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.
UWB-Detektion und -Lokalisierung von Personen in abgeschatteten Regionen anhand von Beugungseffekten. - 66 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Im Gegensatz zu Through-Wall-Problemstellungen werden in dieser Bachelorarbeit abgeschattete Regionen in L-förmigen Gängen untersucht, in denen eine Person ohne eigenen Sender nur über Mehrwegepfade mittels Reflexion und Beugung lokalisiert werden kann. Im Fokus steht die Integration von Beugungserscheinungen zur flächendeckenden Verbesserung der Genauigkeit gegenüber Untersuchungen, die ausschließlich auf Reflexionseffekten basieren. Dazu werden Messdaten von realen Szenarien mit einem UWB-Radar und einer monostatischen Antenne erfasst. Aus diesen werden insgesamt drei Ausbreitungspfade abgeleitet, mit deren Distanzen lokalisiert werden kann. Es wird ein Lokalisierungsprinzip und ein eindeutiges Zuordnungskonzept zwischen den gemessenen Distanzen und den Pfaden vorgestellt. Die Ergebnisse der darauf beruhenden Lokalisierung werden hinsichtlich ihrer Genauigkeit und der Reichweite bewertet und mit alternativen Methoden verglichen.
Realisation of an OFDM based communication system by means of software-defined radio and MATLAB. - 61 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Konventionelle Sicherheitssysteme nutzen Verschlüsselung und Schlüsselmanagementsysteme, die im OSI Layer 2 oder höheren Schichten angesiedelt sind. Es können jedoch auch die Eigenschaften des physikalischen Übertragungskanals genutzt werden, um eine sichere Übertragung schon in der physikalischen Schicht zu gewährleisten. - Ein OFDM-System, welches auf einer Software-Radio-Plattform unter Verwendung der USRP2 implementiert wurde, soll zur Entwicklung eines Sicherheitssystems auf der physikalischen Schicht (PHYSEC) dienen. Dazu muss das OFDM-System sehr flexibel konfigurierbar sein, d.h. jeder Unterträgers muss als Pilot-Ton oder zur Übertragung von Daten oder künstlichem Rauschen nutzbar sein oder auch abgeschaltet werden können. Um Informationen über die Charakteristik des Übertragungskanales zu erlangen, wurde ein Channel Sounding implementiert, auf dessen Basis ein PHYSEC-Algorithmus Entscheidungen zur Verwendung der Unterträger treffen kann. Ebenso wurde ein Scan-Algorithmus für das verwendete ISM-Band implementiert. Damit wird die Ermittlung eines nutzbaren Teilbereiches unter Vermeidung eventueller starker Störer in diesem häufig genutzten Band ermöglicht.
Konzeption und Verifikation einer Satellitenemulation für Ku- und Ka-Band-Satelliten. - 105 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2012
Die Entwicklung von Satelliten und den zugehörigen technischen Applikationen im Frequenzbereich des Ka-Bandes (17,3 GHz - 31 GHz) schreitet aufgrund des erhöhten Bandbreitebedarfs und der hohen Auslastung der bisher genutzten Bänder voran. Derzeitige Testsystem für entsprechende Sende- und Empfangstechniken, ins besonders für mobile Anwendungen, nutzen meist reale Satelliten. Um Aufwand und Kosten zu minimieren entsteht auf der Fraunhofer-Versuchsanlage "Am Vogelherd" in Ilmenau ein Satellitenemulator. Mit diesem soll die Emulation eines Satelliten im Ku-Band (10,7 GHz - 14,5 GHz) und im Ka-Band ermöglicht werden. In dieser Bachelorarbeit wird dieses System bezüglich seiner Eigenschaften und Parameter untersucht und mit realen Satelliten verglichen. Dazu wird zunächst die für die Emulation verwendete Hardware näher betrachtet und entsprechende Parameter, wie z. B. die Durchgangsdämpfung, für die einzelnen Komponenten bestimmt. Anhand dieser gemessenen Werte werden Streckenbilanzen für die Versuchsanlage erstellt. Diese theoretischen Betrachtungen werden mit den anschließend durchgeführten Messungen für den Uplink und Downlink der Versuchsanlage verglichen. In den Ergebnissen zeigt sich, dass mit dem Satellitenemulator EIRP von über 80dBW emuliert werden kann.
