Dynamic Spectrum Access Using OFDM-based Overlay Systems [Elektronische Ressource] / Ulrich Berthold. Betreuer: F. Jondral

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• Publié par: karlsruher_institut_fur_technologie
• Publié le: 01 janvier 2009
• Nombre de lectures: 31
• Langue: Deutsch
• Poids de l'ouvrage: 2 Mo

Extrait

Forschungsberichte aus dem
Institut f r Nachrichtentechnik
der Universit t Karlsruhe (TH)
Ulrich Berthold
Dynamic Spectrum Access
Using OFDM-based
Overlay Systems
Band 21ii
Copyright: Institut für Nachrichtentechnik
Universität Karlsruhe (TH), 2009
Druck: E&B printware, Käpplestr. 10
76131 Karlsruhe, Tel. [phone]
ISSN: 1433-3821iii
Forschungsberichte aus dem Institut für Nachrichtentechnik der
Universität Karlsruhe (TH)
Herausgeber: Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Jondral
Band 1 Marcel Kohl
Simulationsmodelle für die Bewertung von Satellitenübertra-
gungsstrecken im 20/30 GHz Bereich
Band 2 Christoph Delfs
Zeit-Frequenz-Signalanalyse: Lineare und quadratische Verfah-
ren sowie vergleichende Untersuchungen zur Klassifikation von
Klaviertönen
Band 3 Gunnar Wetzker
Maximum-Likelihood Akquisition von Direct Sequence Spread-
Spectrum Signalen
Band 4 Anne Wiesler
Parametergesteuertes Software Radio für Mobilfunksysteme
Band 5 Karl Lütjen
Systeme und Verfahren für strukturelle Musteranalysen mit Pro-
duktionsnetzen
Band 6 Ralf Machauer
Multicode-Detektion im UMTS
Band 7 Gunther M. A. Sessler
Schnell konvergierender Polynomial Expansion Multiuser Detek-
tor mit niedriger Komplexität
Band 8 Henrik Schober
Breitbandige OFDM Funkübertragung bei hohen Teilnehmerge-
schwindigkeiteniv
Forschungsberichte aus dem Institut für Nachrichtentechnik der
Universität Karlsruhe (TH)
Herausgeber: Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Jondral
Band 9 Arnd-Ragnar Rhiemeier
Modulares Software Defined Radio
Band 10 Mustafa Mengüç Öner
Air Interface Identification for Software Radio Systems
Band 11 Fatih Çapar
Dynamische Spektrumverwaltung und elektronische Echtzeitver-
marktung von Funkspektren in Hotspotnetzen
Band 12 Ihan Martoyo
Frequency Domain Equalization in CDMA Detection
Band 13 Timo Weiß
OFDM-basiertes Spectrum Pooling
Band 14 Wojciech Kuropatwinski-Kaiser´
Messung von MIMO-Kapazitäten mit einem auf GSM-
Komponenten basierenden Demonstrator
Band 15 Piotr Rykaczewski
Kompensierung hochfrequenzbedingter I/Q-Fehler in Software
Defined Radio
Band 16 Michael Eisenacher
Kompensierung der stochastischen Eigenschaften von Ultra-
Wideband-Signalen
Band 17 Clemens Klöck
Auction-based Medium Access Controlv
Forschungsberichte aus dem Institut für Nachrichtentechnik der
Universität Karlsruhe (TH)
Herausgeber: Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Jondral
Band 18 Martin Henkel
Architektur eines DRM-Empfängers und Basisbandalgorithmen
zur Frequenzakquisition und Kanalschätzung
Band 19 Stefan Edinger
Mehrträgerverfahren mit dynamisch-adaptiver Modulation zur
unterbrechungsfreien Datenübertragung in Störfällen
Band 20 Volker Blaschke
Multiband Cognitive Radio-Systeme
Band 21 Ulrich Berthold
Dynamic Spectrum Access Using OFDM-based Overlay SystemsviVorwort des Herausgebers
1Die Effizienz der Spektrumsnutzung für ein innerhalb einer festen Bandbreite im
Einsatz befindliches System wird gemessen als die mittlere Anzahl von Bits, die
pro Sekunde und pro Hertz in einer bestimmten Fläche übertragen wird; ihre Ein-
2heit ist damit bit=s=Hz=m . In den vergangenen Jahren durchgeführte Messungen,
die eine Spektrumseffizienz von maximal fünfzehn bis zwanzig Prozent ergeben
haben, führen zu der berechtigten Annahme, dass dynamische Zugriffsverfahren
