Implementation of DSP-based algorithms on USRP for mitigating non-linear distortions in the receiver. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek. - Online-Ressource (PDF-Datei: III, 98 S., 2,9 MB) : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
In den letzten Jahren sorgte Software-Defined Radio (SDR) in Bezug auf moderne Kommunikationssysteme für immer größere Aufmerksamkeit. Das Konzept von SDR bezeichnet ein Funkgerät, das in der Lage ist, seine Funkschnittstelle durch Software flexibel zu rekonfigurieren. Dies ermöglicht eine Vielzahl von Anwendungsmöglichkeiten und macht SDR zu einer enorm anpassungsfähigen und vielseitigen Funktechnologie. Allerdings stellen im HF-Frontend ausgelöste Störungen in der Praxis eine erhebliche Einschränkung dar. In direkt umsetzenden Empfängerstrukturen entstehen durch nichtlineare Komponenten, die in ihren Sättigungsbereich getrieben werden, nichtlineare Verzerrungen. Das ist ein Ergebnis der begrenzten Linearität und des Dynamikbereich des HF-Frontends eingeschränkt sind. Der Fokus der Arbeit liegt auf nichtlinearen Verzerrungen in breitbandigen Empfängern und deren Minderung mit Hilfe von digitaler Signalverarbeitung. Die Idee ist, die nichtlinearen Verzerrungen im digitalen Bereich auf Basis eines gedächtnislosen, Polynom-Modells zu regenerieren. Ein adaptives Filter passt dabei den Betrag der nichtlinearen Referenzverzerrungen an und subtrahiert diese vom verzerrten Signal. In der Arbeit wird eine Hardwareimplementierung eines Störungsminderungsalgorithmus auf einer typischen SDR Plattform vorgestellt. Bisher ist keine Implementierung des rein-digitalen Ansatzes bekannt. Der Implementierungsablauf beschreibt anhand eines Top-Bottom-Ansatzes, wie der Algorithmus zuerst in einer Festpunkt High-Level Realisierung und schließlich in einer Low-Level Implementierung mit einer Hardwarebeschreibungssprache umgesetzt wird. Sowohl High-Level als auch Low-Level Simulationen unterstützen dabei die Validierung und Bewertung der Implementierung. Die Implementierung des Abschwächungsalgorithmus stellt schließlich eine ausgefeilte Methode dar, um ein heruntergeschmischtes Basisbandspektrum in Echtzeit von nichtlinearen Verzerrungen zu befreien. Demzufolge wird die effektive Linearität des HF-Frontends erhöht. Dies kann zu einer erheblichen Verbesserung der Bitfehlerrate von modulierten Signalen führen sowie die Zuverlässigkeit des Sensings in Bezug auf kognitiven Funk steigern.
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Clustering of multipath parameters based on multi variate gaussian-mixture models and alternative approaches in real and model-based multipath environments. - 133 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
In dieser Masterarbeit haben wir neue Algorithmen über die Clusterbildung von MIMO Multipath komponenten erfunden. Wir haben unsere Algorithmen, indem sie auf WINNER und Ilmprop Modelle getestet. Wir haben unsere Algorithmen mit KPM und FCM verglichen.
