Messaufbau für VHF-Kanalmessungen bei niedrigen Antennenhöhen. - 81 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2011
Die vorliegende Bachelorarbeit beschreibt die Entwicklung eines Frameworks zur Steuerung von Messabläufen mit einem Channel Sounder, womit künftig Funkkanalmessungen im VHF-Band durchgeführt werden sollen. Das Framework umfasst die Ansteuerung und Konfiguration der mit der Messanordnung in Verbindung stehenden Teilkomponenten, die Ablaufsteuerung der gesamten Messung über eine Bedienoberfläche sowie die Verarbeitung gewonnener Datensätze. Neben dem Sender und Empfänger sind dies vor allem Geräte, welche zusätzliche Metadaten wie GPS-Position, zurückgelegte Wegstrecke und fotografische Aufnahmen der Umgebung liefern. Zur Verifikation des Systems wurden abschließend Vermessungen dieser Komponenten durchgeführt, womit deterministische Verzögerungen durch die Filterstufen des Empfängers und Ungenauigkeiten bei weiteren Peripheriegeräten aufgedeckt werden konnten.
Synthese realistischer Mobilfunkkanäle anhand Parameterschätzergebnissen. - 75 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Das Verfahren der "Messdatenbasierten Parametrischen Kanalmodellierung" ermöglicht eine antennenunabhängige Beschreibung eines gemessenen Mobilfunkkanals. Basierend auf dem Verfahren sollte es möglich sein, einen Mobilfunkkanal, unter Berücksichtigung beliebiger systemspezifischer Antennen, zu synthetisieren. Um diese Methode zu demonstrieren bzw. zu verifizieren, werden zwei Messungen untersucht, die am gleichen Ort aber mit unterschiedlichen Antennen vorgenommen wurden. Anhand der ersten Messung werden die Parameter des Kanals abgeleitet und ein synthetisierter Kanal unter Verwendung der zweiten Antenne erzeugt. Der synthetische Kanal kann dann mit dem gemessenen Kanal verglichen werden. Die Parameter für die Synthese des Mobilfunkkanals wurden mit dem RIMAX Algorithmus aus den Messdaten geschätzt. Er verwendet ein hybrides Datenmodell, bestehend aus einem deterministischen, strahlenoptischen Teil (spekulare Pfade) und einem stochastischen Teil ("Dichte Mehrwegekomponenten" - DMC). Zunächst sollen die Kanalparameter der einzelnen Antennenkonfiguration miteinander verglichen werden, um die Validität der Schätzergebnisse und die Grenzen des Parameterschätzers zu erfassen und abzuschätzen. Hierbei muß man noch gesondert darauf achten, dass die geschätzten dichten Mehrwegekomponenten (DMC) antennenabhängig sind, da der Schätzer nicht in der Lage ist die räumlichen Eigenschaften der DMC aufzulösen. Die DMC können somit nicht für die Synthese verwendet werden. Dieses Problem wird behoben durch ein künstlich erzeugtes Messrauschen, das sowohl den Messdaten als auch den synthetischen Daten hinzugefügt wird um den Einfluss der DMC auf das Ergebnis zu vermindern. Anhand ausgewählter Metriken (Power-Delay-Profile, Power-Angular-Profile durch Beamformer und Kovarianzmatrix, etc.) werden schliesslich die synthetisierten und gemessenen Daten verglichen und ausgewertet. Von dem Ergebnis her ist zu erkennen, dass die Messungen nicht 100% statisch vorgenommen wurden, die Unterschiede zwischen rekonstruiertem und gemessenem Kanal lassen sich durch Änderungen der Ausbreitungsbedingungen (z.B. zusätzliche Reflektionen) erklären. Unter Berücksichtigung dieser Änderungen, stimmen der rekonstruierte und der gemessene Kanal dennoch gut überein.
