzen zur Antennenmesstechnik und Funkkanalemulation sowie mit Testverfahren bei LTE-basierter Mobilkommunikation im Kontext vernetzter Automobile. Die Herausforderung besteht darin, dass der Speisepunkt der Antennen aufgrund des Einbauzustandes im Fahrzeug sowie der fortschreitenden Integration von Antennen und Empfängern nur schwer oder gar nicht zugänglich ist. Durch Nutzung modulierter Kommunikationssignale gelingt es, direkt und ohne komplexe Algorithmen dreidimensionale Gewinn- und Phaseninformation von Fahrzeugantennen im Einbauzustand aus einfachen Leistungsmessungen zu ermitteln. Kenntnis des Phasendiagramms der Antennen ist insbesondere bei der Übertragung mit mehreren Antennen essenziell und wird außerdem für die Bestimmung der Position von Antennen anhand ihres Phasenzentrums benötigt. Nach der Charakterisierung der Strahlungseigenschaften der Antennen werden diese als Teil einer Funkumgebung betrachtet und in der Funkkanalnachbildung berücksichtigt. Für die Bestimmung der Leistungsfähigkeit von Fahrzeugantennen durch die Emulation drahtloser Ausbreitungskanäle wurden im Rahmen dieser Arbeit mittels programmierbarer Funkmodule Alternativen zu etablierten Kanalemulatoren sowie die Zahl und Anordnung von Beleuchtungsantennen für die Nachbildung räumlicher Eigenschaften erforscht. Im Bereich realer und virtueller Fahrtests mit vernetzten Automobilen bestehen die Ergebnisse dieser Arbeit aus einem Messkonzept für virtuelle Fahrtests mit dem Ziel der Nachbildung relevanter Ausbreitungseffekte aus realen Fahrtests. Als relevantes Testszenario wurden die Grenzbereiche zwischen Mobilfunkzellen, bzw. die Nachbarbasisstation als größter Störeinfluss, identifiziert. Anhand gezielter Regelung von Nutz- und Störsignalpegeln im virtuellen Test kann das Verhalten des Testgeräts an den kritischen Stellen in Nähe der Zellränder mit Schwankungen < 5 % nachgebildet werden. Dieses Konzept ermöglicht einen einfachen Test, ohne notwendigerweise detaillierte Kenntnis des Funkkanals haben zu müssen, indem der Fokus auf der Nachbildung von für die Übertragung kritischen Szenarien anstelle der Nachbildung eines spezifischen Funkkanals liegt.

https://doi.org/10.22032/dbt.59165

Singh, Jasmeet;
Metal surface tolerant conformal low-profile plastic embedded antennas for automotive applications. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2023. - 1 Online-Ressource (xiii, 110 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2023

Mit der rasanten Zunahme drahtloser Dienste und dem Einsatz von Antennendiversitätstechniken zur Erzielung höherer Datenraten oder Dienstzuverlässigkeit ist die Zahl der in Pkw zu installierenden Antennen nicht mehr unbedeutend und nimmt weiter zu. Gleichzeitig wird es immer schwieriger, geeignete Montageplätze für diese Antennen zu finden, da die Zahl der Montageplätze im Auto nicht parallel zur Zahl der zu installierenden Antennen gewachsen ist; Autos sind nach wie vor meist Metallkästen, mit einigen wenigen Kunststoffteilen und Glasscheiben die die Integration von Antennen ermöglichen. Die meisten dieser Teile wurden bereits zu diesem Zweck verwendet, die B-Säulen-Kunststoffabdeckungen wurden jedoch bisher nicht für die Antennenintegration berücksichtigt. In dieser Arbeit werden nicht nur die Vorteile der B-Säulen-Kunststoffabdeckungen als Antenneneinbauort gegenüber anderen Orten hervorgehoben, sondern auch die damit verbundenen Herausforderungen untersucht, insbesondere der begrenzte Platz für die Antennenintegration und die unmittelbare Nähe der eingebauten Antenne zum Metallchassis des Fahrzeugs. Letzteres führt zu einer starken elektromagnetischen Kopplung zwischen der Antenne und der Fahrzeugkarosserie, was sich auf die Antenneneigenschaften wie Impedanzanpassung und realisierten Gewinn auswirkt. In den folgenden Kapiteln werden die zugrundeliegenden Entwurfsprinzipien, die Theorie und die Messungen neuartiger, flacher, konformer und metalloberflächentoleranter Mobilfunkantennen vorgestellt, nämlich die Einzelband-Di-Patch-Antenne und eine koplanar gestapelte, mit Mikrostreifenleitungen gekoppelte Multibandantenne, die die oben genannten Herausforderungen adressieren und überwinden. Zusätzlich wird in der zweiten Hälfte dieser Arbeit eine high impedance surface basierte Dipolantennenlösung vorgestellt. Die Simulations- und Messergebnisse der nicht integrierten und der integrierten Versionen der vorgestellten Antennen, einschließlich der LTE-MIMO-Datenratenmessungen, die im vorletzten Kapitel vorgestellt werden, sprechen nicht nur für die Eignung dieser Antennen für flache, metallnahe Oberflächenanwendungen im Allgemeinen, sondern zeigen auch, dass die B-Säulen- Kunststoffabdeckungen einen sehr geeigneten neuen Antennenintegrationsort für mobile Kommunikationsanwendungen im Automobil darstellen.

https://doi.org/10.22032/dbt.57612

Sokal, Bruno;
Tensor-based signal processing with applications to MIMO-ODFM systems and intelligent reflecting surfaces. - Fortaleza, 2022. - 1 Online-Ressource (124 Seiten)
Universidade Federal do Ceará, Dissertation 2022

Der Einsatz von Tensor-Algebra-Techniken in der Signalverarbeitung hat in den letzten zwei Jahrzehnten zugenommen. Anwendungen wie Bildverarbeitung, biomedizinische Signalverarbeitung, radar, maschinelles Lernen, deep Learning und Kommunikation im Allgemeinen verwenden weitgehend tensorbasierte Verarbeitungstechniken zur Wiederherstellung, Schätzung und Klassifizierung von Signalen. Einer der Hauptgründe für den Einsatz der Tensorsignalverarbeitung ist die Ausnutzung der mehrdimensionalen Struktur von Signalen, wobei die Einzigartigkeitseigenschaften der Tensor-Zerlegung profitieren. Bei der drahtlosen Kommunikation beispielsweise können die Signale mehrere "Dimensionen" haben, wie Raum, Zeit, Frequenz, Polarisation, usw. Diese Arbeit ist in zwei Teile gegliedert. Im ersten Teil betrachten wir die Anwendung von Tensor-basierten Algorithmen für multiple-input multiple-output (MIMO) orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) Systeme unter Berücksichtigung von Vorhandensein von Phasenrauschenstörungen. In diesem Teil schlagen wir einen zweistufigen tensorbasierten Empfänger für eine gemeinsame Kanal-, Phasenrausch- und Datenschätzung in MIMO-OFDM-Systemen vor. In der ersten Stufe zeigen wir, dass das empfangene Signal auf den Pilotunterträgern als PARAFAC-Tensor dritter Ordnung modelliert werden kann. Auf der Grundlage dieses Modells werden zwei Algorithmen für die Schätzung der Phasen- und Kanalrauschen in den Pilotton vorgeschlagen. In der zweiten Stufe werden die übertragenen Daten geschätzt. Zu diesem Zweck schlagen wir einen Zero Forcing (ZF)-Empfänger vor, der sich die Tensorstruktur des empfangenen Signals auf den Datenträgern zunutze macht, indem er den vorgeschlagenen selektiven Kronecker-Produkt-Operators (SKP) kapitalisiert. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der vorgeschlagene Empfänger sowohl bei der Symbolfehlerrate als auch beim normalisierten mittleren quadratischen Fehler des geschätzten Kanal- und Phasenrauschmatrizen eine bessere Leistung im Vergleich zum Stand der Technik erzielt. Der zweite Teil dieser Arbeit befasst sich mit der Anwendung der Tensormodellierung zur Reduzierung des Kontrollsignalisierungsoverhead in zukünftigen drahtlosen Systemen, die durch intelligent reconfigurable surfaces (IRSs) unterstützt werden. Zu diesem Zweck schlagen wir eine Annäherung an die nahezu optimalen IRS-Phasenverschiebungen vor, die sonst einen prohibitiv hohen Kommunikationsoverhead auf den BS-IRS-Kontrollverbindungen verursachen würde. Die Hauptidee besteht darin, den optimalen Phasenvektor des IRSs, der Hunderte oder Tausende von Elementen haben kann, durch ein Tensormodell mit niedrigem Rang darzustellen. Dies wird erreicht durch Faktorisierung einer tensorisierten Version des IRS-Phasenverschiebungsvektors, wobei jede Komponente als Kronecker-Produkt einer vordefinierten Anzahl von Faktoren mit kleinerer Größe modelliert wird, die durch Tensor Zerlegungsalgorithmen erhaltet werden können. Wir zeigen, dass die vorgeschlagenen Low-Rank-Modelle die Rückkopplungsanforderungen für die BS-IRS-Kontrollverbindungen drastisch reduzieren. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Methode besonders in Szenarien mit einer starken Sichtverbindung attraktiv sind. In diesem Fall wird fast die gleiche spektrale Effizienz erreicht wie in den Fällen mit nahezu optimalen Phasenverschiebungen, jedoch mit einem drastisch reduzierten Kommunikations-Overhead.

https://doi.org/10.22032/dbt.56127

Reum, Thomas;
Conformal electromagnetic wave propagation using primal mimetic finite elements. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (xxv, 135 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Elektromagnetische Wellenausbreitung bildet die physikalische Grundlage für unzählige Anwendungen in verschiedenen Bereichen der heutigen Welt. Um räumliche Szenarien zu modellieren, muss der kontinuierliche Raum in geeigneter Weise in ein Rechengebiet umgewandelt werden. Üblich diskretisierte Modelle – welche auf verschiedenen Größen beruhen – berücksichtigen die Beziehungen zwischen Feldvariablen mittels Relationen, welche durch partielle Differentialgleichungen repräsentiert werden. Um mathematische Beziehungen zwischen abhängigen Variablen in zweckdienlicher Art nachzubilden, schaffen hyperkomplexe Zahlensysteme ein passendes alternatives Rahmenwerk. Dieser Ansatz bezweckt das Einbinden bestimmter Systemeigenschaften und umfasst zusätzlich zur Modellierung von Feldproblemen, bei denen alle Variablen vorkommen, auch vereinfachte Modelle. Um eine wettbewerbsfähige Alternative zur üblichen numerischen Behandlung elektromagnetischer Felder in beobachtungsorientierter Weise darzubieten, wird das elektrische und magnetische Feld elektromagnetischer Wellenfelder als eine zusammengefasste Feldgröße, eingebettet im Funktionenraum, verstanden. Dieses Vorgehen ist intuitiv, da beide Felder in der Elektrodynamik gemeinsam auftreten und direkt messbar sind. Der Schwerpunkt dieser Arbeit ist in zwei Ziele untergliedert. Auf der einen Seite wird ein umformuliertes Maxwell-System in einer metrikfreien Umgebung mittels dem sogenannten „bikomplexen Ansatz“ umfassend untersucht. Auf der anderen Seite wird eine mögliche numerische Implementierung hinsichtlich der Finite-Elemente-Methode auf modernem Wege durch Nutzung der diskreten äußeren Analysis mit Fokus auf Genauigkeitsbelange bewertet. Hinsichtlich der numerischen Genauigkeitsbewertung wird demonstriert, dass der vorgelegte Ansatz grundsätzlich eine höhere Exaktheit zeigt, wenn man ihn mit Formulierungen vergleicht, welche auf der Helmholtz-Gleichung beruhen. Diese Dissertation trägt eine generalisierte hyperkomplexe alternative Darstellung von gewöhnlichen elektrodynamischen Ausdrucksweisen zum Themengebiet der Wellenausbreitung bei. Durch die Nutzung einer direkten Formulierung des elektrischen Feldes in Verbindung mit dem magnetischen Feld wird die Rechengenauigkeit von Randwertproblemen erhöht. Um diese Genauigkeitserhöhung zu erreichen, wird eine geeignete Erweiterung der de Rham-Kohomologie unterbreitet.

https://doi.org/10.22032/dbt.52276

Soleymani, Dariush M.;
Radio resource allocation for overlay D2D-based vehicular communications in future wireless networks. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2022. - 1 Online-Ressource (xiv, 128 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2022

Mobilfunknetze der nächsten Generation ermöglichen einen weitverbreiteten Einsatz von Device-to-Device Kommunikation, der direkten Kommunikation zwischen zellularen Endgeräten. Für viele Anwendungsfälle zur direkten Kommunikation zwischen Endgeräten sind eine deterministische Latenz und die hohe Zuverlässigkeit von zentraler Bedeutung. Dienste zur direkten Kommunikation (D2D) für in der Nähe befindliche Endgeräte sind vielversprechend die hohen Anforderungen an Latenz und Zuverlässigkeit für zukünftige vertikale Anwendungen zu erfüllen. Eine der herausragenden vertikalen Anwendungen ist die Fahrzeugkommunikation, bei der die Fahrzeuge sicherheitskritische Meldungen direkt über D2D-Kommunikation austauschen, die dadurch zur Reduktion von Verkehrsunfällen und gleichzeitig von Todesfällen im Straßenverkehrt beiträgt. Neue Techniken zur effizienteren Zuweisung von Funkressourcen in der D2D-Kommunikation haben in letzter Zeit in Industrie und Wissenschaft große Aufmerksamkeit erlangt. Zusätzlich zur Allokation von Ressourcen, wird die Energieeffizienz zunehmend wichtiger, die normalerweise im Zusammenhang mit der Ressourcenallokation behandelt wird. Diese Dissertation untersucht verschiedener Ansätze der Funkressourcenzuweisung und Energieeffizienztechniken in der LTE und NR V2X Kommunikation. Im Folgenden beschreiben wir kurz die Kernideen der Dissertation. Meist zeichnen sich D2D-Anwendungen durch ein relativ geringes Datenvolumen aus, die über Funkressourcen übertragen werden. In LTE können diese Funkressourcen aufgrund der groben Granularität für die Ressourcenzuweisung nicht effizient genutzt werden. Insbesondere beim semi-persistenten Scheduling, bei dem eine Funkressource über einen längeren Zeitraum im Overlay D2D festgelegt wird, sind die Funkressourcen für solche Anwendungen nicht ausgelastet. Um dieses Problem zu lösen, wird eine hierarchische Form für das Management der Funkressourcen, ein sogenanntes Subgranting-Schema, vorgeschlagen. Dabei kann ein nahegelegener zellularer Nutzer, der sogenannte begünstigte Nutzer, ungenutzten Funkressourcen, die durch Subgranting-Signalisierung angezeigt werden, wiederzuverwenden. Das vorgeschlagene Schema wird bewertet und mit "shortening TTI", einen Schema mit reduzierten Sendezeitintervallen, in Bezug auf den Zellendurchsatz verglichen. Als nächster Schritt wird untersucht, wie der begünstigten Benutzer ausgewählt werden kann und als Maximierungsproblem des Zellendurchsatzes im Uplink unter Berücksichtigung von Zuverlässigkeits- und Latenzanforderungen dargestellt. Dafür wird ein heuristischer zentralisierter, d.h. dedizierter Sub-Granting-Radio-Ressource DSGRR-Algorithmus vorgeschlagen. Die Simulationsergebnisse und die Analyse ergeben in einem Szenario mit stationären Nutzern eine Erhöhung des Zelldurchsatzes bei dem Einsatz des vorgeschlagenen DSGRR-Algorithmus im Vergleich zu einer zufälligen Auswahl von Nutzern. Zusätzlich wird das Problem der Auswahl des begünstigten Nutzers in einem dynamischen Szenario untersucht, in dem sich alle Nutzer bewegen. Wir bewerten den durch das Sub-Granting durch die Mobilität entstandenen Signalisierungs-Overhead im DSGRR. Anschließend wird ein verteilter Heuristik-Algorithmus (OSGRR) vorgeschlagen und sowohl mit den Ergebnissen des DSGRR-Algorithmus als auch mit den Ergebnissen ohne Sub-Granting verglichen. Die Simulationsergebnisse zeigen einen verbesserten Zellendurchsatz für den OSGRR im Vergleich zu den anderen Algorithmen. Außerdem ist zu beobachten, dass der durch den OSGRR entstehende Overhead geringer ist als der durch den DSGRR, während der erreichte Zellendurchsatz nahe am maximal erreichbaren Uplink-Zellendurchsatz liegt. Zusätzlich wird die Ressourcenallokation im Zusammenhang mit der Energieeffizienz bei autonomer Ressourcenauswahl in New Radio (NR) Mode 2 untersucht. Die autonome Auswahl der Ressourcen wird als Verhältnis von Summenrate und Energieverbrauch formuliert. Das Ziel ist den Stromverbrauch der akkubetriebenen Endgeräte unter Berücksichtigung der geforderten Zuverlässigkeit und Latenz zu minimieren. Der heuristische Algorithmus "Density of Traffic-based Resource Allocation (DeTRA)" wird als Lösung vorgeschlagen. Bei dem vorgeschlagenen Algorithmus wird der Ressourcenpool in Abhängigkeit von der Verkehrsdichte pro Verkehrsart aufgeteilt. Die zufällige Auswahl erfolgt zwingend auf dem dedizierten Ressourcenpool beim Eintreffen aperiodischer Daten. Die Simulationsergebnisse zeigen, dass der vorgeschlagene Algorithmus die gleichen Ergebnisse für die Paketempfangsrate (PRR) erreicht, wie der sensing-basierte Algorithmus. Zusätzlich wird der Stromverbrauch des Endgeräts reduziert und damit die Energieeffizienz durch die Anwendung des DeTRA-Algorithmus verbessert. In dieser Arbeit werden Techniken zur Allokation von Funkressourcen in der LTE-basierten D2D-Kommunikation erforscht und eingesetzt, mit dem Ziel Funkressourcen effizienter zu nutzen. Darüber hinaus ist der in dieser Arbeit vorgestellte Ansatz eine Basis für zukünftige Untersuchungen, wie akkubasierte Endgeräte mit minimalem Stromverbrauch in der NR-V2X-Kommunikation Funkressourcen optimal auswählen können.

https://doi.org/10.22032/dbt.51719

Häfner, Stephan;
Parameter estimation for broadband mm-wave FMCW MIMO radars - a model-based system identification perspective. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (xviii, 244 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Radaranwendungen für das tägliche Leben haben in den letzten Jahrzehnten immer mehr an Bedeutung gewonnen. Radarsensoren werden in verschiedensten Bereichen eingesetzt, z.B. in Autos, in der industriellen Automatisierung, in medizinischen Anwendungen usw. FMCW-Radare sind hierbei populär. Ihre architektonische Einfachheit und die jüngsten Entwicklungen im Bereich integrierter Schaltkreise erleichtern die System-on-Chip-Realisierung von FMCW-Radaren. Darüber hinaus sind MIMO-Radare ein aufkommender Technologietrend zukünftiger Radarsysteme. Solche Radare bieten neben der Entfernungs- oder Dopplerbestimmung eine Vielzahl neuartiger Möglichkeiten. Kombiniert mit der Einfachheit der Hardware von FMCW-Radaren werden somit neue Anwendungsfelder adressierbar. Neben der Radar-Hardware ist die Signalverarbeitung ein elementarer Bestandteil einer jeden Radaranwendung. Ein wesentlicher Teil der Radarsignalverarbeitung ist die Zielerfassung und die Schätzung der zugehörigen Parameter aus den Radarbeobachtungen. Die geschätzten Parameter dienen als Eingangsdaten für alle nachfolgenden Verarbeitungsschritte. Die Radarsignalverarbeitung ist hierbei untrennbar mit der Hardware und dem Anwendungszweck verbunden. Breitbandige Radare, d.h. Radare mit großer Signalbandbreite und räumlicher Apertur, bieten eine hohe räumliche und zeitliche Auflösung. Klassische Methoden der Schätzung von Zielparametern beruhen auf Annahmen bezüglich der Radararchitektur oder der Bandbreite. Diese Annahmen sind bei breitbandigen Radaren nicht erfüllt. Daher sind neuartige Signalverarbeitungsmethoden notwendig um einerseits die Möglichkeiten des Radarsystems voll auszuschöpfen, sowie Verarbeitungsproblemen, die durch das Radar selbst verursacht werden, zu bewältigen. In dieser Arbeit wird die Signalverarbeitung für ein breitbandiges FMCW-MIMO-Radar dargestellt, welches im mm-Wellen-Frequenzbereich arbeitet. Die Entwicklung geeigneter Signalverarbeitungsmethoden erfordert hierbei einen Paradigmenwechsel in der Betrachtung der Radaranwendung. Im Gegensatz zu der klassischen Betrachtung von Radar, bei der Radar hauptsächlich vor dem Hintergrund der hardwarebedingten Zielerkennung betrachtet wird, soll hier ein anderer Gesichtspunkt herangezogen werden. Radar wird als eine Anwendung der Systemidentifikation im Bereich der drahtlosen Wellenausbreitung betrachtet. Die Parameter eines Modells beschreiben die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen in Raum-, Frequenz- und Zeitbereich. Diese Parameter können Radarzielen zugeordnet, und deren Auswertung zur Zielortung ausgenutzt werden. Daher wird das Radar in Verbindung mit der Schätzung von Modellparametern als ein Problem der modellbasierten Systemidentifikation betrachtet. Die modellbasierte Systemidentifikation aus verrauschten Messungen ist ein stochastisch inverses Problem. Aus der Literatur ist eine Vielzahl von Verfahren zur Lösung solcher Probleme bekannt, welche hinsichtlich des Modells sehr flexibel sind. Diese Flexibilität ermöglicht die Entwicklung von dedizierten Methoden der Signalverarbeitung, welche auf die Radar-Hardware zugeschnitten, und nicht auf dedizierte Annahmen über z.B. die Signalbandbreite beschränkt sind. Die Betrachtung von Radarsignalverarbeitung als modellbasierte Systemidentifikation ermöglicht es somit, geeignete Signalverarbeitungsmethoden für das betrachtete Radar zu entwickeln.

https://doi.org/10.22032/dbt.50286

Warda, Ahmad;
Sensor configuration for source localization by means of linear inverse methods. - Ilmenau, 2021. - xxiv, 96 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Sensornetzwerk-Systementwurf muss den Informationsgehalt der Messungen maximieren und gleichzeitig das Experiment mit einem minimalen Messaufwand durchführen zu ermöglichen. Deshalb ist die optimale Sensorkonfiguration für den Entwurf eines Sensorsystems unverzichtbar. Dies führt zu einer Reduzierung der Kosten, der Komplexität mit einer Gewährleistung der hohen Leistung des Sensorsystems. Eine allgemeine Methode dafür ist noch nicht bekannt. In dieser Dissertation ist eine neue Methode entwickelt worden, um eine hinreichende informative Anzahl der Sensoren zu bestimmen. Diese Methode basiert auf dem Informationsgehalt in der Systemmatrix eines linearen inversen Problems. Die linearen inversen Probleme tauchen in verschiedenen Anwendungen der Wissenschaft und Technik auf. Die entwickelte Methode lässt sich bei einer Vielzahl linearer inverser Probleme anwenden. Die entwickelte Methode wurde an zwei unterschiedlichen Anwendungen erprobt. Die erste Anwendung ist die drahtlose Innenraum-Lokalisierung. Sie wurde als Beispiel für ein unterbestimmtes lineares inverses Problem betrachtet. Die notwendige Anzahl der Sensoren ist auf der Basis des Informationsgehaltes in der Systemmatrix zu bestimmen. Diese Anzahl der Sensoren gewährleistet die korrekte und präzise Lösung des inversen Problems. Die zweite Anwendung ist die Rekonstruktion von magnetischer Nanopartikelverteilung mittels Magnetorelaxometrie, die als Beispiel für ein überbestimmtes lineares inverses Problem betrachtet wurde. Eine hinreichende Anzahl der Anregungsspulen wurde auch auf der Basis des Informationsgehaltes in der Systemmatrix bestimmt. Die entwickelte Methode bietet auch eine interessante Möglichkeit, um die Regularisierungsparameter der abgeschnittenen Singulärwertzerlegung zu ermitteln. Für die Aufgabe der drahtlosen Innenraum-Lokalisierung wurden zwei Methoden für die Lokalisierung einer Quelle eingeführt. Die Scanmethode verwendet drei Sensoren wie die Trilateration, um die Quelle in 2D zu lokalisieren. Diese Methode überwindet die Nachteile der Fingerprint-Methode abgebildet durch den Aufbau und Aktualisierung der Datenbanken. Die zweite Methode, benannt als die analytische Lösung, kann die Quelle mit nur zwei Sensoren lokalisieren. Diese Methode löst das Undeutigkeitsproblem der Lokalisierung bei der Verwendung von zwei Sensoren, indem sie die Sensoranordnung berücksichtigt.

Amin, Muhammad Bilal;
Design and deployment options for sub-6 GHz FDD massive MIMO systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2021. - 1 Online-Ressource (xviii, 146 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2021

Um den schnell wachsenden Kapazitätsbedarf drahtloser Geräte zu befriedigen, zielen die kommenden Mobilfunksysteme der fünften Generation (5G) auf unterschiedliche und teilweise extrem anspruchsvolle Konzepte, Techniken und Szenarien in Bezug auf die Anzahl der versorgten Nutzer, Datenraten und Latenzzeiten ab. Von massive MIMO werden erhebliche Leistungsvorteile erwartet, insbesondere in Kombination mit einer engen Zusammenarbeit zwischen den Zellen, einschließlich Joint Transmission Coordinated MultiPoint (JT-CoMP), Interferenzunterdrückung auf der Seite des Endgeräts (UE) und einem extrem dichten Einsatz von kleinen Zellen. Die Millimeterwellenbänder für 5G werden 2019 zugewiesen, daher müssen vorerst alle Leistungsziele von 5G von den Funkfrequenzbändern unter 6 GHz unterstützt werden. Das bedeutet, dass für gepaartes und ungepaartes Spektrum sowohl Frequency Division Duplex (FDD) als auch Time Division Duplex (TDD) unterstützt werden müssen. Massive MIMO, typischerweise als starke Überprovisionierung von Antennen gegenüber den bedienten Nutzern konzipiert, verspricht, verschiedene herausfordernde Probleme wie Interzell-Interferenzen, Multi-User-MIMO (MU-MIMO) Scheduling, Abdeckungslücken und Kapazitätsgrenzen zu lösen. Es wird jedoch davon ausgegangen, dass es nur für TDD-Systeme funktioniert, da eine massive MIMO-Downlink-Übertragung für FDD-Systeme aufgrund von zwei Anforderungen eine besondere Herausforderung darstellt. Erstens muss die Kanalzustandsinformation (CSI) von einer großen Anzahl von Antennen erhalten werden, ohne dass ein unangemessener Overhead durch die Übertragung orthogonaler Downlink-Referenzsignale von diesen Antennen entsteht. Zweitens müssen die relevanten Kanalschätzungen auf der Netzwerkseite ohne einen unrealistischen Overhead für die Uplink-Steuersignalisierung zur Verfügung gestellt werden. Ein explodierender Overhead für orthogonale Referenzsignale oder eine begrenzte CSI-Genauigkeit führt zu einer Pilotverschmutzung, die in der Literatur als leistungsbegrenzend beschrieben wurde und insbesondere für empfindliche Interferenzunterdrückungssysteme nachteilig ist. Um die Anzahl der Transceiver in einem FDD-Massive-MIMO-System zu reduzieren, haben wir daher ein Framework entwickelt, das auf dem Grid of Beams (GoB)-Konzept basiert. Es wandelt die große Anzahl von Antennen in effektive Antennenports um, die dann sogar die vorhandenen Empfangssignale von Long Term Evolution - Advanced (LTE-A) nutzen können. Um Ungenauigkeiten in der CSI, die zur Basisstation zurückgeführt wird, effektiv zu bekämpfen, benötigen wir außerdem Algorithmen zur Kanalvorhersage, die eine zuverlässige Vorhersage über einen möglichst großen Zeithorizont liefern. Zu diesem Zweck haben wir einen verbesserten hybriden Algorithmus entwickelt, der auf zwei modernen Kanalvorhersagealgorithmen basiert. Er liefert eine zuverlässige Vorhersage auch für Kanalkomponenten, die mit niedrigen Signal-Rausch-Verhältnissen empfangen werden. Darüber hinaus konzentrieren sich die wesentlichen Massive-MIMO-Schemata auf die Basisstationsseite mit dem Ziel, eine hohe spektrale Effizienz durch MU-MIMO oder eine große Abdeckung durch starke Beamforming-Gewinne zu erreichen. Die UE-seitige Betrachtung ist typischerweise auf vier oder meist acht Antennenelemente pro UE beschränkt, was durch die entsprechende UE-Komplexität und den begrenzten Platz zur Platzierung weiterer Antennenelemente für den Fall unter 6 GHz gerechtfertigt werden kann. UE-seitiges Beamforming würde jedoch viele Vorteile bieten, die von einer verbesserten Kanalschätzung und Vorhersagegenauigkeit über eine effektive Störungsunterdrückung bis hin zu einer besseren Abdeckung und spektralen Effizienz auf Systemebene reichen. Aus diesem Grund haben wir das neuartige Konzept des "Virtual Beamforming" vorgeschlagen, das es uns ermöglicht, virtuelle Massive-MIMO-Arrays am UE zu bilden, auch wenn es nur ein einziges physisches Antennenelement hat. Es wird angenommen, dass sich das UE mit einer konstanten Geschwindigkeit bewegt und die Empfangssignale für die benachbarten Zeitschlitze gespeichert werden. Diese Messungen werden dann zur Bildung von Strahlformern verwendet, als ob sie von separaten Antennenelementen empfangen würden. Wir erfassen nur einen kleinen räumlichen Teilbereich des Kanals und verlieren daher Energie, aber dieser Verlust wird teilweise durch den Gewinn der Strahlformung kompensiert. Virtuelles Beamforming führt zu einer Reduzierung der Anzahl relevanter Mehrwegekomponenten pro Kanalkomponente sowie der Anzahl der Kanalkomponenten selbst und ergibt einen Gewinn an Vorhersagegenauigkeit von ca. 10 dB geringerem normalisierten mittleren quadratischen Fehler im Vergleich zum Fall eines UE mit einer einzelnen Antenne. Auf der anderen Seite kann virtuelles Beamforming, das direkt auf die Nutzdaten angewendet wird, sehr ineffizient sein, da es die erneute Übertragung von Datensymbolen erfordert. Um diese Herausforderung zu überwinden, haben wir ein paralleles Übertragungsschema über einen Satz kodierter virtueller Strahlen entwickelt. Dadurch können wir den Effekt der inhärenten Wiederübertragungsstrafe des virtuellen Beamforming reduzieren und wir haben gezeigt, dass eine zuverlässige Kommunikation möglich ist. Darüber hinaus haben wir ein Framework entwickelt, um eine unterschiedliche Anzahl von virtuellen und physischen Antennenelementen zu einem virtuellen Massive-MIMO-Array zu kombinieren.