Influence of fixed elevation angles in high resolution parameter estimation using a linear antenna array. - 89 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
Hochauflösende Parameterschätzung des Funkkanals, kann von Mehrdeutigkeiten im Winkelbereich betroffen sein, wenn am Sender oder Empfänger ein uniformes lineares Array benutzt wird. Typischerweise werden nur Schnitte des komplexen Beampatterns, für einen konstanten Elevationswinkel, verwendet um dieses unterbestimmte Problem zu lösen. Allerdings können sich unterschiedliche Ergebnisse der Parameterschätzer einstellen, je nach dem welcher Schnitt benutzt wird. Thema der vorliegenden Arbeit, ist die Untersuchung der angesprochenen Abhängigkeit. Der Ursprung der Abhängigkeit findet sich in der falschen Anwendung des Koordinatensystems. Es werden analytische Ausdrücke für die Abweichung der Azimutwinkel abgeleitet. Weiterhin wird gezeigt, dass Azimutwinkel existieren die für einen gegebenen Elevationsschnitt nicht schätzbar sind. Es wurden Untersuchungen gemacht um das Verhalten des Schätzers unter solchen Bedingungen zu beschreiben. Die Arbeit enthält darüber hinaus eine Methode zur Generierung von Beampatternschnitten, die keine Abweichung oder unerreichbare Winkel aufweisen. Um die Auswirkung der beschriebenen Probleme zu demonstrieren, wurden Parameterschätzungen basierend auf realistischen Daten durchgeführt. Die Berechnungsergebnisse zeigen, dass das Modell die auftretenden Azimutabweichungen hinreichend genau beschreibt. Zusätzlich illustrieren die Berechnungen das Problem der nicht erreichbaren Richtungen. Es wird gezeigt, dass der Beampatternschnitt am Äquator (0˚ Elevation), im Allgemeinen, die geringste Fehleranfälligkeit aufweist.
UWB localization of people-accuracy aspects. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek. - Online-Ressource (PDF-Datei: VIII, 42 S., 2,48 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2013
UWB-Sensoren sind durch eine sehr große Bandbreite gekennzeichnet. Diese Bandbreite ermöglicht es, Objekte mit einer sehr guten Genauigkeit zu lokalisieren. Passive Objekte, die kein Sender oder Empfänger tragen, sind mittels zurückgestreuten elektromagnetischen Wellen zu lokalisieren. Es existieren unterschiedliche Lokalisierungsmethoden. Die Masterarbeit analysiert unterschiedliche laufzeitbasierten Lokalisierungsansätze. Die Masterarbeite bietet verschiedene Lösungen von dem Lokalisierungsproblem, der mathematisch mit einem System von quadratischen Gleichungen beschrieben ist. Die Lösungen decken folgende Ansätze ab: Linearisierung mittels einer Taylor Reihe Entwicklung, Kreuzung von Ellipsen and sphärische Interpolation. Die Masterarbeit analysiert Genauigkeit von den Algorithmen in unterschiedlichen Einsatzszenarien. Die Lokalisierungsgenauigkeit war anhand der Hauptkomponentenanalyse ausgewertet.
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Comparison of proposals for the future aeronautical communication system LDACS. - Ilmenau : Univ.-Bibliothek. - Online-Ressource (PDF-Datei: II, 91 S., 1,65 MB) Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Enth. außerdem: Thesen
Um zukünftigen Kapazitätsbedarf in aeronautischer Navigation abzudecken, werden neue Bord und Boden Kommunikationsdienste gebraucht. Die europäische Organisation für Sicherheit und Luftnavigation, Eurocontrol, unterstützte die Entwicklung zweier Vorschläge für ein solches System. Der erste Vorschlag, genannt LDACS1, ist ein digitales Breitband OFDM basiertes System, welches vom Institut für Kommunikation und Navigation, DLR entwickelt wurde. Der zweite Vorschlag, LDACS2 wird von einem Projektteam bestehend aus EGIS ASVIA, Helios SWEDAVIA und anderen entwickelt. LDACS2 folgt einer single carrier