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 hybri...

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.