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2021000064

Loracher, Stefanie;
Elektronisch abstimmbare transistorbasierte Induktivitäten für den Hochfrequenzbereich. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (v, 167 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die zur Verfügung stehenden Frequenzen stellen für eine zunehmende Anzahl von Anwendungen eine zentrale Ressource dar. Die effiziente Nutzung der verfügbaren Frequenzen ist erforderlich und damit die Entwicklung von frequenzagilen Sender- und Empfängerarchitekturen. Dafür können entweder mehrere Schaltungen für die jeweiligen Frequenzen parallel aufgebaut werden, oder im Sinne der fortschreitenden Miniaturisierung konfigurierbare Schaltungen verwendet werden. Die steuerbaren Bauelemente, die für konfigurierbare Schaltungen notwendig sind, sind auf vielfältige Weise realisierbar. Die vorliegende Arbeit beinhaltet den Funktionsbeweis der transistorbasierten Induktivitätsschaltung, zeigt das Potenzial des Ansatzes und stellt Richtlinien für die Dimensionierung beziehungsweise den Aufbau der Schaltung auf. Das Potenzial als symmetrische, variierbare und miniaturisierbare Induktivität im Hochfrequenzbereich für frequenzagile Anwendungen wird untersucht. Eine Literaturrecherche zum Stand der Technik beschreibt die bisher üblichen Methoden für abstimmbare Induktivitäten und ermöglicht einen Vergleich mit der Induktivitätsschaltung. Sie ist aufgrund der Möglichkeit der Integration und Miniaturisierung eine nützliche Ergänzung für die HF-Schaltungstechnik. Analytische Untersuchungen in Kombination mit numerischen Simulationsmethoden erlauben das Ableiten von präziseren Entwurfskriterien, die nach Wissen der Autorin das erste Mal auch transistorinterne Größen berücksichtigen. Die Richtlinien werden anschließend durch die Messung realisierter Schaltungen validiert, in denen symmetrisches Verhalten.

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000628

Cichon, Daniel;
Robuste Lokalisierung magnetischer Quellen mithilfe integrierter 3D-Hall-Sensor-Anordnungen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (vii, 139 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Magnetfeldsensoren erlauben die indirekte, berührungslose Bestimmung der Position bewegter Objekte und finden daher millionenfach Anwendung im Industrie- und Automobilbereich. Positionsmesssysteme in diesen Anwendungsbereichen haben die Aufgabe einen linearen Weg oder den Winkel der Rotationsbewegung eines Permanentmagneten zu erfassen. In Labor-Anwendungen wurde bereits gezeigt, dass das Feld magnetischer Quellen genutzt werden kann alle sechs mechanischen Freiheitsgrade zu bestimmen. Unter schwierigen Umgebungsbedingungen sind Auswertungen mit nur einem einzigen Freiheitsgrad jedoch alternativlos. Gründe hierfür sind der rechentechnische Aufwand komplexer Auswertealgorithmen, aber auch zu erwartende magnetische und temperaturbedingte Störungen. Zudem gibt es kaum Anhaltspunkte für die Auslegung magnetfeldbasierter Positionsmesssysteme, was den Einsatz erschwert. Ziel dieser Arbeit ist es daher, Methoden zu erarbeiten, die es ermöglichen die Vorteile integrierter Magnetfeldsensoren auch für schwierige Umgebungen nutzbar zu machen, und somit die Möglichkeiten der Technologie auszuschöpfen. Kompakte Hall-Sensor-Anordnungen, die am Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) entwickelt wurden, dienen als Ausgangspunkt. Sie ermöglichen es, den Magnetfeldvektor einer magnetischen Quelle an mehreren Stellen und auf engstem Raum zu messen. Um daraus die Position zu ermitteln, und somit das inverse Problem der Magnetostatik zu lösen, wird in dieser Arbeit ein analytisches Modell eines beispielhaften Messsystems entwickelt und verschiedene numerische Lösungsverfahren evaluiert. Das Unscented Kalman-Filter zeigt sich im Hinblick auf die Anforderungen industrieller Anwendungen als besonders geeignet. Von der stochastischen Modellierung des Systems ausgehend, werden Methoden und Richtlinien zum Entwurf magnetfeldbasierter Positionsmesssysteme abgeleitet und ein Verfahren vorgestellt, das es ermöglicht Permanentmagneten zu charakterisieren, und somit die Eigenschaften der Lokalisierung zu verbessern. Algorithmische Anpassungen des Unscented-Kalman-Filters, deren Wirksamkeit anhand von Messungen und Simulationen belegt wird, reduzieren die Empfindlichkeit gegenüber Störungen in schwierigen Umgebungen.

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000502

Stegner, Johannes;
Multiphysikalischer Entwurf hybrid-integrierter MEMS-Oszillatoren auf Silizium-LTCC-Substraten. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (xvi, 155 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit dem Entwurf und der Analyse von MEMS-Oszillatoren auf dem so genannten SiCer-Verbundsubstrat. Dafür wird eine Methodik erarbeitet, die den Entwurf von Mikroelektronik und Mikroelektromechanik vereint. Diese Methodik basiert auf einem analytischen Entwurfsmodell zur Synthese von Resonatorstrukturen über die elektrischen Spezifikation. In der Arbeit wird weiterhin der Entwurf zweier aufeinander aufbauender Oszillatortypen beschrieben, einem Festfrequenzoszillator für Frequenzen bis zu 600 MHz sowie einem Mehrfrequenzoszillator für Ausgangsfrequenzen im oberen MHz- bis unteren GHz-Bereich und der Bereitstellung von Referenzfrequenzen von etwa 10 MHz. Beide Typen von Oszillatoren werden in verschiedenen Varianten implementiert und auf eine möglichst kompakte Baugröße und geringes Phasenrauschen hin optimiert. Die Resultate aller Präparationen heben sich vom Stand der Technik ab, sowohl in der Aufbautechnik als auch in der Oszillationsfrequenz und im Phasenrauschen. Weiterhin wird in der vorliegenden Arbeit die Thematik der Temperaturabhängigkeit von MEMS-Resonatoren und -Oszillatoren betrachtet, welche im Vergleich zur thermischen Drift kommerziell verfügbarer Quarz-Resonatoren und -Oszillatoren höher ausfällt. Dazu wird das analytische Entwurfsmodell für MEMS-Resonatoren derart modifiziert, dass sich die geometrischen Abmessungen und Materialparameter in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur verändern. Messungen an Resonatoren verschiedener Geometrien werden im Anschluss genutzt, um die analytischen Berechnungen zu verifizieren. Die messtechnisch ermittelte Temperaturabhängigkeit der Resonanzfrequenz liegt dabei zwischen -26 ppm/K und -20 ppm/K, was dem analytisch modellierten Temperaturkoeffizienten von -28,1 ppm/K sehr nahe kommt. Auf Basis von in der Literatur veröffentlichten Temperaturkompensationsmethoden wird das analytische Modell um eine Lage Siliziumdioxid erweitert, die einen positiven Temperaturkoeffizienten aufweist und so die Temperaturabhängigkeit kompensiert.

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000030

Naskovska, Kristina;
Advanced tensor based signal processing techniques for wireless communication systems and biomedical signal processing. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2019. - 1 Online-Ressource (xxi, 224 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2019

Zahlreiche messbare Signale in verschiedenen Bereichen der digitalen Signalverarbeitung, z.B. in der drahtlosen Kommunikation, im Mobilfunk, biomedizinischen Anwendungen, der Bild- oder akustischen Signalverarbeitung und dem maschinellen Lernen sind mehrdimensional. Tensoren erhalten die mehrdimensionale Struktur und stellen eine natürliche Darstellung dieser Signale/Daten dar. Darüber hinaus bieten Tensoren oft eine verbesserte Trennbarkeit von enthaltenen Signalkomponenten. Daher profitieren wir von der Verwendung der Tensor-Algebra in den oben genannten Anwendungen und vielen mehr. In dieser Arbeit stellen wir die Vorteile der Nutzung der Tensor-Algebra in zwei Bereichen der Signalverarbeitung vor: drahtlose MIMO (Multiple-Input Multiple-Output) Kommunikationssysteme und biomedizinische Signalverarbeitung. Darüber hinaus tragen wir zu theoretischen Aspekten der Tensor-Algebra bei, indem wir neue Eigenschaften und Berechnungsmethoden für die Tensor-Zerlegung ableiten. Oftmals verfügen wir lediglich über eine elementweise oder ebenenweise Beschreibung des Signalmodells, welche nicht die explizite Tensorstruktur zeigt. Daher ist die Ableitung aller Tensor-Unfoldings nicht offensichtlich, wodurch die multidimensionale Struktur dieser Modelle nicht trivial nutzbar ist. Wir schlagen eine alternative Darstellung der elementweisen Multiplikation oder der ebenenweisen Multiplikation auf der Grundlage des generalisierten Tensor-Kontraktionsoperators vor. Weiterhin nutzen wir diese neuartige Darstellung und deren Eigenschaften zur Ableitung der letztendlichen Tensor-Modelle. Es existieren eine Vielzahl von Tensor-Zerlegungen, die verschiedene Signalmodelle beschreiben, wie die HOSVD (Higher Order Singular Value Decomposition), CP/PARAFAC (Canonical Polyadic/ PARallel FACtors) Zerlegung, die BTD (Block Term Decomposition), die PARATUCK2-(PARAfac und TUCker2) und die PARAFAC2-Zerlegung (PARAllel FACtors2). Dabei ist die CP-Zerlegung am weitesten verbreitet und wird findet in zahlreichen Gebieten Anwendung. Daher ist die Entwicklung von Algorithmen zur effizienten Berechnung der CP-Zerlegung von besonderer Bedeutung. Das SECSI (Semi-Algebraic Framework for approximate CP decomposition via Simultaneaous matrix diagonalization) Framework ist ein effizientes und robustes Werkzeug zur Berechnung der approximierten Low-Rank CP-Zerlegung durch simultane Matrixdiagonalisierung. In dieser Arbeit stellen wir fünf Erweiterungen des SECSI-Frameworks vor, welche die Rechenkomplexität des ursprünglichen Frameworks reduzieren bzw. Einschränkungen für die Faktormatrizen einführen. Darüber hinaus werden die PARAFAC2- und die PARATUCK2-Zerlegung in der Regel mit einer ebenenweisen Notation beschrieben, die sich in Form der allgemeinen Tensor-Kontraktion, wie sie in dieser Arbeit vorgeschlagen wird, ausdrücken lässt. Wir nutzen diese neuartige Darstellung, um explizite Tensormodelle für diese beiden Zerlegungen abzuleiten. Darüber hinaus verwenden wir das PARAFAC2-Modell, um einen ALS-Algorithmus (Alternating Least-Squares) für die Berechnung der PARAFAC2-Zerlegungen abzuleiten. Weiterhin nutzen wir die neuartigen Kontraktionseigenschaften für elementweise und ebenenweise Multiplikationen, um MIMO Multi-Carrier-Mobilfunksysteme zu modellieren. Wir zeigen, dass dieses sehr allgemeine Modell verwendet werden kann, um das Tensor-Modell des empfangenen Signals für MIMO-OFDM- (Multiple- Input Multiple-Output - Orthogonal Frequency Division Multiplexing), Khatri-Rao codierte MIMO-OFDM- und zufällig codierte MIMO-OFDM-Systeme abzuleiten. Wir schlagen die Übertragungstechniken der Khatri-Rao-Kodierung und zufällige Kodierung vor, um eine zusätzliche Tensor-Struktur des Sendesignal-Tensors einzuführen, welcher gewöhnlich keine bestimmte Struktur aufweist. Darüber hinaus zeigen wir, dass dieses Modell auf andere Multi-Carrier-Techniken wie GFDM (Generalized Frequency Division Multiplexing) erweitert werden kann. Unter Verwendung dieser Modelle auf der Empfängerseite entwerfen wir verschiedene Typen von Empfängern für diese Systeme, die die traditionellen matrixbasierten Lösungen in Bezug auf die Symbolfehlerrate übertreffen. Im letzten Teil dieser Arbeit zeigen wir die Vorteile der Verwendung von Tensor-Algebra in der biomedizinischen Signalverarbeitung durch die gemeinsame Zerlegung von EEG-(ElectroEncephaloGraphy) und MEG- (MagnetoEncephaloGraphy) Signalen. Diese werden in der Regel gleichzeitig erfasst, wobei sie gemeinsame Aspekte derselben Gehirnaktivität beschreiben. Daher können EEG- und MEG-Signale mit gekoppelten Tensor-Zerlegungen wie der gekoppelten CP Zerlegung analysiert werden. Wir nutzen das vorgeschlagene gekoppelte SECSI-Framework (eine der vorgeschlagenen Erweiterungen des SECSI-Frameworks) für die Berechnung der gekoppelten CP Zerlegung, um zunächst den photic driving effect zu validieren und zu analysieren. Darüber hinaus validieren wir die Auswirkungen von Schädeldefekten auf die Messsignale von EEG und MEG durch eine gemeinsame EEG-MEG-Zerlegung mit dem gekoppelten SECSI-Framework. Beide Anwendungen zeigen, dass wir von gekoppelten Tensor-Zerlegungen profitieren, wobei die Methoden des gekoppelten SECSI-Frameworks erfolgreich zur Analyse biomedizinischer Daten genutzt werden können.

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00040540

Benkenstein, Andreas;
Die besonderen Bedingungen der Abscheidung von diamantähnlichen Kohlenstoffschichten in Hohlkathodenanordnungen mit hohen Aspektverhältnissen. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2019. - 1 Online-Ressource ( 203 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

In dieser Arbeit wurde eine Hohlkathodenentladung (engl.: hollow cathode discharge, kurz HCD) und die damit erzeugte diamantartige Kohlenstoffschicht (engl.: diamond-like carbon, kurz DLC) in einer Sacklochgeometrie untersucht. Es wurde eine keramische Kapillare zur Gasführung verwendet, welche über eine Positionierungsstrecke von außerhalb des Sacklocheinganges bis nahe an das innere Sacklochende verfahren wurde. Zur elektrischen Anregung wurde eine gepulste Gleichspannung mit einer Frequenz von 200 kHz direkt an den Probenkörper angeschlossen. Das Hauptziel war die Erarbeitung eines Grundlagenverständnisses über die Wirkmechanismen bei der Plasmagenerierung und der DLC-Beschichtung. Aufbauend auf die Analyse der Gasdruckverteilung und des Anregungssignals wurden Spannungs-Strom-Charakteristiken unter Argonatmosphäre bestimmt. Dabei konnte die Spannungs-Strom-Charakteristik in drei Bereiche unterteilt werden: die anormale Glimmentladung, die Hohlkathodenentladung und ein Übergang zur Lichtbogenentladung. Anhand eines Referenzprozesses wurden DLC-Schichten hergestellt. Die Haupteinflussgrößen elektrische Spannung und Gasdruck wurden während des Argonbombardements zur Plasmafeinreinigung in Bezug auf die Schichthaftung untersucht. Eine Verbesserung der Schichthaftung konnte durch die mit der Spannungssteigerung einhergehende Leistungserhöhung beobachtet werden. Der positive Effekt einer Re-Depositionsschicht aus Kathodenmaterial auf die Schichthaftung konnte nachgewiesen werden. Die Einflüsse auf die Schichteigenschaften wie Wachstumsraten, sowie Schichtdickenprofile und Schichthärte auf der Probenlängsachse konnten messtechnisch identifiziert werden. Die Schichtbereiche mit unterschiedlichen Wachstumsraten hängen stark von der Kapillarenposition ab. In weiteren Beschichtungsexperimenten wurden der Gesamtdruck, die elektrische Anregungsspannung und das Verhältnis aus Reaktivgas und Arbeitsgas variiert. Eine Unterscheidung von Bereichen nach Druck und aktiver Kathodenfläche in der Hohlkathode bei eingefahrener Kapillare konnte vorgenommen werden. Nachdem die Einflussgrößen und Mechanismen in den einzelnen HCD-Zonen identifiziert und analysiert wurden, werden die Prozesse zur Beschichtung von Sacklochgeometrien beherrscht. Aufbauend auf den Ergebnissen der Arbeit können die Parameter der Beschichtung in einer Sacklochgeometrie gezielt verändert werden.

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000106

Ibrahim, Mohamed;
Applications of compressive sensing to direction of arrival estimation. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (xii, 154 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die Schätzung der Einfallsrichtungen (Directions of Arrival/DOA) mehrerer ebener Wellenfronten mit Hilfe eines Antennen-Arrays ist eine der prominentesten Fragestellungen im Gebiet der Array-Signalverarbeitung. Das nach wie vor starke Forschungsinteresse in dieser Richtung konzentriert sich vor allem auf die Reduktion des Hardware-Aufwands, im Sinne der Komplexität und des Energieverbrauchs der Empfänger, bei einem vorgegebenen Grad an Genauigkeit und Robustheit gegen Mehrwegeausbreitung. Diese Dissertation beschäftigt sich mit der Anwendung von Compressive Sensing (CS) auf das Gebiet der DOA-Schätzung mit dem Ziel, hiermit die Komplexität der Empfängerhardware zu reduzieren und gleichzeitig eine hohe Richtungsauflösung und Robustheit zu erreichen. CS wurde bereits auf das DOA-Problem angewandt unter der Ausnutzung der Tatsache, dass eine Superposition ebener Wellenfronten mit einer winkelabhängigen Leistungsdichte korrespondiert, die über den Winkel betrachtet sparse ist. Basierend auf der Idee wurden CS-basierte Algorithmen zur DOA-Schätzung vorgeschlagen, die sich durch eine geringe Rechenkomplexität, Robustheit gegenüber Quellenkorrelation und Flexibilität bezüglich der Wahl der Array-Geometrie auszeichnen. Die Anwendung von CS führt darüber hinaus zu einer erheblichen Reduktion der Hardware-Komplexität, da weniger Empfangskanäle benötigt werden und eine geringere Datenmenge zu verarbeiten und zu speichern ist, ohne dabei wesentliche Informationen zu verlieren. Im ersten Teil der Arbeit wird das Problem des Modellfehlers bei der CS-basierten DOA-Schätzung mit gitterbehafteten Verfahren untersucht. Ein häufig verwendeter Ansatz um das CS-Framework auf das DOA-Problem anzuwenden ist es, den kontinuierlichen Winkel-Parameter zu diskreditieren und damit ein Dictionary endlicher Größe zu bilden. Da die tatsächlichen Winkel fast sicher nicht auf diesem Gitter liegen werden, entsteht dabei ein unvermeidlicher Modellfehler, der sich auf die Schätzalgorithmen auswirkt. In der Arbeit wird ein analytischer Ansatz gewählt, um den Effekt der Gitterfehler auf die rekonstruierten Spektra zu untersuchen. Es wird gezeigt, dass sich die Messung einer Quelle aus beliebiger Richtung sehr gut durch die erwarteten Antworten ihrer beiden Nachbarn auf dem Gitter annähern lässt. Darauf basierend wird ein einfaches und effizientes Verfahren vorgeschlagen, den Gitterversatz zu schätzen. Dieser Ansatz ist anwendbar auf einzelne Quellen oder mehrere, räumlich gut separierte Quellen. Für den Fall mehrerer dicht benachbarter Quellen wird ein numerischer Ansatz zur gemeinsamen Schätzung des Gitterversatzes diskutiert. Im zweiten Teil der Arbeit untersuchen wir das Design kompressiver Antennenarrays für die DOA-Schätzung. Die Kompression im Sinne von Linearkombinationen der Antennensignale, erlaubt es, Arrays mit großer Apertur zu entwerfen, die nur wenige Empfangskanäle benötigen und sich konfigurieren lassen. In der Arbeit wird eine einfache Empfangsarchitektur vorgeschlagen und ein allgemeines Systemmodell diskutiert, welches verschiedene Optionen der tatsächlichen Hardware-Realisierung dieser Linearkombinationen zulässt. Im Anschluss wird das Design der Gewichte des analogen Kombinations-Netzwerks untersucht. Numerische Simulationen zeigen die Überlegenheit der vorgeschlagenen kompressiven Antennen-Arrays im Vergleich mit dünn besetzten Arrays der gleichen Komplexität sowie kompressiver Arrays mit zufällig gewählten Gewichten. Schließlich werden zwei weitere Anwendungen der vorgeschlagenen Ansätze diskutiert: CS-basierte Verzögerungsschätzung und kompressives Channel Sounding. Es wird demonstriert, dass die in beiden Gebieten durch die Anwendung der vorgeschlagenen Ansätze erhebliche Verbesserungen erzielt werden können.

https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000490

Yeryomin, Yevgeniy;
Multikriterielle Handoverentscheidung für moderne mobile heterogene Kommunikationsnetze. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (XV, 169 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die Konvergenz der modernen mobilen Kommunikationsnetze zum Next Generation Network (NGN) und der Einsatz von Multimode-Endgeräten resultieren in einer Kommunikationsumgebung mit mehreren verfügbaren Kommunikationswegen zwischen einem Endgerät und dem Kernnetz. Dabei spielen die Mobilität und demzufolge der Handover eine entscheidende Rolle. Um während einer Handoverentscheidung den Anforderungen verschiedener mobilen Anwendungen zum Beispiel in Bezug auf Quality of Service (QoS) oder Sicherheit Genüge zu tun, sind traditionelle Handoverentscheidungsmethoden aus den Mobilfunknetzen, die im Wesentlichen auf der Auswertung der Empfangssignalstärke basieren, nicht mehr ausreichend. Deswegen wurde in den letzten Jahren eine Reihe von multikriteriellen Handoverentscheidungsmethoden vorgeschlagen. In den vorgeschlagenen Methoden wurden die Themen wie Anwendungssensitivität und Flexibilität der Konfiguration der Handoverentscheidung nicht tief genug analysiert. Weiterhin sind die Optimierungspotentiale während der Handoverentscheidung nicht ausreichend untersucht. Diese Arbeit adressiert die oben angesprochenen Themen und liefert eine Lösung in Form eines FLexible Application-Sensitive HandovEr Decision Frameworks, kurz FLASHED-Framework. Das FLASHED-Framework ist die Implementierung eines multikriteriellen Handover-Entscheidungsalgorithmus, der auf der multikriteriellen Entscheidungsanalyse Multiple-Criteria Decision Making (MCDM) beruht. Das FLASHED-Framework ermöglicht eine flexible, anwendungsabhängige und strukturierte Konfiguration der für eine Handoverentscheidung relevanten Informationssätze. Außerdem sind im FLASHED-Framework drei Handover-Entscheidungsalgorithmen implementiert, die die Optimierungsziele der Nutzer und der Netzwerkbetreiber repräsentieren und mit deren Hilfe die alternativen Kommunikationswege bewertet werden. Zwei dieser Algorithmen wurden im Rahmen der Untersuchungen der Optimierungsmöglichkeiten für eine Handoverentscheidung durch die Reduzierung der überschüssigen Kapazitäten in Abhängigkeit von Anwendungsanforderungen entwickelt. Beim dritten Algorithmus handelt es sich um einen lastverteilungsorientierten Handover-Entscheidungsalgorithmus. Die Verifizierung des vorgeschlagenen und implementierten FLASHED-Frameworks inklusive der vorgeschlagenen Entscheidungsalgorithmen erfolgt in einer im Rahmen dieser Arbeit weiterentwickelten Version der Simulationsumgebung OMNeT++/INET.

