Inhaltsverzeichnis. 1 Einleitung Stand der Forschung und Ausgangssituation Allgemeiner Stand... 4

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Kornelius Huber
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1 Inhaltsverzeichnis 1 Einleitung Stand der Forschung und Ausgangssituation Allgemeiner Stand MIMO Funkkanal und MIMO Kanalkapazität Zielstellung der Arbeit Gliederung der Arbeit Theorie zur Kanalkapazität von Mehrantennensystemen MIMO Systemmodell MIMO Funkkanal und Kanalkapazität Allgemeine MIMO Kanalkapazität Keine Kanalkenntnis am Sender Kanalkenntnis am Sender Kapazität spezieller MIMO Kanäle Optimaler MIMO Kanal und Keyhole Kanal MIMO Kanalkapazität im Mobilfunkkanal Beschreibung von LOS MIMO Kanälen im Mobilfunk Zusammenfassende Übersicht zur Bandbreitenezienz Optimierung der LOS Kanalkapazität über die Antennenanordnung Kriterien zur Analyse der MIMO Kanalkapazität vii

2 viii Inhaltsverzeichnis Kennzahlen aus der Literatur Kapazitätsbezogene Beurteilungskriterien für LOS Kanäle Breitbandiger MIMO Kanal Wellenausbreitung und Kanalmodell in Innenräumen Ausbreitungsmechanismen und MIMO Bandbreitenezienz Mathematische Beschreibung des Kanals Messgerät zur Kapazitätsanalyse von MIMO Funkkanälen Ansätze und Geräte zur Vermessung von MIMO Kanälen Anforderungsprol und Leistungsmerkmale Systemüberblick Systemaufbau Messablauf Signalstruktur und Antennenmultiplexer Abtastung und Filterung Kanalschätzung und Bestimmung der MIMO Kanalkapazität Grundlagen der Parameterschätzung Schätzung der Kanalparameter im realen Messsystem Maximum-Likelihood Kanalschätzung Frequenzbereichsmethode Optimierung der Schätzung durch Rauschreduktion Berücksichtigung von Systemeinüssen Das Schätzsignal Bestimmung der Kanalkapazität aus den Messdaten Synchronisation Trägersynchronisation

3 Inhaltsverzeichnis ix Synchronisationsverfahren für die Trägerfrequenz Auswirkung auf die Schätzung der Kanalkapazität Einuss des Phasenrauschens Taktsynchronisation Sonstige Fehlerquellen Empfängerrauschen I/Q-Unsymmetrie Phasenfehler Unsymmetrie im Basisband DC-Oset durch LO-Einkopplung in den HF-Zweig Unterschiedliche Signalpfade zu den Antennen Mutual-Coupling in den Antennen-Arrays Aspekte der praktischen Realisierung Pegelplan und Empfängerdynamik Messempfänger Sender des Messsystems Analog-Digital-Wandler und Transientenrekorder Antennen Verstärkung und Filterung im Basisband Sonstige Komponenten Sende-/Empfangslter Antennen-Umschalter Signalleitungen Berücksichtigung der Übertragungsfunktionen von Systemkomponenten SPIKE - das Synchronisationssystem für den Messablauf Aufgaben und Randbedingungen

4 x Inhaltsverzeichnis Systemparameter und theoretisches Konzept Synchronisation der Antennenmultiplexer Pegelkontrolle für den Messempfänger Aspekte der praktischen Realisierung RF-Frontend und Pegelplan Implementierung der Algorithmik im FPGA Vergleichender Überblick über alternative MIMO Channel-Sounder Zusammenfassung Messergebnisse in Innenräumen Szenarien, Parameter und Strategien für die Auswertung der Messdaten Methoden zur Analyse der Bandbreitenezienz gemessener MIMO Kanäle Spektrale Ezienz Maÿzahlen M und P Analysierte Szenarien Räumlichkeiten Antennenanordnungen für die Messungen Messergebnisse im zeitinvarianten MIMO Kanal Erste Einzelmessungen Einuss der Antennenanordnung und Wirkung von Streuern Wirkung deterministischer Reexionen Rastermessungen zur Bildung einer räumlichen Statistik Mittlere Raumgröÿe: Büroraum (BR) Sehr groÿe Räume: Komplexraum (KR) Analyse von M und P im Komplexraum (KR) Extrem starke Mehrwegeausbreitung: Laborraum (LR)

5 Inhaltsverzeichnis xi Sonstige Umgebungen Kanalmodell zur Prognose der ortsabhängigen Bandbreitenezienz Anwendungsbereich Modellbeschreibung Verikation Fazit Messergebnisse im zeitvarianten MIMO Kanal Werkzeuge zur Auswertung des zeitvarianten Kanals Messergebnisse Fazit Zusammenfassung Ansatz für die MIMO Kanalmodellierung in LOS Kanälen Motivation für ein weiteres MIMO Kanalmodell Kapazitätsorientiertes LOS MIMO Kanalmodell Voraussetzungen und Ziele für den Modellierungsansatz Der Modellierungsansatz Modellparameter Vorgehensweise bei der Modellierung Verikation des Modells AoA und AoD Winkelspektren MIMO Modellbildung mit Saleh-Impulsantwort als Beispiel Zusammenfassung Zusammenfassung und Ausblick Zusammenfassung Ausblick

6 xii Inhaltsverzeichnis A Ergänzungen zu ausgewählten Themen 339 A.1 Simulationen zur LOS Kanalkapazität A.2 Prozessmodellierung mit ereignisgesteuerten Prozessketten A.3 Antennenmultiplexer: Steuersignale A.4 Photographische Illustration des Messgerätes A.5 Fotograsche Abbildungen zu den Messumgebungen und -szenarien A.6 Kurzdarstellung ausgewählter Methoden zur Einfallswinkelschätzung A.6.1 Capon Methode A.6.2 ESPRIT Methode A.6.3 Einfallswinkelschätzung aus dem Azimuthalspektrum A.7 Weitere Mess- und Simulationsergebnisse B Verzeichnis der Bezeichnungen, Symbole und Abkürzungen 367 B.1 Abkürzungen B.2 Mathematisches Symbolverzeichnis

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