Netzbetreiber sehen sich zunehmend mit der Erhöhung des mobilen Datenverkehrs, wovon Video-Streaming den größten Anteil haben wird, konfrontiert. Zudem verursachen räumlich-zeitliche Verkehrsschwankungen in Mobilfunknetzen lokale Kapazitätsengpässe, die mit steigender Interzell-Interferenz und schlechter Nutzerqualität einhergehen. Eine weitere Verdichtung der Netze und Fähigkeiten zu ihrer Selbstorganisation werden als wichtige Aspekte der zukünftigen fünften Mobilfunkgeneration angesehen, um solchen Problemen zu entgegnen. Allerdings werden Netzwerkmanagementlösungen durch die steigende Anzahl von Basisstationen und mobilen Endgeräten, z. B. für IoT- und MTC-Anwendungen, immer komplexer. Flow-Level-Modelle können helfen, großen Simulationsaufwand bei der Netzwerkplanung und -selbstoptimierung zu vermeiden und Lösungen dafür zu verbessern.
In dieser Arbeit wird ein Flow-Level-Modell für Interferenz-gekoppelte, zellulare Mobilfunknetze durch den Aspekt der Zugangskontrolle verallgemeinert, sodass sich ein umfangreiches Werkzeug zur Bewertung solcher Netze hinsichtlich vieler Performanzmetriken ergibt. Solche Metriken umfassen beispielsweise die Verzögerungen der Videowiedergabe und die Wahrscheinlichkeit, dass der Videopuffer am Endgerät leer läuft. Die Datenverkehrsnachfrage wird als größter extrinsischer Einflussfaktor hinsichtlich der durch den Nutzer empfundenen Netzqualität identifiziert.
Dies dient als Motivation, eine detaillierte Analyse der räumlichen Verkehrsverteilung in einem 3G-Netzwerk basierend auf gemessenen Call Traces durchzuführen. Es stellt sich heraus, dass, unter anderem, die Verkehrsdichte entsprechend einer Lognormal-Verteilung modelliert werden kann. Darauf aufbauend wird eine effiziente Methode entwickelt, um lognormal-verteilte und räumlich korrelierte Verkehrskarten zu generieren, welche, zusammen mit dem Flow-Level-Modell, ein effektives Design und eine zuverlässige Evaluierung von Netzoptimierungsalgorithmen ermöglicht. Dies wird anhand zweier Beispiele erläutert. In einem Beispiel wird ein Modell für Phased-Array-Antennen mit dem Flow-Level-Modell kombiniert und ein Algorithmus vorgeschlagen, welcher die Richtungen mehrerer Teilstrahlen je Antenne für eine Gruppe von Basisstationen optimiert. Es wird gezeigt, dass dieser Beamforming-Algorithmus herkömmlichen Antennenneigungswinkel-Optimierern hinsichtlich des Durchsatzes am Zellrand im Durchschnitt um den Faktor drei überlegen ist. Jedoch nimmt die Robustheit mit der Standardabweichung und dem räumlichen Korrelationsabstand des Verkehrs ab.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Der mittlere Wirkungsgrad von linearen Leistungsverstärkern ist aufgrund der Modulation des Hochfrequenzsignals und der veränderlichen Sendeleistung deutlich geringer als der maximale Wirkungsgrad. Die dynamische Anpassung des Arbeitspunktes des Leistungsverstärkers ist eine Möglichkeit, der Verschlechterung des Wirkungsgrades effektiv entgegenzuwirken. Diese Arbeit befasst sich mit der Analyse, dem Entwurf und der Erprobung eines DVB- T-Transmitters mit hochdynamischer Arbeitspunktspannungsanpassung. Das System wird theoretisch analysiert, und der Entwurf sowie die Erprobung des Leistungsverstärkers und weiterer Komponenten werden beschrieben.
Die theoretische Untersuchung des Systemgewinns zeigt, dass die Verlustleistung etwa halbiert werden kann.
Für den Entwurf des Leistungsverstärkers wird ein strukturiertes Entwurfsverfahren entwickelt, und es werden zwei Optimierungsziele verfolgt. Einerseits wird die Großsignalbandbreite mit Hilfe eines Dual-Band-Impedanztransformationsnetzwerkes und andererseits der Wirkungsgrad durch Entwicklung eines differentiellen Spartransformators optimiert. Beide Entwürfe werden durch Messungen validiert. Der Leistungsverstärker mit Spartransformator zeigt dabei bessere Eigenschaften.
Für die Bereitstellung der Arbeitspunktspannung werden ein Tiefsetzstellerbasiertes und ein hybrides System betrachtet. Dies umfasst die theoretische Untersuchung und Optimierung des Systems und der verwendeten Gleitregimeregler. Die experimentelle Erprobung zeigt, dass das Tiefsetzsteller-basierte System mit einem Gewinn von 1.5 dem hybriden System überlegen ist. Dies entspricht eine Verringerung der Verluste um mehr als 33%.
Eine weitere Verbesserungsmöglichkeit des Systems durch Kombination des Tiefsetzsteller-basierten und des hybriden Systems wird aufgezeigt.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Prüfsysteme, welche die Ausbreitungseigenschaften elastischer Wellen zur Ableitung spezifischer Messgrößen nutzen, sind etablierte Messverfahren. Voraussetzung für zuverlässige Ergebnisse ist stets die sichere akustische Kopplung zwischen Sensor und Material. Daher arbeiten hochauflösende Prüfsysteme mit Fluiden als Koppelmedium. Unter bestimmten Bedingungen scheiden kontaktierende Ultraschallsysteme allerdings ersatzlos aus. Dies ist beispielsweise der Fall, wenn die Probe eine besonders niedrige oder hohe Temperatur besitzt, topografische Eigenschaften ein sicheres Ankoppeln der Kontaktprüfköpfe erschweren, Diffusionsvorgänge oder Löslichkeiten zu beachten sind, in Vakuum zu arbeiten ist oder erhöhte Reinheitsanforderungen vorliegen. Gegenstand der vorliegenden Arbeit ist eine Technik welche hilft, diese Einschränkungen zu umgehen.
Mit dem Aufkommen der ersten Laserquellen entstanden die wissenschaftlichen Grundlagen zur kontaktlosen Anregung und Detektion von Ultraschall. Die rasante Entwicklung kommerziell verfügbarer Lasersysteme der vergangenen Dekade wurde zum Anlass genommen zu untersuchen, in wie weit sich die einst wissenschaftlich orientierte Laboraufbauten zu einem anwendungsnahen Messsystem zusammenführen lassen. Basis der Arbeiten ist die thermoelastische Anregung von Ultraschall in Kombination mit einer ebenfalls kontaktlosen Detektion. Damit entsteht eine geschlossene Messkette welche erstmals die Eigenschaften zerstörungsfrei, kontaktlos und anwendungsorientiert in einem Ultraschallmesssystem vereint.
Ausgangspunkt stellt die thermische Simulation der Anregung dar. Mit Hilfe präzisierter Gleichungen wird eine lokale Erwärmung von lediglich 100 K vorausgesagt. Für die zur Auslegung eines akustischen Messsystems notwendige Schallfeldsimulation wurde eine weitere Problematik identifiziert. Während bekannte Rechenansätze stets analytisch beschreibbare Strahlprofile des Lasers voraussetzen, zeigen reale Laserquellen kompliziert gestaltete räumliche Intensitätsverteilungen. Auf Basis einer vorangestellten CEFIT-Simulation ist mit der entwickelten CPSS-Methode eine zeitdiskrete Berechnung der 3D-Wellenausbreitung beliebiger Quellgeometrien möglich. Vergleiche mit realen Messdaten bestätigen die Simulationsrechnungen.
