Multiuser MIMO techniques with feedback. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (xxiii, 204 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
Kooperative Antennenanlagen haben vor kurzem einen heißen Forschungsthema geworden, da Sie deutlich höhere spektrale Effizienz als herkömmliche zelluläre Systeme versprechen. Der Gewinn wird durch die Eliminierung von Inter-Zelle Störungen (ICI) durch Koordinierung der-Antenne Übertragungen erworben. Vor kurzem, verteilte Organisation Methoden vorgeschlagen. Eine der größten Herausforderungen für das Dezentrale kooperative Antennensystem ist Kanalschätzung für den Downlink Kanal besonders wenn FDD verwendet wird. Alle zugehörigen Basisstationen im genossenschaftlichen Bereich müssen die vollständige Kanal Informationen zu Wissen, die entsprechenden precoding Gewicht Matrix zu berechnen. Diese Information ist von mobilen Stationen übertragen werden Stationen mit Uplink Ressourcen zu stützen. Wird als mehrere Basisstationen und mehreren mobilen Stationen in kooperativen Antennensysteme und jede Basisstation und Mobilstation beteiligt sind, können mit mehreren Antennen ausgestattet sein, die Anzahl der Kanal Parameter wieder gefüttert werden erwartet, groß zu sein. In dieser Arbeit wird ein effizientes Feedback Techniken der downlink Kanal Informationen sind für die Multi-user Multiple Input Multiple Output Fall vorgeschlagen, der insbesondere auf verteilte kooperative Antennensysteme zielt. Zuerst wird ein Unterraum-basiertes Kanalquantisierungsverfahren vorgeschlagen, das ein vorbestimmtes Codebuch verwendet. Ein iterativer Codebuchentwurfsalgorithmus wird vorgeschlagen, der zu einem lokalen optimalen Codebuch konvergiert. Darüber hinaus werden Feedback-Overhead-Reduktionsverfahren entwickelt, die die zeitliche Korrelation des Kanals ausnutzen. Es wird gezeigt, dass das vorgeschlagene adaptive Codebuchverfahren in Verbindung mit einem Datenkomprimierungsschema eine Leistung nahe an dem perfekten Kanalfall erzielt, was viel weniger Rückkopplungsoverhead im Vergleich zu anderen Techniken erfordert. Das auf dem Unterraum basierende Kanalquantisierungsverfahren wird erweitert, indem mehrere Antennen auf der Senderseite und/oder auf der Empfängerseite eingeführt werden, und die Leistung eines Vorcodierungs- (/Decodierungs-) Schemas mit regulierter Blockdiagonalisierung (RBD) wurde untersucht. Es wird ein kosteneffizientes Decodierungsmatrixquantisierungsverfahren vorgeschlagen, dass eine komplexe Berechnung an der Mobilstation vermeiden kann, während es nur eine leichte Verschlechterung zeigt. Die Arbeit wird abgeschlossen, indem die vorgeschlagenen Feedback-Methoden hinsichtlich ihrer Leistung, ihres erforderlichen Feedback-Overheads und ihrer Rechenkomplexität verglichen werden.
