Compressive acquisition and processing of sparse analog signals. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - 1 Online-Ressource (XV, 235 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018
Seit dem Aufkommen der ersten digitalen Verarbeitungseinheiten hat die Bedeutung der digitalen Signalverarbeitung stetig zugenommen. Heutzutage findet die meiste Signalverarbeitung im digitalen Bereich statt, was erfordert, dass analoge Signale zuerst abgetastet und digitalisiert werden, bevor relevante Daten daraus extrahiert werden können. Jahrzehntelang hat die herkömmliche äquidistante Abtastung, die durch das Nyquist-Abtasttheorem bestimmt wird, zu diesem Zweck ein nahezu universelles Mittel bereitgestellt. Der kürzlich explosive Anstieg der Anforderungen an die Datenerfassung, -speicherung und -verarbeitung hat jedoch die Fähigkeiten herkömmlicher Erfassungssysteme in vielen Anwendungsbereichen an ihre Grenzen gebracht. Durch eine alternative Sichtweise auf den Signalerfassungsprozess können Ideen aus der sparse Signalverarbeitung und einer ihrer Hauptanwendungsgebiete, Compressed Sensing (CS), dazu beitragen, einige dieser Probleme zu mindern. Basierend auf der Annahme, dass der Informationsgehalt eines Signals oft viel geringer ist als was von der nativen Repräsentation vorgegeben, stellt CS ein alternatives Konzept für die Erfassung und Verarbeitung bereit, das versucht, die Abtastrate unter Beibehaltung des Signalinformationsgehalts zu reduzieren. In dieser Arbeit untersuchen wir einige der Grundlagen des endlichdimensionalen CSFrameworks und seine Verbindung mit Sub-Nyquist Abtastung und Verarbeitung von sparsen analogen Signalen. Obwohl es seit mehr als einem Jahrzehnt ein Schwerpunkt aktiver Forschung ist, gibt es noch erhebliche Lücken beim Verständnis der Auswirkungen von komprimierenden Ansätzen auf die Signalwiedergewinnung und die Verarbeitungsleistung, insbesondere bei rauschbehafteten Umgebungen und in Bezug auf praktische Messaufgaben. In dieser Dissertation untersuchen wir, wie sich die Anwendung eines komprimierenden Messkerns auf die Signal- und Rauschcharakteristiken auf die Signalrückgewinnungsleistung auswirkt. Wir erforschen auch Methoden, um die aktuelle Signal-Sparsity-Order aus den komprimierten Messungen abzuleiten, ohne auf die Nyquist-Raten-Verarbeitung zurückzugreifen, und zeigen den Vorteil, den sie für den Wiederherstellungsprozess bietet. Nachdem gehen wir zu einer speziellen Anwendung, nämlich der Sub-Nyquist-Abtastung und Verarbeitung von sparsen analogen Multibandsignalen. Innerhalb des Sub-Nyquist-Abtastung untersuchen wir drei verschiedene Multiband-Szenarien, die Multiband-Sensing in der spektralen, Winkel und räumlichen-Domäne einbeziehen.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000167
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
Nachführbare Antennen geringer Bauhöhe für die mobile Satellitenkommunikation. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2018. - 1 Online-Ressource (135 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018
Das wachsende Interesse an bidirektionaler Satellitenkommunikation im Ka-Band erfordert Antennenentwürfe, welche die in diesem Kommunikationsband weit auseinander liegenden Downlink- und Uplink-Frequenzbereiche berücksichtigen und somit ein dualbandiges Verhalten aufweisen. Während Naturkatastrophen oder anderer desaströser Szenarien erfordert die mobile Krisenkommunikation über einen geostationären Satelliten eine hohe Zuverlässigkeit bei kompaktem Antennendesign. Im Fall einer beschädigten oder überlasteten terrestrischen Kommunikationsinfrastruktur stellen mobile Nutzerterminals mit einer geringen Aufbauhöhe eine wichtige Alternative für die Kommunikation von Rettungseinsatzkräften, Hilfsorganisationen und anderen Behörden und Organisationen mit Sicherheitsaufgaben dar. Im Rahmen dieser Arbeit wurde eine neuartige zweidimensional-periodische Leckwellenantennenstruktur entwickelt, die auf einer zweilagigen frequenzselektiven Oberfläche (FSS) basiert und sowohl für den Empfangs- als auch den Sendefall ausgelegt ist. Die erfolgreich entworfene FSS-Einheitszelle erlaubt zirkulare Polarisation und überlagerte Aperturen für eine dualbandige Funktionalität. Die zweilagige frequenzselektive Oberfläche wird mit einer innovativen Primärquelle angeregt - realisiert durch eine Schlitzstrahlergruppe, die mittels integriertem und verlustarmen Hohlleiternetzwerk bei 20 und 30 GHz gespeist wird. Der