Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung von Mehrantennensystemen im Ultra Breitband und die zu erzielende Kapazitätssteigerung dieser Systeme gegenüber Einantennensystemen. Dabei liegt der Schwerpunkt der Betrachtung nicht in der Bestimmung der theoretisch oder praktisch maximal zu erreichenden Kanalkapazität. Vielmehr werden die relativen Kapazitätsunterschiede der in 2.2 aufgeführten Systeme untersucht.
Dazu wurden in einem ersten Arbeitsschritt reale Übertragungsfunktionen für die verschiedenen betrachteten Szenarien mit einem Networkanalyser gemessen. Zum Einsatz kamen dabei speziell entwickelte Ultra-Breitband Antennen, welche in Kapitel 2.3 näher beschrieben werden.
Anschließend wurde in einem weiteren Schritt eine einfache Matlab-Simulation aufgebaut, welche von einem auf die Bandbreite B begrenzten AWGN-Kanal (Additive White Gaussian Noise) mit einer konstanten Rauschleistungsdiche N0 ausgeht und ein breitbandiges Kommunikationssystem nachbildet. Grundlage der Simulation bilden die real gemessenen Übertragungsfunktionen. Mit Hilfe dieser Simulation erfolgt eine Kapazitätsbestimmung der verschiedenen Systeme, welche einen Vergleich ermöglicht und den Kapazitätsgewinn durch die Verwendung von Mehrantennensystemen quantifiziert.
Inhaltsverzeichnis
- 1 Aufgabenstellung und Zielsetzung
- 2 Grundlagen
- 2.1 UWB
- 2.2 Mehrantennensysteme
- 2.3 Betrachtung der verwendeten Antennen und deren Eigenschaften
- 2.4 Funkkanal
- 3 SISO-Systeme im Breitband
- 3.1 Grundlagen zu SISO-Systemen
- 3.2 Rake-Receiver
- 3.3 Versuchsaufbau / Simulation
- 4 SIMO-Systeme im Breitband
- 4.1 Grundlagen zu SIMO-Systemen
- 4.2 Versuchsaufbau / Simulation
- 5 MIMO-Systeme im Breitband
- 5.1 Grundlagen zu MIMO-Systemen
- 5.2 V-BLAST
- 5.3 Versuchsaufbau / Simulation
- 5.4 Waterfilling
- 5.5 Waterfilling im Breitband
- 6 Zusammenfassung
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Diese Arbeit untersucht Mehrantennensysteme im Ultra-Breitband (UWB) und deren Kapazitätssteigerung im Vergleich zu Einantennensystemen. Der Fokus liegt nicht auf der maximal erreichbaren Kanalkapazität, sondern auf den relativen Kapazitätsunterschieden verschiedener Systeme. Dazu wurden reale Übertragungsfunktionen gemessen und eine Matlab-Simulation basierend auf diesen Messungen erstellt, um die Kapazität der verschiedenen Systeme zu bestimmen und den Kapazitätsgewinn durch Mehrantennensysteme zu quantifizieren.
- Untersuchung von Mehrantennensystemen im UWB
- Kapazitätsvergleich von Ein- und Mehrantennensystemen
- Messung realer Übertragungsfunktionen
- Matlab-Simulation eines breitbandigen Kommunikationssystems
- Quantifizierung des Kapazitätsgewinns durch Mehrantennensysteme
Zusammenfassung der Kapitel
1 Aufgabenstellung und Zielsetzung: Diese Arbeit untersucht die Kapazitätssteigerung von Mehrantennensystemen gegenüber Einantennensystemen im Ultra-Breitband (UWB). Der Schwerpunkt liegt auf dem Vergleich relativer Kapazitätsunterschiede verschiedener Systeme, basierend auf real gemessenen Übertragungsfunktionen und einer Matlab-Simulation, die einen auf die Bandbreite begrenzten AWGN-Kanal nachbildet. Die Arbeit quantifiziert den Kapazitätsgewinn durch den Einsatz von Mehrantennentechnologie.
2 Grundlagen: Dieses Kapitel legt die Grundlagen für das Verständnis der verwendeten Technologien. Es erklärt das UWB-Prinzip, die Funktionsweise von Mehrantennensystemen und beschreibt die verwendeten Antennen und den Funkkanal. Es werden wichtige Konzepte wie Pulse Position Modulation (PPM) und die thermische Rauschleistung erläutert. Der Abschnitt beleuchtet auch die Vorteile von UWB hinsichtlich Mehrwegeausbreitung und Sicherheit sowie die Kosteneffizienz im Vergleich zu anderen Systemen.
3 SISO-Systeme im Breitband: Dieses Kapitel befasst sich mit den Grundlagen von SISO-Systemen (Single-Input Single-Output) im Breitbandkontext. Es beschreibt den Rake-Receiver als eine Technik zur Verbesserung des Empfangs bei Mehrwegeausbreitung und detailliert den Versuchsaufbau und die Simulation, die verwendet wurden, um die Leistung von SISO-Systemen im UWB zu evaluieren. Die Diskussion konzentriert sich auf die Herausforderungen und Möglichkeiten der SISO-Technologie im UWB-Umfeld.