Anhand ausgewählter Messszenarien wird die Praxistauglichkeit der kontaktlosen Arbeitsweise demonstriert. Neben der Charakterisierung einer offenporigen keramischen Beschichtung erlauben Transmissionsmessungen die Berechnung der longitudinalen und transversalen Schallgeschwindigkeiten. Ebenso ist die Abbildung wie auch die Beurteilung der Tiefenlage von Referenzfehlern mit lediglich 0,7 mm Durchmesser möglich. In Reflexionsmessungen wurde eine Auflösungsgrenze von mindestens KSR = 1 mm in 4,5 mm Tiefe nachgewiesen. Weitere Beispiele zeigen die Sensitivität hinsichtlich oberflächennaher Fehler, die Auswertung der anspruchsvollen „Zero Group Velocity“ S1-Mode der Lambwelle wie auch die Nutzung eingebetteter Quellen.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Im Rahmen dieser Arbeit wurde als Teil des von der Europäischen Union geförderten Forschungsprojektes Lynceus ein Entfernungsmesssystem zur Ortung von Passagieren im Falles eines Schiffsunglücks auf hoher See entwickelt. Durch Verwendung des Radarprinzips mit einem geschalteten Oszillator als preiswertem aktiven Reflektor wird mit kontinuierlicher Messung der Paketumlaufzeit die Distanz zu dem Passagier bestimmt. Das dem entworfenen System zugrundeliegende Konzept wurde bereits in der Literatur durch [Wie03, VG08, Str14] beschrieben und wird in dieser Arbeit erstmals in dem 2,45 GHz-Frequenzband realisiert.
Die in [Str14] vorgestellten Entwurfskriterien für geschaltete Oszillatoren wurden bei einer Betriebsfrequenz von 2,45 GHz angewandt und verifiziert. Die entworfenen Schaltungen wurden in einer SiGe-BiCMOS-Technologie gefertigt. Dabei wurde die niedrigste bisher veröffentlichte eingangsbezogene Rauschleistung von −79 dBm für einen geschalteten Oszillator basierend auf der Topologie des Common-Base Colpitts sowie kreuzgekoppelten Oszillators mit einer Ausgangsleistung von 12,3 dBm bzw. 12,6 dBm gemessen. Die Effizienz betrug sowohl für den kreuzgekoppelten SILO als auch für den Common-Base Colpitts-SILO 26 %. Die Theorie des geschalteten Oszillators wurde hinsichtlich des Einflusses von Störsignalen und dem Modulationssignal erweitert. Ein Störsignal beeinflusst das Anschwingverhalten des geschalteten Oszillators derart, dass eine Distanzmessung fehlerhaft ist. Es wurde gezeigt, dass Störsignale im Bereich von 868 MHz, 2,4 GHz und 5,8 GHz aufgrund der hohen Signalleistung keine fehlerfreie Distanzmessung ermöglichen. Es wird daher empfohlen eine Betriebsfrequenz nicht in unmittelbarer Nähe von Störsignalen, wie beispielsweise das 24 GHz-Frequenzband, zu wählen, um den Messfehler zu minimieren und eine genaue Distanzmessung zu
ermöglichen.
Weiterhin wurde gezeigt, dass ein phasenkohärentes Anschwingen auf ein empfangenes Injektionssignal durch das Modulationssignal beeinflusst wird. Dabei erfolgt bei geringen Injektionsleistungen kein Anschwingen des Oszillators auf das injizierte Signal, sondern auf das Modulationssignal selbst, wodurch eine genaue Distanzmessung nicht möglich ist. Durch geeignete Beschaltung des Fußpunktstromspiegels mit einer Modulationskapazität wird dieser Effekt verhindert und auch die eingangsbezogene Rauschleistung des geschalteten Oszillators verbessert. Die Funktionalität des Distanzmesssystems wurde sowohl für den kreuzgekoppelten als auch den Common-Base Colpitts-SILO verifiziert. Die Reichweite des Systems beträgt im besten Fall für einen geschalteten Oszillator basierend auf der Common-Base Colpitts-Topologie 120 m, bei einer Genauigkeit von 53 cm sowie einer Präzision von 42 cm. Die Ergebnisse hinsichtlich Genauigkeit und Präzision übertreffen die Spezifikation des Projektes demnach bei weitem.
Aktualisiert: 2020-01-06
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Die Skalierung herkömmlicher Computerspeicher schreitet voran und erreicht zunehmend die physikalischen Grenzen. Der resistive Speicher ist eine mögliche alternative Speichertechnologie. Bisher sind kaum Zusammenhänge zwischen Struktur und Widerstandsänderungen bekannt. Insbesondere die Zusammenhänge zwischen den Herstellungsbedingungen in Kombination mit den verwendeten Elektrodenmaterialien und der Mikrostruktur der Schichten, der Morphologie der Grenzflächen zwischen Metall und Isolator und den elektrischen Kennwerten des Schaltprozesses sind unklar. Diese offenen Punkte bilden den Ansatz der vorliegenden Arbeit. Anhand von Metall-Isolator-Metall (MIM) Strukturen basierend auf TiO2, als ein Modellsystem, wurde der Prozessablauf zur Herstellung und Methoden zur elektrischen Charakterisierung von resistiven Schaltelementen etabliert. Dieser bildete die Grundlage für Nb2O5, welches auf Grund der physikalischen und chemischen Eigenschaften ein vielversprechendes Material für den Einsatz in resistiven Speichern ist. Die Herstellung der Schichten fand mit einem reaktiven DC Sputterprozess auf einer Platinbodenelektrode statt. Nach der Abscheidung lagen die Titanoxid- und die Niobpentoxidschicht amorph vor. Während die TiO2-Schicht in eine rutile Struktur bei 500 °C kristallisierte, fand bei einer Temperatur zwischen 550 °C und 600 °C eine heterogene Kristallisation des Nb2O5 in die orthorhombische Struktur statt. Filamentbasiertes bipolares Schalten war nach einem elektrischen Formiervorgang in Titandioxid und Niobpentoxid im amorphen als auch kristallinen Zustand messbar. Die kristallinen Schichten wiesen gegen über den amorphen Schichten einen vergrößerten Leckstrom mit inhomogener Verteilung in der Fläche und eine kleinere Formierspannung auf. Anhand von amorphen Niobpentoxid im Al/Nb2O5/Pt Stapel wurde bipolares Schalten mit mehr als 2500 Zyklen und einer extrapolierten Datenhaltung von 10 Jahren bei 125 °C und einer Skalierbarkeit auf 100nm Strukturbreite nachgewiesen. Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass bipolares Schalten in Verbindung mit einem vertikalen Sauerstoffgradienten im Oxid möglich ist. Dieser Gradient kann durch zwei Methoden erzeugt werden. Zum einen durch die Verwendung von sauerstoffreaktiven Deckelektroden (Titan und Aluminium), die durch Redoxreaktion das Oxid grenzflächennah reduzieren, oder zum anderen durch das gezielte Abscheiden einer unterstöchiometrischen Schicht. Letztere Methode führte im Fall von der Pt/NbOx/Nb2O5/Pt Struktur neben dem nichtflüchtigen Speicherelement zu einem inhärenten Auswahlelement. Dabei resultiert das Auswahlelement aus dem Einsatzschalteffekt von NbO2, welches sich zwischen NbOx und Nb2O5 gebildet hat, und durch strominduzierte Wärme signifikant die Leitfähigkeit erhöht. Auf diesem Weg lasst sich das Widerstandsverhältnis für bipolares Schalten von 5 bis 8 um einen Faktor 10 vergrößern. Die Untersuchung platinfreier resistiv schaltender Strukturen, bestehend aus Al/Nb2O5/Al, ergaben ein flächenabhängiges Schaltverhalten. Der Schalteffekt war auf Ladungsträgereinfang an Haftstellen nahe der Bodenelektrode zurückzuführen, was zu einer verminderten Datenhaltung bei erhöhter Temperatur gegenüber der Al/Nb2O5/Pt Struktur führte. Der Strom während des Einschaltvorganges war selbstlimitiert und ermöglichte das Programmieren mittels Pulsen ohne zusätzliches strombegrenzendes Element. Mit dem beobachteten analogen Schaltverhalten sind neue Anwendungen, wie neuronale Netze denkbar.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Das dieser Arbeit zugrundeliegende Konzept eines frequenzmodulierten Dauerstrich-Sekundärradarsystems mit geschalteten Oszillatoren wurde bereits in der Literatur beschrieben [1, 2, 3]. Die darin beobachtete Phasenkohärenz zwischen einem Injektionssignal und dem Ausgangssignal von geschalteten Oszillatoren wird hier analytisch hergeleitet und durch Systemsimulationen bestätigt. Es wird gezeigt, dass sich eine hohe Güte und eine niedrige Entdämpfung des Resonanzkreises positiv auf die Phasenkohärenz auswirken. Damit werden erstmals Entwurfskriterien für eine gezielte Optimierung von geschalteten Oszillatoren zur Phasenregeneration abgeleitet.
