Analyse von alternativen Empfängerkonzepten für die Ultra-Wideband Kommunikation
Final Report Abstract
Das Ziel der geplanten Arbeiten bestand in der theoretischen Untersuchung der physikalischen Übertragungsschicht von Impulse Radio Ultra-Wideband zum Zweck der Kommunikation innerhalb von Gebäuden. Dazu sollte die Leistungsfähigkeit verschiedener Modulationsverfahren in Kombination mit ausgewählten Empfangskonzepten im UWB-Mehrwegekanal anhand von Kanalkapazitäten beurteilt und verglichen werden. Für die geplanten Untersuchungen war die Spezifikation eines geeigneten Modells für den UWB-Übertragungskanal entscheidend. Aufgrund der Bedeutung dieses Schritts für den Erfolg der weiteren Arbeiten, wurde in größerem Umfang als ursprünglich geplant an dieser Aufgabe gearbeitet. Das Ergebnis dieser Arbeiten ist die Beschreibung eines mathematisch motivierten UWB-Kanalmodells, welches nur die für das Systemdesign wesentlichen physikalischen Eigenschaften des Übertragungsmediums reflektiert und gleichzeitig für Untersuchungen handhabbar bleibt. Im Anschluss an die Spezifikation des UWB-Kanalmodells wurden zahlreiche Berechnungen zu dessen ergodischer sowie zur Outage-Kapazität durchgeführt. Das primäre Ziel dieser Arbeiten bestand in der Schaffung einer Vergleichsbasis, anhand derer zu untersuchende Modulations- und Empfangskonzepte gemessen werden können. Trotz einer Abweichung vom ursprünglichen Arbeitsprogramm wurde dieses Vorgehen als erforderlich betrachtet, da in der Literatur für das gewählte Modell mit korrelierten Mehrwegekomponenten keine entsprechenden Ergebnisse verfügbar waren. Die Resultate der durchgeführten Untersuchungen wurden bei einschlägigen IEEE-Konferenzen zur Publikation eingereicht. Dabei ergaben sich aufgrund von Gutachterkommentaren zu eingerechten Publikationen neue Fragestellungen, welche eine erneute Anpassung der Arbeitsschwerpunkte notwendig machten. Einer dieser neuen Arbeitsschwerpunkte hatte zum Ziel, eine analytische Beschreibung des spezifizierten UWB-Kanalmodells bereitzustellen. Dazu sollte ein analytischer Zusammenhang zwischen den gewählten Beschreibungen des Kanalmodells im Bandpass- und im äquivalenten Tiefpassbereich hergestellt werden. Diese Aufgabe erwies sich als überaus schwierig und führte, trotz verschiedener Lösungsansätze und vielversprechender Zwischenergebnisse, bisher noch zu keinem abschließenden Resultat. Der vierte und letzte Arbeitsabschnitt ist ebenfalls auf die Kommentare der Gutachter zurückzuführen und widmete sich der Untersuchung der statistischen Eigenschaften von UWB-Kanälen. Aufgrund fehlender Literatur zur messtechnisch begründeten Beschreibung von mathematisch motivierten UWB-Kanälen im Zeitbereich, bestand das Ziel dieser Aufgabe in einem Anpassungstest solcher Kanäle auf gedämpfte stationäre Prozesse. Im Ergebnis dieser Arbeiten entstanden nicht nur konkrete Aussagen zur mathematisch motivierten Modellierung für einen speziellen UWB-Kanal, sondern vielmehr ein Verfahren, mit dem sich Datenreihen aus verschiedenen Quellen analysieren lassen. Um das bereits erworbene Wissen an Kollegen und interessierte Studenten weitergeben zu können, wurden ferner mehrere Vorträge innerhalb von Lehrstuhlkolloquien gehalten. Außerdem wurden auf einer eigens eingerichteten Internetseite aktuelle Versionen erstellter Präsentationen, Arbeitsberichte und Publikationsmanuskripte bereitgestellt. Damit standen erzielte Ergebnisse bereits frühzeitig zur allgemeinen Verfügung bereit. Darüber hinaus konnten insgesamt drei Studenten zur Mitarbeit an diesem Projekt gewonnen werden. Speziell wurden zwei Studienarbeiten betreut und eine studentische Hilfskraft der Fachrichtung Mathematik/Stochastik an den Arbeiten beteiligt. Der Aufbau weiterer Kontakte zum Institut für Mathematische Stochastik der Technischen Universität Dresden, insbesondere zu Dr. Lothar Partzsch, erwies sich bei der Erarbeitung der Methodik als äußerst fruchtbar. Aufgrund der positiven Erfahrungen ist diese interdisziplinäre Zusammenarbeit auch zukünftig vorgesehen.
Publications
- Ausarbeitungen zur Ergodischen Kapazität. Arbeitsbericht, Technische Universität Dresden, February 2007
C. Müller, K. Schubert und M. Mittelbach
- Ergodic Capacity of Discrete- and Continuous-Time, Frequency-Selective Rayleigh Fading Channels with Correlated Scattering. IEEE Global Communications Conference, Wireless Communications Symposium, Washington, DC, USA, December 2007
M. Mittelbach, C. Müller, and K. Schubert
- Impact of UWB Channel Modeling on Outage and Ergodic Capacity. IEEE International Conference on Ultra-WideBand (ICUWB), Singapur, September 2007
M. Mittelbach, C. Müller, and F. Bruder
- Discrete-Time Frequency-Selective Rayleigh Fading Channel – Impact of Correlated Scattering on Outage and Ergodic Capacity. IEEE International Conference on Communications (ICC), Beijing, China, May 2008
C. Müller and M. Mittelbach
- Ergodic Capacity of Continuous- Time, Frequency-Selective Rayleigh Fading Channels with Correlated Scattering. IEEE Information Theory Winter School, Loen, Norway, March 2009
C. Scheunert, M. Mittelbach, and K. Schubert