auf die Übertragungsressource zumindest dabei helfen können, deren Knappheit
zu reduzieren. Die Anwendung solcher Verfahren wird im Wesentlichen durch den
Fortschritt von Mikroelektronik und Nachrichtentechnik möglich, sie bedarf jedoch
auch der Berücksichtigung wirtschaftlicher, regulatorischer und damit nicht zuletzt
politischer Randbedingungen. Letztlich wird diese Entwicklung dazu führen, dass
in größeren Bereichen des elektromagnetischen Spektrums von der heute noch oft
praktizierten starren Zuteilung von Übertragungsressourcen zu einem dynamischen
Spektrumszugriff übergegangen wird.
Die Dissertation von Ulrich Berthold behandelt in diesem Zusammenhang auftre-
tende technische Aufgabenstellungen. Zunächst einmal geht es darum, eine Über-
sicht über die verschiedenen Aspekte und Ansätze des dynamischen Spektrumszu-
griffs zu geben. Da der Übergang zu einem dynamischen Spektrumszugriff langsam
erfolgen wird, werden in der einschlägigen Literatur seit einiger Zeit Möglichkei-
ten diskutiert, die innerhalb der Spektren heute existierender Systeme brach liegen-
den Ressourcen für Overlay-Systeme zu verwenden. Dabei ist darauf zu achten,
dass erstens das primäre System von dem Overlay-System nicht gestört wird und
zweitens keine Veränderungen am Primärsystem notwendig werden. Sämtliche Al-
gorithmen, die die Koexistenz der Systeme im selben Frequenzbereich gestatten,
sind also im Overlay-System zu realisieren.
Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) bietet sich aufgrund seiner
flexiblen Mehrträgerstruktur als Grundlage der Übertragung in Overlay-Systemen
an. OFDM-basierte Overlay-Systeme mit Sterntopologie werden am Institut für
Nachrichtentechnik der Universität Karlsruhe (TH) seit mehreren Jahren unter-
2sucht . Die Aufgabe der Arbeit von Ulrich Berthold besteht nun in der Untersu-
chung von Overlay-Systemen, die im Ad-Hoc-Mode betrieben werden, bei denen
es also keine Sonderstellung einer bestimmten Station und damit keine zentrale
1Die Effizienz der Spektrumsnutzung wird vereinfachend als Spektrumseffizienz bezeichnet.
2Siehe z.B.: Timo Weiß: OFDM-basiertes Spectrum Pooling. Dissertation, Forschungsberichte aus
dem Institut für Nachrichtentechnik der Universität Karlsruhe (TH), Band 13, Karlsruhe 2004.viii
Steuerung gibt. Dabei ist die vorliegende Dissertation im Wesentlichen der Unter-
suchung von Medium Access Control (MAC) Layer Aspekten gewidmet.
Die wesentlichen Beiträge von Herrn Berthold zum Fortschritt von Wissenschaft
und Technik sind:
Die Ableitung und die Bewertung eines für in Ad-Hoc-Overlay-Systemen
anwendbaren Detektionsalgorithmus für Primärnutzersignale
Die Bestimmung theoretischer Grenzen für die minimale Anzahl von Overlay-
Stationen, die zur sicheren Entdeckung eines Primärnutzersignals notwendig
sind
Die Ableitung von Verteilungen für Stationen im Ad-Hoc-System, die Ver-
bindungen von jedem zu jedem anderen Teilnehmer erfordern, aus der Spiel-
theorie
Die Definition eines Zugriffsprotokolls für im Ad-Hoc-Mode arbeitende Over-
lay-Systeme
Es bleibt zu wünschen, dass die vorliegende Arbeit die Diskussionen, die zu ei-
ner effizienteren Nutzung der elektromagnetischen Übertragungsressource führen,
nachhaltig beleben wird.
Karlsruhe, im Februar 2009
Friedrich JondralDynamic Spectrum Access Using
OFDM-based Overlay Systems
Zur Erlangung des akademischen Grades eines
DOKTOR-INGENIEURS
der Fakultät für
Elektrotechnik und Informationstechnik
der Universität Fridericiana Karlsruhe
genehmigte
DISSERTATION
von
Dipl.-Ing. Ulrich Berthold
aus
Mainz
Tag der mündlichen Prüfung: 05.02.2009
Hauptreferent: Prof. Dr. rer. nat. Friedrich Jondral
Korreferent: Prof. Dr. Mihaela van der Schaar
K Dr.-Ing. Michael Schnell