Steuerung mit einer GMSK Modulation. Beide Systeme sind für das Bedienen des aeronautischen Teils des L-Band (960-1164 MHz) gedacht. Diese Frequenz wird jedoch bereits von verschiedenen aeronautischen alten Systemen, wie z.B. zivile Luftfahrtnavigation DME oder militärischen Kommunikationssystemen (vereinigtes taktisches Informationsverteilungssystem JTIDS) eingesetzt. Darüber hinaus, LDACS ist offen für in der Luft befindliche Empfangsstörungen. Ein entscheidender Punkt im Auswahlprozess für eine der LDACS Systeme ist die Gewährleistung für das Nebeneinander von LDACS und des legacy Systems. Einerseits muss bewiesen werden, dass LDACS nur einen geringen Einfluss auf das legacy System hat. Andererseits muss eine verlässliche Funktion trotz Empfangsstöung (Beeinträchtigung) gewährleistet werden. In dieser Masterarbeit ist die Leistung von LDACS2 analysiert. Die Aufgabe umfasst einige theroetische Überlegungen für Ermittlungen von Kapazität, spektrale Leistungsfähigkeit, Skalierbarkeit und die mögliche Zahl gleichzeitiger Nutzer. Das Ergebnis zeigt die Beschränkung der angebotenen bit rates pro Nutzer gemäß der limitierten Bandbreite. Jedoch für gering bis mittelmäßige Inanspruchnahme von Anwendern, die angebotenen bit rates sind innerhalb einer akzeptablen Reichweite. Der Hauptteil dieser Arbeit befasst sich mit der Anwendung des LDACS2 Systems gemäß der Simultations-Software. Das umfasst die gesamte physikalische Schichtung und die grundlegenden Teile der höheren Schichtung. Besonderer Schwerpunkt ist die Anwendung und Beurteilung von wirksamen Kanal Entzerrung Algorithms, Analyse und Auswertung. Neben AWGN Kanälen wurden auch praxisbezogene Luftfahrtfrequenzen angewandt. Es stellte sich heraus, dass die Kanalkodierung in dieser Ausführung nicht genügend.
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Validation of VAUDEO (Video + Audio): design of detection and classifying algorithms. - XI, 53 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In den letzten Jahren ist die öffentliche Sicherheit ein Thema von zentraler Bedeutung für die moderne Welt geworden. Die Objekt- und Mustererkennung ist dabei eine bevorzugte Technik um diese Sicherheit zu gewährleisten. Diese Arbeit behandelt ein Beispiel zur Objekterkennung: tieffliegende Propellerflugzeuge in der Nähe von Windkraftanlagen. Derartige Flugzeuge verursachen häufig Unfälle und stellen damit ein Risiko für Eigentum und Leben dar. Das Ziel dieser Arbeit ist die automatisierte Erkennung von Propellerflugzeugen und die Bestimmung ihrer Position und Flugrichtung in Echtzeit. Um die Objekterkennung zu ermöglichen wird die Kombination eines Akustik-Vektor-Sensors (AVS), entwickelt von Microflown Technologies, zur Aufnahme direktionalen Schalls, und einer elektro-optischen Kamera verwendet. Die erfassten Daten werden an eine Signalverarbeitung, Bildverarbeitung und ein computerunterstütztes Sichtsystem weitergeleitet, um die Quelle des Schalls zu bestimmen. Der eingesetzte VAUDEO Algorithmus besteht aus zwei Teilen: einer Ton- und einer Bildverarbeitung. Der Algorithmus zur Tonverarbeitung bestimmt einen nahezu präzisen Wert für die Orientierung des Flugzeugs im Bezug auf den Azimuth und die Flughöhe. Der Algorithmus zur Bildverarbeitung bestimmt weiterhin die Position des Propellerflugzeugs durch Hintergrundsubtraktion und Schwerpunktberechnung. Ein erweitertetes Vorhersagefilter, wie zum Beispiel ein Kalman-Filter, wird zur Reduzierung von Störfaktoren verwendet. Die berechnete Position des Algorithmus zur Bildverarbeitung ist die geschätzte Position in X- und Y-Richtung. Das Ergebnis der Kombination der Ton- und Bildverarbeitung wird auf einem Bildschirm dargestellt, welcher die Position des Flugzeuges angibt.