https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00035322

Cheema, Sher Ali;
Advanced signal processing concepts for multi-dimensional communication systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (xxi, 210 Seiten). - (Research reports from the Communications Research Laboratory at Ilmenau University of Technology)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Die weit verbreitete Nutzung von mobilem Internet und intelligenten Anwendungen hat zu einem explosionsartigen Anstieg des mobilen Datenverkehrs geführt. Mit dem Aufstieg von intelligenten Häusern, intelligenten Gebäuden und intelligenten Städten wächst diese Nachfrage ständig, da zukünftige Kommunikationssysteme die Integration mehrerer Netzwerke erfordern, die verschiedene Sektoren, Domänen und Anwendungen bedienen, wie Multimedia, virtuelle oder erweiterte Realität, Machine-to-Machine (M2M) -Kommunikation / Internet of Things (IoT), Automobilanwendungen und vieles mehr. Daher werden die Kommunikationssysteme zukünftig nicht nur eine drahtlose Verbindung über Gbps bereitstellen müssen, sondern auch andere Anforderungen erfüllen müssen, wie z. B. eine niedrige Latenzzeit und eine massive Maschinentyp-Konnektivität, während die Dienstqualität sichergestellt wird. Ohne bedeutende technologische Fortschritte zur Erhöhung der Systemkapazität wird die bestehende Telekommunikationsinfrastruktur diese mehrdimensionalen Anforderungen nicht unterstützen können. Dies stellt eine wichtige Forderung nach geeigneten Wellenformen und Signalverarbeitungslösungen mit verbesserten spektralen Eigenschaften und erhöhter Flexibilität dar. Aus der Spektrumsperspektive werden zukünftige drahtlose Netzwerke erforderlich sein, um mehrere Funkbänder auszunutzen, wie zum Beispiel niedrigere Frequenzbänder (typischerweise mit Frequenzen unter 10 GHz), mm-Wellenbänder (einige hundert GHz höchstens) und THz-Bänder. Viele alternative Technologien wie Optical Wireless Communication (OWC), dynamische Funksysteme und zellulares Radar sollten ebenfalls untersucht werden, um ihr wahres Potenzial abzuschätzen. Insbesondere bietet OWC ein großes, aber noch nicht genutztes optisches Band im sichtbaren Spektrum, das Licht als Mittel zur Informationsübertragung nutzt. Daher können zukünftige Kommunikationssysteme als zusammengesetzte Hybridnetzwerke angesehen werden, die aus einer Anzahl von verschiedenen drahtlosen Netzwerken bestehen, die auf Funk und optischem Zugang basieren. Auf der anderen Seite ist es eine große Herausforderung, fortschrittliche Signalverarbeitungslösungen für mehrere Bereiche von Kommunikationssystemen zu entwickeln. Diese Arbeit trägt zu diesem Ziel bei, indem sie Methoden für die Suche nach effizienten algebraischen Lösungen für verschiedene Anwendungen der digitalen Mehrkanal-Signalverarbeitung demonstriert. Insbesondere tragen wir zu drei verschiedenen Anwendungsgebieten bei, d.h. Wellenformen, optischen drahtlosen Systemen und mehrdimensionaler Signalverarbeitung. Gegenwärtig ist das Cyclic Prefix Orthogonal Frequency Division Multiplexing (CP-OFDM) die weit verbreitete Multitragetechnik für die meisten Kommunikationssysteme. Um jedoch die CP-OFDM-Nachteile in Bezug auf eine schlechte spektrale Eingrenzung, Robustheit in hoch asynchronen Umgebungen und Unflexibilität der Parameterwahl zu überwinden, wurden viele alternative Wellenformen vorgeschlagen. Solche Mehrfachträgerwellenformen umfassen einen Filter bank Multicarrier (FBMC), ein Generalized Frequency Division Multiplexing (GFDM), einen Universal Filter Multicarrier (UFMC) und ein Unique Word Orthogonal Orthogonal Frequency Division Multiplexing (UW-OFDM). Diese neuen Luftschnittstellenschemata verwenden verschiedene Ansätze, um einige der inhärenten Mängel bei CP-OFDM zu überwinden. Einige dieser Wellenformen wurden gut untersucht, während andere sich noch in den Kinderschuhen befinden. Insbesondere die Integration von Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) -Konzepten mit UW-OFDM und UFMC befindet sich noch in einem frühen Forschungsstadium. Daher schlagen wir im ersten Teil dieser Arbeit neuartige lineare und sukzessive Interferenzunterdrückungstechniken für MIMO UW-OFDM-Systeme vor. Das Design dieser Techniken zielt darauf ab, Empfänger mit einer geringen Rechenkomplexität zu erhalten. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Anwendbarkeit von Space-Time Block Codes (STBCs) auf UW-OFDM und UFMC-Wellenformen. Zu diesem Zweck stellen wir neue Techniken zusammen mit Detektionsverfahren vor. Wir vergleichen auch die Leistung dieser Wellenformen mit unseren vorgeschlagenen Techniken mit den anderen Wellenformen des Standes der Technik, die in der Literatur vorgeschlagen wurden. Wir zeigen, dass raumzeitblockierte UW-OFDM-Systeme mit den vorgeschlagenen Methoden nicht nur andere Wellenformen signifikant übertreffen, sondern auch zu Empfängern mit geringer Rechnerkomplexität führen. Der zweite Anwendungsbereich umfasst optische Systeme im sichtbaren Band (390-700 nm), die in Plastic Optical Fibers (POFs), Multimode-Fasern oder OWC-Systemen wie der Kommunikation über Visible Light Communication (VLC) verwendet werden können. VLC kann Lösungen für eine Reihe von Anwendungen anbieten, einschließlich drahtloser lokaler, persönlicher und Körperbereichsnetzwerke (WLAN, WPAN und WBANs), Innenlokalisierung und -navigation, Fahrzeugnetze, U-Bahn- und Unterwassernetze und bietet eine Reihe von Datenraten von wenigen Mbps zu 10 Gbps. VLC nutzt voll sichtbare Light Emitting Diodes (LEDs) für den doppelten Zweck der Beleuchtung und Datenkommunikation bei sehr hohen Geschwindigkeiten. Daher verwenden solche Systeme Intensitätsmodulation und Direct Detection (IM / DD), wodurch gefordert wird, dass das Sendesignal reellwertig und positiv sein sollte. Dies impliziert auch, dass die herkömmlichen Wellenformen, die für die Radio Frequency (RF) Kommunikation ausgelegt sind, nicht direkt verwendet werden können. Zum Beispiel muss eine hermetische Symmetrie auf das CP-OFDM angewendet werden, um ein reellwertiges Signal zu erhalten (oft als Discrete Multitone Transmission (DMT) bezeichnet), das im Gegenzug die Bandbreiteneffizienz verringert. Darüber hinaus begrenzt die LED / LED-Treiberkombination die elektrische Bandbreite. Alle diese Faktoren erfordern die Verwendung spektral effizienter Übertragungsverfahren zusammen mit robusten Entzerrungsschemata, um hohe Datenraten zu erzielen. Deshalb schlagen wir im zweiten Teil der Arbeit Übertragungsverfahren vor, die für solche optischen Systeme am besten geeignet sind. Insbesondere demonstrieren wir die Leistung der PAM-Blockübertragung mit Frequenzbereichsausgleich. Wir zeigen, dass dieses Schema nicht nur leistungsstärker ist, sondern auch alle modernen Verfahren wie CP-DMT-Schemata übertrifft. Wir schlagen auch neue UW-DMT-Schemata vor, die vom UW-OFDM-Konzept abgeleitet sind. Diese Schemata zeigen auch ein sehr überlegenes Bitfehlerverhältnis (BER) -Performance gegenüber den herkömmlichen CP-DMT-Schemata. Der dritte Anwendungsbereich konzentriert sich auf mehrdimensionale Signalverarbeitungstechniken. Bei der Verwendung von MIMO, STBCs, Mehrbenutzerverarbeitung und Mehrträgerwellenformen bei der drahtlosen Kommunikation ist das empfangene Signal mehrdimensional und kann eine multilineare Struktur aufweisen. In diesem Zusammenhang können Signalverarbeitungstechniken, die auf einem Tensor-Modell basieren, gleichzeitig von mehreren Formen von Diversität profitieren, um Mehrbenutzer-Signaltrennung / -entzerrung und Kanalschätzung durchzuführen. Dieser Vorteil ist eine direkte Konsequenz der Eigenschaft der wesentlichen Eindeutigkeit, die für matrixbasierte Ansätze nicht verfügbar ist. Tensor-Zerlegung wie die Higher Order Singular Value Decomposition (HOSVD) und die Canonical Polyadic Decomposition (CPD) werden weithin zur Durchführung dieser Aufgaben empfohlen. Die Leistung dieser Techniken wird oft mit zeitraubenden Monte-Carlo-Versuchen bewertet. Im letzten Teil der Arbeit führen wir eine Störungsanalyse erster Ordnung dieser Tensor-Zerlegungsmethoden durch. Insbesondere führen wir eine analytische Performanceanalyse des Semi-algebraischen Frameworks für approximative Canonical polyadic decompositions Simultaneous matrix diagonalizations (SECSI) durch. Das SECSI-Framework ist ein effizientes Werkzeug zur Berechnung der CPD eines rauscharmen Tensor mit niedrigem Rang. Darüber hinaus werden die erhaltenen analytischen Ausdrücke in Bezug auf die Momente zweiter Ordnung des Rauschens formuliert, so dass abgesehen von einem Mittelwert von Null keine Annahmen über die Rauschstatistik erforderlich sind. Wir zeigen, dass die abgeleiteten analytischen Ergebnisse eine ausgezeichnete Übereinstimmung mit den Monte-Carlo-Simulationen zeigen.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000145

Schirmer, Christopher;
Over-The-Air Testing using Wave-Field Synthesis. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (211 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018

Moderne Kommunikationsgeräte, z. B. Smartphones und GPS-Empfänger streben einen hohen Integrationsgrad an, um Kosten, Platz und Energie zu sparen. Es existieren auch große Geräte, wie zum Beispiel Fahrzeuge mit integrierten Long Term Evolution-Antennen. Um den Entwicklungsprozess zu beschleunigen, werden adäquate Testverfahren benötigt, die eine korrekte Funktionsweise aller Gerätekomponenten sicherstellen. Das Ziel dieser Arbeit ist es, Testverfahren einschließlich Kalibrierverfahren zu entwickeln, die reproduzierbare Testbedingungen erlauben, um vergleichbare Leistungstests von Kommunikationssystemen zu ermöglichen. Diese Arbeit besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil beschäftigt sich mit Wellenfeldsynthese (WFS) für elektrisch kleine Geräte. Der zweite Teil präsentiert ein alternatives Testverfahren für elektrisch große Geräte, welches Wireless Cable (WLC) bezeichnet wird. Im WFS-Teil werden Simulationen durchgeführt, um die Anwendbarkeit der WFS für Over-The-Air-Tests in 2D und 3D zur Erzeugung ebener elektromagnetischer Wellen zu untersuchen. Ein Kalibrierverfahren wird für die 2D-WFS vorgestellt, um den Frequenzgang analoger Systemkomponenten zu entzerren. Das Kalibrierverfahren wird mit Hilfe der Metriken Error Vector Magnitude und Poynting Vector Angular Deviation verifiziert. Es werden zur Verifikation des gesamten WFS-Systems Messungen auf Basis von GPS durchgeführt, die mit kabelgebundenen Tests verglichen werden. Zur Demonstration der Vollständigen Mess- und Testprozedur werden verschiedene Mehrelement-Antennen unter identischen Messbedingungen verglichen. Einflüsse auf ein reales System durch Rauschen, Drift und Temperatureinfluss werden untersucht. Für 3D-WFS wird ein optimierender Algorithmus wird entwickelt und verifiziert, um Emulationsantennen auf einer Sphäre oder Hemisphäre optimal zu verteilen. Im Wireless Cable-Teil wird das gleichnamige Testverfahren vorgestellt, das als alternative Over-The-Air-Testmethode die Untersuchung großer Geräte erlaubt. Die Anwendbarkeit in nicht-reflexionsfreien Umgebungen wird demonstriert. Wie alle Over-The-Air-basierten Testverfahren berücksichtigt Wireless Cable auch Selbstinterferenz. Eine Langzeitstabilitätsanalyse wird durchgeführt, außerdem eine Verifikation der Anwendbarkeit eines realistischen Funkkanals für den Anwendungsfall Long Term Evolution.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000061

Schneckenburger, Nicolas;
A wide-band air-ground channel model
1. Auflage. - München : Dr. Hut, 2018. - xii, 206 Seiten. - (Kommunikationstechnik)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

ISBN 3843934738 = 978-3-8439-3473-2

Die Flugsicherung in der zivilen Luftfahrt durchgeht aktuell einen Modernisierungsprozess. Im Zuge dieses Prozesses müssen auch die verwendeten Kommunikations-, Navigations-, und Luftraumüberwachungssysteme modernisiert werden. Um neue oder verbesserte Systeme nicht ausschließlich mit Hilfe von teuren Flugkampagnen testen zu müssen, ist ein Kanalmodell des Boden-Luftkanals notwendig. Solch ein Modell erlaubt Tests mit Hilfe von Computersimulationen. In dieser Arbeit entwerfen wir eine neue Kanalmodellarchitektur für den Boden-Luftkanal. Aufgrund des verwendeten geometrisch-stochastischen Modellierungsansatzes ist das Kanalmodell, im Gegensatz zu älteren Kanalmodellen, in der Lage, die Nichtstationarität des Kanals genau zu reproduzieren. Das Modell verwendet geometrische Modellierungselemente, um die verschiedenen Ausbreitungseffekte abzubilden. Statistische Verteilungen beschreiben die Eigenschaften der Modellierungselemente, z.B. die Verteilung von Reflektoren um die Sendeantenne. Durch das Wählen unterschiedlicher Verteilungen kann die gleiche Modellarchitektur einfach an verschiedene Umgebungen angepasst werden. Für diese Arbeit wurden zwei Flugmesskampagnen im L-Band in der Nähe des Versuchsflughafens in Oberpfaffenhofen durchgeführt. Im Zuge dieser Dissertation verwenden wir die gewonnenen Messdaten, um die Kanalmodellarchitektur auf die Messumgebung zu parametrisieren (anzupassen). Dafür sind neue Verfahren notwendig. Wir entwickeln einen Algorithmus zur Detektion von Multipfadkomponenten im Messsignal und zum Schätzen der zugehörigen Parameter. Auf Basis dieser Schätzung lokalisieren wir die Reflektoren, welche die detektierten Multipfadkomponenten verursachen. Die gewonnenen Ergebnisse erlauben einen weitreichenden Erkenntnisgewinn über die Eigenschaften des Boden-Luftkanals und unterstreichen dessen Nichtstationariät. Die Ergebnisse erlauben uns außerdem, ein Kanalmodell zur Parametrisierung der Messumgebung zu erstellen. Die Parametrisierung wird erfolgreich mit Hilfe verschiedener Messdatensätze validiert. Daher kann das in dieser Dissertation vorgestellte Kanalmodell in Zukunft zur Analyse von Flugsicherungssystemen verwendet werden. Dadurch kann die Anzahl der notwendigen, in der Regel extrem teuren Flugversuche verringert werden.

Krug, Silvia;
H3N - analysis toolbox for hybrid routing in heterogeneous, disruption-tolerant first responder ad hoc networks. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (ix, 165 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Im Titel ist "3" hochgestellt

Rettungskräfte müssen unter widrigen Bedingungen zuverlässig kommunizieren können, um in Rettungseinsätzen effizient arbeiten zu können und somit Leben zu retten. Idealerweise ist dazu ein selbstorganisiertes Ad-Hoc-Netz notwendig, weil die Kommunikationsinfrastruktur ggf. beschädigt oder überlastet sein kann. Um die geforderte Robustheit der Kommunikation auch in Szenarien mit größeren zu überbrückenden Entfernungen zu gewährleisten, werden zusätzlich Mechanismen benötigt, die eine Unterbrechungstoleranz ermöglichen. Verzögerungstolerante Netze (engl. Delay Tolerant Networks, kurz: DTN) stellen solche Mechanismen bereit, erfordern aber zusätzliche Verzögerungen, die für Rettungskommunikation nachteilig sind. Deshalb werden intelligente hybride Wegewahlverfahren benötigt, um die Verzögerung durch DTN-Mechanismen zu begrenzen. Außerdem sollten entsprechende Verfahren heterogene Netze unterstützen. Das ermöglicht zusätzlich eine effizientere Weiterleitung durch die Nutzung von Geräten mit unterschiedlichen Kommunikationstechnologien und damit auch Reichweiten. Um solche Systeme und die dafür benötigten Kommunikationsprotokolle zu entwickeln, werden verschiedene Analysewerkzeuge genutzt. Dazu gehören analytische Modelle, Simulationen und Experimente auf der Zielsystemhardware. Für jede Kategorie gibt es verschiedene Werkzeuge und Frameworks, die sich auf unterschiedliche Aspekte fokussieren. Dadurch unterstützen diese herkömmlichen Analysemethoden jedoch meistens nur einen der oben genannten Punkte, während die Untersuchung von hybriden und/oder heterogenen Ansätzen und Szenarien nicht ohne weiteres möglich ist. Im Falle von Rettungskräften kommt hinzu, dass die charakteristischen Merkmale hinsichtlich der Bewegung der Knoten und des erzeugten Datenverkehrs während eines Einsatzes ebenfalls nicht modelliert werden können. In dieser Arbeit werden deshalb verschiedene Erweiterungen zu existierenden Analysewerkzeugen sowie neue Werkzeuge zur Analyse und Modelle zur Nachbildung realistischer Rettungsmissionen untersucht und entwickelt. Ziel ist es, die Vorteile existierender Werkzeuge miteinander zu kombinieren, um ganzheitliche, realitätsnahe Untersuchungen von hybriden Protokollen für heterogene Netze zu ermöglichen. Die Kombination erfolgt in Form von gezielten Erweiterungen und der Entwicklung ergänzender komplementärer Werkzeuge unter Verwendung existierender Schnittstellen. Erste Ergebnisse unter Verwendung der entwickelten Werkzeuge zeigen Verbesserungspotentiale bei der Verwendung traditioneller Protokolle und erlauben die Bewertung zusätzlicher Maßnahmen, um die Kommunikation zu verbessern. Szenarien zur Kommunikation von Rettungskräften werden dabei als ein Beispiel verwendet, die Tools sind jedoch nicht auf die Analyse dieses Anwendungsfalls beschränkt. Über die reine Analyse verschiedener existierender Ansätze hinaus bildet die entwickelte Evaluationsumgebung eine Grundlage für die Entwicklung und Verifikation von neuartigen hybriden Protokollen für die entsprechenden Systeme.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000568

Hager, Markus;
LINDA : Leistungsmanagement in Netzwerken mit Dienstgüteadaption - am Beispiel einer Ethernet-Middleware. - Ilmenau, 2017. - iii, 141 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Diese Arbeit präsentiert einen Lösungsvorschlag für die Realisierung von Dienstgüte in Ethernet-Netzwerken. Das zentrale Element hierfür ist ein Softwaresystem bestehend aus einer Middleware, welche die Kommunikation im Netzwerk gemäß den Vorgaben regelt. Dieser Ansatz wurde theoretisch konzipiert als auch praktisch programmiert. Die Implementierung der Lösung diente als Grundlage für die Leistungsbewertung des vorgestellten Ansatzes. Ergänzend zur Evaluierung des charakteristischen Verhaltens der Middleware unter verschiedenen Anforderungen werden auch Untersuchungen und Alternativen präsentiert, die aufzeigen, wie das System im Hinblick auf die Erfordernisse angepasst werden kann, die sich bei größeren Netzwerken ergeben. Der vorgestellt Lösungsansatz bietet eine Alternative zu bestehenden Dienstgüte-Funktionen, die mittels der Kommunikationsprotokolle und Ethernet-Hardware umgesetzt werden. Der Vorteil der Middleware liegt darin, dass diese unabhängig von den Funktionen des Netzwerks arbeitet, so dass keine besonderen Vorgaben an die Kommunikationsinfrastruktur gestellt werden müssen. Da die Realisierung der Dienstgüte rein durch die Software der Middleware umgesetzt wird, sind darüber hinaus alle Freiheitsgrade gegeben, um das Dienstgüte-Konzept frei an individuelle Bedürfnisse anzupassen.

Bayer, Hendrik;
Nachführbare Antennen für die mobile Satellitenkommunikation auf Basis des Multimode-Monopuls-Prinzips. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (vi, 168 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Die hier präsentierte Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Realisierung von nachführbaren Antennen für die mobile Satellitenkommunikation auf Basis von Reflektorantennen. Dieser Antennentyp spielt eine zentrale Rolle für Bodenstationsantennen, die hohe Datenraten auch während der Fahrt des Trägerfahrzeugs zur Verfügung stellen sollen. Ausgehend von der Vorstellung bestehender Systeme und den Anforderungen an mobile Satellitenantennen werden Konstruktionsgrundlagen für die Dimensionierung von Cassegrain-Antennen beschrieben. Für die Nachführung dieses Antennentyps stehen verschiedene technische Prinzipien zur Verfügung, bei denen in dieser Arbeit besonderer Fokus auf Monopuls-Technologien besteht. Dieses Prinzip ermöglicht die Schätzung der Fehlausrichtung einer Antenne in Bezug zur Richtung, aus der das Empfangssignal kommt, für einen begrenzten räumlichen Ausschnitt aus dem Richtdiagramm der Antenne. Die hiermit generierten Richtungsinformationen werden für einen Regelkreis zur mechanischen Nachführung der Antenne verwendet. Basierend auf den vorgestellten Konzepten wird ein Demonstrator für eine Außeneinheit eines mobilen Satellitenterminals beschrieben. Dieser Demonstrator besteht aus einem individuell angefertigten mechanischen Antennenpositionierer und einer 60 cm Ka-Band Cassegrain-Antenne, welche mit einem neu entworfenen TM01-Multimode-Monopuls-Speisesystem bestehend aus einem Hohlleiter-Modenkoppler versehen ist. Die Entwicklung der Speisekette wird über eine erste Variante für reinen Empfangsbetrieb bis hin zu einer vollständigen Dual-Band-Version für Sende- und Empfangsfunktion dargestellt. Hierbei wird auf die numerische Simulation der Strukturen sowie auf die messtechnische Charakterisierung nach der Fertigung eingegangen. Darüber hinaus wird die Generierung des Fehlervektors, der für die Nachführung der Antenne benötigt wird, beschrieben. Zusätzlich zum Hohlleiter-basierten Koppler wird in dieser Arbeit ein neuartiger Modenkoppler für TM01-Multimode-Monopuls vorgestellt, bei dem Übergänge von gedruckten Koplanarleitungen zu Hohlleitern eingesetzt werden. Diese Methode ermöglicht die Integration des Kopplers zusammen mit dem Sendeempfänger in derselben Technologie, wodurch ein sehr kompakter, leichter und kostengünstiger Aufbau der Speisekette möglich wird.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000147

Sawitzki, Axel;
Zur Berechnung der elektromagnetischen Felder von ausgedehnten komplexen Systemen durch Erweiterung der Momentenmethode um eine effiziente Rasterung. - Ilmenau, 2017. - VII, 233 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Diese Arbeit stellt eine Erweiterung der Momentenmethode (MoM) dar. Eine neue Vorgehensweise für die Diskretisierung von Linienströmen und Oberflächenströmen ist vorgestellt worden (Phasen-Diskretisierungsraster-Verfahren [PDRV]). Sie basiert auf der Phase des einfallenden tangentialen elektrischen Feldes. Die Verwendbarkeit der Theorie wurde an Beispielen gezeigt. Die Auswertung der gezeigten Rechenbeispiele ergibt folgende Kernaussagen: Eine gute Übereinstimmung der Ströme bei Ebenen mit Querabmessungen ab ca. 2 Wellenlängen, wobei im Abstand von ca. einem Viertel der Wellenlänge zu den Rändern Abweichungen auftreten. Als Kriterium für die Anwendbarkeit vom PDRV gilt, dass die Phasendifferenz der Tangentialkomponente des einfallenden Feldes auf der Ebene mindestens 4 pi beträgt. Bei Ebenen ergibt sich eine z. T. deutliche Reduktion der Anzahl der unbekannten Amplituden. In einem Rechenbeispiel konnte eine Berechnung mit nur ca. 69,3 Prozent der Basisfunktionen auf der Streuebene durchgeführt werden, die bei Anwendung der Standard-MoM mit 8 Funktionen je Wellenlänge notwendig wären. Theoretisch wurde gezeigt, dass sich dieser Wert bei großen Ebenen der 50 Prozent-Grenze annähert. Bei kleineren Ebenen (d. h. die Phasendifferenz der Tangentialkomponente des einfallenden Feldes auf der Ebene ist kleiner als 4 pi) ist die Anwendung des PDRV aus 2 Gründen nicht sinnvoll. Der randnahe Bereich umfasst einen großen Teil der Ebene. Abweichungen in der Lösung für die randnahen Ströme würden das Gesamtergebnis stark beeinflussen (Genauigkeitsproblem). Der 2. Grund betrifft den numerischen Aufwand. Die Diskretisierung unter Anwendung des PDRV resultiert in einer i. A. geringeren Anzahl von Funktionen im Innenteil von Ebenen und in einer erhöhten Anzahl am Rand. Dadurch wird sich bei elektrisch kleinen Ebenen oft ein numerischer Mehraufwand ergeben. Die elektrische Ausdehnung kann als ein wesentliches Kriterium zur Verwendbarkeit angegeben werden. Die Momentenmethode besitzt eine wesentliche Anwendungsgrenze dahingehend, dass die Berechnungen an elektrisch großen Körpern viel Rechenzeit und Speicherbedarf erfordern. Wesentliche Anteile bezüglich des Rechenaufwands sind das Aufstellen der Koppelimpedanzmatrix und die Lösung der Matrixgleichung. Durch eine Reduktion der für eine korrekte Berechnung notwendigen Anzahl von Basisfunktionen kann der Gesamtaufwand reduziert werden. Nach dem Stand der Technik ist die Anzahl der benötigten Basisfunktionen bestimmbar aus den geometrischen Abmessungen und der anregenden Frequenz. Unter bestimmten Annahmen gilt die folgende Bedingung: Ca. 8 Dreiecks-Funktionen je Wellenlänge für angenommene Linienströme (Stäbe) bzw. 2 &hahog; 8 &hahog; 8 = 128 Rooftop-Funktionen für Rechtecksflächen mit Kantenlängen von einer Wellenlänge (Flächenströme) sind erforderlich. Eine Lageberechnung der Funktionen erfolgt nicht, d. h. die Funktionen werden auf einer Weglänge gemäß ihrer Anzahl angeordnet. In dieser Arbeit ist zunächst untersucht worden, inwieweit zusätzliche Informationen verwendet werden können, um den Rechenaufwand zu senken. Gemäß der Herleitung des Berechnungsverfahrens (MoM) existiert ein Übergang von der elektrischen Feldintegralgleichung zu den Basisfunktionen. Die Basisfunktionen werden aus dem Grunde eingeführt, weil die Feldintegralgleichung nur in wenigen Spezialfällen analytisch nach einem unbekannten Strom lösbar ist. Der Übergang von der Integralgleichung zu einer Matrixgleichung ermöglicht die Berechnung einer Lösung nicht nur für diese wenigen Spezialfälle, sondern für praxisnahe Streuprobleme. Der Stromverlauf auf Oberflächen wird als eine additive Überlagerung einzelner, mit ihren Amplituden gewichteten, Basisfunktionen modelliert. Mit dem Ziel der Reduktion des numerischen Aufwandes für die Gesamtberechnung ist der Übergang von der elektrischen Feldintegralgleichung zu den Basisfunktionen modifiziert worden. Unter der Annahme, dass auf leitfähigen Oberflächen fließende Ströme bestimmte Eigenschaften besitzen, kann die Diskretisierung problemangepasst durchgeführt werden. Am Anfang und am Ende elektrisch leitfähiger Oberflächen ist die Stromstärkekomponente senkrecht zum Rand identisch Null. Im inneren Bereich von Ebenen (bzw. Leitern) ergeben sich oft Stromverläufe, die als annähernd sinusförmig beschrieben werden können. Vor allem durch die endliche Ausdehnung der leitfähigen Körper sowie Einstrahlungen, Abstrahlungen und Verlusten kommt es zu Veränderungen der Kurvenformen des Stromes. Unter Verwendung bestimmter Annahmen werden die Stromverläufe zunächst bezüglich der örtlichen Lage der Basisfunktionen berechnet. Daraus kann eine Diskretisierung des Stromverlaufes ermittelt werden. Erst danach folgen die Berechnung der elektromagnetischen Verkopplung der Basis- und Gewichtsfunktionen sowie die Lösung des Gleichungssystems nach dem unbekannten Strom. Durch diese Vorgehensweise kann die Anzahl der erforderlichen Basisfunktionen gegenüber dem bisherigen Stand der Technik reduziert werden. Verwendet werden Phasenlinien des tangentialen elektrischen Feldes. Aus dem Verlauf der Phasenlinien wird die Lage der Basisfunktionen ermittelt. Im Randbereich sind weitere Funktionen notwendig, um die Kantenströme und den Übergang zwischen Kantenströmen und Flächenströmen im Innenteil von Ebenen korrekt zu modellieren. Eine wesentliche Einschränkung im PDRV besteht durch die verwendeten Basisfunktionen vom Typ Rooftop und Sinus. Die Überlappungen der Sinusfunktionen mit anderen Sinus- oder Rooftop-Funktionen erfordern genaue Lageberechnungen für die Sinusfunktionen. Geringe Abweichungen in der Lage der Funktionen können zu deutlichen Abweichungen in den Flächenströmen führen, besonders bei den Überlappungen zwischen Rooftop-Funktionen und Sinusfunktionen. Wenn beide Stromrichtungen in einem nicht kollinearen System von Basisfunktionen, am selben Ort, deutlich unterschiedlich große Flächenströme besitzen, dann kann die MoM-Lösung für die kleinen Flächenströme fehlerhaft sein. Eine mögliche Abhilfe ist die Verwendung von der Standard-MoM für diese Gebiete auf den Streukörper. Die Erkennung derartiger Streuprobleme vor der Kenntnis der Flächenströme ist nicht leicht durchführbar. Eine Kombination aus PDRV und Standard-MoM ist möglich. Das jeweils verwendete Verfahren kann für einzelne Streukörper zugeordnet werden. Es ist auch möglich, die Trennlinie zwischen beiden Verfahren auf leitfähige Oberflächen zu legen. Ein Teil der Modellierungen, wie die Stab-Ebene-Verbindung, die Verbindung von Ebenen usw., könnte mit der Standard-MoM beschrieben werden, andere Oberflächenteile mit dem PDRV. Eine Berechnung des jeweiligen Gesamtproblems erscheint dadurch möglich. Die Zusammenfassung von mehreren Basisfunktionen zu einer größeren Basisfunktion, beschrieben im Abschnitt 3.6, ist entscheidend für die Verkleinerung der Systemmatrix der MoM. Die Anwendbarkeit der Gruppenbildung sowohl im PDRV als auch bei der Standard-MoM wurde gezeigt, d. h. auch in der Standard-MoM können Rasterungen derart verändert werden, dass weniger Basisfunktionen benötigt werden. Die Modellierung einer Stab-Ebene-Verbindung im Rahmen der Standard-MoM wurde bereits in der Literatur vorgestellt [NP78]. Die in der vorliegenden Arbeit beschriebene, auf Phasenlinien basierende Diskretisierung ist um die Stabanbindung erweitert worden. Die Berechnung unter Verwendung des PDRV erforderte mehr Basisfunktionen als bei Verwendung der Standard-MoM. Der Grund hierfür sind die kleinen Abmessungen der Streuebene. Bei deutlich größeren Streuebenen ist jedoch eine Reduktion der Anzahl der Unbekannten zu erwarten. Die vorgestellten Untersuchungen zu den Anwendungsgrenzen zeigen die vielfältige Anwendbarkeit des PDRV. Das Verhalten bezüglich der Toleranzen der Eingangsgrößen wurde anhand von berechneten Beispielen gezeigt. Die Diskretisierung mit dem PDRV basiert auf der Phase des einfallenden Feldes. Eine genaue Berechnung der Lage der Phasenlinien ist unbedingt notwendig, war für die vorgestellten Beispiele auch möglich. In einer Parameterstudie wurde die Anzahl der Phasenlinien des einfallenden Feldes geändert, die zur Rasterung der Streuebene verwendet werden. Dadurch wird angenommen, dass eine genaue Berechnung der Rasterung nicht möglich wäre. Der Einfluss dieses Parameters beschränkt sich im Wesentlichen auf die genaue Lage der Basisfunktionen vom Typ Sinus. Bei einer geänderten Anzahl von Phasenlinien wurden die Verläufe der Flächenströme ungenauer, vor allem bei lokalen Extremwerten. Im Allgemeinen sollten die Anzahl und der Verlauf der Phasenlinien ausreichend genau bestimmbar sein. Die Überlegungen zur Anzahl der Phasenlinien sind wichtig für eventuelle Erweiterungen des PDRV auf mehrere Streukörper. Die Diskretisierung einer Ebene erfordert die Kenntnis der Streufelder aller anderen Streukörper, welche auf diese Ebene einwirken. Eine vereinfachte Diskretisierung unter Vernachlässigung anderer Streukörper erscheint dann möglich, wenn dadurch die Phase des einfallenden Feldes nur gering geändert wird. Als Ergebnis der Parameteruntersuchung kann in Einzelfällen sogar eine wenig geänderte Anzahl von Phasenlinien akzeptiert werden. Die Änderung der Polarisation des einfallenden Feldes, durch Drehung einer Antenne, bewirkte eine Änderung der Genauigkeit gegenüber den Vergleichslösungen. Eine besondere Beachtung erfordern die Streuprobleme, bei denen stark unterschiedliche Stromamplituden mit verschiedenen Richtungen dicht benachbart auftreten. Im ersten Rechenbeispiel im Abschnitt 9.4.3 trat dieser Fall auf. Für jede Polarisation der Antenne ist grundsätzlich eine erneute Diskretisierung der Streuebene erforderlich. Dies ist ein Nachteil des PDRV gegenüber der Standard-MoM. Dort können bei kleinen Änderungen des Streuproblems, besonders bei konstanter Frequenz, das Diskretisierungsraster unverändert bleiben und große Anteile der Koppelimpedanzmatrix erneut verwendet werden. Es ist in jedem Einzelfall zu entscheiden, ob das PDRV anwendbar ist. Die Aussagen in dieser Arbeit können nicht auf alle möglichen Problemstellungen verallgemeinert werden. Die tatsächlich gesuchten Größen sowie die gewünschte Genauigkeit der Ergebnisse sind für die Wahl von Parametern im PDRV zu berücksichtigen. So wirkt z. B. das Zusammenfassen von Basisfunktionen sowohl auf die Anzahl der Unbekannten als auch auf die Genauigkeit. Bei der Berechnung elektrisch kleiner Ebenen und bei kleinen Phasendifferenzen des auf die Ebene einfallenden Feldes bestehen Nachteile des PDRV. In diesen Fällen können Rechengenauigkeit und Aufwand ungünstiger sein als bei Verwendung der MoM. Allerdings ist die Anzahl der Basisfunktionen auf elektrisch kleinen Oberflächen naturgemäß gering. Berechnungen kleiner Ebenen mit Hilfe der MoM erscheinen möglich. Erst bei größeren Ebenen tritt der hohe numerische Aufwand der MoM als Problem auf. Die entwickelte Theorie wurde auf Rechenbeispiele angewendet. Die Vergleiche der Flächenströme erfolgten entlang von Schnittlinien auf den Oberflächen. Dabei zeigte sich, dass Ströme im Randbereich abweichen können, im Inneren der Ebenen jedoch genau berechnet werden. Eine mögliche Fortsetzung der Arbeit könnte in der Weiterentwicklung des Übergangs zwischen den Randströmen und dem Inneren der Ebenen liegen. In dieser Arbeit wurden Flächenströme auf viereckigen Streuebenen berechnet. Es wurde versucht, die Vorteile und die Nachteile des PDRV anhand von unterschiedlichen Anwendungsfällen aufzuzeigen. Praktische Streuprobleme können jedoch deutlich kompliziertere Streukörper enthalten: z. B. mehrere nicht ebene Vierecke mit unterschiedlicher Größe, Form und Lage zueinander. Hieraus ergeben sich Möglichkeiten für eine Fortsetzung der Arbeit. Praxisnahe Problemstellungen können größere Abmessungen besitzen. Die Frequenzen der technischen Anwendungen haben den Gigahertzbereich bereits überschritten. Das in der Einleitung beschriebene Problem des stark ansteigenden Rechenaufwands bei der Verwendung der Momentenmethode wird auch in der Zukunft eine wichtige Anwendungsgrenze darstellen. In dieser Arbeit wurden Streuprobleme mit wenigen Tausend Unbekannten berechnet. Im Beispiel konnte der numerische Aufwand bei der Diskretisierung von Ebenen, verglichen mit dem bisherigen Stand der Technik, auf Werte von 69,3 % gesenkt werden. Die Anzahl der Funktionen auf Stabstrukturen beträgt ca. 50 % gegenüber der MoM.