Anforderungen an die Dynamik eines mobilen Satellitenkommunikationssystems. - 118 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Die vorliegende Arbeit befasst sich mit der Modellierung der charakteristischen Störgrößen, die die Ausrichtung einer Antenne in einem mobilen Satellitenkommunikationssystem beeinflussen. Insbesondere der Sendebetrieb eines solchen bidirektionalen Systems bedingt eine hochdirektive Antenne, um den Link zum Satelliten zu gewährleisten. Für die Kompensation der Fehllage der Antenne bedarf es eines Nachführsystems, das die Ausrichtung der Antenne auf den Satelliten sicherstellt. Die Störgrößen, insbesondere durch Fahrzeugerschütterungen hervorgerufen, können ansonsten zur Fehlausrichtung der Antenne führen. - Das Ziel dieser Arbeit liegt in der Modellierung der Erschütterungen, die typisch für Einsatzszenarien des Technisches Hilfswerks (THW) oder des Deutsches Rotes Kreuzes (DRK) sind. Diese Szenarien sind primär für das MoSaKa-Vorhaben von Interesse, in dessen Rahmen diese Arbeit entstand. Das gesuchte Erschütterungsmodell muss in Abhängigkeit der Fahrzeugstrecke, des Fahrzeugs und der Fahrzeuggeschwindigkeit stehen. Zu diesem Zweck wurden zwei Messreihen erhoben, um relevante Erschütterungsprofile zu messen. Diese Profile sind durch die Winkelauslenkungen, Winkelgeschwindigkeiten und Winkelbeschleunigungen um die drei Fahrzeugachsen definiert. Für die Modellierung wurden die wesentlichen Komponenten der Erschütterungen beschrieben und der Zusammenhang zwischen den Kenngrößen eines solchen Profils und der Fahrzeuggeschwindigkeit nachgewiesen. Das gefundene Erschütterungsmodell umfasst drei Klassen, die anhand charakteristischer Perzentile der Winkel, der Winkelgeschwindigkeiten und der Winkelbeschleunigungen beschrieben werden. Die Verteilung dieser Klassen steht in Abhängigkeit der Strecke, der Geschwindigkeit und des Fahrzeugs.
Vergleichende Untersuchungen an Satellitenstrecken im Ku- und Ka-Band an einem experimentellen Aufbau. - 97 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Die vermehrte Nutzung von Satelliten für vielfältige Dienste und der erhöhte Bedarf an Bandbreite in den verwendeten Kommunikationssignalen führt zu Engpässen im bisher genutzten Frequenzspektrum. Deshalb migrieren vermehrt Dienste in höhere Frequenzbänder. Schritte, die diese Entwicklung kennzeichnen, sind u.a. die derzeitigen Forschungsaktivitäten und ersten realisierten Systeme zur ausgiebigeren Nutzung des Ka-Bandes (17,3 GHz - 31 GHz). Als Ausgangspunkt sollen die Erfahrungen des bisher genutzten Ku-Bandes (10,7 GHz - 14,5 GHz) herangezogen werden. An diesem Punkt setzt diese Diplomarbeit an und vergleicht die technischen und physikalischen Parameter von Satellitenstrecken im Ku- und Ka-Band. Der Vergleich wird im Konkreten an einem experimentellen Forschungsaufbau zur Simulation von Satellitenstrecken für den Gerätetest von Satellitenterminals im Ku- und Ka-Band gezogen. Hierzu wurden wesentliche Parameter, die Einfluss auf die Streckenbilanz haben, untersucht. Speziell wurden auf der Hardwareseite für Up- und Downconverter die Bandbreite, die Noisefigure und das Intermodulationsverhalten gemessen und äußere Parameter, wie Umweltfaktoren, Unterschiede der Ausbreitung und sonstige physikalisch bedingte Größen, betrachtet. Anschließend wurden Streckenbilanzen für die Ku- und Ka-Band-Strecke aufgestellt und diese verglichen. In den Ergebnissen der Untersuchungen werden die Unterschiede und Gemeinsamkeiten deutlich, wobei letztere überwiegen. Nachteilig für die Systeme im Ka-Band wirken sich weiterhin noch zum Teil die hardware-technischen Parameter der verwendeten Converter und frequenzabhängige physikalische Effekte bei der Signalausbreitung (z.B. Regendämpfung) aus. Insbesondere bei letzteren besteht weiterer Forschungsbedarf. Dennoch konnte festgestellt werden, dass der untersuchte experimentelle Aufbau sich als Testplattform eignet und einige Einbußen im Ka-Band heute schon durch einfach zu realisierende Maßnahmen kompensiert werden können.