Entwurf, Simulationsmodelle und die messtechnische Charakterisierung verschiedener Leckwellenantennenpaneele werden in der vorliegenden Dissertation im Detail diskutiert. Im Verlauf des Promotionsvorhabens wurden auf Basis der entwickelten Antennenpaneele zwei Demonstratoren nachführbarer Satellitenkommunikationsantennen aufgebaut und erfolgreich erprobt. Das verwendete Antennenkonzept erlaubt die Realisierung mit gewissen Freiheitsgraden bezüglich Anzahl und Neigungswinkel der Paneele für den Einsatz bei unterschiedlichen geografischen Breitengraden. Für die Nachführung der Richtcharakteristik wird eine hybride Strategie angewendet. Die Strahlnachführung im Azimut erfolgt mechanisch durch eigens für die Anwendung entwickelte Antennenpositionierer. In der Elevationsebene wird die elektronische Nachführung unter Ausnutzung einer rekonfigurierbaren Richtcharakteristik realisiert.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2018000182
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
Energiemanagement Ethernet-basierter Fahrzeugnetze. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2018. - xvi, 215 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2018
Die Einführung von Ethernet als Vernetzungstechnologie für neue Fahrzeuggenerationen eröffnet ein weites Feld an Möglichkeiten für vernetzte Funktionen und Systeme im Automobil. Die wachsende Anzahl elektronischer Systeme heutiger Fahrzeuge hat jedoch auch einen zunehmend deutlichen Anteil am gesamten Energiebedarf und damit einhergehend an Kraftstoffverbrauch und CO2-Emission. Gleichzeitig steigt das Bestreben, Fahrzeuge effizienter zu gestalten, um Energieverbrauch und Emissionen zu reduzieren. Neben der Erhöhung der Energieeffizienz der einzelnen Komponenten ist das selektive Abschalten vernetzter Steuergeräte während des Betriebs des Fahrzeugs (Teilnetzbetrieb) ein Mittel zur Optimierung der Leistungsaufnahme der Bordelektronik. In der vorliegenden Arbeit werden Konzepte zur Umsetzung von Teilnetzbetrieb für Ethernet-basierte Netzwerke vorgeschlagen. Um Steuergeräte durch das Netzwerk aufwecken zu können wurde ein ruhestromloser Weckempfänger entwickelt, realisiert und getestet. Zur Koordination des Teilnetzbetriebs wurden zwei Netzwerkmanagement-Protokolle erarbeitet, implementiert und evaluiert. Die beschriebenen Konzepte wurden in einem Testfahrzeug unter realen Bedingungen eingesetzt und erprobt.
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00034376
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.
Microwave UWB sensors for measurements under non-stationary conditions : detection of human being beneath rubble for rescue applications. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2017. - 1 Online-Ressource (124 Blätter)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
UWB (Ultra-Wide Band) -Radar ist eine vielversprechende Möglichkeit, Menschen unter eingestürzten Gebäuden zu lokalisieren. Diese Arbeit widmet sich unterschiedlichen Wegen diese Anwendung zu verbessern. Zu Beginn wird umfassend analysiert, wie kleine unregelmäßige Bewegungen vom Radar erfasst werden. Es wird festgestellt, dass minimale Objektbewegungen im Bereich weniger Mikrometer detektierbar sind, was viel weniger ist, als die Atembewegung eines Menschen. Weiterhin wird dargestellt, dass für die Erfassung von sehr kleinen Objektbewegungen ein sehr geringer Jitter notwendig ist. Daher wird in dieser Arbeit ein MLBS (Maximum Length Binary Sequence) Radar mit sehr geringem Jitter verwendet. Zusätzlich wird eine quantitative Bewertung der Durchschnittswertbildung vorgenommen. Als ein Hauptergebnis wurden die genauen Bedingungen für die Geschwindigkeit der Datenerfassung ermittelt, die notwendig sind, um bei gegebener Objektgeschwindigkeit die blockweise Durchschnittswertbildung für die Erfassung kleiner Objektbewegungen zu verbessern. Eine Analyse, wie kleine periodische Bewegungen sich äußern wird gegeben. Die mathematischen Betrachtungen bestätigen, dass die menschliche Atmung vorwiegend Sinusanteile enthält, die hauptsächlich an den Taktflanken auftreten. Daher ist der Stand der Technik zur Erfassung von Atembewegungen gerechtfertigt. Analysen zeigen aber, dass Signaleigenschaften existieren, die eine Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik zulassen. Weitergehend wird dargestellt, dass theoretisch zwei Typen von Harmonischen in den Radardaten vorhanden sind, die von der Standard-FFT nicht berücksichtigt werden. Diese