Techn. Universiẗat, Diss., 2003--Darmstadt.

In dieser Bachelorarbeit wird eine LTE Cell Search Procedure auf Basis von SDR entwickelt, um eine Synchronisation mit einem LTE-System in Zeit und Frequenz zu erreichen. Dabei werden mehrere Verarbeitungsblöcke implementiert, die zur LTE Cell Search Procedure gehören. Diese beinhalten die Erkennung des Integer Frequency Offsets (IFO), Primary Synchronisation Signals (PSS), Fractional Frequency Offset (FFO) und des Secondary Synchronisation Signals (SSS). Die Arbeit umfasst eine Literaturrecherche, die Implementierung der Verarbeitungsblöcke, die Simulation verschiedener Szenarien, statistische Analysen und die Anwendung auf ein gemessenes LTE-Signal. Sie liefert Antworten auf spezifische Forschungsfragen zur Effizienz, zum Einfluss des SNR und des CFO, sowie zur Eignung für reale LTE-Systeme. Darüber hinaus wird ein Ausblick auf mögliche Anwendungen im Kontext von 5G NR, WLAN und Erweiterungen gegeben.:Kurzfassung.................................... III Abbildungsverzeichnis .............................. VII Tabellenverzeichnis................................ VIII Codeverzeichnis.................................. IX Abkürzungsverzeichnis .............................. X Symbolverzeichnis ................................ XIV 1. Einleitung................................... 1 1.1. Forschungsfragen ............................ 1 1.2. Untersuchungsdesign .......................... 2 2. Grundlagen .................................. 3 2.1. Zadoff-Chu (ZC)-Sequenzen ...................... 3 2.2. Maximum Length (M)-Sequenzen................... 5 2.3. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) ................ 7 2.4. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM): Kanal und Equalization............................... 10 2.5. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM): Carrier Frequency Offset (CFO).......................... 11 2.6. Carrier Frequency Offset (CFO)-Erkennung ................... 14 2.7. Short Time Fourier Transform (STFT) und Spektrogramm ......... 16 2.8. Software Defined Radio (SDR) .................... 17 2.9. 3rd Generation Partnership Project (3GPP)-Long Term Evolution (LTE).................................. 18 3. Praktische Untersuchung ........................... 23 3.1. Simulationsumgebung ......................... 27 3.2. Software Defined Radio (SDR)-basierte Long Term Evolution (LTE)- Messung................................. 29 3.3. Integer Carrier Frequency Offset (IFO)-Erkennung ............ 30 3.4. Primary Synchronization Signal (PSS)-Erkennung .............. 38 3.5. Fractional Carrier Frequency Offset (FFO)-Erkennung ........ 44 3.6. Secondary Synchronization Signal (SSS)-Erkennung ............ 49 3.7. Simulation der gesamten Implementierung .................... 57 4. Zusammenfassung und Ausblick ....................... 62 Literaturverzeichnis................................ 65

The response of cells to their environment is driven by a variety of proteins and messenger molecules. In eukaryotes, their distribution and location in the cell are regulated by the vesicular transport system. The transport of aquaporin 2 between membrane and storage region is a crucial part of the water reabsorption in renal principal cells, and its malfunction can lead to Diabetes insipidus. To understand the regulation of this system, we aggregated pathways and mechanisms from literature and derived three models in a hypothesis-driven approach. Furthermore, we combined the models to a single system to gain insight into key regulatory mechanisms of Aquaporin 2 recycling. To achieve this, we developed a multiscale computational framework for the modeling and simulation of cellular systems. The analysis of the system rationalizes that the compartmentalization of cAMP in renal principal cells is a result of the protein kinase A signalosome and can only occur if specific cellular components are observed in conjunction. Endocytotic and exocytotic processes are inherently connected and can be regulated by the same protein kinase A signal.