https://www.db-thueringen.de/receive/dbt_mods_00047362
Robuste Lokalisierung magnetischer Quellen mithilfe integrierter 3D-Hall-Sensor-Anordnungen. - Ilmenau : Universitätsbibliothek, 2020. - 1 Online-Ressource (vii, 139 Seiten)
Technische Universität Ilmenau, Dissertation 2020
Magnetfeldsensoren erlauben die indirekte, berührungslose Bestimmung der Position bewegter Objekte und finden daher millionenfach Anwendung im Industrie- und Automobilbereich. Positionsmesssysteme in diesen Anwendungsbereichen haben die Aufgabe einen linearen Weg oder den Winkel der Rotationsbewegung eines Permanentmagneten zu erfassen. In Labor-Anwendungen wurde bereits gezeigt, dass das Feld magnetischer Quellen genutzt werden kann alle sechs mechanischen Freiheitsgrade zu bestimmen. Unter schwierigen Umgebungsbedingungen sind Auswertungen mit nur einem einzigen Freiheitsgrad jedoch alternativlos. Gründe hierfür sind der rechentechnische Aufwand komplexer Auswertealgorithmen, aber auch zu erwartende magnetische und temperaturbedingte Störungen. Zudem gibt es kaum Anhaltspunkte für die Auslegung magnetfeldbasierter Positionsmesssysteme, was den Einsatz erschwert. Ziel dieser Arbeit ist es daher, Methoden zu erarbeiten, die es ermöglichen die Vorteile integrierter Magnetfeldsensoren auch für schwierige Umgebungen nutzbar zu machen, und somit die Möglichkeiten der Technologie auszuschöpfen. Kompakte Hall-Sensor-Anordnungen, die am Fraunhofer Institut für Integrierte Schaltungen (IIS) entwickelt wurden, dienen als Ausgangspunkt. Sie ermöglichen es, den Magnetfeldvektor einer magnetischen Quelle an mehreren Stellen und auf engstem Raum zu messen. Um daraus die Position zu ermitteln, und somit das inverse Problem der Magnetostatik zu lösen, wird in dieser Arbeit ein analytisches Modell eines beispielhaften Messsystems entwickelt und verschiedene numerische Lösungsverfahren evaluiert. Das Unscented Kalman-Filter zeigt sich im Hinblick auf die Anforderungen industrieller Anwendungen als besonders geeignet. Von der stochastischen Modellierung des Systems ausgehend, werden Methoden und Richtlinien zum Entwurf magnetfeldbasierter Positionsmesssysteme abgeleitet und ein Verfahren vorgestellt, das es ermöglicht Permanentmagneten zu charakterisieren, und somit die Eigenschaften der Lokalisierung zu verbessern. Algorithmische Anpassungen des Unscented-Kalman-Filters, deren Wirksamkeit anhand von Messungen und Simulationen belegt wird, reduzieren die Empfindlichkeit gegenüber Störungen in schwierigen Umgebungen.
https://nbn-resolving.org/urn:nbn:de:gbv:ilm1-2020000502
On-demand quality-of-service for crucial vehicle-to-pedestrian communication. - In: WiMob 2020, (2020), S. 56-61
https://doi.org/10.1109/WiMob50308.2020.9253416
Applications of ML-GSVD in wireless MIMO communications. - Ilmenau. - 70 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Tensorzerlegungen finden Anwendung in den Bereichen Psychometrie, Chemometrie, Signalverarbeitung, numerische lineare Algebra, Computer Vision, numerische Analyse, Data Mining, Neurowissenschaften, Graphanalyse und anderswo. In unserer Arbeit wird die Multilinear Generalized Singular Value Decomposition (ML-GSVD), die einige Ähnlichkeiten mit der PARAFAC2-Zerlegung aufweist, in multi-user multiple-input multiple-output (MU-MIMO) für die koordinierte Beamforming angewendet. Die ML-GSVD ist auch eine Erweiterung der Generalized Singular Value Decomposition (GSVD). Sie kann mehr als zwei Matrizen gemeinsam faktorisieren, die eine unterschiedliche Anzahl von Spalten und dieselbe Anzahl von Zeilen aufweisen können. Im Gegensatz zu einigen bestehenden koordinierten Beamforming Strategien wie die Block Diagonalization (BD), die Regularized Block Diagonalization (RBD) und die Flexible Coordinated Beamforming (FlexCoBF), die nur Punkt-zu-Punkt-Kanäle (privat) erzeugen können. Durch Anwenden der ML-GSVD auf eine Reihe von Kanalmatrizen, die verschiedenen Benutzern zugeordnet sind, werden common channels (CCs) für eine Gruppe von Benutzern sowie private channels (PCs) für einzelne Benutzer bereitgestellt. Die Kanaltypen werden durch die Anzahl der Sende- und Empfangsantennen bestimmt. In dieser Masterarbeit wird ein Szenario vorgeschlagen, in dem mehrere Benutzer ihre Daten mit Hilfe eines Relay austauschen. Von mehreren Benutzern empfangene Nachrichten werden mithilfe von MUD (Multi-User Detection) am Relay erkannt und erneut an verschiedene Benutzer übertragen. Die Anwendung von ML-GSVD für MUD hat die gleiche Leistung wie einige vorhandene MUD Strategien, wie z. B. Recursively Successive Zero Forcing and Successive Interference Cancellation (RSZF-SIC), Uplink Block Diagonalization (UL-BD) und nur einen kleinen Unterschied zu MMSE Decoupling (MD). Eine detaillierte Bewertung der Leistung dieser Downlink- und Uplink-Kommunikationsstrategien sowie der Secrecy Rate unter Verwendung von ML-GSVD in den MU-MIMO-Systemen wird numerisch und grafisch demonstriert.
