In dieser Arbeit wird ein neuartiges Kanalmodell zur Bestimmung der speziellen Eigenschaften des Funkkanals für Hochgeschwindigkeitszüge vorgestellt. Zur Kanalmodellierung werden typische und für die Wellenausbreitung relevante Umgebungen herangezogen und diese mittels eines strahlenoptischen Wellenausbreitungsmodells simuliert. Das Kanalmodell kann je nach Wahl der Umgebungsparameter für beliebige Frequenzen angepasst werden. In dieser Arbeit werden 5.2 GHz und 24.125 GHz als Mittenfrequenz eines Kommunikationssystems für Hochgeschwindigkeitszüge vorgeschlagen, unter der Annahme, dass erst ab Frequenzen von 1 GHz die benötigten Bandbreiten für eine hochdatenratige Kommunikation zur Verfügung stehen. Die Bänder für Wireless Local Area Network (WLAN) bei 5.2 GHz bzw. Industrial Scientific Medical (ISM) Anwendungen bei 24.125 GHz könnten mit der vorgegebenen geringen Sendeleistung genutzt werden. Die Übertragung wird aus Gründen der Bandbreiteneffizienz mittels OFDM vorgenommen. Die Beurteilung der Funkkanäle wird vor dem Hintergrund eines OFDM-Systems vorgenommen. Entgegen dem in der Literatur verfolgten zellularen Ansatz, wird in dieser Arbeit erstmalig ein Gleichwellennetz-System zur Kommunikation mit Hochgeschwindigkeitszügen vorgestellt. Dieses bietet den Vorteil, dass aufwendige Handover-Prozesse entfallen. Zwei Züge im gleichen Abschnitt können über die Frequenz getrennt werden. Es wird erstmals nachgewiesen, dass in Funkkanälen für Hochgeschwindigkeitszüge die Doppler-Verbreiterung mittels gerichteter Antennen deutlich reduziert werden kann. Für die Reduzierung ist die Antenne an der Mobilstation verantwortlich. Direktionale Basisstationsantennen verbessern die Doppler-Verbreiterung hingegen nur unwesentlich. Basierend auf den neuen Erkenntnissen wurde in Kooperation mit dem ANT ein Systemvorschlag für ein OFDM-Kommunikationssystem bei Hochgeschwindigkeitszügen erstellt und dafür vom ANT Systemsimulationen durchgeführt. Diese Systemsimulationen bestätigen die aus den Kanalkenngrößen abgeleiteten Ergebnisse auf der Systemebene. Das vorgeschlagene OFDM-System ermöglicht eine uncodierte Datenrate in der Größenordnung von 100 Mbit/s. Durch die zukunftsweisende Verbindung zwischen der Nachrichtentechnik und der Hochfrequenztechnik steht mit dieser Arbeit ein wertvolles Hilfsmittel für den Entwurf von OFDM-Kommunikationssystemen bei Hochgeschwindigkeitszügen zur Verfügung. Der beispielhafte Systemvorschlag zeigt, wie ein effizientes hochdatenratiges Kommunikationssystem bei Hochgeschwindigkeitszügen trotz der hohen Zeitvarianz technisch realisiert werden kann.
Funkkanalmodellierung für OFDM-Kommunikationssysteme bei Hochgeschwindigkeitszügen
2009
156 Seiten, Bilder, Tabellen, Quellen
(+11 S. Anh.)
Hochschulschrift
Deutsch
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