In den letzten Jahrzehnten ist das globale Kommunikationssystem in einem immer größerem Maße ein integraler Bestandteil des täglichen Lebens geworden. Optische Kommunikationssysteme sind die technologische Basis für diese Entwicklung. Nur Fasern können die riesige benötigte Bandbreite bereitstellen. Während für die ersten optischen Übertragungssysteme die Faser als "flacher" Kanal betrachtet werden konnte, machen Wellenlängenmultiplex und steigende Übertragungsraten die Einbeziehung von immer mehr physikalischen Effekten notwendig. Bei einer Erhöhung der Kanaldatenrate auf 40 Gbit/s und mehr ist die statische Kompensation von chromatischer Dispersion nicht mehr ausreichend. Die intrinsische Toleranz der Modulationsformate gegenüber Dispersion nimmt quadratisch mit der Symbolrate ab. Daher können beispielsweise durch Umwelteinflüsse hervorgerufene Dispersionsschwankungen die Dispersionstoleranz der Modulationsformate überschreiten. Dies macht eine adaptive Dispersionskompensation notwendig, was gleichzeitig auch Dispersionsmonitoring erfordert, um den adaptiven Kompensator steuern zu können. Vorhandene Links können mit Restdispersionskompensatoren ausgestattet werden, um sie für Hochgeschwindigkeitsübertragungen zu ertüchtigen. Optische Kompensationstechniken sind unabhängig von der Kanaldatenrate. Daher wird eine Erhöhung der Datenrate problemlos unterstützt. Optische Kompensatoren können WDM-fähig gebaut werden, um mehrere Kanäle auf einmal zu entzerren. Das Buch beschäftigt sich mit optischen Delay-Line-Filtern als eine Klasse von optischen Kompensatoren. Die Filtersynthese von solchen Delay-Line-Filtern wird behandelt. Der Zusammenhang zwischen optischen Filtern und digitalen FIR-Filtern mit komplexen Koeffizienten im Zusammenhang mit kohärenter Detektion wird aufgezeigt. Iterative und analytische Methoden, die die Koeffizienten für dispersions- und dispersions-slope-kompensierende Filter produzieren, werden untersucht. Genauso wichtig wie die Kompensation von Dispersion ist die Schätzung der Dispersion eines Signals. Mit Delay-Line-Filtern können die Restseitenbänder eines Signals genutzt werden, um die Dispersion zu messen. Alternativ kann nichtlineare Detektion angewandt werden, um die Pulsverbreiterung, die hauptsächlich von der Dispersion herrührt, zu schätzen. Mit gemeinsamer Dispersionskompensation und Dispersionsmonitoring können Dispersionskompensatoren auf die Signalverzerrungen eingestellt werden. Spezielle Eigenschaften der Filter zusammen mit der analytischen Beschreibung können genutzt werden, um schnelle und zuverlässige Steueralgorithmen zur Filtereinstellung bereitzustellen. Schließlich wurden Prototypen derartiger faseroptischen Kompensatoren von chromatischer Dispersion und Dispersions-Slope hergestellt und charakterisiert. Die Einheiten und ihr Systemverhalten wird gezeigt und diskutiert. / Over the course of the past decades, the global communication system has become a central part of people's everyday lives. Optical communication systems are the technological basis for this development. Only fibers can provide the huge bandwidth that is required. Where the fiber could be regarded as a flat channel for the first optical transmission systems wavelength multiplexing and increasing line rates made it necessary to take more and more physical effects into account. When the line rates are increased to 40 Gbit/s and higher static chromatic dispersion compensation is not enough. The modulation format's intrinsic tolerance for dispersion decreases quadratically with the symbol rate. Thus, environmentally induced chromatic dispersion fluctuations may exceed the dispersion tolerance of the modulation formats. This makes an adaptive dispersion compensation necessary implying also the need for a monitoring scheme to steer the adaptive compensator. Legacy links that are CD-compensated by DCFs can be upgraded with residual dispersion compensators to make them ready for high speed transmission. Optical compensation is independent from the line rate. Hence, increasing the data rates is inherently supported. Optical compensators can be built WDM ready compensating multiple channels at once. The book deals with optical delay line filters as one class of optical compensators. The filter synthesis of such delay line filters is addressed. The connection between optical filters and digital FIR filters with complex coefficients that are used in conjunction with coherent detection could be shown. Iterative and analytical methods that produce the coefficients for dispersion (and also dispersion slope) compensating filters are researched. As important as the compensation of dispersion is the estimation of the dispersion of a signal. Using delay line filters, the vestigial sidebands of a signal can be used to measure the dispersion. Alternatively, nonlinear detection can be used to estimate the pulse broadening which is caused mainly by dispersion. With dispersion compensation and dispersion monitoring, dispersion compensators can be adapted to the signal's impairment. Special properties of the filter in conjunction with an analytical description can be used to provide a fast and reliable control algorithm for setting the filter to a given dispersion and centering it on a signal. Finally, prototypes of such fiber optic chromatic dispersion and dispersion slope compensation filters were manufactured and characterized. The device and system characterization of the prototypes is presented and discussed.