4 SIMO-Systeme im Breitband: Dieses Kapitel erweitert die Betrachtung auf SIMO-Systeme (Single-Input Multiple-Output). Es erläutert die grundlegenden Prinzipien von SIMO-Systemen und beschreibt den experimentellen Aufbau und die Simulation zur Leistungsbewertung im UWB-Bereich. Der Schwerpunkt liegt auf dem Vergleich der Performance von SIMO-Systemen mit den zuvor behandelten SISO-Systemen, um den Einfluss multipler Empfangsantennen auf die Kapazität aufzuzeigen.
5 MIMO-Systeme im Breitband: Dieses Kapitel behandelt MIMO-Systeme (Multiple-Input Multiple-Output) im Breitband. Es erläutert die Grundlagen von MIMO-Systemen, insbesondere die Technik V-BLAST (Vertical Bell Laboratories Layered Space-Time) zur Verbesserung der Datenübertragung. Der Versuchsaufbau und die Simulation werden detailliert beschrieben, und es wird die Waterfilling-Technik zur Leistungsallokation diskutiert, sowohl im allgemeinen Kontext als auch speziell für den Breitbandfall. Die Kapitel analysieren die Leistungsfähigkeit von MIMO-Systemen im UWB im Vergleich zu SISO und SIMO.
Schlüsselwörter
Ultra-Breitband (UWB), Mehrantennensysteme, SISO, SIMO, MIMO, Kapazität, Kanalkapazität, Übertragungsfunktion, Rake-Receiver, V-BLAST, Waterfilling, Matlab-Simulation, AWGN-Kanal, Pulse Position Modulation (PPM).
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Arbeit: Mehrantennensysteme im Ultra-Breitband (UWB)
Was ist der Hauptgegenstand dieser Arbeit?
Die Arbeit untersucht Mehrantennensysteme (MIMO, SIMO) im Ultra-Breitband (UWB) und vergleicht deren Kapazitätssteigerung mit Einantennensystemen (SISO). Der Fokus liegt auf den relativen Kapazitätsunterschieden, nicht auf der absoluten maximalen Kanalkapazität.
Welche Methoden wurden angewendet?
Es wurden reale Übertragungsfunktionen gemessen und eine Matlab-Simulation basierend auf diesen Messungen erstellt. Die Simulation modelliert einen breitbandbegrenzten AWGN-Kanal. Die Arbeit quantifiziert den Kapazitätsgewinn durch den Einsatz von Mehrantennentechnologie.
Welche Systeme werden im Detail untersucht?
Die Arbeit untersucht SISO-, SIMO- und MIMO-Systeme im UWB-Kontext. Für MIMO-Systeme wird speziell die V-BLAST-Technik und die Waterfilling-Methode zur Leistungsallokation betrachtet.
Welche Schlüsseltechnologien werden erläutert?
Die Arbeit erläutert Grundlagen des UWB, Mehrantennensysteme (MIMO, SIMO, SISO), den Rake-Receiver (für SISO-Systeme), V-BLAST (für MIMO-Systeme), Waterfilling, Pulse Position Modulation (PPM) und die Modellierung eines AWGN-Kanals.
Wie ist die Arbeit strukturiert?
Die Arbeit gliedert sich in Kapitel zu Aufgabenstellung und Zielsetzung, Grundlagen (UWB, Mehrantennensysteme, Antennen, Funkkanal), SISO-Systeme im Breitband (inkl. Rake-Receiver), SIMO-Systeme im Breitband, MIMO-Systeme im Breitband (inkl. V-BLAST und Waterfilling) und einer Zusammenfassung.
Welche Ergebnisse werden präsentiert?
Die Arbeit präsentiert einen quantitativen Vergleich der Kapazität von SISO-, SIMO- und MIMO-Systemen im UWB basierend auf realen Messdaten und Simulationen. Sie zeigt den Kapazitätsgewinn durch den Einsatz von Mehrantennen auf.
Für wen ist diese Arbeit relevant?
Diese Arbeit ist relevant für Wissenschaftler und Ingenieure, die sich mit drahtloser Kommunikation, insbesondere UWB und Mehrantennentechnologie, befassen. Die Ergebnisse sind auch für Studierende in entsprechenden Fachbereichen von Interesse.
Welche Schlüsselwörter beschreiben den Inhalt am besten?
Ultra-Breitband (UWB), Mehrantennensysteme, SISO, SIMO, MIMO, Kapazität, Kanalkapazität, Übertragungsfunktion, Rake-Receiver, V-BLAST, Waterfilling, Matlab-Simulation, AWGN-Kanal, Pulse Position Modulation (PPM).
- Citation du texte
- Daniel Rogusch (Auteur), 2003, UWB (Ultra Breitband) Kommunikationssysteme mit Mehrfachantennen, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/26580