Harmonischen werden genutzt, um mittels der Bispectrum-Slice-Technik das Signal zu verstärken. Es wird der Schluss gezogen, dass dieser Ansatz in der Praxis die Detektierbarkeit nur verbessert, wenn die Level der Harmonischen groß genug sind. Eine weitere Signaleigenschaft, die in der horizontalen Standard FFT (Fast Fourier Transform) Technik nicht berücksichtigt wird, ist die Spreizung der Laufzeit in der Atmungssignatur. Es werden Algorithmen vorgestellt, die dieses Phänomen nutzen, um das Auffinden verschütteter Personen zu verbessern. Es wird die Leistungsfähigkeit dieser Algorithmen theoretisch analysiert und praktisch mit simulierten und gemessenen Radardaten überprüft. Es zeigt sich, dass sich der Störabstand durch diesen Ansatz gegenüber den Standardtechniken um mehrere dB verbessert. Eines der Hauptprobleme beim Suchen von Überlebenden sind bewegte Objekte im Strahlengang der Antenne. In dieser Arbeit werden zwei Algorithmen zur Beseitigung dieser Störung vorgeschlagen. Beide Methoden nutzen die Tatsache, dass Atembewegungen im Radargramm sehr spezifisch ausgeprägt sind und sich daher sehr gut von anderen Signalkomponenten unterscheiden lassen. Beide Algorithmen funktionieren sehr gut mit simulierten und gemessenen Radardaten. Abschließend wird die Positionsbestimmung einer verschütteten Person beschrieben. Es wird ein entsprechender Algorithmus dargestellt und mit Messdaten in 2D und 3D getestet. Es kann der Schluss gezogen werden, dass die Positionsbestimmung erfolgreich durchgeführt werden kann, indem die Methoden der Ankunftszeitbestimmung und Differenzankunftszeitbestimmung kombiniert werden.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000737
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
Vertical handover management with quality of service support. - Ilmenau : Universitätsverlag Ilmenau, 2017. - 1 Online-Ressource (xv, 105 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2017
Neue Anwendungen und Dienste steigern die Attraktivität der mobilen Nutzung des Internets und fordern die Beibehaltung der Konnektivität auch beim Wechsel zwischen heterogenen drahtlosen Zugangsnetzen, wobei viele Informationen unterschiedlicher Quellen berücksichtigt werden müssen. Auf Basis dieser Informationen müssen Handover-Entscheidungen getroffen werden, die ein Umschalten zwischen den drahtlosen Schnittstellen bewirken und die Identifikation des mobilen Knotens aktualisieren. Die vorliegende Arbeit stellt ein Rahmenwerk für vertikalen Handover vor, das zudem eine Mobilitätsunterstützung beinhaltet. Es verwendet Algorithmen zur multikriteriellen Entscheidung, die eine breite Reihe von Parametern betrachtet, um so die Kommunikationsdienstgüte (Quality of Service, QoS) für Echtzeitanwendungen bereitzustellen. Darüber hinaus wurde eine Strategie für die stabile und weiche Umschaltung zwischen verschiedenen Schnittstellen des mobilen Geräts entwickelt und eine leichtgewichtige Signalisierung für die Adressauflösung zur schnellen Wiederaufnahme der Datenübertragung vorgeschlagen. Die Dissertation beschreibt den schichtenübergreifenden Handover-Ansatz in drei Modulen, deren Konzept und Funktionalität detailliert diskutiert werden. Handover-Entscheidungen werden auf Grundlage von Benutzerpräferenzen, Netzwerkeigenschaften und Kontextinformationen des mobilen Endgeräts getroffen. Eine Verbindung wird nur dann auf eine neue Schnittstelle umgestellt, wenn diese mit dem neu gewählten Netzwerk in Verbindung steht und entsprechend konfiguriert ist. Für die Aktualisierung der Identität des mobilen Knotens wird der bekannte Mechanismus "Network Address Translation" (NAT) wesentlich erweitert, was als Dynamic index NAT (DiNAT) bezeichnet wird. Sowohl lokale als auch globale Mobilität wird durch eine hierarchische Bereitstellung von DiNAT-fähigen Knoten unterstützt, ohne dass hierzu ein Vorwissen oder die Kooperation der Nachbar-Netzwerke notwendig ist. Viele solcher Knoten können zur Lastverteilung installiert werden, da die Dissertation einen Auswahlmechanismus erarbeitete, um die Auswahl eines passenden Ankerknotens für jede Kommunikationssitzung auf einem mobilen Knoten zu ermöglichen. Die Simulationsumgebung OMNeT++ wurde verwendet, um die Durchführbarkeit des Ansatzes zu überprüfen und ihn mit einer weit verbreiteten Lösung für das Mobilitätsmanagement zu vergleichen.
http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2017000416
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.