In den letzten Jahrzehnten ist das globale Kommunikationssystem in einem immer größerem Maße ein integraler Bestandteil des täglichen Lebens geworden. Optische Kommunikationssysteme sind die technologische Basis für diese Entwicklung. Nur Fasern können die riesige benötigte Bandbreite bereitstellen. Während für die ersten optischen Übertragungssysteme die Faser als "flacher" Kanal betrachtet werden konnte, machen Wellenlängenmultiplex und steigende Übertragungsraten die Einbeziehung von immer mehr physikalischen Effekten notwendig. Bei einer Erhöhung der Kanaldatenrate auf 40 Gbit/s und mehr ist die statische Kompensation von chromatischer Dispersion nicht mehr ausreichend. Die intrinsische Toleranz der Modulationsformate gegenüber Dispersion nimmt quadratisch mit der Symbolrate ab. Daher können beispielsweise durch Umwelteinflüsse hervorgerufene Dispersionsschwankungen die Dispersionstoleranz der Modulationsformate überschreiten. Dies macht eine adaptive Dispersionskompensation notwendig, was gleichzeitig auch Dispersionsmonitoring erfordert, um den adaptiven Kompensator steuern zu können. Vorhandene Links können mit Restdispersionskompensatoren ausgestattet werden, um sie für Hochgeschwindigkeitsübertragungen zu ertüchtigen. Optische Kompensationstechniken sind unabhängig von der Kanaldatenrate. Daher wird eine Erhöhung der Datenrate problemlos unterstützt. Optische Kompensatoren können WDM-fähig gebaut werden, um mehrere Kanäle auf einmal zu entzerren. Das Buch beschäftigt sich mit optischen Delay-Line-Filtern als eine Klasse von optischen Kompensatoren. Die Filtersynthese von solchen Delay-Line-Filtern wird behandelt. Der Zusammenhang zwischen optischen Filtern und digitalen FIR-Filtern mit komplexen Koeffizienten im Zusammenhang mit kohärenter Detektion wird aufgezeigt. Iterative und analytische Methoden, die die Koeffizienten für dispersions- und dispersions-slope-kompensierende Filter produzieren, werden untersucht. Genauso wichtig wie die Kompensation von Dispersion ist die Schätzung der Dispersion eines Signals. Mit Delay-Line-Filtern können die Restseitenbänder eines Signals genutzt werden, um die Dispersion zu messen. Alternativ kann nichtlineare Detektion angewandt werden, um die Pulsverbreiterung, die hauptsächlich von der Dispersion herrührt, zu schätzen. Mit gemeinsamer Dispersionskompensation und Dispersionsmonitoring können Dispersionskompensatoren auf die Signalverzerrungen eingestellt werden. Spezielle Eigenschaften der Filter zusammen mit der analytischen Beschreibung können genutzt werden, um schnelle und zuverlässige Steueralgorithmen zur Filtereinstellung bereitzustellen. Schließlich wurden Prototypen derartiger faseroptischen Kompensatoren von chromatischer Dispersion und Dispersions-Slope hergestellt und charakterisiert. Die Einheiten und ihr Systemverhalten wird gezeigt und diskutiert. / Over the course of the past decades, the global communication system has become a central part of people's everyday lives. Optical communication systems are the