Studienabschlussarbeiten des FG Elektronische Messtechnik und SignalverarbeitungStudienabschlussarbeiten des FG Elektronische Messtechnik und Signalverarbeitung

Studienabschlussarbeiten

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Erstellt: Wed, 27 Mar 2024 23:01:34 +0100 in 0.0696 sec


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

Zuverlässige und fehlerfreie vehicle to everything (V2X) Kommunikation ist eine Schlüsselvoraussetzung für autonomes Fahren. Um herauszufinden wie geeignete Systeme entworfen werden müssen, bedarf es einer gründlichen Untersuchung des V2X Kommunikationskanales. Die Auswertung von passenden Messdaten ist dabei ein Ansatz. Aufgrund der hohen Mobilität und der Vielzahl an möglichen Szenarien, sind solche Untersuchungen nicht trivial. In der vorliegenden Arbeit mache ich einen Vorschlag für eine strukturierte und skalierbare Art, die unterschiedlichen Szenarien zu modellieren. Ich beschreibe weiterhin eine Methode zur Auswertung instationärer Kommunikationskanäle, welche unter Verwendung von zweidimensionalen Slepian Sequenzen so genannte generalized local scattering functions (GLSFs) bestimmt. Ich erkläre wie diese Fensterfunktionen parametriert werden und wende diese Methode auf Daten an, welche in V2X channel sounding Messungen bei 2,53GHz aufgenommen wurden. Ich berechne large-scale Parameter (large-scale fading, delay spread, delay window, Doppler spread) und Stationaritätszeiten und -distanzen. Ich präsentiere und diskutiere beispielhafte Ergebnisse, vergleiche fading und Stationaritätslängen verschiedener Messungen und diskutiere die Beobachtungen. Die Resultate des large-scale fadings und der spreads zeigen eine Abhängigkeit von der jeweiligen Situation und den Antennenpostionen an den Fahrzeugen. Die Stationaritätswerte ändern sich signifikant für Innenstadt-Szenarien, während sich für die gezeigten Autobahn-Szenarien nur geringe Änderungen zeigen. Auch für die Werte des delay spread und delay window gibt es bedeutende Unterschiede zwischen den Messungen in der Innenstadt und auf der Autobahn.



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

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



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

Ultrabreitband (UWB)-Sensoren verfügen über eine große absolute Bandbreite. Diese ermöglicht es, Objekte mit einer äußerst hohen Genauigkeit zu lokalisieren, insbesondere wenn die Objekte einen UWB-Sender tragen und aktiv mit dem Lokalisierungssystem kooperieren. Daher werden UWB-Radare in zahlreichen distanzbasierten Lokalisierungsanwendungen eingesetzt. Die Genauigkeit wird allerdings von diversen Faktoren beeinflusst, wie zum Beispiel den Antennencharakteristika, Empfängerpositionen und vom Objekt verursachte Abschattungen. Falls diese Einflüsse unbekannt sind, wird die Lokalisierungsgenauigkeit negativ beeinflusst. Die Genauigkeitsanforderungen verschiedener Lokalisierungsanwendungen hängen von spezifischen Eigenschaften der Anwendungen ab. Beispielsweise ist für die dynamische Werkzeugverfolgung in einer Industriehalle mindestens eine Zentimetergenauigkeit erforderlich, während die Dezimetergenauigkeit für die Verfolgung von pflegebedürftigen Patienten in Krankenhäusern geeignet sein kann. Bei der Entwicklung eines Lokalisierungssystems spielen neben der Genauigkeit unter anderem auch die Kosten und Komplexität eine sehr große Rolle. Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung unterschiedlicher Einflüsse auf die Genauigkeit der distanzbasierten UWB-Lokalisierung. Der Fokus wird hierbei auf die Geometrische Verschlechterung der Genauigkeit (GDOP) gelegt. Zunächst werden verschiedene Parameter eingeführt, mit deren Hilfe die Geometrische Verschlechterung der Genauigkeit bereits in der Literatur beschrieben ist. Diese Parameter werden als nächstes im Rahmen einer Simulationsstudie und anschließend mit Messdaten verifiziert. Zusätzlich wird ein Konzept entwickelt, die Topologie des Lokalisierungssystems bei unterschiedlicher Kanalanzahl hinsichtlich der geometrischen Verschlechterung der Genauigkeit zu optimieren, um eine Aussage darüber treffen zu können, ob ein zusätzlicher, in der Regel sehr kostenintensiver Kanal sinnvoll ist oder auf diesen verzichtet werden kann.



