Location aware and cooperative communication in an OFDM based ultra-wideband radio system

Duisburg, Essen (2012), IV, 134 S.
Dissertation / Fach: Elektrotechnik
Fakultät für Ingenieurwissenschaften » Elektrotechnik und Informationstechnik
Duisburg, Essen, Univ., Diss., 2012
Abstract:
Die auf dem orthogonalen Frequenzmultiplex (OFDM, Orthogonal Frequency Division Multiplexing) basierende Ultra-Breitband-(UWB, Ultra-wideband) Technologie stellt eine verheißungsvolle Technologie dar, um hohe Datenübertragungsraten und Lokalisierungs- und deren Tracking-Anwendungen zu realisieren. Im Gegensatz zu anderen Systemen ist die Reichweite von OFDM UWB Systemen durch eine strenge Regulierung sehr stark begrenzt. Darüber hinaus ist die Lokalisierung nicht zufriedenstellend. Damit sind bereits die beiden größten Nachteile im Bezug auf bestehende OFDM UWB System benannt. Die Motivation und Hauptaufgabe dieser Arbeit ist damit die Lösung der eben genannten Nachteile. Es wird ein OFDM UWB System vorgestellt, das Space Frequency Block Coding (SFBC) und FFH OFDM miteinander verbindet. Dieses vereinte System wertet die räumliche und frequentielle Diversität eines OFDM-Symbols aus und zeigt dabei eine hohe Güte in der Punkt-zu-Punkt Kommunikation. Beim Design von kooperativen UWB-Systemen wird ein AF-(Amplify-and-Forward) basiertes echtzeitfähriges SFBC-TFC (Time Frequency Code) Protokoll vorgestellt. In Kombination mit den oben genannten Strategien, kann eine Erhöhung in den Reichweite von OFDM UWB Systemen erreicht werden. In den Ausführungen zur Ortung anhand von OFDM UWB Signalen wird ein Algorithmus entwickelt, der aufgrund einer Kanalschätzung eine Minimierung des Phasenversatzes zwischen geschätztem und realem Kanal im Frequenzbereich durchführt. Diese Minimierung erwirkt eine Unterdrückung der Energie am Ende der Kanalimpulsantwort (CIR, Channel Impulse Response) im Zeitbereich. Zum Zweck der einfachen Implementierbarkeit wird das RTT (Round-Trip-Time) Messprotokoll in WiMedia UWB Systemen dahingehend verändert, dass das mobile Gerät keine Minimierung vornimmt. Es leitet seine Informationen an das mit ihm Kommunizierende, stationäre Gerät weiter, das direkt den gesamten Zeitversatz innerhalb des RTT berechnet. Der vorgeschlagene Algorithmus und das vorgeschlagene Protokoll haben ein besseres Ortungsvermögen als bekannte UWB Lokalisierungsprozeduren und bedürfen nur etwas zusätzlicher Berechnungsleistung. Diese Arbeit zeigt, dass Systeme mit hohen Datenraten wie OFDM UWB auch eine gute Lokalisierungsgenauigkeit erreichen können. Zusätzlich ist die Schwachstelle einer limitierten Reichweite ebenso kompensiert worden. Diese Erweiterungen dienen der Entwicklung von nützlichen UWB-Applikationen und sichern den Anteil der OFDM UWB Technik im Markt der drahtlosen Kommunikationssysteme der Zukunft.