technological basis for this development. Only fibers can provide the huge bandwidth that is required. Where the fiber could be regarded as a flat channel for the first optical transmission systems wavelength multiplexing and increasing line rates made it necessary to take more and more physical effects into account. When the line rates are increased to 40 Gbit/s and higher static chromatic dispersion compensation is not enough. The modulation format's intrinsic tolerance for dispersion decreases quadratically with the symbol rate. Thus, environmentally induced chromatic dispersion fluctuations may exceed the dispersion tolerance of the modulation formats. This makes an adaptive dispersion compensation necessary implying also the need for a monitoring scheme to steer the adaptive compensator. Legacy links that are CD-compensated by DCFs can be upgraded with residual dispersion compensators to make them ready for high speed transmission. Optical compensation is independent from the line rate. Hence, increasing the data rates is inherently supported. Optical compensators can be built WDM ready compensating multiple channels at once. The book deals with optical delay line filters as one class of optical compensators. The filter synthesis of such delay line filters is addressed. The connection between optical filters and digital FIR filters with complex coefficients that are used in conjunction with coherent detection could be shown. Iterative and analytical methods that produce the coefficients for dispersion (and also dispersion slope) compensating filters are researched. As important as the compensation of dispersion is the estimation of the dispersion of a signal. Using delay line filters, the vestigial sidebands of a signal can be used to measure the dispersion. Alternatively, nonlinear detection can be used to estimate the pulse broadening which is caused mainly by dispersion. With dispersion compensation and dispersion monitoring, dispersion compensators can be adapted to the signal's impairment. Special properties of the filter in conjunction with an analytical description can be used to provide a fast and reliable control algorithm for setting the filter to a given dispersion and centering it on a signal. Finally, prototypes of such fiber optic chromatic dispersion and dispersion slope compensation filters were manufactured and characterized. The device and system characterization of the prototypes is presented and discussed.

In the present work, the magnetotransport measurement technique was developed and various materials, exhibiting resistances from 1 mOhm up to several tens of kOhm, were investigated in pulsed magnetic fields of up to 60 T. Phase diagrams of irreversibility and upper critical fields for pure and Zn-doped YBa2Cu3O_7-x high-temperature superconductors were measured. A high-field study of the electronic properties of the two semimetals LaBiPt and CeBiPt were presented. Magnetoresistance of La0.7Sr0.3MnO3 and La0.7Ca0.3MnO3 thin films were investigated.