Die Theorie der Phasenabtastung wird auf verrauschte Injektionssignale erweitert. Es wird gezeigt, dass die phasenkohärente Ausgangsleistung von geschalteten Oszillatoren für große Injektionsleistungen näherungsweise unabhängig von dieser ist. Für kleine Injektionsleistungen existiert ein linearer Zusammenhang zwischen der phasenkohärenten Ausgangsleistung und der Leistung des Injektionssignals. Die Grenze zwischen diesen beiden linearen Bereichen wird durch die Quellimpedanz der Injektionsquelle sowie dem Verhältnis von Resonanzfrequenz und Güte des Resonanzkreises bestimmt. Eine höhere Güte des Resonanzkreises erhöht die Sensitivität von geschalteten Oszillatoren in Bezug auf die Phasenabtastung. Auf der Grundlage dieser Theorie zur Phasenabtastung verrauschter Signale wird eine Charakterisierungsmethode für geschaltete Oszillatoren abgeleitet, die eine einfache messtechnische Erfassung des beschriebenen Effekts ermöglicht.
In der vorliegenden Arbeit wird der systematische Entwurf von geschalteten Oszillatoren für Hochfrequenz-Entfernungsmesssysteme am Beispiel von drei verschiedenen Oszillatortopologien erläutert. Die auf diese Weise dimensionierten optimierten Schaltungen wurden als integrierte Schaltkreise in einer SiGe-BiCMOS Technologie gefertigt. Durch die grundsätzlich gute Übereinstimmung der Simulations- und Messergebnisse wurde die Eignung der dargestellten Entwurfsmethodik verifiziert. Außerdem wurden die theoretischen Vorhersagen zum Phasenabtastverhalten durch die Messungen belegt. Die gemessene eingangsbezogene Rauschleistung weist bei der implementierten Variante des kreuzgekoppelten Oszillators mit -66.5 dBm den besten Wert aller bekannten Transponderrealisierungen auf Basis von geschalteten injektionsgekoppelten Oszillatoren auf. Außerdem ist die Leistungsaufnahme dieser Variante mit 52 mW sehr niedrig.
Die Funktionalität der entwickelten Transponderprototypen in einem frequenzmodulierten Dauerstrich-Sekundärradarsystem wurde in verschiedenen Umgebungen demonstriert. Das hier dargestellte Transponderkonzept übertrifft mit einer Ortungsgenauigkeit von wenigen Zentimetern bei einer Reichweite von über 100m und einer Präzision im Millimeterbereich alle bekannten Backscatter-Transpondersysteme um mindestens eine Größenordnung. Im Vergleich zu anderen Dauerstrich- Sekundärradarsystemen ist vor allem die um mehr als den Faktor 20 niedrigere Leistungsaufnahme hervorzuheben.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Corel-Werkzeuge sind für die Technische Illustration umfangreich anpassbar, ähnlich dem Chamäleon beim Start der Version X3, hat aber auch diese Anpassung Grenzen. Das vorliegende Buch soll helfen, diese Grenzen zu erreichen. Weitestgehend wird auf eine Beschreibung der grundlegenden Bedienung verzichtet und sofort mit Details, um besser zu Arbeiten, begonnen.
**Inhalt**
* Grundlagen Das Illustrationsdreieck Der Plan vom Bild
* Corel-Werkzeuge verstehen Varianten, Versionen und Funktionen.
* Typische Szenarien Quick and dirty Neuerstellen und Vervollständigen Konstruktionsdateien übernehmen Fotos einsetzen Illustrationen strukturieren Illustrationen bereitstellen.
* Spezielle Szenarien Farben einsetzen Schriften erstellen Funktionen automatisieren Aktive Grafiken.
**Neu in der 2.Auflage**
* Corel-Generation von X4 bis X6
* wesentliche Überarbeitung und Erweiterung der 1. Auflage
* viele Schritt-für-Schritt Anleitungen neu oder optimiert
* Einführung in Deep Exploration und XVL Studio
* Icons und Piktogramme normgerecht und professionell erstellen
* Screenshots erstellen und bearbeiten
* mit kaskadierenden Objektstilen ab X6 alle Objekteigenschaften im Griff
* Farbmanagement für die Technische Illustration
* aktive Grafiken für SVG und CGM erstellen
* Normenverweise und -kommentierungen
**Autor-Website:** [www.ibj-web.de](http://www.ibj-web.de/best-practice/corel/werkzeuge-von-corel/)
* Corel-Vorlage mit typischen Stilen nach ISO 3864 und ISO 128-20
* Muster-Illustration eines Bürolochers
* Muster-Bibliothek der Sicherheitskennzeichen nach DIN 4844-02
**Zielgruppe**
* Studierende der Fachrichtung Technische Kommunikation
* Redakteure und Illustratoren aus der industriellen Praxis
**Autor**
Marco Jänicke, Jahrgang 1969, lebt und arbeitet in Leipzig. Nach einer Berufsausbildung zum Instandhaltungsmechaniker und anschließendem Maschinenbaustudium war er zunächst als Konstrukteur für Kraftwerks- und Tagebauanlagen tätig. Seit 1998 ist Marco Jänicke als selbstständiger Technischer Redakteur und Illustrator, seit 2006 als freier Trainer und Berater für Technische Illustration und Redaktion unterwegs.
Aktualisiert: 2019-05-22
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Stetig wachsender Bedarf nach hohen Datenraten erfordert zunehmend eine effizientere Nutzung rarer Ressourcen mobiler Kommunikation, wie der verfügbaren Bandbreite. Zukünftige Mobilfunksysteme werden hierfür voraussichtlich Mehrantennen-Übertragungstechniken sowie große Sendekonstellationen nutzen um möglichst viele Daten pro Kanalzugriff zu senden und so die spektrale Effizienz zu erhöhen. Aufgrund fehlender Orthogonalität der Übertragungskanäle und der angestrebten Übertragungssysteme großer Ordnung ist dieser Vorteil jedoch mit großem Rechenaufwand im Transceiver verbunden, was die Anwendbarkeit einschränkt. Insbesondere der hohe Rechenaufwand zur exakten Signal-Detektion ist hierbei zunehmend problematisch und daher Gegenstand dieser Arbeit.
Baumsuchbasierte Algorithmen bieten einen viel versprechenden Ansatz zur Linderung des einhergehenden Rechenaufwandes. Ziel dieser Arbeit waren Untersuchungen und Beiträge zur Reduzierung der Komplexität solcher Detektionsalgorithmen in Hinblick auf eine Umsetzung und die Vorbereitung eines ausgewählten Algorithmus für die Hardwareimplementierung.
