Hybride Beamformingsysteme niedriger Komplexität für den Mobilfunk / / Jörg Eisenbeis.

• VerfasserIn: Eisenbeis, Jörg,
• Place / Publishing House: Karlsruhe : : KIT Scientific Publishing,, 2022.
• Year of Publication: 2022
• Language: German
• Physical Description: 1 online resource (xxix, 239 pages) :; illustrations

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.

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.

Table of Contents

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.