Modellbasiertes UWB Imaging in Sensornetzwerken. - 70 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die Entwicklungen im Bereich der Radarsensorik und Robotik ermöglichen den Aufbau verteilter Sensornetzwerke, die der Erkundung unbekannter Umgebungen dienen. Durch die Verwendung von Ultrabreitbandtechnik (UWB) können zudem Radardaten mit hoher Ortsauflösung gewonnen werden. Zur Charakterisierung der Umgebung eignen sich Bildgebungsverfahren, die eine Visualisierung der Daten ermöglichen. Konventionelle Methoden wie die Kirchhoff Migration entstanden jedoch nicht für den Einsatz in flexiblen Sensornetzwerken. Um deren Vorteile nutzen zu können wurden im Rahmen dieser Arbeit modellbasierte Bildgebungsverfahren entwickelt. Aufbauend auf dem physikalischen Rückstreuverhalten unterschiedlicher Objekte entstanden Algorithmen, die es ermöglichen ausgewählte Objektkategorien abzubilden. Durch die Spezialisierung auf Modelle wie "Punktstreuer" und "Flächenstreuer" konnten Verbesserungen gegenüber konventionellen Verfahren erzielt werden. Das Verhalten der modellbasierten Algorithmen wird im Hinblick auf Berechnungsaufwand, Skalierbarkeit, Genauigkeit und Rauschverhalten untersucht. Weiterhin findet eine Evaluierung durch Simulations- und Messszenarien statt.
Entwicklung eines hochauflösenden Richtungsschätzalgorithmus für kleine Antennenarrays unter Berücksichtigung von Mehrwegeausbreitung. - 105 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Ortung von Emittern elektromagnetischer Wellen, welche während des Lokalisierungsprozesses nicht kooperativ agieren, ist ein Problem mit breitem sicherheitsrelevanten Aspekten. Zur Entwicklung eines neuartigen Ortungssystems, welches Mehrwegausbreitung im Funkkanal zwischen Sender und Ortungssystem berücksichtigt, müssen Parameter des Funkkanals bekannt sein. Parameter sind die Einfallswinkel am Empfänger, die Pfadgewichte und die Laufzeit der Mehrwegpfade. Aufgrund fehlender zeitlicher Synchronisation zwischen Sender und Empfänger sind nur relative Laufzeiten angebbar. In dieser Arbeit wird ein Algorithmus zur hochauflösenden Schätzung der Parameter eines Funkkanalmodells entwickelt. Besonderheit ist, dass keine Informationen über das Sendesystem vorliegen, weshalb Verfahren der parametrischen, blinden Kanalschätzung eingesetzt werden. Ein Modell zur polarimetrischen Beschreibung des Funkkanals unter Berücksichtigung der Unkenntnis über das Sendesystem wird beschrieben. Basierend auf dem Prinzip der Maximum-Likelihood-Schätzung wird ein Parameterschätzer hergeleitet. Es werden 2 Kostenfunktionen definiert, welche vom Sendesignal unabhängige sind. Ein Vergleich mit bekannten Kostenfunktionen zeigt eine bessere Schätzbarkeit der Modellparameter. Ein zweiteiliges Optimierungsverfahren zur Detektion des Minimums der Kostenfunktion wird beschrieben. Zur Analyse der Schätzfehlervarianz wird die Cramèr-Rao-Schranke definiert und für die angegebenen Kostenfunktionen berechnet. Probleme der Cramèr-Rao-Schranke in Verbindung mit Kugelkoordinaten werden diskutiert und eine alternative Beschreibung angegeben. In abschließenden Simulationen wird die Leistungsfähigkeit der Schätzer im Fall von 1-, 2-, und 3-Pfaden untersucht. Die Anzahl auflösbarer Pfade wird im Zusammenhang mit gegebenem Antennenarray am Empfänger und Signal des Senders diskutiert. Einschränkungen des beschriebenen Schätzers bzgl. der Zahl auflösbarer Pfade werden herausgestellt.