Neudert-Schulz, Dominik;
A contribution to efficient direction finding using antenna arrays. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (x, 177 Seiten, 25.09 MB)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017

Sicherlich gibt es nicht den einen Algorithmus zur Schätzung der Einfallsrichtung elektromagnetischer Wellen. Statt dessen existieren Algorithmen, die darauf optimiert sind Hunderte Pfade zu finden, mit uniformen linearen oder kreisförmigen Antennen-Arrays genutzt zu werden oder möglichst schnell zu sein. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit letzterer Art. Wir beschränken uns jedoch nicht auf den reinen Algorithmus zur Richtungsschätzung (RS), sondern gehen das Problem in verschiedener Hinsicht an. Die erste Herangehensweise befasst sich mit der Beschreibung der Array-Mannigfaltigkeit (AM). Bisherige Interpolationsverfahren der AM berücksichtigen nicht inhärent Polarisation. Daher wird separat für jede Polarisation einzeln interpoliert. Wir übernehmen den Ansatz, eine diskrete zweidimensionale Fouriertransformation (FT) zur Interpolation zu nutzen. Jedoch verschieben wir das Problem in den Raum der Quaternionen. Dort wenden wir eine zweidimensionale diskrete quaternionische FT an. Somit können beide Polarisationszustände als eine einzige Größe betrachtet werden. Das sich ergebende Signalmodell ist im Wesentlichen kompatibel mit dem herkömmlichen komplexwertigen Modell. Unsere zweite Herangehensweise zielt auf die fundamentale Eignung eines Antennen-Arrays für die RS ab. Zu diesem Zweck nutzen wir die deterministische Cramér-Rao-Schranke (Cramér-Rao Lower Bound, CRLB). Wir leiten drei verschiedene CRLBs ab, die Polarisationszustände entweder gar nicht oder als gewünschte oder störende Parameter betrachten. Darüber hinaus zeigen wir auf, wie Antennen-Arrays schon während der Design-Phase auf RS optimiert werden können. Der eigentliche Algorithmus zur RS stellt die letzte Herangehensweise dar. Mittels einer MUSIC-basierte Kostenfunktion leiten wir effiziente Schätzer ab. Hierfür kommt eine modifizierte Levenberg- bzw. Levenberg-Marquardt-Suche zum Einsatz. Da die eigentliche Kostenfunktion hier nicht angewendet werden kann, ersetzen wir diese durch vier verschiedene Funktionen, die sich lokal ähnlich verhalten. Diese Funktionen beruhen auf einer Linearisierung eines Kroneckerproduktes zweier polarimetrischer Array-Steering-Vektoren. Dabei stellt sich heraus, dass zumindest eine der Funktionen in der Regel zu sehr schneller Konvergenz führt, sodass ein echtzeitfähiger Algorithmus entsteht.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000020

Hijazi, Naeim;
Entwurf und Optimierung eines Übertragungssystems zur induktiven Energieversorgung für medizinische Implantate mit der Trägerfrequenz 13,56 MHz. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (138 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Die Entwicklung eines Augenimplantats mit Komponenten für die drahtlose Energie- und Datenübertragung steht im Mittelpunkt der vorliegenden Arbeit. Hierfür wurden verschiedene Konzepte zur drahtlosen Übertragung von Energie und Daten an einem medizinischen Implantat untersucht und optimiert. Die Entwicklung des Energieübertragungssystems erfolgte mit dem Ziel der Erreichung einer hoher Effizienz und einer möglichst geringen Wärmeentwicklung. Weiterhin sollte die Energieversorgung zum Implantat so gesteuert werden, dass eine akzeptable konstante Energiemenge übertragen werden kann. Um eine hohe Effizienz zu gewährleisten, müssen der Typ des eingesetzten Verstärkers richtig konstruiert sein und seine Komponenten sorgfältig gewählt werden. Nur durch die Wahl des richtigen Verstärkers kann der Wunsch nach niedrigen Energieverlusten und hohem Wirkungsgrad erfüllt werden. In der Arbeit sind verschiedene Verstärkertypen zur drahtlosen Energieübertragung vorgestellt und untersucht worden, um anschließend den für das Anforderungsprofil am besten geeigneten Verstärkertyp auszuwählen. Dieser Verstärker wurde entworfen und mit Hilfe von Simulationen, Berechnungen und Messungen für den Einsatz optimiert. Der Sender ist mit einem optimierten analogen Klasse-E-Verstärker aufgebaut worden und arbeitet bei einer Trägerfrequenz von 13,56 MHz im ISM-Band. Zunächst wurde der Übertragungskanal innerhalb des elektronischen Systems entsprechend nachgebildet und gemessen. Danach ist das ganze Übertragungssystem entworfen, optimiert, realisiert und getestet worden. Die geeigneten Systemkomponenten zur drahtlosen Datenübertragung mussten noch konzipiert, entwickelt und realisiert werden. Die Algorithmen für Signaldekodierung und Displayansteuerung werden ebenfalls in einer Hardwarebeschreibungssprache (Verilog-HDL) geschrieben und als Displaytreiberchip realisiert. Weitern Bestandteile des Implantats, wie Daten- und Energiechips, wurden als integrierte Schaltkreise gefertigt. Ebenso wurde die geeignete implantierbare Empfangsspule dimensioniert und hergestellt. Die Komponenten des Implantats wurden zusammengebaut und in eine Silikonhülle eingegossen. Im Rahmen des IOS-Projekts (intraokulare Sehhilfe) sollte ein Prototyp des Gesamtsystems entwickelt werden, mit dessen Hilfe nicht nur die prinzipielle Machbarkeit einer technischen Sehhilfe gezeigt werden kann, sondern auch ihre Realisierbarkeit als Mikrosystem nachgewiesen wird.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000854

Butt, Safwat Irteza;
Compact adaptive planar antenna arrays for robust satellite navigation systems. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (185 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Enthält Thesen

In den zurückliegenden zwei Jahrzehnten ist die Abhängigkeit der Industriegesellschaft von satellitengestützten Ortungssystemen, Navigationsdiensten und Zeitsignalen dramatisch gewachsen. Darauf aufbauende moderne Anwendungen reichen von hochgenauen Ortungsgeräten bis zu intelligenten Transportsystemen und von der Synchronisation mobiler Netzwerke zu Wetter- und Klimabeobachtung. Dies setzt neue höhere Standards in der Robustheit, Genauigkeit, Verfügbarkeit und Verlässlichkeit moderner Navigationsempfänger voraus. Möglich werden diese Verbesserungen aktuell mit der Einführung von Multiantennensystemen in den Navigationsgeräten. Jedoch wird die Nutzung dieses Ansatzes durch die größeren Abmessungen der Antennenarrays erschwert, weil standardmäßig der Elementabstand zu einer halben Freiraumwellenlänge gewählt wird, was im L Band ca. 10 cm bedeutet. In dieser Arbeit werden kompakte Antennenarrays für Navigationsempfänger mit geringerem Elementabstand vorgeschlagen, die eine Miniaturisierung der Empfängerabmessungen erlauben. Diese kompakten Arrays werden in ihrer Leistungsfähigkeit jedoch durch die negativen Effekte der Verkopplung zwischen den Einzelelementen beeinträchtigt. Für die Beurteilung der Empfängerleistungsfähigkeit existieren verschiedene Qualitätsparameter für Analyse und Entwurf der planaren Arrays. Damit werden z. B. Diversity Freiheitsgrade, Qualität der Richtungsschätzung, Polarisationsreinheit und die wechselseitigen Kopplungen gemessen und eine Entwurfsumgebung wird vorgestellt, in der das optimale kompakte Antennenarray für den jeweiligen Einsatzzweck ausgewählt und konfiguriert werden kann. Dieser Prozess wird durch eine Analyse des Rauschens und seiner Korrelationseigenschaften für den gesamten Empfänger begleitet. Darüber hinaus wird ein analytisches Modell des effektiven carrier-to-interference-plus-noise ratio abgeleitet, um die Leistungsfähigkeit der Navigationsempfänger in Szenarien mit Störsignalen zu untersuchen. Schließlich werden diese Betrachtungen durch den Aufbau eines kompletten Satellitennavigationsempfängers ergänzt, um mit ihm den Nachweis der Funktionsfähigkeit und der stabilen Funktion des entworfenen Systems mit kompaktem Array unter Störereinfluss bei Laborbedingungen und in den realen Außeneinsatz zu erbringen.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000659

Salman, Aymen Dawood Salman;
Quality of service aware routing protocol for a self-organized communication network. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (ix, 152 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

Mobile Ad-hoc-Netze (MANETs) ermöglichen eine Kommunikation überall zu jedem Zeitpunkt. Frei sich bewegende Knoten können überall ein solches Netz bilden, wobei die Teilnehmer zu jeder Zeit dem Netz beitreten oder es wieder verlassen können. Ein teilnehmender Knoten in einem MANET kommuniziert mit allen anderen über Multi-Hop-Kommunikation. So ermöglicht ein MANET viele unterschiedliche Anwendungen aus verschiedenen Domänen wie beispielsweise Unterhaltungskommunikation, Notfallkommunikation oder Einsatzkommunikation. Allerdings benötigen Echtzeitanwendungen wie Telefonie oder Videokommunikation eine stringente Kommunikationsdienstgüte, was für MANETs eine große Herausforderung darstellt. Diese Herausforderung hat viele Gründe: das dynamische und unvorhersehbare Verhalten der Knoten im MANET, die Unzuverlässigkeit der drahtlosen Kommunikation, die Beschränkung der zur Verfügung stehenden Kommunikationsressourcen (wie Batterielaufzeit, Bandbreite oder Prozessorleistung), die relativ große Abdeckung durch ein MANET. Die Herausforderung kann in der Vermittlungsschicht durch ein spezielles Routingprotokoll gelöst werden, das mehrere gleichzeitige Pfade von der Quelle zum Ziel verwendet, sodass die Dynamik in einem MANET Berücksichtigung findet ohne dass die Dienstgüte kompromittiert werden muss. Das vorrangige Ziel dieser Arbeit ist die Erforschung und Entwicklung eines solchen Routingverfahrens, das Echtzeitanwendungen in einem MANET unterstützt. Für das adaptive Mehrwegerouting wurde ein Ameisenalgorithmus (Ant Colony Optimization, ACO) angewendet, der das Prinzip der Schwarmintelligenz ausnutzt. Die Bestimmung der aktuell möglichen Kommunikationsdienstgüte erfolgt über die Informationen, die das Netzmanagementprotokoll Simple Network Management Protocol SNMP standardmäßig zur Verfügung stellt. Durch die Kombination dieser beiden Ansätze wurde das adaptive Mehrwegeroutingprotokoll "QoS-aware Routing Protocol based on ACO" (QoRA) vorgeschlagen. In der vorliegenden Dissertation werden das Konzept von QoRA vorgestellt und die interne Funktionsweise erläutert. Anhand umfangreicher Simulationen auf Basis des Simulationswerkzeug ns-3 werden die Vorteile des Verfahrens nachgewiesen. Den Abschluss bildet die Diskussion einer Implementierung von QoRA in einer realen Testumgebung.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000494

Zemmari, Reda;
GSM passive coherent location signal processing : impact on system performance. - Hamburg : GCA-Verlag, 2016. - xviii, 214 Seiten. - (Fraunhofer series advances in sensor data and information fusion ; Band 8)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

ISBN 3-89863-264-4

Passiv-Radar, auch PCL-System genannt (engl. Passive Coherent Location), wurde in den letzten Jahren intensiv untersucht. Solche Systeme verzichten auf eigene Sendeeinheiten und verwenden stattdessen die kommerziell verfügbaren Sender als Gelegenheitsbeleuchter. In der Tat erhöht die Fülle der aktuell vorhandenen Sender die Attraktivität von PCL-Systemen. FM, DAB, DVB-T sowie GSM-Sender sind potenzielle Kandidaten, welche als Gelegenheitsbeleuchter für PCL verwendet werden können. Dabei spielen die Wellenform sowie die Netzinfrastruktur eine wesentliche Rolle bei der Leistungsfähigkeit der einzelnen Systeme. Während zahlreiche FM, DAB und DVB-T-basierte PCL-Systeme unterschiedlicher Reifegrade vorhanden sind, wurde GSM als mögliche Beleuchtungsart selten berücksichtigt. Dies liegt wesentlich an der durch die Wellenform bedingten groben Entfernungsauflösung sowie an der relativ niedrigen Sendeleistung. Ziel der vorliegenden Arbeit ist, genau diese Lücke in der Radarwelt zu schließen und ein PCL-Konzept vorzustellen, welches die bekannten Nachteile kompensiert. Dieses Konzept basiert auf der Fusion von mehreren dislozierten GSM-Sendern. Dabei profitiert es von der hohen Dichte des GSM-Netzes. Die intelligente Ausnutzung der Sender-Diversität ist eine zentrale Säule des entwickelten Konzeptes und erlaubt eine signifikante Verbesserung der Positionsgenauigkeit und des Entdeckungsbereichs. In der vorliegenden Arbeit liegt der Fokus auf Signalverarbeitungsverfahren. Allerdings werden zum besseren Verständnis alle Aspekte eines GSM-basierten PCL-Systems betrachtet: Anforderungen bezüglich der Antenne und der Empfangshardware, Trackingverfahren, sowie Datenfusion- und Systemmanagementaspekte. Zunächst wird die Wellenform von GSM-Signalen untersucht, um daraus spezifische Radar-Charakteristika zu extrahieren. Dies erlaubt, eine realistische Abschätzung der Leistungsfähigkeit sowie Begrenzungen des Systems anzugeben. Anschließend wird ein Systemkonzept vorgestellt mit dem Ziel, die erkannten Nachteile zu kompensieren. Das Konzept basiert auf einer linearen und äquidistanten Gruppenantenne (engl. Uniform Linear Array, ULA), aus der alle Signale durch Signalverarbeitungsmethoden im Raum- und Zeitbereich parallel extrahiert werden können. Somit ist der Einsatz von zusätzlichen Referenzantennen (für jeden GSM-Sender) nicht notwendig. Aus Gründen der Vergleichbarkeit mit anderen Aktiv-Radar-Systemen, wurden zuerst konventionelle Signalverarbeitungsmethoden benutzt. Das implementierte angepasste Filter (engl. Matched Filter, MF), welches im Allgemein in Radarsystemen eingesetzt wird, ist durch die Autokorrelationseigenschaft der GSM-Signale in der Entfernungsauflösung und in der Entdeckung von schwachen Zielen im Clutter-Bereich limitiert. Alternative nicht-angepasste Methoden werden in dieser Arbeit vorgeschlagen. Obwohl zahlreiche Methoden zur Verbesserung der Entfernungs-, Winkel- sowie Dopplerschätzung verwendet werden können, liegt der Fokus auf der Verbesserung der Entfernungsschätzung, was hier das Kernproblem darstellt. Die hierfür vorgeschlagenen Methoden werden an die GSM-Signalstruktur angepasst und eine Analyse bezüglich der Leistungsfähigkeit gegenüber dem MF wird anhand von Simulationen durchgeführt. Außerdem wird die Leistungsfähigkeit des vorgeschlagenen Konzeptes durch Evaluation von aus Experimenten gewonnenen Realdaten untermauert und es wird die Robustheit der vorgeschlagenen Methoden untersucht.

Weise, Konstantin;
Advanced modeling in Lorentz force eddy current testing. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2016. - 1 Online-Ressource (xxiv, 156 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2016

In der heutigen Zeit steigt der Bedarf an effizienten und leistungsfähigen Verfahren zur zerstörungsfreien Prüfung von Werkstoffen und Bauteilen rasant an. Besonders in den Bereichen Luft- und Raumfahrttechnik unterliegen die Bauteile hohen Qualitätsstandards im Sinne der Sicherheit. Dies setzt Verfahren mit hoher Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Schnelligkeit voraus. Diese Arbeit befasst sich mit der Methode der Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung. Im Gegensatz zu klassischen Induktionsverfahren werden die Wirbelströme aufgrund einer Relativbewegung zwischen einem Permanentmagneten und dem Prüfobjekt hervorgerufen. Ein zentraler Gegenstand dieser Arbeit stellt die Entwicklung eines neuen Magnetsystems dar. Dieses basiert auf dem Halbach-Prinzip und besteht neben den bekannten Neodym-Eisen-Bor Legierungen aus einer Eisen-Kobalt-Verbindung mit hoher Sättigungsmagnetisierung. In diesem Sinn war es möglich die magnetische Flussdichte in der Nähe des Prüfkörpers zu fokussieren und zu verstärken. Die Entwicklung einer geeigneten Optimierungsroutine erlaubt die flexible Identifikation der Magnetgeometrie in Abhängigkeit der gestellten Anforderungen. Im weiteren Verlauf wurden numerische Simulationen zur Unsicherheits- und Sensitivitätsanalyse durchgeführt. Im Zuge dessen wurden die Modellparameter hinsichtlich ihrer statistischen Eigenschaften untersucht. Das zugrunde liegende stochastische Feldproblem wurde mit Hilfe der Methode des "Generalized Polynomial Chaos" gelöst. Dies ermöglichte die Identifikation der wichtigsten Einflussgrößen im System. Im Zusammenhang mit der Unsicherheitsanalyse wurden charakteristische Oszillationen der Relativgeschwindigkeit zwischen Permanentmagnet und Prüfkörper beobachtet. Um diese Phänomene besser verstehen zu können, wurde ein analytischer Zugang entwickelt, der die Bestimmung der elektromagnetischen Felder und Lorentzkräfte ermöglicht. Zu guter Letzt wird ein alternatives System zur Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung vorgestellt, indem der Prüfkörper von einem Ringmagneten umschlossen ist. Die prinzipielle Funktionsweise des neuen Systems wird mit theoretischen Vorbetrachtungen in Form von analytischen Lösungen aufgezeigt. Die Arbeit vertieft die Kenntnisse über die Lorentzkraft-Wirbelstromprüfung und enthält neue sowie innovative Ansätze, die den Stand der Technik vorantreiben.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2016000122

Arndt, Daniel;
On channel modelling for land mobile satellite reception, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: IX, 194 S., 9,21 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

In modernen Satellitenrundfunksystemen werden Methoden wie Zeitdiversität (Empfang von zeitlich verteilter Information) und Winkeldiversität (Empfang von mehreren Satelliten mit unterschiedlichen Positionen) angewandt, um die geforderte Dienstequalität für den mobilen Empfang zu gewährleisten. Zur Untersuchung der Ausbreitungseffekte des landmobilen Satellitenkanals sowohl der Wirksamkeit von Diversität werden statistische Modelle benötigt, die den zeitlichen Signalschwund des Empfangssignals nachbilden. In der vorliegenden Arbeit wird ein Kanalmodell für den Mehrsatellitenempfang entwickelt, welches genaue Versorgungsvorhersagen mit Zeit- und Winkeldiversität erlaubt. Grundlage ist ein Einsatellitenmodell, welches großräumige Schwankungen im Kanal durchdie Zustände 'gut' und 'schlecht' definiert, und den langsamen und schnellen Signalschwund gemäß einer variablen Loo-Verteilung beschreibt, deren Parameter nach jedem Zustandswechsel stochastisch bestimmt werden. Für die Zustandsmodellierung mit zwei Satelliten wird ein 'semi-Markov Modell für korrellierte Zustandssequenzen' erarbeitet. Damit können, unter Berücksichtigung der Statistiken der Einzelkanäle und deren Korrelationskoeffizient, die Zustandswahrscheinlichkeiten und -längen exakt simuliert werden. Für die Zustandsmodellierung mit drei Satelliten wird ein 'Master-Slave'-Ansatz entwickelt. Dabei sind die Zustandssequenzen zweier 'Slaves' bedingt abhängig zur 'Master'-Sequenz. Der 'Master-Slave'-Ansatz ermöglicht die Parametrisierung eines Dreisatellitenmodells. Zur Beschreibung des langsamen und schnellen Signalschwunds im Mehrsatellitenkanal wirddie Wechselbeziehung zwischen synchron gemessenen Satellitensignalen näher untersucht. Es stellt sich heraus dass weitere Signalkorrelationen berücksichtigt werden sollten, die erstmalig im neuen LMS-Kanalmodell implementiert werden. Die Simulationssergebnisse werden in Statistiken erster und zweiter Ordnung den Messdaten gegenübergestellt. Im Vergleich zu bestehenden Modellen werden Verbesserungen nach Berücksichtigung von Diversität deutlich. Die Parameter für das Mehrsatellitenkanalmodell wurden aus umfassenden Messkampagnen abgeleitet und gewährleisten die Signalsimulation für verschiedene Umgebungen und Satellitenpositionen. Abschließend wird das Kanalmodell für einen ersten Vergleich verschiedener Satellitenkonfigurationen mit Zeit- und Winkeldiversität angewandt.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26568

Narandžiâc, Milan;
Wideband MIMO radio channel modelling, 2015. - Online-Ressource (PDF-Datei: XXVIII, 245 S., 20,03 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2015
Parallel als Druckausg. erschienen

Diese Arbeit konzentriert sich auf die Klasse der stochastischen geometrie-basierten Kanalmodelle, die einen guten Kompromiss zwischen Komplexität und Realismus bieten. Die flexible Struktur des geometrie-basierten stochastischen Kanalmodells ermöglicht eine generische Darstellung der unterschiedlichen Ausbreitungsszenarien, so dass dieses Modell für die Simulation von heterogenen Netzwerken geeignet ist. Da die Parametrisierung des zweiseitig richtungsaufgelösten Modells keine Information über die Positionen der Streuobjekte relativ zu dem Sende-und Empfangsantennen erfordert, ist es möglich, ein Modell zu entwerfen, welches nicht explizit die Position der Streuer während der Synthese bestimmt. Die Entwicklung eines solchen Modells, welches für die Beschreibung der physikalischen Wellenausbreitung nur die parametrische Dimensionen verwendet, begann mit dem 3GPP Spatial Channel Modell und es während der verschiedenen WINNER Projekte weiterentwickelt. Die betrachteten Modelle nutzen diese Parameter wie "Delay Spread", "Winkelstreuung", "Shadowing", etc. um die Leistungsverteilung in den verschiedenen Kanaldimensionen zu quantifizieren. Deren statistischen Eigenschaften (statistische Verteilungen und Korrelationsfunktionen) werden auf der Ebene der Ausbreitungsszenarien charakterisiert und stellen damit den wichtigsten Teil des Modells dar. Die Repräsentation der Messdaten/Kanaleigenschaften in WINNER spezifischen parametrischen Dimensionen und deren weitere Abstraktion als multivariaten normalverteilten Prozess ermöglicht eine einfache Quantifizierung der Szenarioähnlichkeit basierend auf einer relativen Entropiemetrik. Dieses Ähnlichkeitsmaß kann dann genutzt werden, um die erforderliche Anzahl von unterschiedlichen Klassen an Referenzszenario zu minimieren, welches die Komplexität des Gesamtmodells reduziert. Die vereinfachte Parametrierung des 3GPP Spatial Channel Modell führt zu einer schwachen Konsistenz der räumlich-zeitlichen Kanalevolution. Die Ursache liegt in der abstrahierten Ausbreitungsumgebung, also dem Fehlen von vordefinierten Streuobjekten. Im WINNER -Modell werden die Intra-Zell-Korrelationen ausgenutzt um Ähnlichkeiten von benachbarten Positionen mobiler Endgerät zu erzwingen. Die Intra-Zell-Korrelationen sind aber immer noch nicht angemessen vertreten und reproduziert durch dieses Modell. Hier sind weitere zukünftige Arbeiten notwendig. Diese Doktorarbeit schlägt eine Modellerweiterung für kooperative (Down)Links vor, hierbei wird die Interaktion der Large Scale Parameter durch eine Begrenzung des Dynamikbereichs der Empfänger eingeführt.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=26059