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

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



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

Der individuelle Radarquerschnitt (RCS) jedes typischen Fahrzeugs und Fußgängers ist sehr wichtig für die Erkennung, Verfolgung und Klassifizierung in Automobilradaranwendungen, wie zum Beispiel Fußgängerschutzsystemen und automatischen Notbremssystemen (AEB). Neben den oben genannten typischen Radaranwendungen wird in dieser Arbeit die Verwendung der bistatischen RCS von Fahrzeugen zur Modellierung von Bestandteilen im Ausbreitungskanal von Szenarien der Car-to-Car-Kommunikation untersucht. Dazu werden RCS-Simulationen mittels ANSYS-HFSS im Kommunikationsfrequenzband von 2,4 GHz ausgewertet. Das entwickelte parametrische 3D-Modell typischer Fahrzeuge basiert auf realen KFZ-Abmessungen zwischen VW Up und VW Touareg. Die Formen des 3D-Modells können vom Kleinwagen bis zum High-End-SUV variieren, darunter verschiedene Arten von Minivans und Limousinen. In 432 parametrischen Variationen in Höhe, Breite und Länge verschiedener Fahrzeugteile wurden Datensätze der bistatischen RCS simuliert. Da es nicht möglich ist, diese große Datenmenge direkt in der Fahrzeugkanalschätzungssimulation anzuwenden, werden bestimmte statistische Informationen der Verteilungen der RCS-Werte basierend auf Fahrzeugszenarien und einigen Annahmen extrahiert. Danach wird das statistische RCS-Modell oder das Streuungsmodell der Fahrzeuge für das spezifische Fahrzeugszenario unter Verwendung der statistischen Information entwickelt.



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

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



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

Im Vergleich zu bisherigen 4G-basierten Kommunikationssystemen (LTE) bietet die nächste Mobilfunkgeneration 5G ein Vielfaches an spektraler Effizienz, eine höhere Nutzerdichte pro Zelle sowie die Kommunikation mit ultra-geringer Latenz und ultra-hoher Zuverlässigkeit. Ein wesentliches Merkmal eines 5G Mehrnutzer-Mehrantennen-Downlink-Systems ist die Linkadaption mittels effizientem Precoding (Vorcodierung) der Sendesignale. In der derzeitigen 3GPP-Standardisierung (Release 15) werden zwei verschiedene Codebuch-basierte Vorcodierverfahren (Type-I und Type-II) für die Anwendung mittels zwei-dimensionalen Antennenarrays an der Basisstation diskutiert. Im Vergleich zu den Vorcodierern basierend auf explizitem Feedback der Kanalmatrix zwischen Sender und Empfänger ermöglichen Codebuch-basierte Vorcodierer eine signifikante Reduktion des Feedback-Overheads. In dieser Masterarbeit wird die Leistungsfähigkeit der beiden Vorcodierer in Bezug auf die erzielbare Transinformation (mutual information) und des Feedback-Overheads für verschiedene Kanalszenarien analysiert und verglichen. Numerische Ergebnisse für Rang-1 Kanäle zeigen eine bessere Performance des Type-II Vorcodierers gegenüber dem Type-I Vorcodierers auf Kosten einer erhöhten Feedbackrate.



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

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



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

Das Ziel der vorliegenden Masterarbeit ist die Entwicklung eines zirkularpolarisierten, dualbandigen Basismoduls für ein Antennen-Array für die ISM-Frequenzbänder 863-870 und 902-928 MHz. Das Antennen-Array ist für den Einbau in mobile Roboter, die RFID-Aufgaben wahrzunehmen haben, vorgesehen. Es werden theoretische Aspekte erklärt und Entwicklungsmöglichkeiten diskutiert, um das bestgeeignete Basismodul (Antenne) zu entwickeln. Zwei Varianten der Patchantennen sind hierbei in die engere Auswahl aufgenommen und mittels einer Spezialsoftware simuliert worden, eine dualbandige Antenne (Stacked Patch Antenna) und eine breitbandige Antenne (Single Patch Antenna). Das ungewollte, aber bei Patchantennen übliche, V-förmige Verhalten des axialen Verhältnisses über den Frequenzbändern wurde erfolgreich vermieden. Prototypen der entwickelten Antennen wurden aufgebaut und im Antennenmesslabor der TU Ilmenau gemessen. Die Messergebnisse weisen eine gute Übereinstimmung mit den Simulationsergebnissen in Bezug auf Öffnungswinkel und Rückflussdämpfung auf. Im Ergebnis dieser Masterarbeit werden zwei für die Entwicklung von Antennen-Arrays zum Einsatz in RFID-Anwendungen, u.a. in mobilen Robotern, geeignete Antennenvarianten vorgestellt.



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

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