Auf Basis von Untersuchungen bestehender Algorithmen konnten wesentliche Nachteile konventioneller sog. "close to MAP"-Algorithmen identifiziert und zur Einführung eines neuen Soft-In Soft-Out-Detection-Algorithmus ausgenutzt werden. Hierdurch war eine Minimierung des Umfanges benötigter Suchschritte möglich, bei Aufrechterhaltung der Flexibilität des Detektors, in Bezug auf beispielsweise variable Detektionsgenauigkeit oder Systemordnung.
Als Folge ist eine weitere signifikante Reduktion des verbleibenden Rechenaufwandes nur über vereinfachte Suchschritte und damit mit einer Reduktion der Menge benötigter paralleler Zweiganalysen und deren Rechenumfang möglich. Die Nutzung regelmäßiger Sendekonstellationen ermöglicht eine Abbildung des Detektionsproblems auf geometrischen Betrachtungen. Die Bestimmung der Suchabfolge sowie die Distanzberechnungen können hiermit in wenige Vergleiche überführt werden; kostengünstig implementierbar in Hardware. Als Folge war es möglich, den Umfang paralleler Zweigberechnungen auf ein Minimum von einer Berechnung zu reduzieren. Darüber hinaus konnte der Rechenaufwand der Pfadanalysen durch das entfallen der maßgeblichen Abstandsberechnung deutlich reduziert werden. Für die Einbeziehung beider Techniken wurde hierbei eine Reduktion des Rechenaufwands um mehrere Größenordnungen nachgewiesen, bei Aufrechterhaltung hoher Detektionsgenauigkeit.
In Hinblick auf die Detektorumsetzung ist eine Anwendung des SIMD-Paradigmas über eine Regularisierung des Algorithmus möglich, was eine Wiederverwendung von Daten und einen Speedup vergleichbar der Parallelisierung erlaubt. Abschließende Untersuchungen des ausgewählten Algorithmus wurden über die Analyse von Implementierungsaspekten, wie der Festkomma-oder Komplexitätsanalyse, durchgeführt, wobei ein Referenz-Prozessormodell entwickelt wurde. Dies ermöglichte den Nachweis der geringen resultierenden Komplexität bei verbleibender hoher Flexibilität und Genauigkeit des gewählten Detektionsalgorithmus.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Eine Erhöhung der Rechenleistung bei einer gleichzeitigen Verbesserung der Energieeffizienz ist eine der Hauptaufgaben bei der Entwicklung zukünftiger Hardwaresysteme. Hierbei muss sowohl der Herstellungsprozess als auch die Hardware-Architektur betrachtet werden. Ein vielversprechender Ansatz für eine Verbesserung der Hardware-Architektur besteht darin, mehrere heterogene Prozessoren auf einem Chip zu integrieren. Hierbei kann, bei einer intelligenten Verteilung der Aufgaben, sowohl die Rechenleistung als auch die Energieeffizienz erhöht werden.
In dieser Arbeit wird ein dedizierter Task-Scheduler, genannt CoreManager, konzipiert und entworfen. Dessen Aufgabe ist es, atomare Tasks dynamisch in einer heterogenen Plattform auf Prozessorelemente (PE) zu verteilen. Die Datenabhängigkeiten der Tasks werden zur Laufzeit analysiert. Anhand dieser Abhängigkeiten wird ein Schedule aufgebaut. Pro zessorelemente werden daraufhin allokiert und der lokale Speicher explizit reserviert und verwaltet. Ein Management der Datentransfers erlaubt eine Erhöhung der Datenlokalität. Dies wird durch eine Wiederverwendung der Resultate der dynamischen Datenabhängigkeitsanalyse erreicht.
Eine Analyse der Abarbeitung des CoreManagers hat ergeben, dass die dynamische Datenabhängigkeitsanalyse der zeitaufwendigste Teil der Abarbeitung ist. Um die Skalierung des CoreManagers zu verbessern, wurde dieser um einen anwendungsspezifischen Befehlssatz erweitert. Die weiteren Komponenten des CoreManagers wurden ebenfalls beschleunigt. Bei einer batteriebetriebenen Abarbeitung erlaubt es eine Anpassung der Verfahren im CoreManager, die Systemlaufzeit zu verlängern. Des Weiteren erfolgte eine Anpassung des CoreManagers, um eine fehlerfreie Abarbeitung von Tasks sicherzustellen. Hierbei werden fehlerhafte Prozessoren, Verbindungen und Speicher erkannt, markiert und gegebenenfalls isoliert.
Unter Verwendung dieser Ansätze und Verfahren ist ein effizientes Management von heterogenen MPSoCs möglich.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Entwurf eines monolithisch integrierten 60-GHz-Empfängerschaltkreises in einer modernen Silizium-Germanium-Halbleitertechnologie mit 190 GHz maximaler Transitfrequenz. Drei für die Entwicklung von MMIC-Empfängerschaltkreisen äußerst wichtige Prinzipien liegen dem Entwurf zugrunde: die Optimierung von Rauschverhalten und Bandbreite sowie die Betrachtung der maximal erreichbaren Ausgangsleistung. Diese Prinzipien werden detailliert untersucht und typische Schaltungen dahingehend analysiert. Insbesondere wird eine Methode vorgestellt, die es erlaubt, die maximale Ausgangsleistung für die häufig verwendete Kaskodestufe vorherzusagen. Dabei handelt es sich um eine Erweiterung der Methode der Lastkurve nach Cripps. Weiterhin werden Ansätze zur Modellierung von Leitungen vorgestellt und ihre Verwendbarkeit für die unterschiedlichen Simulationsarten diskutiert.
Der Hauptteil der Arbeit behandelt den Entwurf des Empfängerschaltkreises, welcher aus einem breitbandigen Eingangsverstärker mit niedrigem Rauschen und einstellbarer Verstärkung, einem Leistungsteiler, einem direkten Quadratur-Abwärtsmischer, einem Basisbandverstärker, einem Treiberverstärker für das Lokaloszillatorsignal sowie einem 90°-Phasenschieber besteht. Zusätzlich sind verschiedene Referenzstrom- und -spannungsquellen im Schaltkreis integriert. Die gefertigte Schaltung wurde messtechnisch vollständig charakterisiert, und alle Ergebnisse sind wiedergegeben. Der gemessene Mischgewinn beträgt bis zu 40 dB bei einer Bandbreite von mehr als 15 GHz. Die Zweiseitenbandrauschzahl liegt bei moderaten 7,5 dB. Die gemessene Phasen- und Amplitudenabweichung sind geringer als 5° und geringer als 0,15 dB. Die Gesamtschaltung nimmt 360 mW Leistung aus einer 2,2-V-Spannungsquelle auf. Insbesondere die Bandbreite des Empfängerschaltkreises stellt eine Verbesserung des aktuellen Standes der Technik dar.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Fortgeschrittene Algorithmen der Informationsverarbeitung, wie z.B. neueste Multimedia- und Mobilfunkstandards, sowie die Notwendigkeit, mehrere Anwendungen gleichzeitig zu unterstützen, erfordern ständige Steigerungen der Leistungsfähigkeit von Chips. Multiprozessor Systeme auf einem Chip (MPSoC) verteilen die Aufgaben auf parallele Verarbeitungseinheiten, auf denen sie gleichzeitig nebeneinander abgearbeitet werden und somit die Applikation beschleunigen. Die effiziente Vernetzung dieser Verarbeitungseinheiten sowie von Speichern und I/O-Schnittstellen ist dabei ein große Herausforderung, die von paketvermittelten Netzwerken auf einem Chip (NoC) bewältigt werden sollen. Sie zerteilen lange Verbindungsdrähte, indem sie Router einfügen und die Daten als Pakete in das NoC speisen. Dies verringert den Verdrahtungsaufwand, erhöht die Taktfrequenz, Bandbreite sowie Skalierbarkeit und erlaubt parallele Datentransfers.