Murtaza, Noman;
Design and analysis approaches to compact directional antennas for cognitive radio, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: X,134 S., 12,39 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Cognitive radio (CR) ist eine neuartige Technologie, die es erlaubt die spektralen Funkressourcen intelligent und effektiv zu nutzen. Jüngste Messkampagnen beweisen, dass die zugewiesenen Frequenzbänder der lizenzierenden Benutzer nicht effizient genutzt werden. Außerdem benötigen moderne Funktechnologien mehr Spektrum, um wachsenden Datenübertragungsrate- und Quality-of- Service-Anforderungen gerecht zu werden. Cognitive radio erlaubt die Sekundärnutzung von nicht vollständig genutzten Frequenzbereichen, wobei die Primärnutzung durch Lizenzinhaber nicht gestört werden darf. Seit der ersten Erwähnung von Cognitive radio im Jahr 1999 lag der Fokus auf Frequenz- bzw. spektralen Ressourcen. Allerdings ist dies für die Anforderungen von zukunftsweisenden Funktechnologien nicht ausreichend. Eine Kombination aus der Betrachtung von Frequenz, Raum/Richtung und Zeit ermöglicht eine noch effizientere Nutzung des Funkspektrums. Dabei kommen Technologien wie beispielsweise die Schätzung der Empfangsrichtung und die Interferenzunterdrückung zum Einsatz. In dieser Arbeit werden Methoden des Entwurfs und der Analyse von direktiven Multibandantennen zur Bereitstellung richtungs- und frequenzabhängiger Funktionalitäten vorgestellt. Dies geschieht mit Hilfe orthogonal angeordneter Multibandantennen und mit kompakten Multibandantennenarrays.Die entworfenen Antennen wurden mit Hilfe von Simulationen, Messungen und durch die Emulation von channel-sounder-Messungen analysiert. Als Referenzantennensystem dient eine konzentrische Anordnung aus Monopolantennenarrays und Absorberplatten zwischen den Antennenelementen. Dieses Referenzantennensystem wurde für die Durchführung von Machbarkeitsstudien in Messkampagnen eingesetzt. Mit einem aus neun Elementen bestehenden Array können entsprechend neun Freiheitsgrade erzielt werden. Diese setzen sich aus drei wählbaren Frequenzbändern (GSM 900 MHz, GSM 1800 MHz, und IEEE 802.11b/g) und drei Richtungen pro Frequenzband zusammen. Das Referenzantennensystem ist in der Lage, Frequenzbänder und Signaleinfallsrichtungen mit einem Signal-zu-Interferenz-Verhältnis von 20 dB unter den reflexionsarmen Bedingungen in einer Absorberkammer aufzulösen. Für das Band des GSM 1800 wurde eine Feldmessung in der Umgebung von vier Basisstationen durchgeführt.Das spektrale Sensing erfolgte nach dem Prinzip der Leistungsdetektion. Möglichkeiten zur richtungsselektiven Kommunikation konnten in einer Vielzahl von GSM-Kanälen für ca. 50 % der Beobachtungszeit detektiert werden. Durch die Reduzierung der Zwischenelementabstände konnte eine kompakte Antenne des konzentrischen Antennenarrays konstruiert werden. Dies führt zu einer gegenseitigen Verkopplung der Antennenelemente und damit zu einer Beeinflussung der Stromverteilung und schließlich der Antennenrichtdiagramme. Um diese Effekte zu minimieren, wurde ein multibandfähiges Anpassungs- und Entkopplungsnetzwerk entworfen, welches die Entkopplung und Anpassung der Antennenelemente mit Modenspezifischen Lasten ermöglicht. Die Rekonfigurierbarkeit in jedem Frequenzband wird durch kapazitive Justierung mit Hilfe von Varaktordioden erreicht. Das multibandfähige Anpassungs- und Entkopplungsnetzwerk und das rekonfigurierbare Netzwerk für GSM 900 wurden auf einer Leiterplatte realisiert und im Hinblick auf Entkopplung, Anpassung, und Strahlungsdiagramme der Ports getestet. Die 10 dB-Bandbreite für Anpassung und Entkopplung der statischen Netzwerke ist ca. 30 MHz. Das rekonfigurierbare Netzwerk stellt eine Bandbreite von mehr als 100 MHz bereit, die mit insgesamt 5 Stufen erreicht wird.Die Richtdiagramme waren in verschiedenen Richtungen mit einem Korrelationskoeffizient kleiner als 30 % orthogonal, und in verschiedenen Frequenzbereichen mit einer Korrelation besser als 70 % selbstähnlich. Schließlich wurde das Verhalten von Richtantennen in heterogenen Ausbreitungsszenarien durch Simulation und Emulation untersucht. Dies beinhalteten Kanalmodelle für Simulation von statischen Szenarien und vorhandenen channel-sounder-Messungen zur Emulation der Mobilitätsszenarien. Verschiedene gemessene und analytisch bestimmte Richtdiagramme wurden verwendet, um die Verfügbarkeit von richtungsabhängigen Kommunikationsressourcen für Cognitive radio zu untersuchen.Simulationen mit analytischen Richtdiagrammen von uniform zirkularer Arrays zeigten, dass die Empfangssignalstärke über die Einfallsrichtungen proportional zum Nebenkeulenpegel der direktiven Richtdiagramme ist. Ein Nebenkeulenpegelvon 20 dB eines Antennenarrays mit 6 Elementen wurde als Optimum gefunden. Die richtungsabhängigen Sendemöglichkeiten von ca. 50 % wurden mit einem Sensing-Schwellwert kleiner -120 dB für mobile Szenarien ermittelt. Die Verfügbarkeit richtungsabhängiger Ressourcen ist abhängig von dem Schwellwert des gewählten Algorithmus für das spektrale Sensing. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass sorgfältig konstruierte direktive Antennen die Existenz richtungsabhängiger Ressourcen für Cognitive radio aufspüren können. Anpassungs- und Entkopplungsnetzwerke für kompakte Antennenarrays können mittels kommerziell verfügbaren konzentrierten Bauelementen mit engen Toleranzen hergestellt werden. Die Rekonfigurierbarkeit solcher Netzwerke kann mittels Varaktordioden erreicht werden. Richtungsabhängige Kommunikation ist mit den vorgeschlagenen Antennen sowohl in statischen als auch mobilen Szenarien möglich.

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Popugaev, Alexander E.;
Miniaturisierte Mikrostreifenleitungs-Schaltungen bestehend aus zusammengesetzten Viertelkreisringen. - Erlangen : N & H Verl., 2014. - XII, 153 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2013

Die vorliegende Arbeit beschreibt eine neue Technik der Leiterbahnführung zum effizienten rechnergestützten Entwurf von Schaltungen in Mikrostreifenleitungs-Technologie. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass das Layout der zu realisierenden Schaltung aus Viertelkreisringen zusammengesetzt wird. Als Hilfsmittel dient ein Raster, welches aus ringförmigen Segmenten besteht. Im Vergleich zur konventionellen Ausführung lassen sich unter Anwendung der Methode Mikrostreifenleitungs-Schaltungen mit relativ geringem Aufwand kompakt und ohne merkliche Beeinträchtigung der elektrischen Eigenschaften realisieren, was auch die angeführten Ausführungsbeispiele zeigen. Daraufhin wird der für Simulationen auf Schaltplanebene relevante mathematische Apparat hinsichtlich analytischer Berechnung gekrümmter Mikrostreifenleitungen aus früheren Arbeiten von Jouguet, Lewin, Wolff, Tripathi, Knoppik und Weisshaar übernommen und in Bezug auf aus Viertelkreisringen bestehende Mikrostreifenleitungen weiterentwickelt. Es wird ein neues adäquates Hohlleitermodell mit magnetischen Seitenwänden vorgeschlagen. Demnach weist jedes Hohlleitersegment sowohl die effektiven Radien als auch den effektiven Mittelpunktswinkel auf. Dabei ist die effektive Breite gleich der effektiven Breite der geraden Mikrostreifenleitung gleichen Querschnitts zu wählen. Für die Berechnung des effektiven Mittenradius und des effektiven Mittelpunktswinkels wird eine einfache Beziehung empirisch aufgestellt. Ausgehend von diesem Modell werden die aus dem Stand der Forschung bekannte Störungsrechnung zweiter Ordnung herangezogen und die Relationen bis hin zur sechsten Ordnung hergeleitet, um die Berechnungsgenauigkeit von stark gekrümmten Leitungen zu verbessern. Darüber hinaus erfolgt die Bestimmung einer allgemeinen Form der Differentialgleichung zur Berechnung von Störungen beliebiger Ordnung sowie der direkten Ansätze zu deren Lösung. Die Streuparameter jedes Hohlleitersegments werden gemäß den von Weisshaar hergeleiteten Relationen berechnet. Die Ermittlung der resultierenden Streumatrix erfolgt unter Berücksichtigung jeder Änderung der Krümmungsrichtung nach Gimeno. Das weiterentwickelte mathematische Modell der gekrümmten Mikrostreifenleitung wird durch Simulationen sowie experimentelle Untersuchungen verifiziert.

Ruggaber, Benjamin;
Ortsaufgelöste Bestimmung von colorimetrischen Größen mit einer Hyperspektralkamera, 2014. - VII, 109 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2014

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der ortsaufgelösten Bestimmung colorimetrischer Größen unter Verwendung einer Hyperspektralkamera. Der Schwerpunkt liegt hierbei auf der Bestimmung von Normfarbwertanteilen von einfarbigen- und weißen LEDs. Die Verwendung einer Hyperspektralkamera als Messmittel, zur Bestimmung von Normfarbwertanteilen, setzt zum einen die Kalibrierung der Hyperspektralkamera voraus und zum anderen, dass einem jeweiligen Messergebnis eine Messunsicherheit beigeordnet werden kann. Zum Zeitpunkt der Entstehung der vorliegenden Arbeit, bestehen jedoch keine Richtlinien oder Empfehlungen seitens der Internationalen Beleuchtungskommission (CIE) bezüglich der Vorgehensweise zur Kalibrierung von abbildenden optischen Systemen, zur Ermittlung radiometrischer,photometrischer oder colorimetrischer Größen. Im Rahmen der vorliegenden Arbeit wird daher eine Vorgehensweise zur Kalibrierung der Hyperspektralkamera entwickelt. Bei der Kalibrierung werden insbesondere die Einflussgrößen mit in die Betrachtung einbezogen, welche sich bei einer ortsaufgelösten Bestimmung von Normfarbwertanteilen ergeben. Neben der Durchführung der Kalibrierung der Hyperspektralkamera wird die Eignung der Hyperspektralkamera für die ortsaufgelöste Ermittlung von Normfarbwertanteilen von einfarbigen- und weißen LEDs untersucht. Die Vorgehensweise, zur Angabe der Messunsicherheit, orientiert sich am Guide to the Expression of Uncertainty in Measurement (GUM). Eine Grundforderung des GUM ist es, ein Modell der Auswertung aufzustellen, welches einen Zusammenhang zwischen den Messgrößen und den Einflussgrößen herstellt, welche einen Beitrag zur Messunsicherheit leisten. Diese Modellierung erfolgt in der vorliegenden Arbeit aus Sicht der klassischen Radiometrie. Die im Rahmen dieser Modellierung erkannten Einflussgrößen werden bezüglich ihrer Signifikanz für die Messunsicherheit untersucht. Die notwendigen Schritte zur Ermittlung der Messunsicherheit, bei der Bestimmung von Normfarbwertanteilen, werden anhand der Fortpflanzung von Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen unter Verwendung der Monte-Carlo-Methode aufgezeigt. Die in der vorliegenden Arbeit erzielten Ergebnisse zeigen, dass die vorgeschlagene Vorgehensweise zur Kalibrierung der Hyperspektralkamera als praktikabel betrachtet werden kann. Sowohl die Messergebnisse als auch die Ergebnisse von Simulationen zeigen deutlich, dass die betrachtete Hyperspektralkamera, sowohl für die Messung von einfarbigen- als auch von weißen LEDs, verwendet werden kann.

Gebhardt, Stefan;
Entwurf und Realisierung eines kapazitiven Tomographie-Systems nach dem Dreielektroden-Messprinzip, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: VIII, 158 S., 14,10 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorliegende Dissertation ist ein Beitrag zum Entwurf von ECT-Systemen (engl. Electrical Capacitance Tomography - ECT) in kompakter Bauweise für eine bestimmte Klasse von einfachen industriellen Applikationen. Sie behandelt den erstmaligen Entwurf und Aufbau eines tomographischen Sensorsystems nach dem Dreielektroden-Messprinzip auf Grundlage erarbeiteter Entwurfsrichtlinien. Im Fokus steht hierbei die Rekonstruktion und Positionsbestimmung von dielektrischen Referenzobjekten in einem geschlossenen Detektionsbereich. Trotz des besonderen Schaltungsprinzips, mit dem mehrere Sensorkanäle gleichzeitig mit unterschiedlicher Messempfindlichkeit und geringer Störempfindlichkeit sowie ohne gegenseitige Beeinflussung ausgewertet werden können, wurde das Dreielektrodenprinzip bisher noch nicht für Anwendungen auf dem Gebiet der ECT untersucht. Schwerpunkt der Arbeit sind spezifische Entwurfsregeln für einen im Querschnitt quadratischen und konstruktiv vereinfachten ECT-Sensor, die unter Berücksichtigung der Eigenschaften dieses Messprinzips aus einer systematischen Analyse der Einflüsse verschiedener Sensorparameter, insbesondere auf die Bildqualität, abgeleitet werden können. Durch die Implementierung eines effizienten Rekonstruktionsalgorithmus und eines geeigneten Lokalisierungsalgorithmus werden zudem die Grundvoraussetzungen für Messungen in Echtzeit auch bei begrenzten Rechenressourcen geschaffen. Die Untersuchungen mit der entwickelten Experimentieranordnung bestehend aus einer optimierten Sensoranordnung und einem Auswerteprogramm sowie einer modularen Messelektronik mit Umschaltnetzwerk zeigen, dass sich ein derartiges Sensorsystem generell für die angestrebten Applikationen eignet. Die Leistungsfähigkeit und Anwendungsgrenzen der einzelnen Systemkomponenten sind in der Arbeit ausführlich beschrieben, und es werden die notwendigen Ansätze zur Realisierung echtzeitfähiger Systeme dargelegt. Das Dreielektroden-Messprinzip zeigt sich somit als eine aussichtsreiche Technik für die Entwicklung kompakter und kostengünstig realisierbarer ECT-Sensorsysteme mit einer robusten und leistungsfähigen kapazitiven Messelektronik.

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Song, Bin;
Linear transmit-receive strategies for multi-user MIMO wireless communications, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: 234 S., 2,45 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

Die Notwendigkeit zur Unterdrückung von Interferenzen auf der einen Seite und zur Ausnutzung der durch Mehrfachzugriffsverfahren erzielbaren Gewinne auf der anderen Seite rückte die räumlichen Mehrfachzugriffsverfahren (Space Division Multiple Access, SDMA) in den Fokus der Forschung. Ein Vertreter der räumlichen Mehrfachzugriffsverfahren, die lineare Vorkodierung, fand aufgrund steigender Anzahl an Nutzern und Antennen in heutigen und zukünftigen Mobilkommunikationssystemen besondere Beachtung, da diese Verfahren das Design von Algorithmen zur Vorcodierung vereinfachen. Aus diesem Grund leistet diese Dissertation einen Beitrag zur Entwicklung linearer Sende- und Empfangstechniken für MIMO-Technologie mit mehreren Nutzern.

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Tarasov, Mikhail;
Self-organizing network optimization via placement of additional nodes, 2014. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 147 S., 5,09 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2014
Enth. außerdem: Thesen

Das Hauptforschungsgebiet des Graduiertenkollegs "International Graduate School on Mobile Communication" (GS Mobicom) der Technischen Universität Ilmenau ist die Kommunikation in Katastrophenszenarien. Wegen eines Desasters oder einer Katastrophe können die terrestrischen Elemente der Infrastruktur eines Kommunikationsnetzwerks beschädigt oder komplett zerstört werden. Dennoch spielen verfügbare Kommunikationsnetze eine sehr wichtige Rolle während der Rettungsmaßnahmen, besonders für die Koordinierung der Rettungstruppen und für die Kommunikation zwischen ihren Mitgliedern. Ein solcher Service kann durch ein mobiles Ad-Hoc-Netzwerk (MANET) zur Verfügung gestellt werden. Ein typisches Problem der MANETs ist Netzwerkpartitionierung, welche zur Isolation von verschiedenen Knotengruppen führt. Eine mögliche Lösung dieses Problems ist die Positionierung von zusätzlichen Knoten, welche die Verbindung zwischen den isolierten Partitionen wiederherstellen können. Hauptziele dieser Arbeit sind die Recherche und die Entwicklung von Algorithmen und Methoden zur Positionierung der zusätzlichen Knoten. Der Fokus der Recherche liegt auf Untersuchung der verteilten Algorithmen zur Bestimmung der Positionen für die zusätzlichen Knoten. Die verteilten Algorithmen benutzen nur die Information, welche in einer lokalen Umgebung eines Knotens verfügbar ist, und dadurch entsteht ein selbstorganisierendes System. Jedoch wird das gesamte Netzwerk hier vor allem innerhalb eines ganz speziellen Szenarios - Katastrophenszenario - betrachtet. In einer solchen Situation kann die Information über die Topologie des zu reparierenden Netzwerks im Voraus erfasst werden und soll, natürlich, für die Wiederherstellung mitbenutzt werden. Dank der eventuell verfügbaren zusätzlichen Information können die Positionen für die zusätzlichen Knoten genauer ermittelt werden. Die Arbeit umfasst eine Beschreibung, Implementierungsdetails und eine Evaluierung eines selbstorganisierendes Systems, welche die Netzwerkwiederherstellung in beiden Szenarien ermöglicht.

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Haverkamp, Imke;
Systementwicklung und Optimierung eines hochempfindlichen digitalen Magnetfeldsensors. - Ilmenau : ISLE, 2013. - Online-Ressource (PDF-Datei: VIII, 120 S., 4,20 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2013
Unterschiede zwischen dem gedruckten Dokument und der elektronischen Ressource können nicht ausgeschlossen werden

Hochauflösende mobile Magnetfeldmessungen im unabgeschirmten Erdmagnetfeld stellen hohe Anforderungen an Bandbreite und Dynamikbereich des verwendeten Sensorsystems. Die in Biomedizin und Geoexploration derzeit eingesetzten supraleitendenQuanteninterferometer (DC-SQUID) erreichen eine Auflösung im fT-Bereich, müssen jedoch aufgrund ihrer periodischen Kennlinie mit Hilfe einer Flussregelschleife in ihrem Arbeitspunkt gehalten werden, was zu einer Begrenzung der maximalen Feldänderung und damit der erlaubten Bewegungsgeschwindigkeit führt. Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem alternativen Konzept des Digital-SQUIDs, eines als Flussquantenzähler arbeitenden Magnetfeldsensors, welcher als Delta-Modulator einen theoretisch unbegrenzten Dynamikbereich besitzt. Das von Reich/Ortlepp entwickelte Schaltungskonzept wurde in ein selbst entwickeltes Messsystem eingebettet und unter Zuhilfenahme von Ansätzen aus Systemtheorie und Signalverarbeitung evaluiert. Der Schwerpunkt wurde hierbei auf die Analyse und Optimierung von Linearität und Dynamikbereich unter Berücksichtigung von Rauscheinflüssen und Nichtlinearitäten gelegt. Die Ursachen für die praktische Begrenzung von Auflösung und Dynamikbereich wurden abgeleitet. Des Weiteren wurden die Einflussparameter auf diese Kenngrößen sowie ihre komplexen Wirkzusammenhänge identifiziert und Schlussfolgerungen unter den gegebenen technologischen Rahmenbedingungen gezogen. Der umfangreiche experimentelle Teil der Arbeit bestätigt die erarbeitete Theorie. Aus den gewonnenen Erkenntnissen wurden Entwurfsregeln abgeleitet, welche zur Optimierung des Systems hinsichtlich der geforderten Kenngrößen führen. Darüber hinaus wurden Maßnahmen aufgezeigt und diskutiert, welche für einen Einsatz des Systems im unabgeschirmten Erdmagnetfeld erforderlich sind. Erste Maßnahmen wurden in einem neuen Entwurf bereits implementiert. Das Ergebnis der Arbeit ist ein wichtiger Beitrag zur Überführung des vorliegenden Schaltungskonzepts in ein praktisches hochauflösendes Messsystem zum mobilen Einsatz im Freifeld.

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Song, Nuan;
Ultra wideband communications : from analog to digital, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: XV, 237 S., 8,33 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
Parallel als Druckausg. erschienen

Ultrabreitband-Signale (Ultra Wideband [UWB]) können einen signifikanten Nutzen im Bereich drahtloser Kommunikationssysteme haben. Es sind jedoch noch einige Probleme offen, die durch Systemdesigner und Wissenschaftler gelöst werden müssen. Ein Funknetzsystem mit einer derart großen Bandbreite ist normalerweise auch durch eine große Anzahl an Mehrwegekomponenten mit jeweils verschiedenen Pfadamplituden gekennzeichnet. Daher ist es schwierig, die zeitlich verteilte Energie effektiv zu erfassen. Außerdem ist in vielen Fällen der naheliegende Ansatz, ein kohärenter Empfänger im Sinne eines signalangepassten Filters oder eines Korrelators, nicht unbedingt die beste Wahl. In der vorliegenden Arbeit wird dabei auf die bestehende Problematik und weitere Lösungsmöglichkeiten eingegangen. Im ersten Abschnitt geht es um "Impulse Radio UWB"-Systeme mit niedriger Datenrate. Bei diesen Systemen kommt ein inkohärenter Empfänger zum Einsatz. Inkohärente Signaldetektion stellt insofern einen vielversprechenden Ansatz dar, als das damit aufwandsgünstige und robuste Implementierungen möglich sind. Dies trifft vor allem in Anwendungsfällen wie den von drahtlosen Sensornetzen zu, wo preiswerte Geräte mit langer Batterielaufzeit nötigsind. Dies verringert den für die Kanalschätzung und die Synchronisation nötigen Aufwand, was jedoch auf Kosten der Leistungseffizienz geht und eine erhöhte Störempfindlichkeit gegenüber Interferenz (z.B. Interferenz durch mehrere Nutzer oder schmalbandige Interferenz) zur Folge hat. Um die Bitfehlerrate der oben genannten Verfahren zu bestimmen, wurde zunächst ein inkohärenter Combining-Verlust spezifiziert, welcher auftritt im Gegensatz zu kohärenter Detektion mit Maximum Ratio Multipath Combining. Dieser Verlust hängt von dem Produkt aus der Länge des Integrationsfensters und der Signalbandbreite ab. Um den Verlust durch inkohärentes Combining zu reduzieren und somit die Leistungseffizienz des Empfängers zu steigern, werden verbesserte Combining-Methoden für Mehrwegeempfang vorgeschlagen. Ein analoger Empfänger, bei dem der Hauptteil des Mehrwege-Combinings durch einen Integrate and Dump"-Filter implementiert ist, wird für UWB-Systeme mit Zeit-Hopping gezeigt. Dabei wurde die Einsatzmöglichkeit von dünn besetzten Codes in solchen System diskutiert und bewertet. Des Weiteren wird eine Regel für die Code-Auswahl vorgestellt, welche die Stabilität des Systems gegen Mehrnutzer-Störungen sicherstellt und gleichzeitig den Verlust durch inkohärentes Combining verringert. Danach liegt der Fokus auf digitalen Lösungen bei inkohärenter Demodulation. Im Vergleich zum Analogempfänger besitzt ein Digitalempfänger einen Analog-Digital-Wandler im Zeitbereich gefolgt von einem digitalen Optimalfilter. Der digitale Optimalfilter dekodiert den Mehrfachzugriffscode kohärent und beschränkt das inkohärente Combining auf die empfangenen Mehrwegekomponenten im Digitalbereich. Es kommt ein schneller Analog-Digital-Wandler mit geringer Auflösung zum Einsatz, um einen vertretbaren Energieverbrauch zu gewährleisten. Diese Digitaltechnik macht den Einsatz langer Analogverzögerungen bei differentieller Demodulation unnötig und ermöglicht viele Arten der digitalen Signalverarbeitung. Im Vergleich zur Analogtechnik reduziert sie nicht nur den inkohärenten Combining-Verlust, sonder zeigt auch eine stärkere Resistenz gegenüber Störungen. Dabei werden die Auswirkungen der Auflösung und der Abtastrate der Analog-Digital-Umsetzung analysiert. Die Resultate zeigen, dass die verminderte Effizienz solcher Analog-Digital-Wandler gering ausfällt. Weiterhin zeigt sich, dass im Falle starker Mehrnutzerinterferenz sogar eine Verbesserung der Ergebnisse zu beobachten ist. Die vorgeschlagenen Design-Regeln spezifizieren die Anwendung der Analog-Digital-Wandler und die Auswahl der Systemparameter in Abhängigkeit der verwendeten Mehrfachzugriffscodes und der Modulationsart. Wir zeigen, wie unter Anwendung erweiterter Modulationsverfahren die Leistungseffizienz verbessert werden kann und schlagen ein Verfahren zur Unterdrückung schmalbandiger Störer vor, welches auf Soft Limiting aufbaut. Durch die Untersuchungen und Ergebnissen zeigt sich, dass inkohärente Empfänger in UWB-Kommunikationssystemen mit niedriger Datenrate ein großes Potential aufweisen. Außerdem wird die Auswahl der benutzbaren Bandbreite untersucht, um einen Kompromiss zwischen inkohärentem Combining-Verlust und Stabilität gegenüber langsamen Schwund zu erreichen. Dadurch wurde ein neues Konzept für UWB-Systeme erarbeitet: wahlweise kohärente oder inkohärente Empfänger, welche als UWB-Systeme Frequenz-Hopping nutzen. Der wesentliche Vorteil hiervon liegt darin, dass die Bandbreite im Basisband sich deutlich verringert. Mithin ermöglicht dies einfach zu realisierende digitale Signalverarbeitungstechnik mit kostengünstigen Analog-Digital-Wandlern. Dies stellt eine neue Epoche in der Forschung im Bereich drahtloser Sensorfunknetze dar. Der Schwerpunkt des zweiten Abschnitts stellt adaptiven Signalverarbeitung für hohe Datenraten mit "Direct Sequence"-UWB-Systemen in den Vordergrund. In solchen Systemen entstehen, wegen der großen Anzahl der empfangenen Mehrwegekomponenten, starke Inter- bzw. Intrasymbolinterferenzen. Außerdem kann die Funktionalität des Systems durch Mehrnutzerinterferenz und Schmalbandstörungen deutlich beeinflusst werden. Um sie zu eliminieren, wird die "Widely Linear"-Rangreduzierung benutzt. Dabei verbessert die Rangreduzierungsmethode das Konvergenzverhalten, besonders wenn der gegebene Vektor eine sehr große Anzahl an Abtastwerten beinhaltet (in Folge hoher einer Abtastrate). Zusätzlich kann das System durch die Anwendung der R-linearen Verarbeitung die Statistik zweiter Ordnung des nicht-zirkularen Signals vollständig ausnutzen, was sich in verbesserten Schätzergebnissen widerspiegelt. Allgemein kann die Methode der "Widely Linear"-Rangreduzierung auch in andern Bereichen angewendet werden, z.B. in "Direct Sequence"-Codemultiplexverfahren (DS-CDMA), im MIMO-Bereich, im Global System for Mobile Communications (GSM) und beim Beamforming.