Modeling of channel occupancy scenarios in frequency, time and space. - 95 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Aktuelle Regelungen zur statischen Belegung des Funkspektrums haben Forscher und Regulierungsbehörden dazu motiviert, nach neuen Ansätzen zu suchen, welche die Unterauslastung des Spektrums verringern können. Diese werden durch zahlreiche Messkampagnen unterstützt. Aus diesem Grunde wurden Technologien wie Dynamic Spectrum Access und Cognitive Radio erdacht, die Nutzern ohne lizensierten Funkraum dynamischen Zugang auf spektrale Bänder ermöglichen, wenn dadurch lizenzierte Nutzer nicht gestört werden. Diese neuen Technologien befinden sich noch in der Entwicklungsphase, und um diese Entwicklung zu vereinfachen und zu beschleunigen, besteht die Notwendigkeit von effizienten Testverfahren. Diese Tests werden in einer sogenannten "Over-The-Air test in Virtual Electromagnetic Environment" (OTAinVEE)-Umgebung realisiert, welche in der Lage ist, kontrollierbare und reproduzierbare Tests durchzuführen. Aufgrund der Tatsache, dass die Tests in einem geschirmten, reflexionsarmen Raum stattfinden, ist es außerdem möglich, auch auf lizenzierten Bändern zu arbeiten ohne dabei Lizenznehmer zu stören, die auf diesen Frequenzen kommunizieren. Das OTAinVEE System benötigt adäquate Testszenarien, welche realistische Tests ermöglichen. Zu diesem Zweck erarbeiten und implementieren wir Kanalbelegungsmodelle, welche die Nutzeraktivität in Zeit, Frequenz und Raum einer realen Umgebung widerspiegeln. Diese werden unterstützt durch eine Messkampagne, die an verschiedenen Orten des Campus der Technischen Universität Ilmenau durchgeführt wurde. Die implementierten Modelle zeigen eine hohe Genauigkeit im Vergleich zu den empirischen Daten. Die Kanalbelegungsmodelle können als Eingabedaten für die OTAinVEE-Testumgebung verwendet werden.
Analysis of performance and stationarity of MIMO channels of a static feeder link depending on height. - 70 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die Stationarität des MIMO-Kanals ist für die erweiterte Übertragungsverfahren und -Anwendungen sehr wichtig. Aber die echten Kanäle können nur quasi stationär angenommen werden. D.h., dass die Statistiken des Kanals nicht über die ganze Zeit- und Frequenzbereich konstant bleiben kann, sondern nur innerhalb eines bestimmten endlichen Stationarität-Bereichs. Für einige erweiterte Übertragungsverfahren, das die Konstanz der Statistiken des Kanals innerhalb eines größeren Bereichs benötigt, bzw. für einige andere Anwendungen, wie z.B. die Festlegung der optimale Lage des Relais in Anbetracht der Höhe der Feeder-Link, ist die Charakterisierung der Bereichen der Stationarität wichtig und sinnvoll. Für die MIMO-Kanäle, im Gegensatz zu den SISO-Kanäle, ist die räumliche Struktur eines der wichtigsten Eigenschaften. Daher ist es notwendig, die Stationarität der mobile Kanäle zu bewerten und versuchen, die lokale Bereiche der Stationarität zu finden. Diese Arbeit konzentriert sich auf die Untersuchung der von der Höhe abhängigen Nicht-Stationarität des gemessenen Kanals in einem städtischen Makrozelle Szenario und die Anwendung unterschiedlicher Methoden von Matrix-Metriken, um die Nicht-Stationarität zu bewerten. Die Bewegungen des Empfängers über Höhe könnte, einen nennenswerten Einfluss auf die räumliche Struktur des Kanals, die in der Variation der Korrelations-Matrizen über Höhe Ergebnissen führen. Außerdem kann verschiedene Kanalkapazität