Implementation and evaluation of signal phase measurements for position estimation. - Ilmenau. - 93 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Trägerphasenmessungen sind ein Verfahren, das zur Schätzung der Position eines Benutzers auf der Grundlage der Phasenverschiebung des empfangenen Signals verwendet wird. Sie ist ein Maß für die Entfernung zwischen Sender und Empfänger, ausgedrückt in Zykluseinheiten der Trägerfrequenz. Dies ist eine der Standardmethoden, die im Global Navigation Satellite System (GNSS) zur Positionsschätzung verwendet wird. Sie liefert eine präzise Positionsbestimmung, ist aber eine ganzzahlige Anzahl von Wellenlängen mehrdeutig und wird durch Mehrwegeausbreitung gestört. GNSS ist in Innenräumen nicht anwendbar, da die Signale durch Wände und Decken gedämpft werden. Aber die Trägerphasenmethode ist anwendbar, wenn sie mit 5G-NR-Signalen verwendet wird, und das wollen wir beweisen. Die 5G-Technologie taucht mit den brandneuen Konzepten wie Millimeterwellen (mmWave), kleine Zellen, Massively Multiple Input Multiple Output (mMIMO), Beamforming (BF) und Vollduplex auf. Diese neuen Technologien bieten 5G-Systemen nicht nur die verbesserte Kommunikationsleistung, sondern auch die Möglichkeit, eine präzise Positionsschätzung zu erreichen. Eines der Ziele des 5G-Netzes ist die zentimetergenaue Auflösung der Lokalisierung. Dies erfordert neue Algorithmen, die die Phasenverschiebung des empfangenen Signals berücksichtigen. Diese Arbeit zielt darauf ab, Signalverarbeitungsalgorithmen zu implementieren und zu validieren, um Trägerphasenmessungen auszunutzen und eine experimentelle Machbarkeitsstudie mit dem verfügbaren Gerät DecaWave Ultrabreitband (DW-UWB)-Positionierungssystem zu erstellen. Wir charakterisierten die empfangene Pulsform der DW-UWB-Module. Wir führten Modifikationen am verfügbaren Hardware-Aufbau für die Einspeisung eines Referenzsignals in den Empfänger durch, um differentielle Phasenmessungen zu berechnen. Wir haben Signalverarbeitungsalgorithmen auf dem Hardware-Ausgang für Trägerphasenmessungen implementiert. Der Algorithmus wird sowohl an simulierten Daten als auch an realen Messungen von DW-UWB-Modulen getestet. Mit dem modifizierten Aufbau erreichten wir eine signifikante Auflösung der Abstandsmessung durch differentielle Trägerphasenmessungen. Unser Proof of Concept zeigt, dass Trägerphasenmessungen in einer realistischen Umgebung möglich sind, und wir schätzten den Abstand mit einer Genauigkeit von 2 mm
Characterisation of multi-static scattering by UAVs. - Ilmenau. - 82 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