Entwicklung von Methoden zur berührungslosen Vitaldatenerfassung mittels Ultrabreitband-Sensoren. - 98 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
In der Diplomarbeit werden Trennungsalgorithmen analysiert, um die Atem- und Herzbewegung aus gemessenen UWB-Daten zu extrahieren. Für die Realisierung werden drei unterschiedliche Trennungsalgorithmen in ihrer Funktionsweise untersucht: PCA (Singulärwertzerlegung), ICA (Fast-ICA-Algorithmus) und Wavelet-Transformation (Wavelet-Denoising-Algorithmus). Anhand von generierten Testsignalen werden die Algorithmen bewertet und geeignete Parametereinstellungen herausgefunden. Eine entwickelte Mess- und Verarbeitungssoftware "VitalDataMonitor" wird vorgestellt, in der die ausgewählten Algorithmen implementiert sind. Abschließend erfolgt die Anwendung der konzipierten berührungslosen Vitaldatenerfassung am Probanden. Hierbei erweist sich der Wavelet-Denoising-Algorithmus als geeignet, die realen Daten zu analysieren und zu verarbeiten.
Untersuchung der theoretischen Grundlagen der Wellenfeldsynthese. - 34 S. : Ilmenau, Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010
Es wurde in der Arbeit erklärt, wie man bei der Wellenfeldsynthese mathematisch zum Syntheseoperator kommt und die Auswirkungen der Vereinfachungen anhand einer Simulation visualisiert.
Empfängersynchronisation für Funk-Rundsteuersysteme im Langewellenbereich bei niedrigem Signal-Rausch-Verhältnis . - 65 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010
This thesis focuses on synchronizations techniques in receivers of data broadcast systems. It is considered a system that transmits continuously data packages and operates with carrier frequencies from 100 to 200 kHz. As channel model, Additive white Gaussian noise (AWGN) is assumed. As modulation scheme the offset-QPSK modulation with a half sine-wave shaped transmission filter is applied. It is focused on synchronization at low signal to noise ratios up to -10 dB. Furthermore, it is considered that receivers do not have exact carrier frequency and phase. A maximum frequency offset of ±20 Hz is assumed. In this thesis, maximum length sequence (MLS) with 31 and 63 bit as well as semi perfect sequences (SPS) with 32 and 64 bit length are considered. Furthermore, five correlation algorithms from the literature are evaluated by simulation. These are Generalized Likelihood ratio test (GLRT), Optimum Likelihood ratio test (LRT), common linear correlation, optimum linear correlation and differential correlation. After correlation, the main peak of the cross correlation function provides the beginning of the frame as well as an estimate for the optimum sampling point. The simulations are done in the following three steps: - First, from the statistics a threshold for detection of the main peaks is determined which provides a minimum of misdetection and false detection rate. - Secondly, the necessary amount of repetition windows is determined, to detect correctly the main peak in 98 percent. - In the last step the interval of the frequency offset is determined in such a way that inside this interval the synchronization is provided with 10 percent failure. To fulfill the task of synchronization at a SNR = -10 dB, the following considerations are given: The common cross correlation with the Semi-Perfect Sequence 32 is the configuration with the lowest computing complexity for the correlation.
Speisung und Charakterisierung elektrisch kurzer Antennen . - 58 S. Ilmenau : Techn. Univ., Diplomarbeit, 2010
Grundlegende Aspekte der Signalübertragung mit Antennen wurden eingehend untersucht, um ein Fundament für die Auswertung praktischer Versuche mit kurzen Antennen zu schaffen. Die vielen praktischen Versuche geben einen guten Einblick in die Untersuchung von Antennen im Zeitbereich, ist man doch sonst eher die Analyse im Frequenzbereich gewohnt. Teilweise musste man Neuland betreten und konnte nur über eigene Versuche zu neuen Erkenntnissen gelangen. Es konnten 2 verschiedene Messsysteme aufgebaut werden, mit denen kurze Antennen charakterisiert werden können. Praktisch untersucht wurden ausschließlich Monopol- und Dipolanordnungen, darunter auch die Ausbreitung elektromagnetischer Wellen auf Dipolen als animierten Film. Die Untersuchungen können sicher noch auf weitere Antennengruppen, wie z.B. die Schleifenantennen ausgeweitet werden. Es konnte anhand der Messungen von Impulsantworten festgestellt werden, dass kurze Antennen durchaus Breitbandeigenschaften besitzen. 3 verschiedene aktive Schaltungen konnten simuliert, berechnet und aufgebaut werden. Auch wenn nicht alle Schaltungen funktionierten, konnten doch brauchbare Ergebnisse abgeleitet werden. Eine funktionierende Konfiguration zeigt, dass kurze aktive Antennen realisierbar sind. In wieweit sie Einzug in künftige Breitbandtechnologien halten, wird sich zeigen. Auf jeden Fall bergen sie Potential für weitere Untersuchungen.