Reine paketvermittelte Netze können aber keine Garantien bezüglich Latenz, Durchsatz und Jitter der Datentransfers geben, die aber für zahlreiche Anwendungen notwendig sind. Diese Applikationen haben Echtzeitanforderungen, die beim Scheduling der Aufgaben auf die Prozessoren wie auch bei den Datentransfers in Form von Quality-of-Service (QoS) unterstützt werden müssen. Daher ist eine Kombination aus paket- und leitungsvermittelten Netzen notwendig. Auf der Basis von Paketvermittlung müssen im NoC spezielle Routen reserviert werden können, über die der Verkehr mit Bandbreite-, Latenz- und Jitter-Garantien transportiert werden kann.
Die wesentliche Herausforderung ist heute, diese QoS Ressourcen des NoCs in Abhängigkeit von den auf dem Chip ausgeführten Applikationen zu finden und zu reservieren. Dieser Aufgabe widmet sich diese Arbeit. Ausgehend von einem dynamischen, zur Laufzeit ausgeführten und auf Tasks basierendem Scheduling Verfahren, stellen wir Methoden vor, wie auch die QoS Ressourcen zur Laufzeit in nur ein paar Dutzend Takten und weniger gefunden und allokiert werden können. Wir analysieren verschiedene zentralisierte Allokationsmechanismen, bei denen eine Einheit im MPSoC die Kontrolle über die QoS-Ressourcen des NoCs hat, und stellen sie verteilten Varianten gegenüber, bei denen das NoC selbst für diesen Allokationsprozess genutzt wird. Dabei zeigte sich, dass die zentralisierten Verfahren in den meisten Verkehrsszenarios einen Kosten-Nutzen-Vorteil gegenüber den verteilten Verfahren aufweisen. Sie haben einen niedrigeren Flächenbedarf und offenbarten in den meisten Fällen auch eine bessere Leistungsfähigkeit. Mit diesen Ergebnissen können MPSoCs entwickelt werden, die weiche Echtzeitfähigkeit für Applikationen nicht nur beim Scheduling sondern auch bei den Datentransfers im MPSoC unterstützen.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Zukünftige Raumfahrtprogramme setzen vermehrt auf das sogenannte On-Orbit Servicing: ein im Erdorbit befindlicher Satellit wird in einem Rendezvous- und Dockingmanöver eingefangen und dann gewartet, repariert, aufgetankt oder neu positioniert. Trotz ungünstigen Beleuchtungsbedingungen und eingeschränkten Möglichkeiten für Beobachtungstrajektorien sind während der Annäherung genaue Angaben über Position, Lage, Geschwindigkeit und Form des Zieles notwendig, um eine Kollision mit diesem zu verhindern. Im Kontext eines autonomen Manövers kann der Zielsatellit allerdings nicht als a priori bekannt vorausgesetzt werden.
In dieser Arbeit wird ein Systemkonzept für die kamerabasierte Rendezvous-Navigation mit einem unbekannten, unkooperativen Zielobjekt entwickelt. Geeignete Algorithmen für Bildauswertung, Zustandsschätzung und Geometrierekonstruktion werden systematisch durch Informationsrückführungen erweitert und durch eine metrikbasierte Modellierung abgebildet, um eine quantitative Bewertung unterschiedlicher Konzeptvarianten zu ermöglichen. Eine Verifikation der entwickelten Algorithmen erfolgt in verschiedenen Experimenten mit synthetischen und realen Bilddaten.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Im Rahmen dieser Dissertation wird die Entwicklung eines vollständigen 100BASE-TX-PHY-Schaltkreis vorgestellt. Dieser Schaltkreis soll u.a. für die Synchronisation von Mehrantriebssystemen eingesetzt werden. Dazu werden spezielle Synchronisationsalgorithmen und -schaltungen für den PHY-Schaltkreis entworfen, die eine Synchronisation einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung mit einer Genauigkeit von 1 ns ermöglichen. Dies stellt eine massive Verbesserung gegenüber dem Stand der Technik (8 ns) dar. Die PHY-Schaltung soll in einen Motorcontrollerschaltkreis integriert werden und darf deshalb nur sehr wenig Energie verbrauchen. Der Leistungsbedarf der PHY-Schaltung beträgt nur 80 mW, was ebenfalls eine erhebliche Verbesserung gegenüber aktuellen Implementierungen (ca. 180 mW) bedeutet.
Dieser geringe Verbrauch wird durch gezielte Optimierungen der Front-End-Schaltungen vor allem des Leitungstreibers im Sender und des Equalizers im Empfänger des 100BASE-TX-Schaltkreises erreicht. Die Verifikation erfolgt durch Simulationen und Messungen. Die Datenübertragung über ein Kabel mit einer Länge von bis zu 120 m wird erfolgreich anhand von Messungen demonstriert.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Diese Arbeit beschäftigt sich mit der Energieeffizienz der Datenübertragung in Funknetzwerken mit geringer Datenrate (=Sensornetzwerke). Die Netzknoten solcher Netzwerke sind zumeist batteriebetrieben und sollen Betriebsdauern von Monaten bis Jahren erreichen. Daher ist Energieeffizienz ein wichtiges Designmerkmal sowohl beim Hardwareentwurf als auch bei der physikalischen Übertragung, im Protokolldesign usw.
Um den energetischen Beschränkungen gerecht zu werden, sollen nicht Einzelparameter optimiert werden, sondern das System insgesamt.
In dieser Arbeit wird zunächst ein Analysemodell zur Berechnung des Energieverbrauchs bei der Datenübertragung entwickelt, welches diesen Forderungen gerecht wird.
Dieses basiert auf einem komplexen Zustandsdiagramm, welches mit der Mason’schen Regel ausgewertet wird. Dieses Modell nutzend, kann der Einfluss von Einzelparametern auf den Energieverbrauch unter Berücksichtigung der Interferenzen anderer Netzknoten berechnet werden. Als Einzelparameter werden exemplarisch Detektionsverfahren, Modulation, Fehlerschutzkodierung und Kanalzugriff untersucht. Die Grunderkenntnis dieser Betrachtungenen ist, dass höhere Sendeleistungen zu geringerem Energieverbrauch führen,
wenn dadurch die Zeit des Netzknotens im energieintensiven Aktiv-Mode verkürzt wird.
Ultra-Wideband-Verfahren (UWB) mittels kurzen Pulsen (IR-UWB) befinden sich noch in einer frühen Entwickungsstufe. Das Potential liegt in einem sehr einfachen Senderaufbau, der sehr leistungseffiziente Sender ermöglicht. Aufgrund der kurzen Pulse ist
zudem die Übertragungszeit sehr gering. Diese beiden Gegebenheiten lassen auf einen geringen Energieverbrauch hoffen. Allerdings ist die Leistungsfähigkeit von einfachen Empfängern insbesondere in Mehrwegekanälen sehr gering. Desweiteren gibt es noch intensiven Forschungsbedarf für leistungsfähige Synchronisationsalgorithmen.
Sensornetzwerke verfügen im Allgemeinen über Multi-Hop-Funktionalität. Energetisch betrachtet, ist deren Einsatz aber nur in starken Blockschwundkanälen sinnvoll. Wird die Sendeleistung aller Netzknoten als konstant angenommen, muss die Sendeleistung auf
die schwächste Verbindung dimensioniert werden. Bei kooperativen Vermittlungsverfahren kann dadurch unter bestimmten Bedingungen der räumliche Diversitätsgewinn nicht genutzt werden.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Drahtlose Kommunikationsdienste haben im letzten Jahrzehnt weltweit einen drastischen Nachfrageanstieg erfahren. Die Forderungen nach Mobilität und Erreichbarkeit lassen in den nächsten Jahren ein weiteres Anwachsen des Bedarfs erwarten. Gleichzeitig führen interaktive Inhalte zu einer wesentlichen Steigerung der für die einzelne Verbindung erforderlichen Datenrate, die mit den bisherigen Konzepten nur schwer realisiert werden kann. Ein erfolgversprechender Ansatz in dieser Richtung ist die Verwendung von Antennen mit steuerbarer Richtcharakteristik.