Die unregulierte Nutzung kleiner kommerzieller unbemannter Luftfahrzeuge (UAVs) ist zu einem Sicherheitsrisiko geworden. Die Verwendung von Radargeräten ist eine gängige Praxis bei der Entdeckung eines Ziels, und die Streueigenschaften des Ziels sind einer der Hauptfaktoren, die die Leistung des Radars bei der Entdeckung beeinflussen. In dieser Arbeit wird das Streuverhalten der Drohnen zum Zweck der Modellierung analysiert. Da der Radarquerschnitt (RCS) zur Beschreibung der Streuung der Objekte verwendet werden kann, werden die RCS der drei Drohnen mit unterschiedlichen geometrischen Formen und Größen in der Analyse verwendet. Der erforderliche RCS der Drohnen wird in Kommunikationsfrequenzbändern von 900 MHz, 2,53 GHz und 3,75 GHz mit FEKO simuliert. In der Analyse werden die gestreuten Peaks erkannt und in spiegelnde und diffuse Streuungen unterteilt, wobei der Effekt der Vorwärtsstreuung in dieser Studie ausgeschlossen wird. Es wird ein praktisches Szenario der unteren Hemisphäre definiert und die Schlüsselparameter der Peaks, z.B. die halbe Leistungsstrahlbreite, die Form und der Streuwinkel, werden für die spiegelnde und diffuse Streuung analysiert. Eines der wichtigsten Ergebnisse ist, dass je größer die elektrische Größe des Objekts ist, desto stärker ist die spiegelnden Reflexionen und desto mehr diffusen Peaks werden erkannt. Es wird auch festgestellt, dass die Keulen der spiegelnden Streuung entlang jeder Seite der Theta- und der Phi-Richtung nahezu symmetrisch sind. Eine mögliche zukünftige Arbeit könnte darauf hinauszielen, ein Streumodell von Drohnen unter Verwendung der Eigenschaften der spiegelnden und diffusen Streuung zu entwickeln, die in dieser Arbeit analysiert werden.
Entwurf, Realisierung und Charakterisierung passiver metamorpher HF-Schaltungen. - Ilmenau. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
In dieser Arbeit wurde ein Beitrag zu möglichen Anwendungen metamorpher Substrate im Hochfrequenzbereich geleistet. Dazu wurde zunächst eine Literaturstudie zum aktuellen Stand der Forschung und möglicher Anwendungen dehnbarer Hochfrequenz-Schaltungen durchgeführt. Darauf aufbauend wurde ein grundlegendes passives metamorphes Element, der koplanare Interdigitalkondensator, ausgewählt, das beispielhaft für andere mögliche Komponenten entworfen, hergestellt und vermessen wurde. Die Hauptaufgaben der Arbeit bestand dabei darin, an diesem Beispiel den vollständigen Entwicklungszyklus passiver Elemente der metamorphen Elektronik aufzuzeigen: Auswahl der Materialien, aus denen das Element aufgebaut werden soll (vom Substrat bis zur leitenden Struktur), Modellierung des Elements (physikalisch und elektrisch, einschließlich der Frequenzparameter), Erstellung eines Prototyps und messtechnische Untersuchung seiner Eigenschaften. Abschließend wurden Anwendungsmöglichkeiten des erhaltenen passiven dehnbaren Interdigitalkondensators in zukünftigen dehnbaren Schaltungen aufgezeigt.