Bildunterstützte Analyse des land-mobilen Satellitenkanals - gemeinsame Betrachtung von Signalpegeln und Bilddaten. - 51 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010
Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Frage, inwieweit eine Vorhersage der Kanaleigenschaften für land-mobile Satellitenkommunikationssysteme aus Bildern der Himmelshalbkugel möglich ist. Im Rahmen einer Messkampagne entlang der Ostküste der USA wurden Signalpegeldaten des Sirius XM Radio Systems aufgezeichnet. Parallel zu den Messungen der Signalpegel wurde die aktuelle Uhrzeit, Position, Fahrtrichtung, etc. mittels GPS aufgezeichnet und es wurden Umgebungsbilder der Himmelshalbkugel mittels einer Fischaugenkamera aufgenommen. Die genannten Datenquellen - Empfangs-Signalpegel jedes Satelliten, - Positions- und Fahrtrichtungsinformation (GPS-Information), - Bilder der Himmelshalbkugel, - sowie die Kenntnis der aktuellen Position der Satelliten am Himmel ermöglichen es, die Korrelation zwischen den gemessenen Signalpegeln und der aktuellen Abschattungssituation der Satelliten, gegeben durch das Bildmaterial, zu untersuchen. Notwendig ist dazu eine geeignete Zusammenführung der vier Datenquellen in Form einer automatisierten Verarbeitungskette. Eine solche Verarbeitungskette wurde im Rahmen dieser Arbeit entwickelt. Im Ergebnis zeigt sich, dass das Schwundverhalten des Satellitenkanals tatsächlich näherungsweise mittels optischer Methoden (Bildern der Hemisphere) vorhergesagt werden kann. Zwar ist es mit dieser Methode nicht möglich, Fast-Fading-Effekte zu messen; diese sind aber bereits sehr gut statistisch modelliert. Viel mehr ist es mit dem gezeigten Ansatz möglich, den aktuellen Kanalzustand, d.h. - freie Sicht zum Satelliten (Line of Sight, LOS), bzw. - abgeschattet / blockiert (shadowed / blocked) zu erfassen. - Durch die optische Erfassung und Auswertung der kompletten Himmelshalbkugel ergeben sich dabei eine Reihe von Vorteilen: - die Methode funktioniert, ohne dass sich Satelliten im Orbit befinden müssen, deren Signale vermessen werden; - es ist keine teure Hochfrequenz-Signalmesstechnik erforderlich, sondern lediglich eine Fischaugenkamera sowie ein GPS-Empfänger; - ws können beliebige Satellitenpositionen am Himmel untersucht werden; - mit dieser Methode können auch Mehrsatellitensysteme (Angle-Diversity-Systeme) modelliert werden, indem das Schwundverhalten mehrerer Satelliten untersucht wird.
Echtzeitfähige BPSK-Empfängerkonzepte. - 78 S. Ilmenau : Techn. Univ., Bachelor-Arbeit, 2010
Unter dem Aspekt der Echtzeitfähigkeit werden im Rahmen dieser Arbeit in der Praxis häufig eingesetzte Demodulationsmethoden für binäre Phasenumtastung (BPSK) analysiert und verglichen. - Anhand der verwendeten mathematischen Beschreibungen werden die ausgewählten Verfahren hinsichtlich ihrer Empfindlichkeit untersucht und bewertet. In diesem Zusammenhang werden wichtige theoretische Grundlagen erläutert und ein Empfängerkonzept auf Basis der Costas-Regelschleife erarbeitet. - Um den zukünftigen Anforderungen auch im Entwurfsprozess - einer effizienten Zeit- und Kostenbilanz - gerecht zu werden, wird das erarbeitete Konzept auf eine vom Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen hausintern entwickelten Echtzeit-Referenzplattform mit der Bezeichnung DT4000 als Prototyp implementiert. - Nach Festlegung wichtiger Betriebsparameter erfolgt die schrittweise Parametrierung der Komponenten auf Basis der vorgestellten allgemein gültigen Dimensionierungsgrundlagen. Es folgt die Herleitung des datenflussorientierten Blockschaltbildes, die Implementation des fertigen Empfängers in den Softwarekern des DT4000 sowie dessen Inbetriebnahme und Funktionsüberprüfung.