über die Höhe für die Leistung von MIMO zu erwarten. Die Matrix-Metriken-Methoden, die in der Arbeit verwendet werden, sind: CMD (Korrelationsmatrix Entfernung), NCMD (normalisierte Korrelation Matrix Entfernung) und DES (Entfernung zwischen äquidimensionale Unterräume). Alle Methoden besiert auf die räumliche Struktur des Kanals. Jede Matrix Metrik ist die Messung der Unterschiedlichkeit zwischen zwei verschiedenen Korrelationsmatrizen, mit dem Wert von 0 bis 1 (0 bedeutet, dass zwei Matrizen gleich sind, während 1 die völlige Unterschied heißt.). Mit den verschiedenen Methoden von Matrix-Metriken, können unterschiedliche Variation der räumlichen Struktur und lokale stationäre Regionen auch erwartet werden. Außerdem betrachten wir die räumliche Struktur getrennt bei den Sende-und Empfangsseite. Abgesehen von der Änderung der Umgebung der Streuung, wenn wir die Antenne Konfigurationen (z.B. die Anzahl der Antennen, die Antennenpolarisationen und die Abstand der Antennenelemente) ändern, kann die Unterschiede der Leistung von Matrix-Metriken auch erwartet werden. Denn alle diese Faktoren können zur verschiedenen Varianzen der räumlichen Struktur des Kanals führen.
Vergleich verschiedener Modelle zur Generierung der Empfangszustände für den landmobilen Satellitenkanal. - 66 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In dieser Arbeit werden drei auf Markovprozessen basierende Zustandsmodelle zur Beschreibung des land-mobilen Satellitenkanals miteinander verglichen: das Markovmodell erster Ordnung, das Semi-Markov-Modell mit lognormal-Anpassung und das dynamische Markovmodell. Vergleichskriterien sind dabei Zustandswahrscheinlichkeit, mittlere Zustandslänge, und der mittlere quadratische Fehler der Zustandslängenstatistik zur gemessenen Zustandslängenstatistik. Die Untersuchung des Verhaltens der Modelle bei unendlicher Simulationslänge und der Vergleich mit dem theoretisch zu erwartenden Ergebnis zeigt, dass die Zustandswahrscheinlichkeit und die mittlere Zustandslänge von dem Markovmodell erster Ordnung und dem dynamischen Markovmodell exakt wiedergegeben wird. Beim Semi-Markov-Modell weicht die mittlere Zustandslänge ab. Jedoch wird die Zustandslängenstatistik besser als beim Markovmodell erster Ordnung beschrieben. Die Untersuchung der benötigten Simulationslänge zeigt eine Konvergenz bereits nach 5 km für das Markovmodell erster Ordnung und das dynamische Markovmodell. Zur zuverlässigen Parametrisierung der Modelle mittels Messdaten zeigt sich, dass das Markovmodell erster Ordnung und das dynamische Markovmodell etwa 5 km Messdatenlänge benötigt. Beim Semi-Markovmodel werden hierfür mindestens 10 km benötigt.
Konzeption, Aufbau und Evaluierung einer kaskadierbaren Digitaleinheit zur Erfassung der Daten eines UWB-Sensorarrays. - 123 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2012
Der Einsatz von ultrabreitband-(UWB-)Sensorarrays für Messungen an lebendigen oder beweglichen Objekten stellt besondere Anforderungen an die Synchronisierung der Datenaufzeichnung für die einzelnen Empfänger. Die Diplomarbeit beinhaltet die Konzeption, den Aufbau und die Evaluierung einer kaskadierbaren Digitaleinheit zur Erfassung der Daten eines UWB-Sensorarrays. Diese Digitaleinheit besteht aus einem proprietären parallelen Bussystem, sowie mehreren Tochterkarten für die Aufzeichnung der UWB-Daten. Spezielle Busleitungen erlauben dabei die Synchronisierung der Datenaufzeichnung aller an da System angeschlossenen Tochterkarten.