Zugl.: Darmstadt, Techn. Univ., Diss., 2009

Zugl.: Dortmund, Techn. Univ., Diss., 2008

Laseroptische Messsysteme werden vielseitig eingesetzt, unter anderem für die Messung der Strömung in Blasen und Tropfen. Beispielsweise ist die Messung in Tropfen von besonderem Interesse für die Brennstoffzellenforschung, da das Wasserkondensat die Leistungsfähigkeit der Zelle stark mindern kann. Bei der laseroptischen Messung durch die dynamische Phasengrenzfläche erhöht sich aufgrund der zufälligen Lichtbrechung die Messunsicherheit erheblich. Um dem entgegenzuwirken, wurde in dieser Arbeit untersucht, wie sich der in der Astronomie weitverbreitete Ansatz einer aktiven Wellenfrontkorrektur auf die laseroptische Strömungsmesstechnik für die Korrektur einer zufällig dynamisch streuenden Phasengrenzfläche mit nur einem optischen Zugang durch die Grenzfläche übertragen lässt. Als neuartiger Leitstern wurde hierfür der Fresnel-Reflex der Oberfläche als Fresnel Guide Star (FGS), welcher alle Informationen über die optische Störung enthält, untersucht und eingesetzt. Validiert wurde der neue Leitstern exemplarisch für die zwei laseroptischen Messverfahren Laser-Doppler-Velocimetrie (LDV) und Particle-Image-Velocimetrie (PIV). Für das bildgebende Messverfahren PIV wurde ein Regelsystem realisiert, welches eine adaptive optische Korrektur einer oszillierenden Wasseroberfläche durchführt. Das System besteht aus einem Hartmann-Shack-Sensor (HSS), einer Signalverarbeitungseinheit und einem 69-elementigen deformierbaren Membranspiegel. Dabei muss die Signalverarbeitungseinheit aus dem Hartmannogramm die Wellenfront des FGS rekonstruieren, die Stellgröße berechnen und den Membranspiegel ansteuern. Diese komplexe Multiple-Input-Multiple-Output(MIMO)-Regelungsaufgabe stellt besondere Anforderungen an das System, da die Wasseroberfläche mit mehreren hundert Hertz schwingt und das System für eine hinreichende Reserve somit eine Regelrate im Kilohertzbereich haben muss. Um diese Anforderungen zu erfüllen, wurde als hybride Recheneinheit ein Field- Programmable System-on-Chip (FPSoC) eingesetzt. Dieser vereint eine Central Processing Unit (CPU) und einen Field-Programmable Gate Array (FPGA) auf einem einzigen monolithischen Chip als eine sehr leistungsfähige Symbiose beider Architekturen. Das System erreicht eine Regelrate von 3,5 kHz und war in der Lage, die optische Störung mit einer Dämpfungsbandbreite von bis zu 150 Hz zu dämpfen. Bei der PIV-Messung wurde die Erhöhung der Standardunsicherheit des Geschwindigkeitsfeldes, verursacht durch die Oszillation der Phasengrenzfläche, um 67 % reduziert. Das System kann beispielsweise für die Optimierung von Brennstoffzellen eingesetzt werden, um die Tropfeninnenströmung in den auf der chemisch aktiven opaken Membran kondensierten Tropfen mit nur einem einzigen optischen Zugang durch die streuende Grenzfläche zu messen. Damit könnte der Gleitprozess des Tropfens an der Membranoberfläche verstanden werden und das Wasser effektiver abtransportiert werden, um die Leistungsfähigkeit der Zelle zu steigern. Weitere Anwendungsgebiete sind die Strömungsmessung in Taylorblasen, Regentropfen oder Flüssigkeitskühlfilmen mit offener Oberfläche. Generell hat der neue FGS zusammen mit dem Regelungssystem das Potenzial, die optische Messung durch eine dynamische oszillierende Grenzfläche zu verbessern oder überhaupt erst zu ermöglichen. / Laser optical measurement systems are used in a variety of applications, e.g. the flow measurement in bubbles and droplets. The flow in droplets is of particular interest for fuel cell research, since water condensate can significantly reduce the efficiency of the cell. In laser-optical measurements the dynamic motion of the phase boundary increases the measurement uncertainty significantly because of the random refraction of light. Therefore this thesis investigates how the approach of an active wavefront correction, which is widely used in astronomy, can be applied to laser-optical flow measurement techniques for the correction of a dynamic phase boundary with only one optical access through the interface. For this purpose, the Fresnel reflection of the surface was investigated, which is called Fresnel Guide Star (FGS). It contains all information about the optical distortion. The new guide star was validated exemplarily for the two laser optical measurement techniques Laser Doppler Velocimetry (LDV) and Particle Image Velocimetry (PIV). For PIV a control system consisting of a