Die Verwendung von steuerbaren Antennen ermöglicht es, in einer Funkzelle jede Frequenz für unabhängige Verbindungen in verschiedene Richtungen des Raums zu benutzen und so die verfügbare Kanalkapazität wesentlich zu steigern. Dieses Verfahren wird als SDMA (space division multiple access) oder auch als räumliches Mehrfachzugriffsverfahren bezeichnet, da die einzelnen Sender-Empfänger-Paare durch gerichtete Funkverbindungen räumlich voneinander entkoppelt sind.
In dieser Arbeit werden zwei grundsätzlich verschiedene Konzepte für die Realisierung derartiger Antennen untersucht, zum einen ein 96-elementiges Phased-Array mit adaptivem Speisenetzwerk und zum anderen mehrmodige bikonische Antennen mit unterschiedlich gestalteter Anregung. Dabei realisieren alle vorgestellten Antennen eine elektronische Strahlschwenkung in der horizontalen Ebene und die bikonischen Antennen sind darüber hinaus für Polarisationsdiversity geeignet.
Das planare, 96-elementigen Phased-Array ist für die Verwendung an WLL(wireless local loop)-Basisstationen im 3.4GHz WLL-Band bestimmt und deckt mit elektronischer Strahlschwenkung einen 120°-Sektor ab. Die maximal mögliche elektronische Strahlschwenkung wird dabei durch die Verwendung parasitärer Elemente vergrößert.
Die anschließend untersuchte mehrmodige bikonische Antenne mit kreisförmiger Anordnung der Erregerelemente und zentralem Reflektor benötigt kein externes Speisenetzwerk zur Erzeugung der unterschiedlichen Hauptstrahlrichtungen und deckt prinzipbedingt 360° in der horizontalen Ebene ab. Die für die gewünschte Richtcharakteristik erforderlichen Feldverteilungen auf der Apertur werden am Ort der Erregerlemente nach Moden (maximal 64 beim Prototypen der Antenne) des radialen Wellenleiters entwickelt und breiten sich von dort radial nach außen bis zur Apertur aus, an welcher der Übergang in den Freiraum erfolgt. Besonders hervorzuheben ist die sehr hohe Bandbreite dieser Antenne.
Unter Verwendung der Erkenntnisse, die bei dieser mehrmodigen bikonischen Antenne gewonnen wurden, konnten zwei weitere Ausführungsvarianten entworfen werden.
So die bikonische Antenne mit elektronisch steuerbarer Schlitzblende und zentraler Anregung. Bei dieser Antenne wird eine am Ort des Überganges vom radialen Wellenleiter zum bikonischen Wellenleiter angebrachte Schlitzblende mit Hilfe von elektronischen Bauelementen in ihrem Transmissionsverhalten beeinflußt und damit die Richtcharakteristik entsprechend gesteuert.
Oder aber die bikonische Antenne mit Parallel-Platten-Luneburg-Linse. In diesem Fall erfolgt die Erzeugung der für die gewünschte Richtcharakteristik erforderlichen Feldverteilung am inneren Radius der bikonischen Antenne durch eine Luneburg-Linse, die von Erregerelementen umgeben ist. Bei dieser Antenne kann durch die Auswahl der Speiseanschlüsse unmittelbar die Steuerung der Richtcharakteristik erfolgen.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Drahtlose Sensornetze können Zustände physikalischer Größen messen und an eine Basisstation (Datensenke) melden. Durch die geographische Verteilung der Sensorknoten und die Bedingungen bei der Mehrwegeausbreitung, kann die Situation auftreten, dass nicht alle Sensorknoten direkten Kontakt zur Basisstation aufbauen können. Sie müssen andere Sensorknoten als Vermittlungsstation in Anspruch nehmen, um die Nachrichten an die Basisstation zu befördern.
Um den Energieverbrauch zu verringern werden Nachrichten zum einen ereignisbasiert generiert und zum anderen zeitbasiert vermittelt. Dabei beschreibt der Arbeitszyklus den Anteil der Vermittlungsaktivität am Gesamtzyklus.
Derzeit verfügbare Methoden berücksichtigen allerdings nicht die Verknüpfung zwischen dem von der Anwendung generierten Verkehr und der Vermittlungshäufigkeit.
In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren vorgeschlagen, mit dem der Arbeitszyklus zur Laufzeit automatisch eingestellt werden kann. Dafür wird in der Vermittlungsstation die Verkehrscharakteristik gemessen und für die Einstellung des Arbeitszyklus benutzt. Die Leistungsfähigkeit der Anpassung des Arbeitszyklus wird mit Simulationen untersucht. Sie zeigen, wie sich der Ansatz bei verschiedener Parametrierung in statischen und dynamischen Szenarien verhält.
Um dem späteren Anwender der Anpassung eine Abschätzung des Verhaltens zu ermöglichen, werden zusätzlich analytische Modelle für die Analyse des statischen und dynamischen Verhaltens entwickelt.
Ferner wird gezeigt, dass der entwickelte Ansatz für etablierte Standardtechniken (z. B. IEEE 802.15.4) eingesetzt werden kann.
Aktualisiert: 2019-12-16
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In komplexen Funknetzwerken, wie z.B. zellularen Mobilfunknetzen, erfolgt die bidirektionale Funkanbindung der Endgeräte bevorzugt nach dem Frequency Division Duplex (FDD) Prinzip, d.h. die Aufwärtsstrecke (Uplink) und die Abwärtsstrecke (Downlink) nutzen unterschiedliche Trägerfrequenzen. Der kontinuierlich steigende Bedarf nach höheren Übertragungsraten erfordern von den FDD Funkgeräten einen simultanen Sende- und Empfangsbetrieb. In einem mobilen Endgerät bindet ein Duplexer den Sendezweig (engl.: Transmitter, Tx) und den Empfangszweig (engl.: Receiver, Rx) an eine gemeinsame Antenne an und muss gleichzeitig den Empfangszweig von dem leistungsstarken Sendesignal isolieren. Die voranschreitende Miniaturisierung der Hardware der mobilen Endgeräte erschwert jedoch die Bereitstellung einer ausreichenden Tx-Rx Isolation des Duplexers. Diese Problematik wird durch die Anforderung weiter verschärft, mit einem Endgerät mehrere Funkstandards mit unterschiedlichen Trägerfrequenzen und Bandbreiten zu unterstützen. Der Wunsch, die Komplexität der Hardware dennoch gering zu halten, motiviert die Entwicklung einer rekonfigurierbaren, frequenzagilen Hardware, die flexibel auf unterschiedliche Trägerfrequenzen und Bandbreiten abgestimmt werden kann. Die geforderten, hohen Datenraten setzen sehr hohe Anforderungen an die zugrunde liegende Hardware. Ihre Erfüllung wird jedoch durch die angestrebte Frequenzagilität der analogen Baugruppen erschwert. Deshalb kann eine ausreichende Tx-Rx Isolation nicht gewährleistet werden. Das Sendesignal spricht in den Empfangszweig über und kann in Direktmischempfängern und low-IF Empfängern die Demodulation des empfangenen Nutzsignals empfindlich stören. Die vorliegende Arbeit konzentriert sich auf das Senderübersprechen (engl.: Tx Leakage, TxL) in Direktmischempfängern, da diese Empfängerarchitektur vielfältige Vorteile für frequenzagile Multiband-Sendeempfänger aufweist.