Abhängigkeit der MIMO-Leistungsfähigkeit von Antennen- und Kanaleigenschaften. - 153 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
In den letzten Jahren haben insbesondere Kommunikationssysteme basierend auf hohen Systembandbreiten und Mehrantennen Konzepten eine starke Entwicklung und Standardisierung erfahren. Diese Konzepte nutzen insbesondere die räumliche und zeitliche Diversität des Übertragungskanals aus. Im Hinblick auf die Evaluierung dieser Konzepte ist es wichtig die Auswirkung unterschiedlicher Kanalcharakteristiken und Antenneneigenschaften zu kennen. Um diese Abhängigkeiten zu untersuchen kann auf unterschiedliche Methodiken der Kanalgenerierung zurückgegriffen werden. Zwei dieser Methoden sind die: Synthese von Kanaldaten basierend auf geschätzten Mehrwegepfaden Synthese von Kanaldaten basierend auf einem geometrisch-stochastischen Kanalmodell, z.B: WINNER+ Kanalmodell. Diese Ansätze erlauben es zum einen Antennenaperturen in den Analyseprozess zu integrieren ohne aufwändige Messkampagnen durchzuführen und zum anderen Kanalcharakteristiken durch Parameteränderungen zu variieren. Damit ist es möglich verschiedene Szenarien zu simulieren und den Einfluss auf die Leistungsfähigkeit des MIMO Systems zu untersuchen. Hierfür steht ein Analyse Tool des Institutes für Informationstechnik der TU Ilmenau zur Ermittlung grundlegender MIMO Metriken (Metric Analyzing Tool) und ein Simulator des Institutes für Telekommunikation der TU Wien zur Betrachtung der Leistungsfähigkeit im Rahmen des UMTS - Long Term Evolution Standards (LTE Link Level Simulator) zur Verfügung. Ziel ist es die Leistungsfähigkeit von verschiedenen Antennen gegenüber zu stellen. Das Potential unterschiedlicher MIMO Konstellationen, bezogen auf die Zahl der Antennenelemente, hinsichtlich der Steigerung der Kanalkapazität zu untersuchen. Sowie den Einfluss verschiedener Large Scale Parameter des MIMO Kanals zu analysieren. Diese Betrachtungen werden dabei, mit Ausnahme des letzten Punktes, für beide Methoden der Kanalgenerierung durchgeführt. In der Auswertung sollen entsprechende Unterschiede herausgearbeitet werden um die Aussagekraft des Kanalmodells im Vergleich zur realistischeren Kanalsynthese einzuordnen.
Untersuchung der Abhängigkeiten zwischen Fahrzeugerschütterungen und begleitenden Bildinformationen. - 55 S. Ilmenau : Techn. Univ., Masterarbeit, 2012
Die vorliegende Masterarbeit befasst sich mit der Untersuchung der Abhängigkeiten zwischen Fahrzeugerschütterungen und begleitenden Bildinformationen. Zunächst musste ein Messsystem zur Datenerfassung implementiert werden, um synchron Bild- und Bewegungsdaten aufzunehmen. Basierend auf diesen Referenzdaten wurde untersucht, ob Informationen aus den Bilddaten gewonnen werden können, sodass Bewegungsprofile von Messfahrten aus Kameradaten reproduziert werden können. Um die Bildinformationen mit den Bewegungsdaten vergleichen zu können, mussten Merkmale zur Bewegungserkennung aus den Hemisphären-Bildern gewonnen werden. Dazu wurden mehrere Verfahren zur Bewegungserkennung in Bildern implementiert und verglichen. Diese wurden auf eine entzerrte Version der Hemisphären-Abbildung angewendet. Zur Rekonstruktion der Roll- und Nick-Bewegungen erwies sich die Berechnung des optischen Flusses zwischen den Bildern als besonders robustes Verfahren. Zur Schätzung des Gier-Winkels liefert eine Betrachtung der Ausrichtung des Fahrzeugs zur Sonne sehr gute Ergebnisse. Mit Hilfe der entwickelten Verfahren können Roll-, Nick- und Gier-Bewegungen von Messkampagnen nachgebildet und für Simulationen in der Fraunhofer Versuchsanlage >> Am Vogelherd << in Ilmenau eingesetzt werden. Das implementierte Messsystem soll auch im Rahmen des ESA-Projektes "Mobile Tracking Needs" zum Einsatz kommen.