Hartmann-Shack-Sensor (HSS), a signal processing unit and a 69-element deformable membrane mirror was realized, which performs an adaptive optical correction of the moving water surface. Therefore the signal processing unit must reconstruct the wavefront of the FGS from the Hartmannogram, calculate the set value and control the membrane mirror. This complex Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) control task results in extensive demands on the control system, since the water surface oscillates with several hundred hertz and the system must therefore have a control rate in the kilohertz range to ensure sufficient reserve. In order to meet these requirements, a Field- Programmable System-on-Chip (FPSoC) was used as hybrid computing unit. It combines a Central Processing Unit (CPU) and an Field-Programmable Gate Array (FPGA) on a single monolithic chip as a very powerful symbiosis of both architectures. The system achieved a control rate of 3,5 kHz and was able to attenuate the optical distortion with an attenuation bandwidth of up to 150 Hz. In the PIV measurement, the increase in the standard uncertainty of the velocity field caused by the oscillation of the phase boundary was reduced by 67 %. The system could be used for the optimization of fuel cells to measure the internal flow in the droplets condensed on the chemically active membrane with only one optical access through the fluctuating interface. This would allow the sliding process of the droplet on the membrane surface to be understood and the water to be removed more effectively in order to increase the performance of the cell. Further applications are flow measurement in bubbles, raindrops or liquid cooling films with an open surface, where the system expands the field of application for computational laser metrology. In general, the new FGS together with the low latency control system have the potential to improve the optical measurement through dynamically oscillating interfaces or to make the measurement possible at all.

This dissertation presents the results of research towards a new computer architectural approach for the construction of digital signal processors. The new approach is based on a transport triggered architecture (TTA) and allows for a dataflow processing mode. The proposed architecture has beed called TAD (Transport triggered Architecture with Dataflow-extension). The designed machine is able to execute limited dataflow-graphs using a single assembly instruction. The size of the dataflow-graph is limited by the number of available execution units and communication resources. To undertake the research a cycle-correct simulator of the proposed microarchitecture has been designed. Benchmark results of the new microarchitecture were obtained by executing typical DSP-programs on the simulator. The properties of the new architecture and the variants of its parameters are discussed in the text. i Performance data is given on a per-cycle basis. A demonstration machine for the TAD has been synthesized for a 0.35um CMOS-technology. Data for area and maximum clock frequency of the design have been extracted from the routed chip design. / Diese Arbeit stellt die Ergebnisse von Untersuchungen über eine neue Architekturvariante für digitale Signalverarbeitungsprozessoren mit transportgesteuerter Architektur (TTA) vor. Die dazu entworfene Maschine erlaubt es, endliche Datenflussgraphen auf einen einzelnen Maschinenbefehl abzubilden. Die maximale Größe der abbildbaren Datenflussgraphen ist dabei durch die Anzahl gleichzeitig verfügbarer Verarbeitungseinheiten und Kommunikationsresourcen beschränkt. Die Untersuchungen dazu wurden mit einem taktgenauen Mikroarchitektursimulator durchgeführt. Die Daten zur Verarbeitungsleistung der Maschine wurden durch das Ausführen von Lastprogrammen auf diesem Simulator gewonnen. Der Aufbau und die Eigenschaften der durch den Simulator realisierten Mikroarchitektur und einige von dieser Implementation abweichende Varianten werden erläutert. Da sich Angaben zur Anzahl der Verarbeitungszyklen nicht vergleichen lassen, ohne dass Informationen zur maximal erreichbaren Taktfrequenz der Implementation vorliegen, wurde die vorgeschlagene Mikroarchitektur als integrierter Schaltkreis synthetisiert, um Informationen zu Flächenbedarf und Laufzeit zu gewinnen. Aus den Entwurfsdaten für den integrierten Schaltkreis wurden die Verdrahtungs-Kapazitäten extrahiert und daraus die Information zur maximalen Taktfrequenz gewonnen.