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Großmann, Marcus;
Transmission strategies for broadband wireless systems with MMSE turbo equalization. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2012. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIII, 228 S., 1,66 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2012
Parallel als Druckausg. erschienen

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Entwurf und der Analyse von effizienten Übertragungskonzepten für drahtlose, breitbandige Einträger-Kommunikationssysteme mit iterativer (Turbo-) Entzerrung und Kanaldekodierung. Dies beinhaltet einerseits die Entwicklung von empfängerseitigen Frequenzbereichsentzerrern mit geringer Komplexität basierend auf dem Prinzip der Soft Interference Cancellation Minimum-MeanSquared-Error (SC-MMSE) Filterung und andererseits den Entwurf von senderseitigen Algorithmen, die durch Ausnutzung von Kanalzustandsinformationen die Bandbreiten- und Leistungseffizienz in Ein-und Mehrnutzersystemen mit Mehrfachantennen (sog. Multiple-InputMultiple-Output (MIMO) verbessern. Im ersten Teil dieser Arbeit wird ein allgemeiner Ansatz für Verfahren zur Turbo-Entzerrung nach dem Prinzip der linearen MMSE-Schätzung, der nichtlinearen MMSE-Schätzung sowie der kombinierten MMSE- und Maximum-a-Posteriori (MAP)-Schätzung vorgestellt. In diesem Zusammenhang werden zwei neue Empfängerkonzepte, die eine Steigerung der Leistungsfähigkeit und Verbesserung der Konvergenz in Bezug auf existierende SC-MMSE Turbo-Entzerrer in verschiedenen Kanalumgebungenerzielen, eingeführt. Der erste Empfänger - PDA SC-MMSE - stellt eine Kombination aus dem Probabilistic-Data-Association (PDA) Ansatz und dem bekannten SC-MMSE Entzerrer dar. Im Gegensatz zum SC-MMSE nutzt der PDASC-MMSE eine interne Entscheidungsrückführung, so dass zur Unterdrückung von Interferenzen neben den a priori Informationen der Kanaldekodierungauch weiche Entscheidungen der vorherigen Detektionsschritteberücksichtigt werden. Durch die zusätzlich interne Entscheidungsrückführung erzielt der PDA SC-MMSE einen wesentlichen Gewinn an Performance in räumlich unkorrelierten MIMO-Kanälen gegenüber dem SC-MMSE, ohne dabei die Komplexität des Entzerrers wesentlich zu erhöhen. Der zweite Empfänger - hybrid SC-MMSE - bildet eine Verknüpfung von gruppenbasierter SC-MMSE Frequenzbereichsfilterung und MAP-Detektion.Dieser Empfänger besitzt eine skalierbare Berechnungskomplexität und weist eine hohe Robustheit gegenüber räumlichen Korrelationen in MIMO-Kanälen auf. Die numerischen Ergebnisse von Simulationen basierend auf Messungen mit einem Channel-Sounder in Mehrnutzerkanälen mit starken räumlichen Korrelationen zeigen eindrucksvoll die Überlegenheit des hybriden SC-MMSE-Ansatzes gegenüber dem konventionellen SC-MMSE-basiertem Empfänger. Im zweiten Teil wird der Einfluss von System- und Kanalmodellparametern auf die Konvergenzeigenschaften der vorgestellten iterativen Empfänger mit Hilfe sogenannter Korrelationsdiagramme untersucht. Durch semi-analytischeBerechnungen der Entzerrer- und Kanaldecoder-Korrelationsfunktionen wird eine einfache Berechnungsvorschrift zur Vorhersage der Bitfehlerwahrscheinlichkeit von SC-MMSE und PDA SC-MMSE Turbo Entzerrern für MIMO-Fadingkanäle entwickelt. Des Weiteren werden zwei Fehlerschranken für die Ausfallwahrscheinlichkeit der Empfänger vorgestellt. Die semianalytische Methode und die abgeleiteten Fehlerschranken ermöglichen eine aufwandsgeringe Abschätzung sowie Optimierung der Leistungsfähigkeitdes iterativen Systems.Im dritten und abschließenden Teil werden Strategien zur Raten- undLeistungszuweisung in Kommunikationssystemen mit konventionellen iterativen SC-MMSE Empfängern untersucht. Zunächst wird das Problem der Maximierung der instantanen Summendatenrate unter der Berücksichtigung der Konvergenz des iterativen Empfängers für einen Zweinutzerkanal mit festerLeistungsallokation betrachtet. Mit Hilfe des Flächentheorems von Extrinsic-Information-Transfer (EXIT)-Funktionen wird eine obere Schranke für die erreichbare Ratenregion hergeleitet. Auf Grundlage dieser Schranke wird ein einfacher Algorithmus entwickelt, der für jeden Nutzer aus einer Menge von vorgegebenen Kanalcodes mit verschiedenen Codierraten denjenigen auswählt, der den instantanen Datendurchsatz des Mehrnutzersystems verbessert. Neben der instantanen Ratenzuweisung wird auch ein ausfallbasierter Ansatz zur Ratenzuweisung entwickelt. Hierbei erfolgt die Auswahl der Kanalcodes für die Nutzer unter Berücksichtigung der Einhaltung einer bestimmten Ausfallwahrscheinlichkeit (outage probability) desiterativen Empfängers. Des Weiteren wird ein neues Entwurfskriterium für irreguläre Faltungscodes hergeleitet, das die Ausfallwahrscheinlichkeit von Turbo SC-MMSE Systemen verringert und somit die Zuverlässigkeit der Datenübertragung erhöht. Eine Reihe von Simulationsergebnissen von Kapazitäts- und Durchsatzberechnungen werden vorgestellt, die die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Algorithmen und Optimierungsverfahren in Mehrnutzerkanälen belegen. Abschließend werden außerdem verschiedene Maßnahmen zur Minimierung der Sendeleistung in Einnutzersystemen mit senderseitiger Singular-Value-Decomposition (SVD)-basierter Vorcodierunguntersucht. Es wird gezeigt, dass eine Methode, welche die Leistungspegeldes Senders hinsichtlich der Bitfehlerrate des iterativen Empfängersoptimiert, den konventionellen Verfahren zur Leistungszuweisung überlegen ist.

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Bumberger, Jan;
Evaluation, analysis and optimization of direct-push sensor systems. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Thüringen, 2012. - XX, 109 S.. - (Forschungsberichte aus dem Institut für Informationstechnik ; 14) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2011
ISBN 978-3-936404-59-3

Globale ökologische Fragestellungen bezüglich der Böden und des Grundwassers stellen für die Menschheit eine große Herausforderung dar. Die Erkundung des oberflächennahen Erdkörpers liefert dabei einen wesentlichen Beitrag zur Beantwortung, Bewertung und zum Ableiten von Lösungen wesentlicher Umweltfragstellungen. Zu dessen Erkundung werden moderne Direct-Push Sensorsysteme eingesetzt, die eine schnelle und effiziente in-situ Messung in einem vertikalen Profil erlauben. Für die zukünftige Entwicklung dieser Erkundungstechnologie wird in der vorliegenden Arbeit eine systematische Klassifikation und Beschreibung herausgearbeitet. Zur Bewertung und Optimierung bestehender Sensorsysteme wird ein methodischer Ansatz vorgestellt, welcher auf der Analyse mittels Experimenten auf Labor- und Feldskala und deren mathematischen Modellierung basiert. Diese Methode zur Analyse von Direct-Push Sensorsystemen ist geeignet, um sie in deduktiver Form bei synthetischen Entwicklungen und Implementierungen von physikalischen, chemischen oder biologischen Sensorsystemen anzuwenden. Eine wesentliche Anwendung von Direct-Push Sensorsystemen ist die Erkundung von Kontaminationen in Böden und Grundwasser. Eines dieser Sensorsysteme stellt das Membrane Interface Probe (MIP) Verfahren dar, welches sich bei der Anwendung als nicht zuverlässig herausgestellt hat. Zur Bewertung, Analyse und Optimierung dieses Sensorsystems werden in der vorliegenden Arbeit mit dem methodischen Ansatz zur Analyse die wesentlichsten Einflussparameter und Übertragungsfunktionen dieses Systems ermittelt. Zur Optimierung der Messmethode wird die Kopplung eines mobilen Massenspektrometers als online Detektor vorgeschlagen, um die Interpretation von gemessenen Daten wesentlich zu verbessern.

Kirsten, Dagmar;
Entwicklung, Entwurf und Anwendung von nichtflüchtigen Analogwertspeicherelementen auf Basis von Floating-Gate-Speicherzellen in einer Standardtechnologie. - München : Utz, 2011. - IX, 163 S.. - (Forschungsberichte aus dem Institut für Informationstechnik ; 13) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
ISBN 978-3-8316-4136-9

Die vorliegende Dissertation beschreibt die Entwicklung von nichtflüchtigen Analogwertspeichern zur Anwendung in analogen und Mixed-Signal-Schaltkreisen. Die Basis dieses Entwurfs bilden Floating-Gate-Speicherzellen, wie sie aus digitalen Speicherschaltkreisen bekannt sind. Eine für diese Anwendung geeignete Speicheranordnung wird ausgewählt, die sich durch gute Eigenschaften in Bezug auf Stabilität und Wiederprogrammierbarkeit auszeichnet. Ihre Anpassung an spezielle Anforderungen in Bezug auf Genauigkeit und Stabilität der Speicherung wird beschrieben und eine Ansteuerung der Zelle zur Programmierung mit Analogwerten vorgestellt. Die Eigenschaften des Speicherzellentwurfs werden messtechnisch untersucht, um die Betriebsbedingungen zu bestimmen. Das Alterungsverhalten der Speicherzellen und der Tunneloxide wird betrachtet. Die Stabilität der abgelegten Werte wird dargestellt. Ein Verilog A-Modell zur Simulation des Fowler-Nordheim-Tunnelstroms im Schaltungsentwurf wird extrahiert und im weiteren Entwurfsvorgang angewendet. Die Verfügbarkeit genauer Referenzspannungen mit geringer Temperaturabhängigkeit ist grundlegend im Entwurf analoger Schaltungen, z.B. von Analog-Digital-Wandlern. Übliche Schaltungen auf der Basis von Bandgap-Referenzen stellen einen im Entwurf festgelegten Wert bereit. Spannungsreferenzen auf Basis von Analogwertspeichern erlauben eine Anpassung des Referenzwertes an die jeweiligen Betriebsbedingungen. Der Entwurf von zwei Referenzspannungsquellen auf Basis der in dieser Arbeit entworfenen neuartigen Speicherzellen wird vorgestellt und ihre Eigenschaften miteinander und mit aktuellen Spannungsreferenzen verglichen. Die Untersuchung von Leckströmen durch Oxide oder in Bauelementen stellt ein schwieriges Problem der Messtechnik dar. Auf Basis einer der entworfenen Spannungsreferenzen wird ein neuartiges Verfahren zu Abschätzung von Strömen im Bereich von I = 10^{-18} ... 10^{-12} A vorgestellt. Eine weitere Anwendung finden nichtflüchtige Analogwertspeicherelemente in präzisen Operationsverstärkern. Hier werden ihre Speichereigenschaften in Schaltungen zur Erhöhung der Genauigkeit genutzt, um z.B. die Eingangsoffsetspannung zu reduzieren. Im Unterschied zu vielen bekannten Verfahren muss ein Abgleich unter Nutzung von nichtflüchtigen Speicherzellen nur einmalig, z.B. beim Einschalten des Operationsverstärkers, erfolgen. Er kann wiederholt werden, um eine Anpassung an andere Betriebsbedingungen zu ermöglichen. Der Aufbau und der Entwurfsprozess eines Präzisionsverstärkers mit einer solchen Abgleichstufe werden vorgestellt und die damit erzielten Ergebnisse präsentiert. Der Entwurf der Speicherzellen sowie der Anwendungsschaltungen wurde in einer kommerziell verfügbaren 0,35 mym-CMOS-Standardtechnologie durchgeführt, die über entsprechende Zusatzmodule zum Entwurf von nichtflüchtigen Speicherzellen und Hochvoltschaltkreisen verfügt. Die Umsetzung der Schaltungsprinzipien ist dabei nicht prozessabhängig, sondern kann in andere Technologien übertragen werden.

Evers, Florian;
Prädiktive Middleware-basierte Mobilitätsunterstützung für multikriterielle Handover. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2011. - Online-Ressource (PDF-Datei: XX, 481 S., 16,65 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2011
Enth. außerdem: Thesen

Die vorliegende Dissertation befasst sich mit Mobilitätsunterstützungen für moderne mobile Endgeräte, welche auf das Internet zugreifen sollen. Um die Vielzahl der bereits verfügbaren Lösungen zu klassifizieren, werden Anforderungen definiert, welche sich an "unbedarften Nutzern" orientieren, die ihre Geräte wie gewohnt auch im mobilen Umfeld benutzen möchten. Es stellte sich heraus, dass lediglich die Gruppe der Middleware-basierten Mobilitätsunterstützungen diese Anforderungen erfüllen kann. Da jedoch noch keine der gefundenen Lösungen dazu in der Lage war, wurde die "Roaming-Enabled Architecture" (REACH) entwickelt. REACH tritt mit der Maßgabe an, alle gestellten Anforderungen zu erfüllen. Dazu werden Proxyserver eingesetzt, welche als "Ankerpunkte" fungieren und die Server im Internet vor den negativen Auswirkungen von Mobilitätsereignissen abschotten. Werden mehrere Proxyserver gleichzeitig involviert, kann sogar den negativen Auswirkungen durch das "Dreiecks-Routing" entgegengewirkt werden. Eine große Herausforderung bestand jedoch darin, die Datenströme der nicht modifizierten Anwendungen abzufangen, damit die Sicherungsmechanismen von REACH greifen können. Dazu wird eine Vielzahl an Möglichkeiten diskutiert, wobei ein besonderes Leistungsmerkmal von REACH darin besteht, diese Mechanismen auch in Kombination anbieten zu können. So stellen beispielsweise längerfristige Isolationssituationen keine Probleme mehr für die Anwendungen dar, und es steht erstmalig eine Mobilitätsunterstützung zur Verfügung, welche in solchen Situationen auch die Benutzer mit einbeziehen kann. Weiterhin wird ein prädiktiv arbeitender Handoverentscheider vorgestellt, welcher durch Beobachtung von Signalstärkewerten drahtlos arbeitender Netzzugangstechnologien drohende Abrisse erkennen kann. REACH unterstützt prinzipiell beliebige Netzzugangstechnologien, solange diese einen Zugang zum Internet ermöglichen können, und erlaubt "weichere vertikale Handover" sowie Kanalbündelungsszenarien. So kommen im Demonstrator bereits drahtgebundenes Ethernet, drahtloses arbeitendes WLAN sowie GPRS mittels eines per Bluetooth angebundenen Mobiltelefons zum Einsatz. Der Demonstrator stellt eine praxistaugliche Mobilitätsunterstützung dar, was durch Tests belegt wird und bereits während zahlreicher praktischer Vorführungen einem breit gefächerten Publikum vorgestellt werden konnte.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2011000091

Ebert, Björn;
Noise-induced jitter and decision errors in rapid single flux quantum electronics. - Ilmenau : ISLE, 2011. - VIII, 134 S.. - (Forschungsberichte aus dem Institut für Informationstechnik ; 11) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
ISBN 978-3-938843-59-8

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Charakterisierung und Minimierung des Einflusses von Rauschen auf das elektrische Verhalten nichtlinearer Netzwerke am Beispiel der Einzelflussquantenelektronik (engl. rapid single flux quantum; RSFQ). Als Quantenelektronik mit Schaltenergien unterhalb von einem Attojoule weist die RSFQ Elektronik ein sehr niedriges Signal-Rausch-Verhältnis auf. Durch den Trend hin zu immer niedrigeren Versorgungsspannungen werden solch geringe Signal-Rausch-Verhältnisse in Zunkunft auch in der Halbleiter-Schaltungstechnik auftreten. Der geringe Energieverbrauch für Logikoperationen machen RSFQ-Schaltung zum idealen Kandidaten für Hochleistungsrechner. Hauptgegenstand der Arbeit ist das Studium des Einflusses des thermischen Rauschens auf das Zeit- und Schaltverhalten von Grundelementen der supraleitenden RSFQ-Elektronik. Mit Taktraten jenseits von 100 GHz führen die statistischen Eigenschaften der Signalübertragungszeit, quantifiziert durch Jitter, zu nicht unerheblichen Konsequenzen im Entwurfsprozess. Das Signal-Rausch-Verhältnis beeinflusst maßgeblich das Schaltverhalten, das eng mit der Entscheidungsunschärfe von Komparatoren in Zusammenhang steht. Um ein Verständnis für rauschinduziertes Fehlverhalten zu entwickeln, werden zunächst Möglichkeiten entwickelt, wie man Jitter und Entscheidungsunschärfe quantifizieren kann. Mit Hilfe von Schaltkreissimulationen werden dann anhand von konkreten Schaltungen Entwurfsrichtlinien abgeleitet, die die Auswirkungen des thermischen Rauschens begrenzen. Insbesondere für die Entscheidungsunschärfe von Komparatoren wurden umfangreiche experimentelle Untersuchungen durchgeführt, die die Entwurfsempfehlungen untermauern. Das Wissen über Jitter und Entscheidungsunschärfe wird dann zur Dimensionierung eines Schieberegisters angewandt. Die vorgeschlagene Entwurfsmethodik erfordert lediglich einen Schaltkreissimulator mit der Fähigkeit Rauschen im Zeitbereich zu simulieren. In Verbindung mit den abgeleiteten Entwurfsrichtlinien stellt dies ein Alleinstellungsmerkmal im Vergleich zu vorangegangenen Arbeiten dar. Das wichtigste Ergebnis ist eine neue experimentell verifizierte Komparatortopologie, welche die bisherig verwendete Topologie hinsichtlich ihrer Entscheidungssicherheit überbietet und die möglicherweise von großer Bedeutung für Schaltungen mit Komparatorstrukturen sein wird.

Hong, Aihua;
Propagation measurement based study on relay networks, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 169 S., 6865 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Von der nächsten Generation von Mobilfunksystemen erwartet man eine umfassende Versorgung mit breitbandigen Multimediadiensten. Um die dafür erforderliche flächendeckende Versorgung mit hohen Datenraten zu gewährleisten, können Relay-Netzwerke einen wesentlichen Beitrag liefern. Hierbei werden Netzwerkstationen mit Relay-Funktionalität in zellulare Netzwerke integriert. Diese Dissertation befasst sich mit der Untersuchung Relay-basierter Netzwerke unter Verwendung von Ausbreitungsmessungen. Die Arbeit deckt Fragen zur Kanalmodellierung, Systemevaluierung bis hin zur Systemverifikation ab. Zunächst wird ein auf Funkkanalmessungen beruhendes experimentelles Kanalmodell für Relay-Netzwerke vorgestellt. Im Weiteren werden technische Verfahren für Mehrfachzugriffs-Relay-Netzwerke MARN diskutiert. Die erreichbare Systemleistung wurde unter Verwendung von Rayleigh-Kanälen innerhalb einer Systemsimulation bestimmt und im Anschluss mit realen Kanälen, die sowohl direkt aus Funkkanalmessungen als auch indirekt aus dem bereits erwähnten Kanalmodell abgeleitet wurden, verifiziert. Bisherige Arbeiten zur Modellierung breitbandiger Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Kanäle berücksichtigen nicht oder nur sehr stark vereinfacht die Langzeitkorrelationseigenschaften zwischen den Links und werden damit der vermaschten und räumlich weit verteilten Topologie von Relay-Netzwerken gerecht. In der vorliegenden Dissertation erfolgte daher eine experimentelle Untersuchung zu den Korrelationseigenschaften von Large-Scale-Parametern LSP, die unter Verwendung von Funkkanalmessdaten aus urbanen Umgebungen und aus Innenräumen abgeleitet wurden. Die Ergebnisse hierzu fanden Eingang in das vom WINNER-Projekt entwickelte Kanalmodell. Sie erlauben damit eine realistischere Simulation von Relay-unterstützten Netzen. Einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit stellen technische Verfahren dar, die eine Erhöhung der Systemleistung in MARN mit unbekannter Interferenz UKIF versprechen. Im Einzelnen handelt es sich um die Mehrfachzugriffs-Kodierung MAC - die eine verbesserte Signaltrennung auf der Empfängerseite und eine Erhöhung des Datendurchsatzes erlaubt, den Entwurf eines Relay-Protokolls zur Erhöhung der Systemeffizienz, einen Minimum Mean Square Error (MMSE) Algorithmus zur Unterdrückung unbekannter Interferenzen bei Erhaltung der MAC-Signalstruktur mehrerer Mobilstationen MS, und ein fehlererkennungsbasiertes Signalauswahlverfahren zur Diversitätserhöhung. Die vorgenannten Verfahren werden in einer Systemsimulation zunächst mit Rayleigh-Kanälen evaluiert und demonstrieren die erzielbare theoretische Leistungssteigerung. Die Berücksichtigung realer Funkkanäle innerhalb der Systemsimulation zeigt allerdings, dass die theoretische Systemleistung so in der Realität nicht erreichbar ist. Die Ursache hierfür ist in den idealisierten Annahmen theoretischer Kanäle zu suchen. Für die Entwicklung künftiger Relay-Netzwerke bieten die in dieser Arbeit aufbereiteten Erkenntnisse hinsichtlich der Langzeitkorrelationseigenschaften zwischen den Links einen wertvollen Beitrag für die Abschätzung ihrer Systemleistung auf der Basis eines verbesserten Kanalmodells.

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

Algeier, Vadim;
Blind localization of mobile terminals in urban scenarios. - Ilmenau : ISLE, 2010. - XVII, 167 S. : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
ISBN 978-3-938843-58-1

Im Rahmen dieser Dissertation wurde das Problem der Blinden Lokalisierung von Mobilfunkterminals in städtischen Gebieten untersucht. Lokalisierung von Mobilfunkterminals stellt prinzipiell kein neues Themengebiet dar. Es sind die Randbedingungen, z.B. "blinde Lokalisierung" und "urbanes Gelände", die dieses Thema in eine neuartige und wenig erforschte Aufgabenstellung verwandeln. Als erstes wird daher in der Arbeit eine detaillierte Beschreibung und Klassifikation der vorliegenden Lokalisierungsaufgabe präsentiert. Die Besonderheit des entwickelten Lokalisierungsverfahrens besteht darin, dass es die Mehrwegeausbreitung explizit ausnutzt. Diese Eigenschaft ist in der drahtlosen Kommunikation, beim Radar und vielen anderen funkbasierten Technologien bekannt. Es ist naheliegend, dass die zeitlich-räumliche Struktur des Mobilfunkkanals positionsrelevante Information des Mobilfunkterminals enthält. Diese Information reicht allerdings nicht aus, um eine eindeutige Positionsschätzung des Mobiles zu gewährleisten. Zusätzliche Information über die Geometrie der umliegenden Reflektoren, d.h. ihre Position, Maße, Orientierung, in Kombination mit dem Ray-Tracing-Algorithmus erlauben, den Informationsmangel zu überwinden. Der wichtigste Beitrag dieser Arbeit ist das Framework für Lokalisierung der Mobilfunkterminals. Es stellt eine flexible und adaptive Prozedur bestehend aus zwei Bearbeitungsschritten dar. Im ersten Schritt erfolgt die Berechnung der Likelihood-Funktion, für die zwei Definitionen vorgeschlagen worden sind. Ihre Unterschiede, Vor- und Nachteile in der Anwendung usw. werden anhand synthetischer Daten im Laufe der numerischen Untersuchungen aufgezeigt. Dabei werden die synthetischen Daten mit Hilfe einer eigens dafür entwickelten experimentellen Umgebung generiert. Die eigentliche Positionsschätzung erfolgt im zweiten Bearbeitungschritt des Lokalisierungsframeworks. Es werden Bayessche und Fischersche Formalismen vorgestellt. Dabei wird insbesondere die rekursive Schätzung in den Mittelpunkt gestellt. Sie ermöglicht es, die Information über die Parameter oder Zustände eines dynamischen Systems in Echtzeit zu extrahieren. Somit ist sie für Lokalisierungs- und Trackinganwendungen sehr gut geeignet. Zwei Bayessche rekursive Schätzverfahren wurden implementiert, um das bewegte Mobilfunkterminal zu verfolgen. Es wurde weiterhin eine optionale Vorverarbeitungsprozedur entwickelt, die die Verfolgung von den Parametern der Mehrwegekomponenten über die Zeit beinhaltet. Die bei der blinden Lokalisierung erreichbare Genauigkeit wurde anhand von CRLB analysiert. Anschließend wurde das Framework für Lokalisierung der Mobilfunkterminals an Messdaten verifiziert.

Lewandowska, Agnieszka;
Kontextsensitive Dienste und Informationen für mobile Teilnehmer. - Ilmenau : Univ.-Verl. Ilmenau, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: xvii, 240 S., 6,72 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Die Kommunikation zwischen Menschen basiert auf Sprache (explizite Kommunikation) und auf unmittelbaren Informationen (implizite Kommunikation). Die unbewusste Berücksichtigung von Kontextinformationen während der Kommunikation kann aber vom Computer nicht automatisch umgesetzt werden. Deswegen ist die Interaktion zwischen Mensch und Computer weitaus schwieriger zu realisieren. Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Erfassung, Verarbeitung und Anwendung der Kontextinformationen bei mobilen Benutzern. Dafür werden die Ergebnisse einer Literaturrecherche über Informationssysteme für mobile Teilnehmer und die daraus abgeleiteten Bewertungskriterien für ein kontextsensitives System vorgestellt. Für die Architektur des Informationssystems SFINKS werden Datenverarbeitungsprozesse konzipiert, die eine optimale Informationsanpassung an einen mobilen Benutzer und seinen wechselnden Kontext ermöglichen. Das System kann seinen Benutzern individuell zugeschnittene Informationen und Dienste zu jedem Zeitpunkt und an jedem Ort bereitstellen.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2010000345

Gädicke, Wilfried;
Simulationsbasierte Sprachqualitätsschätzung von Freisprechsystemen, 2010. - Online-Ressource (PDF-Datei: 161 S., 3548 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2010
Parallel als Druckausg. erschienen

Eingeführt wird in das Thema mit einer Darstellung der standardisierten und veröffentlichten Verfahren zur Sprachqualitätsevaluierung. Als Besonderheit wird hierbei auch die Nutzbarkeit von Verfahren aus dem Audiobereich begutachtet. Als Innovation wird ein multimediales Verfahren vorgestellt, das die Vorteile von komparativen und absoluten Verfahren miteinander kombiniert. Dieses Verfahren wurde implementiert und bei umfangreichen Probandentests für den eindimensionalen Anwendungsfall verifiziert. Letztlich werden Betrachtungen zu Evaluierungsdimensionen und qualitätsbeeinflussenden Faktoren angestellt. Auf die Einführung in die subjektiven Verfahren folgt eine Sammlung von Methoden zur objektiven Evaluierung. Es wird ein großer Überblick über alle bei der Sprachqualitätsevaluierung eingesetzten Komponenten gegeben. Einige Realisierungen von objektiven standardisierten oder veröffentlichten Verfahren werden vorgestellt. Als Ausblick werden einige allgemeine Beobachtungen dargestellt, die in den bekannten Verfahren zur Evaluierung der Sprachqualität noch nicht berücksichtigt wurden. Das Kapitel Sprachqualitätsevaluierung im Fahrzeug stellt den Ist-Zustand der Evaluierungsverfahren nach VDA-Spezifikation dar. Ferner wird ein neues Verfahren zur vollständigen Evaluierung von Freisprechsystemen im Labor dargestellt, das auf Impulsantwortmessungen, Prüfständen und einer PC-Simulation basiert. Durch dieses Verfahren verbessern sich Faktoren wie Kosten, Qualität, Komplexität, Reproduzierbarkeit, Entwicklungszeiten und Arbeitsbedingungen. Im vorletzten Kapitel wird die Realisierung eines Sprachqualitätsevaluierungsverfahrens für Freisprechsysteme beschrieben, das auf der Methode der kleinsten Fehlerquadrate und einem Modell aus Gauß'schen Mischverteilungen basiert. Es werden mit dem optimierten Verfahren Korrelationen im Bereich oberhalb von 0.9 erreicht. Diese Korrelationen sind vergleichbar mit denen anderer etablierter Verfahren, mit dem Unterschied, dass diese Verfahren im Wesentlichen nicht für den speziellen Anwendungsfall der Evaluierung von Freisprechsystemen im Fahrzeug konzipiert wurden. Zukünftig ist anzustreben, alle in dieser Dissertation beschriebenen Komponenten zu einem kompletten Hardware-in-the-loop (HiL) zusammenzufügen.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=15917

Henkel, Daniel;
The impact of controlled-mobility helper nodes on the performance of challenged networks. - Aachen : Shaker, 2010. - XIV, 150 S.. - (Berichte aus der Kommunikationstechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2009

Verzögerungs- und unterbrechungstolerante Netzwerke (DTN) sind in den letzten Jahren zu einem vielversprechenden Forschungszweig geworden. In diesen Netzwerken wird Knotenmobilität nicht als Ausnahme oder als nachteilig empfunden, sondern als notwendige Voraussetzung für Datenaustausch zwischen Netzwerkknoten, insbesondere dann, wenn die Mobilität einzelner Knoten direkt gesteuert werden kann, wie es z.B. bei unbemannten Flugzeugen der Fall ist. Diese Eigenschaft ermöglicht in Verbindung mit drahtloser Kommunikation eine gezielte Veränderung der Netzwerktopologie entsprechend des Kommunikationsaufkommens anstatt die Daten über eine ineffiziente Netzwerktopologie schicken zu wollen. Spezielle DTN Protokolle erlauben eine Datenübertragung im Netzwerk selbst unter widrigen Umständen, wie z.B. bei sehr langen Verzögerungen oder sporadischem Kontakt zwischen Netzwerkknoten. Daher kann man neue Kommunikationsmodi definieren, die zwei bestimmte Knoten mit einem Link oder mehrere Knoten im ganzen Netzwerk miteinander verbinden können. Diese Dissertation beschreibt diese neuen Modi, genauer Relaying und Ferrying, optimiert deren Funktionsweise und zeigt, welche Performancesteigerung gegenüber einer direkten drahtlosen Verbindung erzielt werden kann. Es existiert eine Beziehung zwischen den Modi Direkt, Relay und Ferrying in dem Sinne, dass es immer einen Modus gibt, der die beste Performance in einer bestimmten Umgebung aufweist. Der Einsatz der Modi wird von den Umgebungsparametern wie z.B. der Distanz zwischen Knoten, dem Dämpfungsfaktor des drahtlosen Mediums oder allgemeinen Funkparametern beeinflusst. Hierbei kann man eine Steigerung der Netzwerkperformance durch den Einsatz von steuerbaren mobilen Helferknoten erreichen. In zwei von uns betrachteten Relaying Modi, genauer Single und Parallel Relaying, kann die Anzahl der Relais und deren Position bestimmt werden, so dass der Datendurchsatz und die Verzögerung auf einem Link optimiert werden können. Auch der Ferrying Modus bietet durch zwei Strategien die Möglichkeit, die Performance auf einem Link zu erhöhen. Jedoch liegt die eigentliche Stärke des physikalischen Transportes von Datenpaketen darin, mehrere Netzwerkknoten auch dann miteinander verbinden zu können, wenn sie durch sehr lange Strecken oder widrige Umgebungsinterferenz voneinander getrennt sind. Da jedoch die Bewegung einer Ferry im Gegensatz zur schnellen drahtlosen Datenkommunikation sehr langsam ist, spielt die gezielte Planung der Ferry Route eine sehr grosse Rolle. Wir stellen zwei neue Ferry Routen-Planungsalgorithmen vor, welche die durchschnittliche Paketverzögerung minimieren. Speziell durch die Methode des Lernens durch Verstärkung (Reinforcement Learning) kann man Ferry Routen erzeugen, die eine signifikante Verringerung der Paketverzögerung erreichen. Als eine Anwendung des Ferrying Kommunikationsmodus entwerfen und implementieren wir eine Referenzarchitektur für die zuverlässige Datenerfassung in weiträumigen Sensornetzwerken. Dieses System ermöglicht die Übertragung von Sensordaten über sporadisch unterbrochene Netzwerke zu mehreren Erfassungspunkten. Experimente zeigen die korrekte Funktionsweise einer prototypischen Implementierung der Architektur.