Wireless coexistence investigation of kleer in presence of Bluetooth and WLAN IEEE 802.11 b/g in 2.4 GHz ISM band. - VIII, 109 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Steigende Anfragen an hochqualitative Interieurausstattung der nächsten S-Klasse von Mercedes-Benz stellt die Netzwerk Telematik Generation der Daimler AG vor besondere Herausforderungen. Mehrere Funktechnologien, wie Kleer, WLAN IEEE 802.11 b/g und Bluetooth können in die Front- und Heckeinheiten eingebaut werden. Diese benutzen das 2.4 GHz ISM Frequenzband, bei denen während gleichzeitiger Ausführung Qualitätsverluste entstehen können. Das Augenmerk dieser Arbeit lag auf der neuen Technologie von Kleer und ihrer Wechselwirkung mit WLAN11b/g und Bluetooth. Dabei werden grenzwertige Härtefälle von Interferenzen untersucht. Weiterhin wurde eine Simulation fehlerhafter Datenpakete von Kleer erstellt und mit den Messwerten verglichen, mit dem Ziel, eine verbesserte Übersicht über Kanalzuweisungen bei minimalen Interferenzen zu erstellen.
Minimum emulation requirements for over-the-air user equipment test. - 80 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Derzeitige und zukünftige drahtlose Kommunikationsstandards unterstützen vermehrt Multiple Input Multiple Output (MIMO) Technologie auf der Basisstationsseite als auch auf der Terminalseite. Beispiele sind High Speed Downlink Packet Access (HSDPA), Long Term Evolution (LTE) and LTE-Advanced. Es ist notwendig die Güte dieser Systeme unter realistischen Bedingungen zu testen. Hierfür wird angestrebt das System über die Luftschnittstelle zu testen (Over-The-Air), wobei die Mehrwegewellenausbreitung realistisch aber in einer geschirmten Messkammer nachgebildet wird. Die Emulation der 3 dimensionalen Ausbreitungsumgebung ist dabei Hardware und kostenintensiv. In dieser Arbeit wird untersucht, inwieweit eine Vereinfachung der zu emulierenden Umgebung zulässig im Sinne der Systemperformanz ist. Zwei Methoden zur Reduzierung des Emulationsaufwandes werden untersucht: zum einen wird die 3 dimensionale vollpolarimetrische Realität auf eine 2 dimensionale vollpolarimetrische Beschreibung reduziert und im zweiten Schritt wird zusätzlich um eine Polarisationrichtung reduziert (vertikal oder horizontal). Basierend auf beiden Methoden wird der Einfluss auf die Systemperformanz eines 2x2 LTE Systems analysiert. Dabei wird zum einen die maximal und theoretisch erreichbare Kanalkapazität und zum anderen der LTE Übertragungsrate als Bewertungsmaß herangezogen. Um möglichste reale Bedingungen nachzubilden werden die Methoden auf verschiedene Verdrehungen des Endgerätes angewendet. In der Emulation wird das Endgerät dabei mit zwei verschiedenen Referenzantennen der CTIA (Cellular Telecommunications Industry Association), mit den Antennen "Good" und "Nominal" betrieben. Ein Vergleich dieser Antennen unter Verwendung der zwei Methoden unter Berücksichtigung verschiedener Leistungsregelungen im Up- bzw. Downlink wurde durchgeführt. Die Auswertungen zeigen, dass im Falle dieser Antennen eine Vereinfachung auf die 2 dimensionale aber vollpolarimetrische Beschreibung mit einem akzeptablen Fehler zulässig ist. Die weitere Vernachlässigung in Hinsicht der reduzierten Abbildung der Polarisation jedoch nicht. D.h. im letzteren Falle ist die Abweichung der Systemperformanz im Vergleich zur Realität signifikant. Auch der Einfluß der verschiedenen Verdrehungen ist im letzteren Fall dramatisch und bedeutet im Grunde, dass diese Vereinfachung nicht zulässig ist. Weiterhin wurde festgestellt, dass die verwendeten Referenzantennen nicht immer ihrem Namen gerecht werden, d.h. das die "Gute" Antenne nicht immer die bessere Performanz erreicht im Vergleich zur "Nominellen" speziell im Fall perfekter Leistungsregelung im Uplink.