In Direktmischempfängern erzeugt die Nichtlinearität des Abwärtsmischers ein Intermodulationsprodukt zweiter Ordnung des übersprechenden Sendesignals. Dieses Intermodulationsprodukt überlagert das heruntergemischte, empfangene Nutzsignal und stellt die dominierende TxL Interferenz dar. Die vorliegende Arbeit untersucht Verfahren, welche auf die Kompensation der TxL Interferenz im digitalen Basisband abzielen. Sie ermöglichen eine Senkung der Anforderungen an die Tx-Rx Isolation des Duplexers und an die analogen Baugruppen des Empfängers, dem analogen Empfänger-Frontend. Somit kann der Entwurf eines frequenzagilen Multiband-Frontends erheblich erleichtert werden. Das übersprechende Sendesignal erfährt zwischen dem Digital-Analog-Wandler im Sendezweig und dem Abwärtsmischer im Empfangszweig verschiedene Verstärkungen und Filterungen, die sich zu einem Tx Leakage Kanal zusammenfassen lassen. Es wird gezeigt, dass der TxL Kanal infolge von veränderlichen Objekten im Antennennahfeld zeitvariant ist, sofern kein adaptives Antennen-Anpassnetzwerk eingesetzt wird. Unter dieser Annahme lässt sich die Kohärenzzeit des Tx Leakage Kanals in einer unteren Abschätzung mit 1.9 Millisekunden angeben. Zusätzlich zu der Störung des Demodulationsprozesses reduziert die TxL Interferenz die, dem Nutzsignal effektiv zur Verfügung stehende Quantisierungsauflösung des Analog-Digital-Wandlers. Somit verursacht die TxL Interferenz einen irreversiblen SNR Verlust bezüglich des Empfangssignals, der die Einsetzbarkeit einer digitalen TxL Kompensation beschränkt.
Die größte Herausforderung der digitalen Kompensation der TxL Interferenz stellt die Schätzung des TxL Kanals dar. Ein sehr einfaches Schätzverfahren basiert auf der frequenzflachen Approximation des TxL Kanals und nutzt den adaptiven Least Mean Square (LMS) Schätzalgorithmus. Während im Fall eines schwach frequenzselektiven TxL Kanals eine hohe Schätzgenauigkeit erzielt wird, degradieren die Approximationsfehler mit zunehmender Frequenzselektivität des Kanals deutlich die Leistungsfähigkeit des Algorithmus. Das zweite Schätzverfahren fügt dem Sendesignal spezielle Referenzsequenzen (sog. Präambeln) hinzu und schätzt den TxL Kanal basierend auf der beobachteten TxL Interferenz der Präambeln. Dieser Ansatz erzielt präzisere Schätzergebnisse als der LMS Schätzer, solange eine bestimmte Mindest-Schätzblockgröße genutzt werden kann. Jedoch enthält der Schätzalgorithmus eine Fehlerfortpflanzung, die mit zunehmender Frequenzselektivität des TxL Kanals die Leistungsfähigkeit des Algorithmus verschlechtert. Des Weiteren reduzieren die Präambeln die Übertragungsrate des Sendesignals und erfordern zudem ihre Spezifizierung in den, von dem mobilen Endgerät unterstützten Funkstandards. Das dritte Schätzverfahren nutzt eine Faktorisierung der TxL Interferenz und setzt einen Least Squares Schätzalgorithmus ein. Es besitzt zwar die höchste, rechentechnische Komplexität der drei vorgestellten TxL Schätzverfahren, jedoch erzielt es eine sehr präzise Schätzung des TxL Kanals und wird nur marginal von der Frequenzselektivität des TxL Kanals beeinflusst.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Im Mittelpunkt der Arbeit stehen Verfahren zur sendeseitigen Vorentzerrung für die drahtlose Datenübertragung von einem Sender zu mehreren nicht kooperierenden Empfängern. Ein praktischer Anwendungsfall ist die Abwärtsstrecke eines Mehrnutzer-Kommunikationssystems mit zentralen Zugangsknoten wie z. B. Mobilfunksysteme oder WLAN-Netze.
Bei der linearen Vorentzerrung werden häufig indirekte Kenngrößen für die Übertragungsqualität, wie z. B. der mittlere quadratische Fehler der vom Detektor beobachteten modulierten Symbole, optimiert. In der Arbeit werden das Kriterium einer direkten sendeseitigen Minimierung der Bitfehlerrate unter Ausnutzung der Randbereiche begrenzter Signalkonstellationen untersucht und effiziente Methoden für die rechentechnische Umsetzung entwickelt.
Dem Paradigma der Dirty-Paper-Codierung folgend wird in der nichtlinearen Vorcodierung eine zyklisch erweiterte Konstellation durch den Einsatz einer Modulo-Operation am Eingang des Detektors realisiert. Der Entwurf effektiver Verfahren zur Berechnung eines vorentzerrten Sendesignals für Modulo-Empfänger bildet einen weiteren Schwerpunkt dieser Arbeit. Es werden Baumsuchverfahren für eine effiziente Lösung des Gitter-Decodierproblems zur Bestimmung optimaler Signalrepräsentanten in der erweiterten Konstellation untersucht. Durch Anpassung der Baumsuche an die statistischen Eigenschaften der Modulo-Operation können erhebliche Verbesserungen des Verhältnisses von Aufwand und Komplexität erzielt werden.
Für den Einsatz der sendeseitigen Vorentzerrung in praktischen Systemen ist deren Leistungsfähigkeit in Verbindung mit Kanalcodierung und frequenzselektiven Mobilfunkkanälen entscheidend. Es wird gezeigt, dass die nichtlineare Vorcodierung für zyklisch erweiterte Konstellationen sehr gute Ergebnisse erzielt. In Verbindung mit räumlich korrelierten Kanälen kann die Leistungsfähigkeit der Vorcodierung zudem durch Anwendung der Gitterbasisreduktion erheblich gesteigert werden.
Die für die Realisierung der sendeseitigen Kanalkenntnis in TDD-Systemen gewünschte Reziprozität des Übertragungskanals ist in praktischen Systemen aufgrund unterschiedlicher Sende- und Empfangskomponenten im Allgemeinen nicht gegeben und erfordert entsprechende Kalibrierungsmethoden. In der Arbeit wird eine robuste Vorentzerrung unter Einbeziehung der statistischen Eigenschaften des Kalibrierungsfehlers entworfen.
In Mehrträgersystemen stellt der große Dynamikbereich hohe Anforderungen an die Hochfrequenzkomponenten der Sender und Empfänger. Daher wird ein auf die Vorcodierung aufbauendes Verfahren zur Reduzierung der Spitzenleistung in Mehrträgersystemen unter Ausnutzung der zyklisch erweiterten Konstellation vorgestellt. Numerische Ergebnisse zeigen eine erhebliche Reduktion des Dynamikbereichs.
Aktualisiert: 2019-12-16
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Das Leben der Menschen basiert auf Kommunikation – verbal und nonverbal,
im Alltag und Beruf, ob wissenschaftlich, praktisch, fremdsprachlich oder
muttersprachlich – ohne positiv verbale Ausdrucksweise sind Missverständ-
nisse vorprogrammiert.
Mit der Entwicklung der Menschheit und ihrer Tätigkeit wurden die Sprachen
stark entwickelt, sowohl die Alltagssprache als auch die Fachsprache. Im
Zuge der Globalisierung wurden die Partnerbeziehungen zwischen den
Ländern verstärkt und die bis heute sich ständig erweiternden internationalen
Kooperationen in vielfältigen Bereichen bleiben bei den erreichten Zielen
nicht stehen: Die Zusammenarbeit entwickelt sich und neue Generationen
setzen sie fort. Dies bedeutet, dass Fremdsprachen als Alltags- und Fach-
sprachen in der ganzen Welt immer gefragter werden.
Als in den 90er Jahren in Russland (nach der „Perestroika“ oder „Wendezeit“)
der Arbeits- und Gedankenaustausch sowie die Informationsflut zunahmen,
erlangten die Fremdsprachen besondere Bedeutung, und der Bedarf an
Fremdsprachenkenntnissen steigt weiter. Die Integration von Menschen, von
Wissenschaften und verschiedenen Sphären des Lebens führt heute zu
hohen Anforderungen in alle Richtungen.