Debes, Maik;
Konzeption und Realisierung eines kontextsensitiven Routingverfahrens. - Ilmenau : Universitäts-Verlag Ilmenau, 2009. - 1 Online-Ressource (XV, 215 Seiten)
Technische Universität, Dissertation 2008

Das Angebot von Kommunikations- und Informationsdiensten richtet sich einerseits nach den individuellen Bedürfnissen der Nutzer andererseits aber auch nach den Möglichkeiten der verwendeten Netztechniken. Um einen optimal auf den Nutzer angepassten Dienst bereitstellen zu können, muss dessen Kontext berücksichtigt werden. Ein Dienstzugriff soll dabei möglichst flexibel und unabhängig vom Netz erfolgen. Den mobilen Zugriff auf solche Dienste können Infrastrukturnetze, durch ihre Topologie bedingt, nicht überall bedienen. Mobile Ad-hoc-Netze sind dagegen an keine Infrastruktur gebunden und deshalb sehr flexibel einsetzbar. Durch deren dynamische Topologie ergeben sich jedoch gegenüber den herkömmlichen Netzen auch spezielle Anforderungen an die Routen- und Dienstsuche. Konventionelle Verfahren sind hierbei in der Regel weder nutzbar, noch für einen Einsatz in heterogenen Umgebungen geeignet. Gerade mit der fortschreitenden Konvergenz der Netze ist aber eine netzübergreifende Lösung unumgänglich.Die vorliegende Arbeit befasst sich deshalb mit den Themen Ad-hoc-Netze sowie den hierbei eingesetzten Routingprotokollen und -verfahren. Es werden Möglichkeiten zur Dienstsuche erläutert und gegenübergestellt. Mit den Erkenntnissen daraus wird ein Architekturkonzept entwickelt, das die Dienstsuche sowohl in Ad-hoc- als auch in herkömmlichen Infrastrukturnetzen erlaubt. Die Dienstsuche erfolgt dabei in Verbindung mit einem für diesen Zweck erweiterten Routingverfahren. Warum diese Art einer Dienstsuche auf Netzwerkebene vorteilhaft ist, wird erläutert und begründet. Kernstück der entwickelten Architektur bilden die so genannten Kontextrouter, die eine Dienstsuche unabhängig von der Adresse eines Dienstanbieters unterstützen. Auch der Nutzer benötigt keine Kenntnis über eine solche Adresse. Eine Suche erfolgt lediglich über den Dienst und den zur Verfügung stehenden Informationen über den Kontext des Nutzers. Damit wird ein auf den Nutzer optimal angepasster Dienst ausgewählt. Das Konzept unterstützt die Weiterleitung von Daten zu einem alternativen Server, sofern der ursprüngliche Server ausfällt, und bietet Providern die Möglichkeit, steuernd auf die Dienstsuche und -kommunikation einzuwirken. Das Verifizieren des vorgestellten Konzeptes erfolgt auf Basis praktischer Realisierungen. Das dazu aufgebaute Demonstratornetzwerk dient für eine Reihe von Tests zum Nachweis der Funktionen und der Leistungsfähigkeit der Architektur. Die daraus resultierenden Ergebnisse beweisen, dass das Konzept den gestellten Anforderungen genügen kann.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2008000201

Fuchs-Lautensack, Martin;
Advances in multi-user scheduling and turbo equalization and turbo equalization for wireless MIMO systems. - Ilmenau : ISLE, 2009. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIV, 116 S., 67,57 MB). - (Research reports from the Communications Research Laboratory at Ilmenau University of Technology) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2009
Parallel als Druckausg. erschienen

Nach einer Einleitung behandelt Teil 2 Mehrbenutzer-Scheduling für die Abwärtsstrecke von drahtlosen MIMO Systemen mit einer Sendestation und kanaladaptivem precoding: In jeder Zeit- oder Frequenzressource kann eine andere Nutzergruppe gleichzeitig bedient werden, räumlich getrennt durch unterschiedliche Antennengewichte. Nutzer mit korrelierten Kanälen sollten nicht gleichzeitig bedient werden, da dies die räumliche Trennbarkeit erschwert. Die Summenrate einer Nutzermenge hängt von den Antennengewichten ab, die wiederum von der Nutzerauswahl abhängen. Zur Entkopplung des Problems schlägt diese Arbeit Metriken vor basierend auf einer geschätzten Rate mit ZF precoding. Diese lässt sich mit Hilfe von wiederholten orthogonalen Projektionen abschätzen, wodurch die Berechnung von Antennengewichten beim Scheduling entfällt. Die Ratenschätzung kann basierend auf momentanen Kanalmessungen oder auf gemittelter Kanalkenntnis berechnet werden und es können Datenraten- und Fairness-Kriterien berücksichtig werden. Effiziente Suchalgorithmen werden vorgestellt, die die gesamte Systembandbreite auf einmal bearbeiten können und zur Komplexitätsreduktion die Lösung in Zeit- und Frequenz nachführen können.Teil 3 zeigt wie mehrere Sendestationen koordiniertes Scheduling und kooperative Signalverarbeitung einsetzen können. Mittels orthogonalen Projektionen ist es möglich, Inter-Site Interferenz zu schätzen, ohne Antennengewichte berechnen zu müssen. Durch ein Konzept virtueller Nutzer kann der obige Scheduling-Ansatz auf mehrere Sendestationen und sogar Relays mit SDMA erweitert werden. Auf den benötigten Signalisierungsaufwand wird kurz eingegangen und eine Methode zur Schätzung der Summenrate eines Systems ohne Koordination besprochen. Teil 4 entwickelt Optimierungen für Turbo Entzerrer. Diese Nutzen Signalkorrelation als Quelle von Redundanz. Trotzdem kann eine Kombination mit MIMO precoding sinnvoll sein, da bei Annahme realistischer Fehler in der Kanalkenntnis am Sender keine optimale Interferenzunterdrückung möglich ist. Mit Hilfe von EXIT Charts wird eine neuartige Methode zur adaptiven Nutzung von a-priori-Information zwischen Iterationen entwickelt, die die Konvergenz verbessert. Dabei wird gezeigt, wie man semi-blinde Kanalschätzung im EXIT chart berücksichtigen kann. In Computersimulationen werden alle Verfahren basierend auf 4G-Systemparametern überprüft.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=14052

Streitwolf, Holger;
Untersuchung von Beiträgen zur Messunsicherheit bei Prüfungen der Störfestigkeit gegen gestrahlte Hochfrequenz. - Berlin : Mensch-und-Buch-Verl., 2009. - 98 S. : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss, 2008 u.d.T.: Streitwolf, Holger: Experimentelle Untersuchungen von Beiträgen zur Messunsicherheit bei gestrahlten Störfestigkeitsprüfungen
ISBN 3-86664-581-3

Bei der Untersuchung der gestrahlten Störfestigkeit elektronischer Geräte gegen hochfrequente Störfelder werden in den Prüflaboratorien für die Analyse der Elektromagnetischen Verträglichkeit verschiedene Testumgebungen eingesetzt. Die voneinander unabhängigen Testumgebungen zur Einhaltung gleicher Schutzziele verwenden GTEM-Zellen, Absorberhallen und Modenverwirbelungskammern. Ringvergleiche mit Referenzprüfkörpern in verschiedenen Laboratorien haben ergeben, dass die Prüflingsbelastungen in den Umgebungen eine breite Streuung und damit verbundene Unsicherheiten aufweisen können. In der vorliegenden Arbeit werden Methoden zur Charakterisierung des Verhaltens von Prüfkörpern in den Feldtestumgebungen und der Unterschiede zwischen den Feldtestumgebungen vorgestellt. Als Grundlage zur Untersuchung der auftretenden Unsicherheiten dient ein Prüfkörper mit repräsentativen Eigenschaften, wie hochfrequenzsensiblen Koppelstrukturen und einer genügend starken Rückwirkung auf das Störfeld. Dieser als Referenz für derartige Untersuchungen einsetzbare Prüfkörper liefert unter Anwendung eines schnellen Analyseverfahrens im Gegensatz zu üblichen Testobjekten zur Auswertung ein quantifizierbares von der Störfeldstärke und der Frequenz abhängiges Messsignal. Die Datenübertragung der gemessenen Prüflingsbelastung erfolgt störfrei über eine optoelektronische Signalstrecke. Damit werden sowohl Einflüsse, wie Prüfkörpergröße und -terminierung, Anzahl der Orientierungen, Positionierung und Systemreproduzierbarkeit als auch der Einfluss der Unterschiede zwischen den einzelnen Feldtestumgebungen auf die Messunsicherheit experimentell bis 3,4 GHz untersucht und exemplarisch ein Budget für die Messperipherie an einer GTEM-Zelle hergeleitet. Es wird untersucht, in wieweit sich numerische, auf der Momentenmethode basierende, Feldsimulationen des einfach strukturierten Prüfkörpers im Freiraum als ideal betrachteter Feldtestumgebung durch reale Messungen in einer Testumgebung mit hinreichender Reflexionsdämpfung verifizieren lassen. Unter Berücksichtigung einer geeigneten Modellierung der realen Messumgebung lassen sich Prognosen für ein erwartetes Verhalten in der Praxis aufstellen. Diese experimentelle Arbeit leistet einen Beitrag zur frequenzabhängigen Charakterisierung und objektiven Vergleichbarkeit von Testumgebungen zur Analyse der gestrahlten Störfestigkeit hochfrequenzsensibler Prüfkörper bei Einhaltung gleicher Schutzziele. Der in diesem Rahmen entwickelte Prüfkörper ermöglicht sowohl qualitative und quantitative Bewertungen der Unterschiede zwischen den angewendeten Testumgebungen als auch Aussagen über Einflussfaktoren auf die Messunsicherheit zu treffen. Er kann als Standard für weitere Untersuchungen an Prüfumgebungen für die Störfestigkeit von gestrahlten Größen eingesetzt werden.

Landmann, Markus;
Limitations of experimental channel characterisation, 2008. - Online-Ressource (PDF-Datei: 274 S., 15,6 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2008
Enth. außerdem: Thesen

In dieser Dissertation wird die Experimentelle Kanalcharakterisierung und deren Grenzen in realenAusbreitungsumgebungen untersucht. Dies beinhaltet die Aufzeichnung der mehrdimensionalenbreitbandigen Kanalmatrix mit einem Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Channel-Sounderunter Verwendung von Antennenarrays auf der Sende- und Empfangsseite. Um den Funkkanalmit Hilfe der Parameter Sendewinkel (DoD), Empfangswinkel (DoA), Laufzeit (TDoA) und denkomplexen polarimetrischen Pfadgewichten zu charakterisieren, werden hochauflösende Parameterschätzverfahrenverwendet. Die Genauigkeit dieser Parameterschätzergebnisse in &hardcy;realen Messumgebungenwird durch eine Vielzahl von Fehlerquellen begrenzt. Diese Genauigkeitsgrenzen derParameterschätzung werden anhand zahlreicher Simulationen und Messungen analysiert. Fehlerquellenim gesamten Verarbeitungsablauf werden untersucht.Dazu gehören die Einschränkungendurch das Messsystem, systematische Fehler bei der Kalibrierung praktischer Antennenarrays sowieUnzulänglichkeiten des Funkkanalmodells des hochauflösenden Parameterschätzers. Darüber hinauswerden die Auswirkungen der Parametrierung bzw. Ableitung geometrisch basierter Kanalmodelleauf der Grundlage von Parameterschätzergebnissen mit begrenzter Genauigkeit aufgezeigt.Mit Messungen in typischen Ausbreitungsumgebungen kann der Funkkanal immer nur in Abhängigkeitder Messantennen beschrieben werden. Als Ziel wird jedoch eine antennenunabhängige Beschreibungdes Funkkanals angestrebt. Daher ist es notwendig, die Sende- und Empfangswinkel derspekularen Ausbreitungspfade mittels hochauflösender Parameterschätzverfahren zu bestimmen.Der gradientenbasierte Maximum Likelihood (ML) Parameterschätzer RIMAX, auf dem diese Arbeitaufbaut, verwendet ein Datenmodell, das den Funkkanal und das Messsystem inklusive derAntennenarrays beschreibt. Im Gegensatz zu anderen ML-Parameterschätzern wird ein Funkanalmodellangewendet, welches spekulare Reflektionen und verteilte diffuse Streuungen berücksichtigt.Für die Modellierung des Messsystems wird ein effizientes und exaktes Modell der gemessenenpolarimetrischen Richtcharakteristika benötigt. Das hier vorgeschlagene Modell, die so genannteEffective Aperture Distribution Function (EADF), beschreibt die Antennenrichtcharakteristikaanalytisch und basiert im Wesentlichen auf der zweidimensionalen (2D) Fouriertransformation derperiodischen Richtcharakteristika. Im Gegensatz zu anderen Verfahren können auf der Grundlageder EADF die Antennencharakteristika und ihre Ableitungen mit geringem Aufwand und hoherGenauigkeit berechnet werden. Für eine exakte Messung der Richtcharakteristika eines Antennenarrayswird ein vollpolarimetrisches 2D-Kalibrierverfahren vorgeschlagen. Mit diesem Verfahrenwird der komplette Messaufbau kalibriert. Dazu gehören der MIMO Channel-Sounder, die dualpolarisierte Referenzhornantenne und alle Hochfrequenzkomponenten außer dem zu untersuchendenAntennenarray. Im Zusammenhang mit der Arraykalibrierung wird ein gradientenbasierterML-Parameterschätzer entwickelt, mit dem eine bei der Kalibriermessung auftretende Phasenabweichungkorrigiert wird.Des Weiteren wird ein leistungsstarkes Verfahren zur Bewertung praktischer Antennenarrays auf derBasis der EADFs gemessener Richtcharakteristika vorgeschlagen. Die Cramér-Rao-Schranken der Winkelparameter in Abhängigkeit des Signal-Rausch-Verhältnisses werden mit dem EADF-Modellanalytisch berechnet. Der Vorteil des EADF-Modells besteht darin, dass die Richtcharakteristikaeines realen Antennenarrays unter Einbeziehung aller störenden Einflussgrößen beschrieben werden.Das vorgeschlagene Bewertungsverfahren wird anhand von Messungen im Antennenmessraum verifiziert.Das Modell des Messsystems inklusive der Antennenarrays,welches für die Parameterschätzungverwendet wird, kann das reale System nur begrenzt beschreiben. Es wurden Schätzergebnisse vonzahlreichen Messungen analysiert. Hierbei musste festgestellt werden, dass Fehler bei der Modellierungzu teilweise unglaubwürdigen Schätzergebnissen führen. Genauer untersucht werden Fehlerin Bezug auf die Antennenarrays und das Messsystem.Erstere werden hervorgerufen durchsystematische Fehler bei der Arraykalibrierung und durch die Verwendung unvollständiger Datenmodelle(z.B. Nichtberücksichtigung der polarimetrischen Eigenschaften der Antennen). Letztereentstehen einerseits durch Phasenrauschen und andererseits durch ungeeignete Kalibrierung. Eswird nachgewiesen, dass die Verwendung ungenauer Modelle zur Schätzung von Artefakten führt.Diese Schätzfehler äußern sich in Abweichungen und/oder in einer künstlichen Aufspreizung derWinkelschätzungen der spekularen Anteile. Es werden geeignete Methoden vorgeschlagen, um dieAuswirkungen von Modellfehlern weitestgehend zu vermeiden bzw. zu korrigieren. Betont werdenmuss jedoch, dass einige Fehler unvermeidbar sind.Die Auswirkungen aller unvermeidbaren Fehler auf die Experimentelle Kanalcharakterisierung inkomplexen Ausbreitungsumgebungen werden im letzten Teil dieser Arbeit dargestellt. Es wird gezeigt,unter welchen Bedingungen die geschätzten spekularen Anteile sowie die geschätzten verteiltendiffusen Streuanteile glaubwürdig und physikalisch relevant sind. Die Untersuchungen basieren auf &hardcy;realistischen Simulationen des Funkkanals (Ray-Tracing) und auf Messungen. Diese Synthesegarantiert Glaubwürdigkeit und Aussagefähigkeit der in der Arbeit gewonnenen Ergebnisse.Die Resultate dieser Dissertation sind speziell für Wissenschaftler auf dem Gebiet der Parameterschätzungsowie Funkkanalmodellierung von Interesse und können wie folgt zusammengefasstwerden: die Entwicklung eines Modells zur exakten und effizienten Beschreibung der Richtcharakteristikavon Antennenarrays,ein Verfahren zur Bewertung praktischer Antennenarrays, die Sensibilisierung für Modellfehler und deren Auswirkungen auf die Parameterschätzergebnisseund die Bestimmung der Grenzen Experimenteller Kanalcharakterisierung unter Berücksichtigungaller unvermeidbarer Fehlerquellen.

http://www.db-thueringen.de/servlets/DocumentServlet?id=11693

Kuilekov, Milko;
Magnetic field tomography on electrically conducting fluids. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Thüringen, 2008. - VII, 117 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2008
Literaturverz. S. 109 - 116

Die vorliegende Arbeit behandelt die Loesung eines inversen elektromagnetischen Feldproblems, das bei der Rekonstruktion der Grenzflaeche zwischen zwei elektrisch leitfaehigen Fluiden, die von einem elektrischen Strom durchflossen werden, mit Hilfe von externen Magnetfeldmessungen auftritt. Ein praktischer Bezug fuer derartige Identifikationsproblem findet sich vor allem in der elektromagnetischen Materialverarbeitung (Aluminiumreduktion, Stahlgiessen, Glasschmelzen, etc.). In vielen Faellen besteht ein grosser Bedarf an kontaktfreien Ueberwachungsmoeglichkeiten fuer Grenzflaechenbewegungen. Das hier vorgestellte Identifikationsverfahren basiert auf dem Prinzip der Magnetfeldtomographie, das bereits im Bioelektromagnetismus erfolgreich genutzt wird. Im Unterschied dazu ist im vorliegenden Fall fuer die zu rekonstruierende Grenzflaeche eine mathematische Beschreibung verfuegbar. Eine weitere, aehnlich gelagerte Aufgabenstellung ist die elektrische Impedanztomographie, bei der versucht wird, aus der Potentialverteilung an der Oberflaeche des Untersuchungsobjektes auf das eitfaehigkeitsprofil im Innern zu schliessen. Dieses Verfahren, das kuerzlich auch fuer eine Grenzflaechenrekonstruktion in einer magnetofluiddynamischen Anwendung benutzt wurde, hat jedoch entscheidende Nachteile, wenn es unter den oft schwierigen technischen Umgebungsbedingungen eingesetzt werden soll. Die Magnetfeldtomographie (MFT) dagegen ist ein kontaktloses Verfahren, das zudem Magnetfelder nutzt, die viele Materialien weitgehend ungedaempft durchdringen. Bisher sind fuer die Ueberwachung von Fluessigkeitsstroemungen oder in der Materialverarbeitung noch keine MFT-Anwendungen bekannt geworden. In der Arbeit wird eine zylindrische Modellzelle betrachtet, die zwei nicht mischbare, elektrisch leitfaehige Fluide enthaelt, die von einem elektrischen Strom durchflossen werden. Wird dieses System durch mechanische Anregung in Zylinderlaengsrichtung in Schwingung versetzt, so bilden sich, abhaengig von der Anregungsfrequenz,verschiedene stabile Oszillationen der Grenzflaeche aus. Diese Eigenmoden fuehren zu Veraenderungen in der Magnetfeldverteilung, die ausserhalb der Zelle gemessen werden koennen. Die Rekonstruktion der Grenzflaechendeformation anhand externer Magnetfeldmessungen stellt ein inverses elektromagnetisches Feldproblem dar.

Del Galdo, Giovanni;
Geometry-based channel modelling for multi-user MIMO systems and applications. - Ilmenau : ISLE, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: XIX, 274 S., 13,96 MB). - (Research reports from the Communications Reseach Laboratory at Ilmenau University of Technology) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
ISBN 978-3-938843-27-7
Parallel als Druckausg. erschienen

Im Rahmen dieser Dissertation wird die Kanalmodellierung von zeitvarianten, frequenzselektiven Mehrnutzer Multiple Input Multiple Output (MIMO) Kanälen für die Funkübertragung behandelt. Durch eine Erweiterung der Bello Funktionen mit Hilfe von Tensoren wird die multidimensionale Dispersion des Funkkanals dargestellt. Es werden einige der wichtigsten Ansätze zur Kanalmodellierung vorgestellt und klassifiziert. Für geometrische Kanalmodelle ist es entscheidend die Richtcharakteristika der Antennen im Fernfeld genau und effizient zu beschreiben. Zu diesem Zweck wird ein neues Beschreibungsverfahren entwickelt, das auf der Discrete Vector Spherical Fourier Transform (DVSFT) basiert. Dadurch ist es möglich, eine höhere Genauigkeit bei der Beschreibung von komplexen Vektorfunktionen auf der Kugel zu erreichen. Die vorgeschlagene Methode führt zu neuen Anwendungsmöglichkeiten. Der Schwerpunkt dieser Dissertation ist IlmProp: ein Geometrie-basiertes Framework zur Kanalmodellierung. Es füllt die Lücke zwischen konventionellen direktionalen Kanalmodellen und so genannten "Ray-Tracer"Kanalmodellen. IlmProp ermöglicht es gleichzeitig mehrere Nutzer in der selben Umgebung zu simulieren. Mehrwege-Komponenten werden an Hand von punktförmigen Wechselwirkungsobjekten, so genannten Interacting Objects (IOs), modelliert. Dadurch wird die zeitliche Variation der Korrelation in Zeit, Frequenz, Raum und zwischen den Nutzern realitätsnah modelliert. Die Parameter des IlmProp Kanalmodells können willkürlich gesetzt oder aus hochauflösenden Parameterschatzverfahren gewonnen werden. Im ersten Fall kann IlmProp dazu genutzt werden, verschiedene Sende, Empfangs und SchedulingAlgorithmen zu testen. Um aus hochauflosenden Parameterschatzungen die IlmPropParameter zu gewinnen, wurde ein neuartiger Algorithmus entwickelt, der die IOs aus Einfalls- und Austritts-winkel und der Ausbreitungszeit lokalisiert.Dies macht IlmProp zu einem leistungsfähigen Visualisierungswerkzeug, um Kanalmessungen zu validieren und um die Ausbreitungsbedingung des Szenarios zu untersuchen. Im weiteren Verlauf der Arbeit wird das so genannte Measurement-Based Parametric Channel Model (MBPCM), verbessert. Es ermöglicht durch eine antennenunabhängige, doppelt-direktionale Kanalbeschreibung, aus vorhandenen Kanalmessungen zusätzliche realitätsnahe, synthetische Kanalrealisierungen zu erzeugen.

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Stankoviâc, Veljko;
Multi-user MIMO wireless communications, 2007. - Online-Ressource (PDF-Datei: 146 S., 1311 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2007
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Mehrantennensysteme sind auf Grund der erhöhten Bandbreiteneffizienz und Leistung eine Schlüsselkomponente von Mobilfunksystemen der Zukunft. Diese ermöglichen das gleichzeitige Senden von mehreren, räumlich getrennten Datenströmen zu verschiedenen Nutzern. Die zentrale Fragestellung in der Praxis ist, ob der ursprünglich vorausgesagte Kapazitätsgewinn in realistischen Szenarios erreicht wird und welche spezifischen Gewinne durch zusätzliche Antennen und das Ausnutzen von Kanalkenntnis am Sender und Empfänger erzielt werden, was andererseits einen Zuwachs an Overhead oder nötiger Rechenleistung bedeutet.In dieser Arbeit werden neue lineare und nicht-lineare MU-MIMO Precoding-Verfahren vorgestellt. Der verfolgte Ansatz zur Bestimmung der Precoding-Matrizen ist allgemein anwendbar und die entstandenen Algorithmen können zur Optimierung von verschiedenen Kriterien mit beliebig vielen Antennen an der Mobilstation eingesetzt werden. Das wurde durch die Berechnung der Precoding-Matrix in zwei Schritten erreicht. Im ersten Schritt wird die Überschneidung der Zeilenräume minimiert, die durch die effektiven Kanalmatrizen verschiedener Nutzer aufgespannt werden. Basierend auf mehreren parallelen Einzelnutzer-MIMO-Kanälen wird im zweiten Schritt die Systemperformanz bezüglich bestimmter Kriterien optimiert.Aus der gängigen Literatur ist bereits bekannt, dass für Nutzer mit nur einer Antenne das MMSE Kriterium beim precoding optimal aber nicht bei Nutzern mit mehreren Antennen. Deshalb werden in dieser Arbeit zwei neue Mehrnutzer MIMO Strategien vorgestellt, die vom MSE Kriterium abgeleitet sind, nämlich sukzessives MMSE und RBD. Bei der sukzessiven Verarbeitung mit einer entsprechenden Anpassung der Sendeleistungsverteilung kann die volle Diversität des Systems ausgeschöpft werden. Die Kapazität nähert sich dabei der maximalen Summenrate des Systems an. Bei gemeinsamer Verarbeitung der MIMO Kanäle wird unabhängig vom Grad der Mehrnutzerinterferenz die maximale Diversität erreicht.Die genannten Techniken setzen entweder eine aktuelle oder eine über einen längeren Zeitraum gemittelte Kanalkenntnis vorraus. Aus diesem Grund müssen die Auswirkungen von Kanal-Schätzfehlern und Einflüsse des Transceiver Front-Ends auf die Verfahren näher untersucht werden.Für eine weitergehende Abschätzung der Mehrantennensysteme muss die Performanz des Gesamtsystems untersucht werden, da viele Einflüsse auf die räumliche Signalverarbeitung bei Betrachtung eines einzelnen Links nicht erkennbar sind. Es wurde gezeigt, dass mit MIMO Precoding Strategien ein Vielfaches der Datenrate eines Systems mit nur einer Antenne erzielt werden kann, während der Overhead durch Pilotsymbole und Steuersignale nur geringfügig zunimmt.

http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2007000068

Yakimchuk, Vera;
Entwicklung einer intelligenten computergestützten Lernumgebung für die elektrotechnische Grundlagenausbildung, 2006. - Online-Ressource (PDF-Datei: 146 S., 1581 KB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2006
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Im Rahmen der vorliegenden Arbeit werden Ansätze vorgestellt, die zur Entwicklung einer computergestützten Lernumgebung für ein explorierendes Lernen am Fachgebiet Grundlagen der Elektrotechnik (GET) beitragen und sich als Weiterentwicklung der Forschungen des Fachgebietes in Richtungen multimedialer und intelligenter Lernumgebungen einordnen lassen. Konzeption und Implementierung interaktiver Lernmodule für die GET-Domäne, Einsatz von Ingenieurwerkzeugen in der GET-Lehre, sowie Konzeption und prototypische Implementierung einer wissensbasierten Problemlöseumgebung für GET sind die Aufgabenstellungen dieser Arbeit. Da in virtuellen (computerbasierten) Lernumgebungen für individualisiertes Lernen das Lernen in erster Linie die kognitive Auseinandersetzung des Lernenden mit dem zu lernendem Inhalt (dem Lernobjekt) bedeutet, wird Interaktivität der Lernobjekte zu einem der entscheidenden Qualitätskriterien des Lernens und der Lernumgebungen. Die webbasierte Lernumgebung GETsoft bietet den Lehrenden viele multimediale Komponenten für das Zusammenstellen ihrer Vorlesungen und Übungen. Interaktive Experimente und Aufgaben mit Möglichkeiten zur Selbstkontrolle ermöglichen den Studierenden eine aktive Verarbeitung des Lehrstoffes. Der in der Forschungsgruppe von Prof. C. Möbus (OFFIS, Oldenburg) entwickelte IPSE-Ansatz wurde auf der neuen für den Ansatz Domäne der Grundlagen der Elektrotechnik und für die neuen Aufgabenarten (Formelnanalyse, Lösungsentwurfskontrolle, Schaltungsanalyse) umgesetzt. Die Konzeption der Problemlöseumgebung mileET aus der GET-Sicht und einige Teile der implementierten wissensbasierten Komponente werden in der Arbeit betrachtet. MileET ist eine innovative Art der Lernerunterstützung auf dem GET Gebiet. Das Programm ermöglicht den Lernenden aktives, selbständiges Lernen durch Aufgabenlösen mit und in dem Programm. Studierende haben die Möglichkeit verschiedene Lösungsentwürfe zu verschiedenen Aufgaben zu den Themenfeldern Methoden der Netzwerkberechnung zusammen zu stellen und vom Programm testen zu lassen. Die implementierte wissensbasierte Komponente, eine spezielle Art des Expertensystems, besitzt die Fähigkeit die Aufgaben symbolisch zu lösen, so dass eine flexible und dynamische Lösungserzeugung unter Berücksichtigung der Benutzereingaben stattfindet und eine adaptive Rückmeldung über den Lösungsentwurf sowie eine adaptive Vervollständigung einer unvollständigen Benutzerlösung erfolgen. Den Lehrenden bietet das Programm die Möglichkeit verschiedene (neue) Aufgaben einfach zu erstellen und die Korrekturarbeit dem Programm zu überlassen. Die Überlegungen zur Weiterentwicklung der intelligenten Lernumgebung GETsoft sind schließen die Arbeit ab.