Mitigation of leakage in FMCW radars by background subtraction and whitening. - In: IEEE microwave and wireless components letters, Bd. 30 (2020), 11, S. 1105-1107
Leakage in frequency-modulated continuous-wave (FMCW) radar with a homodyne receiver induces strong signal components in the lower frequency parts of the radar observations. There, the dynamic range of the observations has been reduced, such that close and weak targets are hard to detect. In this letter, a signal processing method is proposed to mitigate the leakage. First, background subtraction is applied to cancel the leakage. As the cancellation is imperfect, a noisy signal portion remains: the leakage noise. A statistical model is developed to describe the leakage noise as a colored noise process. This model is parameterized from measurements and used to whiten the observations. As a result, the dynamic range is improved, and the close targets become better detectable.
https://doi.org/10.1109/LMWC.2020.3023850
Entwurf und Implementierung eines Machine-Learning-Verfahrens zur Klassifizierung von multimodalen Sensordaten für ein Embedded-System mit beschränkter Rechenkapazität. - Ilmenau. - 94 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2020
In dieser Arbeit werden der Entwurf und die Entwicklung eines Software-Hardwaresystems zur Signalerfassung und Klassifizierung von Nutzeraktivitäten sowie ein Verfahren zur tasterlosen Steuerung eines eingebetteten mobilen Gerätes mit Bewegungssensor beschrieben. Die Schwerpunkte der Arbeit sind der Vergleich der Effizienz mehrerer Algorithmen zur Klassifizierung verschiedener Nutzeraktivitäten, die Optimierung des Merkmalsvektors sowie die Implementierung einer tasterlosen Methode zur Steuerung eingebetteter Geräte. Ein zusätzlich herausfordernder Aspekt ist die Lauffähigkeit auf eingebetteten Systemen mit beschränkter Rechenkapazität. Die Arbeit ist wie folgt aufgebaut. Zu Beginn der Arbeit werden die wichtigsten Schritte für die Implementierung der Klassifizierungsalgorithmen basierend auf Maschinellem Lernen beschrieben. Anschließend wird eine vergleichende Analyse bestehender Ansätze und Arbeiten zum Thema Klassifizierung von Nutzeraktivitäten durchgeführt. Anhand der Ergebnisse der Analyse werden vielversprechende Klassifizierungsalgorithmen zusammengestellt und kurz beschrieben. Die direkte Verwendung von Sensorrohdaten zur Klassifizierung erhöht im Allgemeinen die Rechenkomplexität. Daher wird hier ein Ansatz vorgestellt, um charakteristische Merkmale zur Unterscheidung von Nutzeraktivitäten aus den Sensorrohdaten zu extrahieren. Zusätzlich wird eine Übersicht der Methoden zur tasterlosen Steuerung eingebetteter Geräte erstellt und der Vielversprechendste ausgewählt. Nach einer formalen Beschreibung der Anforderungen folgt eine detaillierte Beschreibung der Lösungsschritte. Diese umfassen die Entwicklung einer Messplattform, die Erfassung der Trainings- und Testdaten, die Implementierung und den Vergleich der betrachteten Klassifizierungsalgorithmen, die Bestimmung des optimalen Merkmalssatzes sowie die Implementierung einer tasterlosen Gerätesteuerung. Daran schließt sich eine Diskussion über die Effizienz der erhaltenen Lösungen an. Am Ende wird auf der Grundlage, der in jeder Arbeitsphase erzielten Ergebnisse die Schlussfolgerung gezogen und auch die möglichen Richtungen für die Weiterentwicklung des Themas beschrieben.
Measurement-based determination of parameters for non-stationary TDL models with reduced number of taps. - In: IET microwaves, antennas & propagation, ISSN 1751-8733, Bd. 14 (2020), 14, S. 1719-1732
This study proposes a new strategy of extracting parameters for tapped delay line (TDL) channel models from vehicle to infrastructure channel measurements. The proposed approach is based on an already existing method to derive parameters for a non-stationary model using first-order Markov chains. It will be shown that with the proposed method, the number of taps necessary to regenerate the delay spread of a channel can be significantly reduced. An approach will be discussed to evaluate the performance of the model. The feasibility of the method will be confirmed using channel sounding measurements.
https://doi.org/10.1049/iet-map.2019.0945