Neue Ausbildungssysteme in ganz Europa stellen für jedes Land neue Ziele
und Aufgaben. Es geht um den Bologna-Prozess und den „gemeinsamen
europäischen Hochschulraum“ (S CHOLZ /S TEIN, 2009:7) und die daraus
resultierende Notwendigkeit der Beherrschung von Fremdsprachen als ein
sozial und privat bedeutsamer Faktor.
Neue Bedingungen, zu denen der Übergang der russischen Universitäten auf
das zweistufige System – Bachelor- und Masterstudiengang nach dem
Bologna-Prozess – gehört, haben die Revision der Inhalte und der Struktur
des Fremdsprachenunterrichtes für Universitäten gefordert, basierend auf
der Analyse ihrer reellen Verwendung im Berufsleben und privat. Es geht
darum, dass in den sowjetischen Zeiten und nach der „Wendezeit“ die Fremd-
sprachen sozusagen „getrennt vom realen Leben“ vermittelt wurden. Die
Vermittlung der Fremdsprachen war meistens passiv: nur Grammatik lernen,
fachsprachliche Texte lesen und übersetzen, aber keine aktive Unterrichts-
methode (UM). In der heutigen Situation aber bedeutet „der Erwerb einer
fremden Sprache mehr als die Aneignung der Instrumentarien, Mittel und
Regeln zur Kommunikation in dieser Sprache“ (S TEINMÜLLER, 1991:9).
Die Dynamik der Entwicklung und die Funktion der Sphäre des sprachlichen
Raumes konfrontieren alle Beteiligten, vor allem die Lehrenden mit neuen
Forderungen. Der Lehrende soll u. a. spezielle Innovationstechnologien für
die Ausbildung in seinem Fach (in unserem Fall Deutsch als fachsprachliche
Fremdsprache) nicht nur „in Vollkommenheit besitzen, sondern das Wesen
der Gesetzmäßigkeiten auch verstehen, die in ihrer Grundlage liegen, ihre
Quellen und die Perspektiven der Entwicklung sehen“ (G ALSKOVA /G EZ ,
2006:3). Der Lehrende soll seine Tätigkeit so modernisieren, dass er im Fach-
sprachenunterricht (FSU) je nach Stufe von einer Unterrichtsmethode zu
einer anderen Unterrichtsmethode kurz und logisch übergehen kann, dabei
das ganze Potenzial der modernen Technologien verwendend und nicht
darauf schauend, dass sein Lehrfach ziemlich kompliziert für die Wahrneh-
mung ist. Es wird von ihm die Arbeit an den verschiedensten Fachtexten
verlangt sowie die Fähigkeit, dieses Material für das Studium interessant
vorzustellen.
In diesem Handbuch geht es um eine vollwertige fachsprachliche Ausbildung,
die heute eine besondere Rolle bei der Entwicklung der Partnerbeziehungen
zwischen den Fachleuten der verschiedenen Länder, hier zwischen Deutsch-
land und Russland, spielt. Die Fachleute wollen nicht nur die Grammatik und
Lexik kennen, wie es in sowjetischen Zeiten der Fall war, sondern sie wollen
auch mit den Partnern fachspezifisch kommunizieren und korrespondieren.
Die gemeinsame Arbeit vieler deutsch-russischer Unternehmen basierte auf
der schriftlichen und mündlichen Fachkommunikation der 90er Jahre des
letzten Jahrhunderts. Gemeinsame Partnerbeziehungen beeinflussten den
Fachsprachunterricht und daher wurde die kommunikative Unterrichtsmethode
stark entwickelt und oft verwendet. Auch der Projektarbeit in verschiedenen
spezifischen fachlichen Bereichen wurde große Aufmerksamkeit gewidmet.
Die internationale Zusammenarbeit dient zur Motivation, um Deutsch als
Fachsprache zu erlernen. Der Bedarf an Fachleuten mit fortgeschrittenen
Fachsprachenkenntnissen und individuellen Bedürfnissen beim Fachspra-
chenerwerb ist heute sehr hoch. Die Notwendigkeit der Förderung von
Fachsprachenkenntnissen ist nach R OSS /K ERN /S KIBA (1996:3) „zumindest
aus bildungs- und kulturpolitischer Sicht unbestritten und wird durch zahl-
reiche quantitative – auf den Bedarf der arbeitsmarktbezogenen – Unter-
suchungen mehr oder weniger untermauert“. Die Motivation muss nicht nur
durch Zusammenarbeit zwischen den deutschen und russischen Partnern
unterstützt werden, sondern auch durch innovative Ansätze im Fachsprachen-
unterricht, was besonders die Methodenauswahl und Unterrichtskonzeption
betrifft. Dies führte zur Erforschung der Fachsprachenlehre mit der Einführung
der UM „Deutsch als Fachsprache“ für angehende Ingenieurstudenten
an den russischen technischen Universitäten (TU) und war gleichzeitig
Motivation zum Erstellen dieses Handbuches.
Aktualisiert: 2020-01-06
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Seit den Arbeiten von Kocher zu Zeitangriffen in 1996 und Kocher, Jaffe und Jun zu Stromangriffen in 1998 können Angriffe gegen kryptographische Algorithmen in drei Gruppen eingeteilt werden: mathematische Angriffe, mathematisch-physikalische und rein physikalische Angriffe. Seitenkanalangriffe gehören zur zweiten Gruppe. Sie greifen Implementierungen von Algorithmen unabhängig von deren mathematischer Sicherheit an, sind jedoch angepasst und abhängig vom anzugreifenden Algorithmus.
Konventionelle Gegenmaßnahmen gegen Seitenkanalangriffe basieren hauptsächlich auf physikalischen, implementierungsabhängigen Aspekten der Seitenkanalanalyse und weisen in Bezug auf Wirksamkeit und Aufwand einige Beschränkungen auf. Diese Arbeit beschäftigt sich mit den mathematischen, algorithmenspezifischen Abhängigkeiten der Seitenkanalanalyse mit dem Fokus auf passive nichtinvasive Angriffe gegen symmetrische Blockchiffren. Im ersten Schritt werden existierende Seitenkanalangriffe analysiert und bezüglich ihrer algorithmenspezifischen Voraussetzungen klassifiziert. Im zweiten Schritt folgt eine detaillierte Analyse der Komplexität statistischer Seitenkanalangriffe. Es kann gezeigt werden, dass die Komplexität der statistischen Analyse statistischer Seitenkanalangriffe wie bspw. der differentiellen Stromanalyse (DPA) von algorithmenspezifischen Parametern abhängig ist.
Die Arbeit gibt einen detaillierten Einblick darüber, wie algorithmenspezifische Parameter und Strukturelemente die Schlüsselbitabhängigkeit von Zwischenergebnissen und damit die Komplexität statistischer Seitenkanalangriffe beeinflussen. Weiterhin wird die Bedeutung der Rundenschlüsselerzeugung für die Komplexität von Seitenkanalangriffen analysiert. Es kann gezeigt werden, dass -anders als bei der mathematischen Kryptoanalyse - die Komplexität von Seitenkanalangriffen direkt von der Nichtinvertierbarkeit der Rundenschlüsselerzeugung abhängt.
Die Dissertation kommt zu dem Schluss, dass die sorgfältige Auswahl und das Design kryptographischer Algorithmen die Anfälligkeit der Algorithmen gegenüber Seitenkanalangriffen unabhängig und zusätzlich zu den konventionellen Gegenmaßnahmen reduzieren kann. Beispielhaft werden die in der Arbeit gewonnenen Erkenntnisse genutzt, die Finalisten des AES-Auswahlprozesses (AES/Rijndael, MARS, RC6, Serpent und Twofish) zu analysieren und hinsichtlich ihrer Anfälligkeit gegenüber Seitenkanalangriffen zu vergleichen.
Aktualisiert: 2019-12-16
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