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Content: Ein wichtiger Baustein zur Steigerung der spektralen Effizienz von drahtlosen Funkkommunikationsnetzwerken stellt der Einsatz von Mehrantennensystemen im Zentimeter- und Millimeterwellenfrequenzbereich dar. Wie diese Mehrantennensysteme mit einem möglichst geringen Hardwareaufwand in Form von hybriden Beamformingsystemen realisiert werden können ist Thema dieser Arbeit.

Content: An important method to increase the spectral efficiency of wireless radio communication networks is the use of multiple-input multiple-output communication systems operating in the centimetre and millimetre wave region. How these multiple-input multiple-output communication systems can be realised with as little hardware effort as possible using hybrid beamforming architectures is the subject of this work.

Note: Vorwort des Herausgebers i -- Zusammenfassung . iii -- Vorwort v -- Abkürzungen und Symbole xi -- 1 Mobilfunksysteme der Zukunft 1 -- 1.1 Trends zukünftiger Mobilfunkkommunikationssysteme . 3 -- 1.1.1 Small Cells . 3 -- 1.1.2 Zentimeter- und Millimeterwellen . 5 -- 1.1.3 Mehrantennenkommunikationssysteme 6 -- 1.2 Mehrantennensysteme niedriger Komplexität 9 -- 1.3 Zielsetzung und Gliederung der Dissertation . 13 -- 2 MIMO-Signaltheorie und Kanalmodellierung 17 -- 2.1 Mehrantennenkommunikationssysteme 17 -- 2.1.1 Beschreibung von Antennenarraysystemen 18 -- 2.1.2 Signaltheorie zu Mehrantennensystemen . 20 -- 2.1.3 MIMO-OFDM-Signalverarbeitung 27 -- 2.2 Kanalcharakterisierung und -modellierung bei 28 GHz . 30 -- 2.2.1 Kanalmesssysteme . 31 -- 2.2.2 Dämpfungsfaktoren des drahtlosen Übertragungskanals 32 -- 2.2.3 Dynamische Ausbreitungseffekte . 37 -- 2.2.4 MIMO-Kanalmodellierung . 39 -- 2.3 Zusammenfassung zu Kapitel 2 43 -- 3 MIMO-Kanalmesssystem bei 28 GHz 45 -- 3.1 Realisierungen von Kanalmesssystemen . 46 -- 3.2 MIMO-Kanalmesssystem 47 -- 3.2.1 Systemaufbau 48 -- 3.2.2 Kanalschätzungsprinzip 53 -- 3.2.3 Kalibrierungsprinzip und Validierung des Kanalmesssystems . 55 -- 3.3 Ergebnisse der Kanalmesskampagnen . 59 -- 3.3.1 Messszenarien 60 -- 3.3.2 Analyse des 28 GHz-Übertragungskanals . 61 -- 3.4 Zusammenfassung zu Kapitel 3 68 -- 4 Hybride Beamformingarchitekturen und -algorithmen 71 -- 4.1 Grundlagen hybrider Beamformingsysteme 71 -- 4.2 Hybride Beamformingarchitekturen niedriger Komplexität 76 -- 4.2.1 Subarray-basierte hybride Beamformingsysteme . 77 -- 4.2.2 Subarray-basierte hybride Beamformingsysteme mit Schaltern 89 -- 4.2.3 Subarray-basierte hybride Beamformingsysteme -- mit zusätzlichen Freiheitsgraden . 91 -- 4.3 Energieeffizienz hybrider Beamformingarchitekturen 96 -- 4.4 Vergleich hybrider Beamformingarchitekturen 98 -- 4.4.1 Numerische Analyse mittels PBCM 99 -- 4.4.2 Untersuchung anhand gemessener Übertragungskanäle 105 -- 4.4.3 Effizienzbetrachtung des MIMO-Demonstrators . 108 -- 4.5 Zusammenfassung zu Kapitel 4 112 -- 5 Kanalschätzungsmethoden für hybride Beamformingsysteme 115 -- 5.1 Aktuelle Forschung zu MIMO-Kanalschätzungsverfahren 116 -- 5.1.1 Grundprinzipien der MIMO-Kanalschätzung 116 -- 5.1.2 Suchverfahren 117 -- 5.1.3 Ausnutzung gewonnener Kanalinformationen in niedrigeren Frequenzbereichen . 120 -- 5.1.4 Suchoptimierung durch räumliche Positionsdaten 121 -- 5.1.5 Komprimierte Erfassung dünnbesetzter Übertragungskanäle . 121 -- 5.2 Hierarchische Suchverfahren 123 -- 5.3 Kanalschätzung mittels dünnbesetzter Antennenarrays . 126 -- 5.3.1 SABA-Verfahren 128 -- 5.3.2 MSAM-Verfahren 131 -- 5.3.3 Rekonstruktion der MIMO-Kanalmatrix basierend auf zuschaltbaren Bandpassfiltern 133 -- 5.3.4 Kombination des MSAM- und SABA-Verfahrens 135 -- 5.4 Vergleich der Kanalschätzverfahren 135 -- 5.4.1 Berechnung und Vergleich der Kanalschätzungsdauer 136 -- 5.4.2 Numerischer Vergleich mittels PBCM 142 -- 5.4.3 Untersuchung anhand gemessener Übertragungskanäle 149 -- 5.5 Zusammenfassung zu Kapitel 5 154 -- 6 Messtechnische Analyse eines Subarray-basierten hybriden Beamformingsystems . 157 -- 6.1 Subarray-basierter hybrider Beamforming-Empfänger 157 -- 6.1.1 Systemdesign 158 -- 6.1.2 Kalibrierungsverfahren . 160 -- 6.2 Messtechnische Untersuchung der Kanalschätzungsverfahren 167 -- 6.2.1 Konstruktion und Vermessung hierarchischer Codebücher 167 -- 6.2.2 Messaufbau zur Untersuchung von Winkelschätzverfahren 170 -- 6.2.3 Trennbarkeit in Mehrwegeszenarien mittels hierarchischer Suchverfahren 171 -- 6.2.4 Winkelfehleranalyse der Kanalschätzungsverfahren in Mehrnutzerszenarien 174 -- 6.3 Zusammenfassung zu Kapitel 6 177 -- 7 Schlussfolgerungen 179 -- A Anhang zum MIMO-Kanalmesssystem . 183 -- A.1 HF-Frontend Design und Integration . 183 -- A.2 Berechnung des Azimutwinkels 185 -- A.3 Messszenarien 187 -- A.4 Metriken zur Kanalanalyse 188 -- A.5 Analyse des zeitlichen Verhaltens des Übertragungskanals 189 -- B Anhang zu den Kanalschätzungsmethoden 193 -- B.1 Beispiel von Sektorcodebüchern für lineare Antennenarrays . 193 -- B.2 Anfälligkeit des MSAM-Verfahrens auf Phasenänderungen 194 -- B.3 Richtcharakteristiken der hierarchischen Codebücher für -- 2D-Antennenarrays . 196 -- Literaturverzeichnis 199 -- Eigene Veröffentlichungen 235 -- Journalartikel . 235 -- Konferenzbeiträge 236.

Additional Edition: ISBN 1000145548

Language: German

DOI: 10.5445/KSP/1000145548