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Richter, Andreas;
Estimation of radio channel parameters : models and algorithms, 2005. - XVI, 194 S = 6,12 MB : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2005
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Diese Dissertation behandelt die Schätzung der Modellparameter einer Momentanaufnahme des Mobilfunkkanals. Das besondere Augenmerk liegt zum einen auf der Entwicklung eines generischen Datenmodells für den gemessenen Funkkanal, welches für die hochauflösende Parameterschätzung geeignet ist. Der zweite Schwerpunkt dieser Arbeit ist die Entwicklung eines robusten Parameterschätzers für die Bestimmung der Parameter des entworfenen Modells aus Funkkanalmessdaten. Entsprechend dieser logischen Abfolge ist auch der Aufbau dieser Arbeit.Im ersten Teil wird ausgehend von einem aus der Literatur bekannten strahlenoptischen Modell eine algebraisch handhabbare Darstellung von beobachteten Wellenausbreitungspfaden entwickelt. Das mathematische Modell erlaubt die Beschreibung von SISO (single-input-single-output)-Übertragungssystemen, also von Systemen mit einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne, als auch die Beschreibung von solchen Systemen mit mehreren Sende- und/oder Empfangsantennen. Diese Systeme werden im Allgemeinen auch als SIMO- (single-input-multiple-output), MISO- (multiple-input-single-output) oder MIMO-Systeme (multiple-input-multiple-output) bezeichnet. Im Gegensatz zu bekannten Konzepten enthält das entwickelte Modell keine Restriktionen bezüglich der modellierbaren Antennenarrayarchitekturen. Dies ist besonders wichtig in Hinblick auf die möglichst vollständige Erfassung der räumlichen Struktur des Funkkanals. Die Flexibilität des Modells ist eine Grundvoraussetzung für die optimale Anpassung der Antennenstruktur an die Messaufgabe. Eine solche angepasste Antennenarraystruktur ist zum Beispiel eine zylindrische Anordnung von Antennenelementen. Sie ist gut geeignet für die Erfassung der räumlichen Struktur des Funkkanals (Azimut und Elevation) in so genannten Outdoor-Funkszenarien. Weiterhin wird im ersten Teil eine neue Komponente des Funkkanaldatenmodells eingeführt, welche den Beitrag verteilter (diffuser) Streuungen zur Funkübertragung beschreibt. Die neue Modellkomponente spielt eine Schlüsselrolle bei der Entwicklung eines robusten Parameterschätzers im Hauptteil dieser Arbeit. Die fehlende Modellierung der verteilten Streuungen ist eine der Hauptursachen für die begrenzte Anwendbarkeit und die oft kritisierte fehlende Robustheit von hochauflösenden Funkkanalparameterschätzern, die in der Literatur etabliert sind. Das neue Datenmodell beschreibt die so genannten dominanten Ausbreitungspfade durch eine deterministische Abbildung der Pfadparameter auf den gemessenen Funkkanal. Der Beitrag der verteilten Streuungen wird mit Hilfe eines zirkularen mittelwertfreien Gaußschen Prozesses beschrieben. Die Modellparameter der verteilten Streuungen beschreiben dabei die Kovarianzmatrix dieses Prozesses. Basierend auf dem entwickelten Datenmodell wird im Anschluss kurz über aktuelle Konzepte für Funkkanalmessgeräte, so genannte Channel-Sounder, diskutiert. Im zweiten Teil dieser Arbeit werden in erster Linie Ausdrücke zur Bestimmung der erzielbaren Messgenauigkeit eines Channel-Sounders abgeleitet. Zu diesem Zweck wird die untere Schranke für die Varianz der geschätzten Modellparameter, das heißt der Messwerte, bestimmt. Als Grundlage für die Varianzabschätzung wird das aus der Parameterschätztheorie bekannte Konzept der Cramér-Rao-Schranke angewandt. Im Rahmen der Ableitung der Cramér-Rao-Schranke werden außerdem wichtige Gesichtspunkte für die Entwicklung eines effizienten Parameterschätzers diskutiert. Im dritten Teil der Arbeit wird ein Schätzer für die Bestimmung der Ausbreitungspfadparameter nach dem Maximum-Likelihood-Prinzip entworfen. Nach einer kurzen Übersicht über existierende Konzepte zur hochauflösenden Funkkanalparameterschätzung wird die vorliegende Schätzaufgabe analysiert und in Hinsicht ihres Typs klassifiziert. Unter der Voraussetzung, dass die Parameter der verteilten Streuungen bekannt sind, lässt sich zeigen, daß sich die Schätzung der Parameter der Ausbreitungspfade als ein nichtlineares gewichtetes kleinstes Fehlerquadratproblem auffassen lässt. Basierend auf dieser Erkenntnis wird ein generischer Algorithmus zur Bestimmung einer globalen Startlösung für die Parameter eines Ausbreitungspfades vorgeschlagen. Hierbei wird von dem Konzept der Structure-Least-Squares (SLS)-Probleme Gebrauch gemacht, um die Komplexität des Schätzproblems zu reduzieren. Im folgenden Teil dieses Abschnitts wird basierend auf aus der Literatur bekannten robusten numerischen Algorithmen ein Schätzer zur genauen Bestimmung der Ausbreitungspfadparameter abgeleitet. Im letzten Teil dieses Abschnitts wird die Anwendung unterraumbasierter Schätzer zur Bestimmung der Ausbreitungspfadparameter diskutiert. Es wird ein speichereffizienter Algorithmus zur Signalraumschätzung entwickelt. Dieser Algorithmus ist eine Grundvoraussetzung für die Anwendung von mehrdimensionalen Parameterschätzern wie zum Beispiel des R-D unitary ESPRIT (Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Techniques) zur Bestimmung von Funkkanalparametern aus MIMO-Funkkanalmessungen. Traditionelle Verfahren zur Signalraumschätzung sind hier im Allgemeinen nicht anwendbar, da sie einen zu großen Speicheraufwand erfordern. Außerdem wird in diesem Teil gezeigt, dass ESPRIT-Algorithmen auch zur Parameterschätzung von Daten mit so genannter versteckter Rotations-Invarianzstruktur eingesetzt werden können. Als Beispiel wird ein ESPRIT-basierter Algorithmus zur Richtungsschätzung in Verbindung mit multibeam-Antennenarrays (CUBA) abgeleitet. Im letzten Teil dieser Arbeit wird ein Maximum-Likelihood-Schätzer für die neue Komponente des Funkkanals, welche die verteilten Streuungen beschreibt, entworfen. Ausgehend vom Konzept des iterativen Maximum-Likelihood-Schätzers wird ein Algorithmus entwickelt, der hinreichend geringe numerische Komplexität besitzt, so dass er praktisch anwendbar ist. In erster Linie wird dabei von der Toeplitzstruktur der zu schätzenden Kovarianzmatrix Gebrauch gemacht. Aufbauend auf dem Schätzer für die Parameter der Ausbreitungspfade und dem Schätzer für die Parameter der verteilten Streuungen wird ein Maximum-Likelihood-Schätzer entwickelt (RIMAX), der alle Parameter des in Teil I entwickelten Modells der Funkanalmessung im Verbund schätzt. Neben den geschätzten Parametern des Datenmodells liefert der Schätzer zusätzlich Zuverlässigkeitsinformationen. Diese werden unter anderem zur Bestimmung der Modellordnung, das heißt zur Bestimmung der Anzahl der dominanten Ausbreitungspfade, herangezogen. Außerdem stellen die Zuverlässigkeitsinformationen aber auch ein wichtiges Schätzergebnis dar. Die Zuverlässigkeitsinformationen machen die weitere Verarbeitung und Wertung der Messergebnisse möglich.

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Harutyunyan, Gurgen;
Drahtlose Bildübertragung durch nichtmetallische Rohre und Kanäle. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2005. - VI, 104 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2005
ISBN 3936404151

Angesichts der technischen und wirtschaftlichen Erfordernisse von Untersuchungen des Zustandes von Abwasserkanälen wurde im Rahmen dieser Arbeit ein Kanalreinigungsgerät weiterentwickelt, das eine funkbasierte Echtzeit-Kanalinspektion während des Reinigungsprozesses ermöglicht. Hauptaugenmerk lag auf einer drahtlosen Videoübertragung mit maximaler Reichweite, da drahtgebundene Lösungen erfahrungsgemäß dem rauen Betrieb in der Kanalreinigungstechnik nicht gewachsen sind. Der zu nutzende Übertragungskanal nichtmetallisches Rohr" stellt dabei hohe Anforderungen an das gesamte Funksystem, angefangen bei der Wahl eines geeigneten Modulationsverfahrens (analog oder digital) über die aufzuwendende Sendeleistung, die Wahl der Übertragungsfrequenz und die Gestaltung der Antennen und deren Polarisation bis hin zur Optimierung des Empfängers. Die Ermittlung und Auswertung optimaler Übertragungsbedingungen beruht auf analytischen, numerischen und experimentellen Untersuchungen des Ausbreitungsmediums. Ein speziell hierfür entwickeltes, auf der geometrischen Optik basierendes, phänomenologisches Modell beschreibt die Wellenausbreitung im Kanalrohr und liefert wertvolle Aussagen für die Systemoptimierung. Zu den Hauptmerkmalen der Ausbreitungseigenschaften dielektrisch berandeter Rohre gehört ein bei bestimmten Durchmesser-Wellenlängenverhältnissen auftretender Wellenführungseffekt mit einem messbaren Übertragungsgewinn von bis zu 20 dB im Vergleich zur Freiraumausbreitung über gleiche Distanz. Das Zustandekommen dieses Wellenführungseffektes konnte durch Reflexionen an der Grenzfläche zwischen zwei dielektrischen Medien (z.B. LuftPVC) entlang des gesamten Rohrumfanges erklärt werden. Das Modell basiert auf der vektoriellen Zerlegung des elektrischen Feldvektors eines Sendesignals beliebiger Polarisation in vertikal bzw. horizontal bzgl. der Rohrberandung orientierte Komponenten. Vielfachreflexionen mit polarisations- und entfernungsabhängigen Reflexionsfaktoren werden darin ebenso berücksichtigt wie mögliche inhomogene und verlustbehaftete Eigenschaften der Rohrberandung. Das Modell liefert eine Ausgangsbasis für numerische Modellierungen der wesentlich komplexeren Geometrien teilweise wassergefüllter Rohre, für die in der vorliegenden Arbeit aussagekräftige Plausibilitätsbetrachtungen angestellt wurden.Neben dem gerätetechnisch nutzbaren Übertragungsgewinn konnte eine weitere Verbesserung der Übertragungsqualität bzw. -Reichweite durch digitale Modulationsverfahren erreicht werden. Beide Ansätze wurden schließlich in einem voll funktionsfähigen Prototyp einer funkbasierten Kanalreinigungssonde realisiert, die in Kooperation mit dem Unternehmen KEG mbH im Rahmen eines vom BMWA geförderten Vorhabens entwickelt und in Feldtests erprobt wurde

Roscher, Burkhard;
Meßverfahren zur Analyse DQPSK-modulierter OFDM-Signale. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2004. - XII, 159 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2003
ISBN 3936404097

Aus der zunehmenden Nutzung DQPSK-modulierter OFDM-Signale zur Hörrundfunkversorgung erwachsen neue Anforderungen an die eingesetzte Meßtechnik, denen die verfügbaren Geräte nur teilweise gerecht werden. Deshalb behandelt die vorliegende Arbeit Meßverfahren zur Analyse derartiger Signale. Die Algorithmen umfassen die Bewertung der Empfängersynchronisation, ein analytisches Verfahren zur Messung der I/Q-Unsymmetrien des Basisbandsignals, die Abschätzung seiner nichtlinearen Verzerrungen und die Nutzung der Kanalimpulsantwort zur Beurteilung der Ausbreitungsbedingungen im Sendernetz. Alle Meßverfahren zeichnen sich dadurch aus, daß ihr Einsatz im regulären Sendebetrieb möglich ist. Ausgangspunkt der Arbeit sind die mathematische Beschreibung des OFDM-Signals und die Charakterisierung der Komponenten seiner Übertragungsstrecke. Sie bilden die Grundlage für die Auswahl aussagekräftiger Darstellungsformen im Zeit- und Frequenzbereich und für die Herleitung geeigneter Meßverfahren zur Bewertung der Signalqualität. Dabei wird der DFT-basierte OFDM-Demodulator als Bandpaß-Filterbank interpretiert und das Übertragungsverhalten seiner Teilfilter in kompakter Form beschrieben. Es wird gezeigt, daß sich sein Ausgangssignal mit Hilfe der Faltung berechnen läßt. Erst diese Herangehensweise erlaubt eine effiziente und gleichzeitig anschauliche Behandlung der OFDM-Demodulation. Um einen Nachweis über die Leistungsfähigkeit der Algorithmen zu erbringen, wurde ein echtzeitfähiger Prototyp-Empfänger für DAB konzipiert und aufgebaut. Er ermöglicht erstmals, das Symbolspektrum des Basisbandsignals zu visualisieren und anhand von Konstellationsdiagrammen die Ergebnisse seiner differentiellen Demodulation entlang der Zeit- und Frequenzachse zu beobachten. Die statistischen Eigenschaften des Zeitsignals werden analysiert. Des weiteren sind die graphische Darstellung der I/Q-Unsymmetrien des Basisbandsignals und die Anzeige seiner AM/AM- und AM/PM-Konversion implementiert. Die Hard- und Software eines modular aufgebauten Prototyp-Empfängers wird beschrieben. Herzstück des Gerätes ist ein miniaturisierter PC, als Betriebssystem kommt \textsc{Linux} zum Einsatz. Die Aufbereitung und Aufzeichnung des DAB-Signals übernehmen ergänzende Baugruppen; seine Verarbeitung und Analyse erfolgen weitestgehend im PC. Die erforderlichen Algorithmen sind in ANSI-C programmiert, und die Bedienoberfläche des Prototyp-Empfängers wurde mit der Skriptsprache Tcl/Tk gestaltet. Eine modifizierte Nutzung des I/Q-Aufwärtsmischers unter vollständiger Vermeidung von I/Q-Unsymmetrien wird vorgeschlagen; sie ermöglicht eine preiswertere Realisierung von direktmodulierenden OFDM-Sendern. Zahlreiche Diagramme verdeutlichen den Einfluß von Sender und Empfänger auf die Signalqualität. Ihre Berücksichtigung bei der Auswahl von Baugruppen erlaubt, sehr hochwertige Gerätekonzepte zu entwerfen oder eine Kostensenkung in der Massenfertigung von Empfängern zu erzielen. Die Umsetzung der vorgestellten Meßverfahren in einem modularen Gerätekonzept ermöglicht den Aufbau preiswerter, kompakter und mobil einsetzbarer Meßempfänger. Diese werden den besonderen Anforderungen, die sich aus dem Einsatz DQPSK-modulierter OFDM-Signale ergeben, vollauf gerecht.

Wolf, Mike;
Zur breitbandigen Infrarot-Indoorkommunikation, 2002. - Online-Ressource (PDF-Datei: 152 S., 2,36 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
Parallel als Druckausg. erschienen

In der vorliegenden Arbeit wurden die wichtigsten physikalischen Aspekte der drahtlosen IR- Übertragung analysiert; wesentliche Ergebnisse flossen in den Entwurf und den Aufbau einer experimentellen IR-Schnittstelle ein, die bei 16-Mbit/s arbeitet. Der Experimentalaufbau zeigt: Unter der Prämisse sehr einfacher optischer Komponenten ist eine Bitrate von 16-Mbit/s realisierbar, wenn LOS-Verbindungen und vergleichsweise hohe Sendeleistungen akzeptiert werden. Der Aufbau bestätigt damit zuvor gewonnene theoretische Erkenntnisse. Der Entwurf der Schnittstelle wurde nachvollziehbar dargestellt, er verdeutlicht am praktischen Beispiel die wesentlichen Probleme der ungerichteten optischen Übertragung. Aus Sicht des Nutzers hat die flexible Plazierbarkeit eines Endgeräts eine hohe Bedeutung: Im Vergleich zu LOSKonfigurationen treten bei difusen Verbindungen aber neben erhöhten Einbußen durch Mehrwegedispersion auch deutlich höhere Ausbreitungsverluste auf. Dabei ist der Ausbreitungsverlust nicht die eigentliche Schwachstelle der optischen Übertragung, wenn als Referenz die Funkübertragung dient. Denn die difuse Reaktivität vieler Umgebungsmaterialien ist hoch, das haben die eigenen Messungen bestätigt. Das wesentliche Problem der IR- Übertragung ist die schlechte Empfängerempfindlichkeit; im Beispiel wies der optische Detektor einen im Vergleich zum Funkempfänger 46-56 dB niedrigeren Wert auf - letztlich muß dieser Parameter durch einen möglichst geringen Pfadverlust kompensiert werden. Da mit einer difusen Reflexion immer eine hohe Ausdünnung der Signalintensität korrespondiert, sind mit der heutigen Empfängertechnologie keine ökonomischen Lösungen für difuse oder quasidifuse Verbindungen möglich, wenn die Detektorfläche auf wenige cm2 begrenzt bleiben soll. Gerade bei zunehmend kleiner werdenden Endgeräten bzw. der wachsenden Verbreitung von Handhelds ist aber die Einbaugröße von hoher Bedeutung. "Nicht ökonomisch" bezieht sich dabei sowohl auf die notwendigen Herstellungskosten als auch auf die Sendeleistung. Einem leistungseffizienten Modulationsverfahren kommt in Anbetracht der limitierten Empfängerempfindlichkeit eine hohe Bedeutung zu. In diesem Zusammenhang wurde der theoretisch erreichbare Gewinn durch Binärcodierung dargestellt. Es wurde gezeigt, daß sich MPPM-Varianten mit großer Symbollänge dieser theoretischen Grenze immerhin bis auf etwa 3-4 dB nähern. Die tatsächliche Eignung eines Modulations- bzw. Codierverfahrens kann allerdings erst in Zusammenhang mit dessen Eigenschaften bei Übertragung in realen (dispersiven) Kanälen beurteilt werden: Für die experimentelle Schnittstelle zeigte "konventionelles" 4-PPM das ausgewogenste Verhalten. PPM höherer Ordnung verspricht bei ungerichteter Übertragung mit nicht-sektorisierten Komponenten aufgrund einer erhöhten Anfälligkeit gegenüber Mehrwegedispersion keine Vorteile bzgl. der Signalleistung. Optischen Mehrträgerverfahren kommt im Zusammenhang mit der aktuellen Empfängertechnologie dagegen keine relevante praktische Bedeutung zu: Letztlich kann die optische Übertragung aufgrund der großen spektralen Breite der Detektoren nur in geringem Maße von der eigentlichen Größe des optischen Spektrums proftieren. Die Parameter der optischen bzw. optoelektronischen Empfängerkomponenten haben wesentlichen Einfluß auf Gütekriterien wie die mögliche Bitrate (in diesem Zusammenhang wurde gezeigt, wie der Delay-Spread durch den FOV beeinflußt wird) und die schon angesprochene Empfängerempfindlichkeit. Technologische Aspekte zum Empfänger wurden ausführlich diskutiert. Es wurde eine neue Realisierungsmöglichkeit für ein optisches Filter vorgestellt, das in seiner einfachsten Variante einen Leistungsvorteil von ca. 1.5 dB gegenüber einem Farbglasfilter verspricht - bei ähnlichen Kosten. Wird von einer Silizium-Photodiode abgesehen, sind Gewinne von 5-6.5 dB realistisch. Ausführlich wurde auch die Photodiode behandelt, aus deren (quadratischer) Wandlungscharakteristik die prinzipiellen Unterschiede zum Funk resultieren. Avalanche-Photodioden können bei angepaßtem Verstärkerdesign (auch dieser Aspekt wurde sowohl theoretisch als auch am praktischen Beispiel diskutiert) keine Vorteile gegenüber PIN-Photodioden erreichen, weil die Empfängerempüdlichkeit selbst bei Imaging-Receivern durch das Schrotrauschen des Photostroms bestimmt wird. Silizium-Alternativmaterialien für größere Betriebswellenlängen scheitern dagegen zumindest bei großflächigen Dioden an einer zu hohen Kapazität. Überhaupt sind die Parameter einer Photodiode, die für drahtlose Anwendungen eingesetzt werden soll, nicht unmittelbar mit denen einer Diode vergleichbar, die für den faseroptischen Einsatz konzipiert wurde: Durch die große Fläche der Diode muß die Kapazitätä durch eine vergleichsweise hohe Schichtdicke kompensiert werden, die wiederum die Ladungsträgerlaufzeiten negativ beeinflußt. Tatsächlich muß eine Photodiode dem konkreten Anwendungsfall angepaßt werden - das zeigte sich gerade beim Aufbau der Experimentalschnittstelle anhand der zu geringen Grenzfrequenz einer eingesetzten Photodiode. Viele internationale Aktivitäten gelten heute der Untersuchung sektorisierter Sender und Empfänger. Soll die Datenrate der vorliegenden IR-Schnittstelle deutlich erhöht werden, wären zumindest auf der Seite der Basisstation sektorisierte Komponenten angebracht, wenn der abzudeckende Raumbereich beibehalten werden soll. Dabei muß allerdings eine genaue Kosten-Nutzen-Abwägung durchgeführt werden: Nach Ansicht des Autors müssen IR-Produkte letztlich deutlich preiswerter als Funklösungen sein, weil der Nutzer auch einen erheblichen Kompromiß hinsichtlich der Plazierbarkeit und der Störanfälligkeit eingehen muß. An dieser Tatsache wird auch eine im Vergleich zum Funk höhere Datenrate nur wenig ändern. Nach Ansicht des Autors können Verbesserungen vornehmlich auf technologischem Gebiet erreicht werden. Gerade für hoch-sektorisierte Sender und Empfänger sind einfachere Lösungen gefragt. Bei LOS-Verbindungen erspricht vor allem die Sektorisierung der Sender hohe Gewinne bzgl. der Signalleistung | allerdings benotigt ein solcher Sender auch eine Information über die Richtung des anderen Endgeräts. Auch hier fehlen einfache Lösungen. Ein besonders kritischer Punkt ist das optische Filter; ob ein Gewinn von 5-6.5 dB allerdings die Anwendung direkter Mischhalbleiter als Photodiodenmaterial rechtfertigt, kann vom Autor als Nicht-Technologen derzeit nicht mit Klarheit beantwortet werden. Nach Ansicht des Autors wird IR im WLAN-Bereich eine Nischenlösung bleiben. Das Potential liegt vornehmlich in sehr preiswerten Schnittstellen, die dem Nutzer über geringe Entfernungen einen besonders schnellen Datenabgleich zwischen Endgeräten ermöglichen. Evtl. bieten auch Doppellösungen von Funk und IR in einem Gerät Vorteile: Funk garantiert eine hohe Flexibilität, IR eine hohe Datenrate. Dazu muß die IR-Komponente aber klein und preiswert ausfallen.

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Schneider, Michael;
Analytische Berechnung pyramidenförmiger Wellenleiter mit ein- und zweifach zusammenhängenden Querschnitten. - Ilmenau : Wiss.-Verl. Ilmenau, 2002. - VIII, 92 S.. - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik ; 5) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2002
ISBN 3-936404-01-1

Goerlich, Jan;
Messung der spektralen Korrelation zyklostationärer Prozesse. - Ilmenau : ISLE, 2001. - XII, 97 S Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss, 2001
ISBN 3932633660
Literaturverz. S. 93 - 97

Tenner, Uwe;
Source modeling in cardiomagnetism : a physical torso phantom for biomagnetic and bioelectric heart field measurements
1. Aufl. - München : Verl. Dr. Hut, 2001. - 128 S. - (Medizintechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2000
ISBN 3934767281

Knoll, Mario;
Parameterbestimmung, Designuntersuchungen und numerische Simulationen zur Unterstützung des Entwurfs von metallischen Einzelelektronenschaltungen. - Ilmenau : ISLE, 2001. - IV, 155 S. - (Forschungsberichte aus dem Institut für Allgemeine und Theoretische Elektrotechnik ; 1) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 2000
ISBN 3-932633-56-3

Jugl, Enrico;
Mobilitätsmodellierung und Einflüsse auf Systemparameter von Mobilfunksystemen. - Aachen : Shaker, 2001. - IX, 181 S. - (Berichte aus der Kommunikationstechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 2000
ISBN 3826584988
Rückent.: Mobilitätsmodellierung für Mobilfunksysteme

Kosch, Olaf;
Modellierung und Parameterbestimmung der galvanisch-induktiven Kopplung in Strukturen mit metallischen Schichten. - Berlin : Mensch & Buch Verl., 2000. - IV, 144 S. Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1999
ISBN 3898201201
Literaturverz. S. [138] - 144

Navrátil, Jiří;
Untersuchungen zur automatischen Sprachen-Identifikation auf der Basis der Phonotaktik, Akustik und Prosodie, 1999. - III, 132 S Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1999

Lingel, Thomas;
Anwendung der Methode der Finiten Differenzen im Zeitbereich zur Optimierung passiver Wellenleiterdiskontinuitäten. - Ilmenau : ISLE, 1999. - VI, 112 S Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1998
ISBN 3932633318
Literaturverz. S. 105 - 112

Iversen, Kay;
Optischer Codevielfachzugriff für Breitbandkommunikationsnetze
Als Ms. gedr.. - Düsseldorf : VDI-Verl., 1997. - XII, 174 S.. - (Fortschritt-Berichte VDI) : Zugl.: Ilmenau, Techn. Univ., Diss., 1996
ISBN 3-18-348610-5
Literaturverz. S. 162 - 174

Schindler, Andreas;
Dynamische Analyse analoger und digitaler SQUID-Strukturen und Ableitung anwendungsspezifischer Entwurfsregeln, 1997. - III, 127 S Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1997

Hildebrandt, Günter;
Modellierung, Optimierung und Parameterbestimmung von supraleitenden Quanteninterferometern unter Gesichtspunkten der Hochtemperatursupraleitung, 1996. - XII, 145 S Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996

Töpfer, Hannes;
Modellierung, numerische Simulation und Unterstützung des Entwurfs von dc-SQUID-Strukturen, 1996. - III, 162 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996

Laute, Andreas;
Zwei neuartige QPSK-Demodulationsverfahren
Als Ms. gedr. - Aachen : Shaker, 1996. - XII, 99 S. - (Berichte aus der Hochfrequenztechnik) Zugl.: Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1996
ISBN 3826514637

Diemar, Ute;
Analyse und Synthese von Systemen mittels erweiterten Lagrange- und Hamilton-Formalismus unter Einbeziehung von Elementen höherer Ordnung, 1995. - 194 Bl Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1995

Verwiebe, Frank;
Matrixmethoden zur numerischen Berechnung von Kapazitätskoeffizienten in integrierten Schaltungen unter Berücksichtigung beliebig geschichteter dielektrischer Medien, 1993. - IX, 113 S., Anl. Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1993

Wünsch, Christian;
Verbesserte PLL-Frequenzsynthese mit Hilfe von Mehrfachabtastung, 1992. - V, 109 S Ilmenau : Techn. Univ., Diss., 1992

Strohmeier, Uwe;
Untersuchungen zum Einsatz des CCITT-Zeichengabesystems Nr. 7 für das zentralisierte Betreiben von digitalen Vermittlungseinrichtungen, 1991. - 105 Bl. Ilmenau : Techn. Hochsch., Diss., 1991
Enth. außerdem: Thesen