Lehrstuhl für Kommunikationstechnik
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Item Dynamic horizontal image translation in stereo 3D(2017) Eickelberg, Stefan; Kays, Rüdiger; Reimers, UlrichIm Bereich Stereo 3D (S3D) bezeichnet „Dynamic Horizontal Image Translation (DHIT)“ das Prinzip, die S3D-Ansichten einer Szene horizontal in entgegengesetzte Richtungen zu verschieben, wodurch die dargestellte Szene in der Tiefe verschoben wird. Dies wird vor allem im Kontext von „Active Depth Cuts“ eingesetzt. Hier werden die S3D-Ansichten vor und nach einem Szenenschnitt so verschoben, dass es nicht zu starken, störenden Tiefensprüngen kommt. Die menschliche Wahrnehmung der DHIT wurde experimentell untersucht. Eine der wichtigsten Erkenntnisse war, dass es starke individuelle Unterschiede in der Empfindlichkeit gegenüber der DHIT gibt. Daher wird empfohlen die Verschiebungsgeschwindigkeit einer S3D-Ansicht nicht höher als 0,10 °/s bis 0,12 °/s zu wählen, sodass Zuschauerinnen und Zuschauer nicht von der DHIT gestört werden. Bei der DHIT kommt es zu einer Verzerrung der dargestellten Szenentiefe. Dies wird bei dem vorgeschlagenen Ansatz „Distortion-Free Dynamic Horizontal Image Translation (DHIT+)“ kompensiert, indem der Abstand zwischen den S3D-Kameras durch Verfahren der Ansichtensynthese angepasst wird. Dieser Ansatz zeigte sich signifikant weniger störend im Vergleich zur DHIT. Die Ansichten konnten ohne Wahrnehmungsbeeinträchtigung etwa 50% schneller verschoben werden. Ein weiteres vorgeschlagenes Verfahren ist „Gaze Adaptive Convergence in Stereo 3D Applications (GACS3D)“. Unter Verwendung eines Eyetrackers wird die Disparität des geschätzten Blickpunkts langsam über die DHIT reduziert. Dies soll die Ermüdung des visuellen Systems mindern, da die Diskrepanz zwischen Akkommodation und Konvergenz reduziert wird. In einem Experiment mit emuliertem Eye-Tracking war GACS3D signifikant weniger störend als eine normale DHIT. Im Vergleich zwischen dem kompletten GACS3D-Prototypen und einer Bildsequenz ohne jegliche Verschiebungen konnte jedoch kein signifikanter Effekt auf den subjektiven Betrachterkomfort registriert werden. Eine Langzeituntersuchung der Ermüdung des visuellen Systems ist nötig, was über den Rahmen dieser Dissertation hinausgeht. Da für GACS3D eine hochgenaue Schätzung der Blickpunktdisparität benötigt wird, wurde die „Probabilistic Visual Focus Disparity Estimation“ entwickelt. Bei diesem Ansatz wird die 3D-Szenenstruktur in Echtzeit geschätzt und dazu verwendet, die Schätzung der Blickpunktdisparität deutlich zu verbessern.Item Implementierung und Analyse eines PSSS-PHYs als Codemultiplexverfahren(2016) Croonenbroeck, Ramona; Kays, RüdigerIm Rahmen dieser Arbeit wurde ein PSSS-255-PHY implementiert, der auf dem in [11] implementierten PSSS-PHY nach IEEE 802.15.4-2011 aufbaut. Es wurde gezeigt, dass die Bitfehlerrate abhängig von der Länge der Basissequenz und des Sendesymbols ist. Die Implementierung des AWGN-Kanals wurde durch Simulation einer bipolaren BPSK mit Hilfe der entsprechenden theoretischen Kurve validiert. Die Validierung der Simulation mit PSSS-Codierung erfolgte anhand der in Abschnitt 3.2 hergeleiteten Formel. Es wurde außerdem ein RRC-Filter entworfen, das eine zehnfache Überabtastung und eine Impulsformung mit Roll-Off-Faktor r = 1 durchführt. Aufgrund der Nutzung eines AWGNKanals führt dies im Gegensatz zu idealer Impulsformung nicht zu einer Verschlechterung der Bitfehlerrate. Allerdings hat die cos-förmige Filterung Auswirkungen auf die BER bei einer Laufzeitverzögerung, da bei einer Abtastung zum falschen Zeitpunkt ein Wert entsprechend der Stelle der gefilterten Flanke gemessen wird. Eventuelle weitere Auswirkungen der RRCFilterung werden sich beim Einsatz anderer Kanalmodelle zeigen. Ein Laufzeitunterschied zwischen PSSS-Sequenzen verschiedener Teilnehmer entspricht einer zyklischen Verschiebung und führt somit zu einer Verschlechterung der Bitfehlerrate der betroffenen Sequenzen proportional zur Verschiebung. Wird eine Sequenz von zwei verzögerten Sequenzen beeinflusst, so steigt die BER mit der Verschiebung schneller an. Bei einer angenommenen maximalen Laufzeitverzögerung von einem Chip wird jeweils nur die erste Sequenz benachbarter Teilnehmer beeinflusst. Nicht genutzte Sequenzen können daher zwischen die Teilnehmern gelegt werden. Auch ein Unterschied in der Empfangsleistung der Teilnehmer beeinflusst die BER des Teilnehmers mit der geringeren Leistung. Je kleiner der CIR wird, desto schlechter wird die BER, allerdings besteht hier eine zusätzliche Abhängigkeit von der Anzahl der genutzten Sequenzen. Die Verschlechterung der BER-Kurve entlang der CIR-Achse verläuft entsprechend der Wahrscheinlichkeitsverteilung der Anzahl der Störsequenzen. Für die Nutzung aller vorhandenen M-Sequenzen beginnt dies schon bei einem CIR von 0 dB. Erhält eine Sequenz einen Phasen- oder Frequenzoffset, so steigt ihre Bitfehlerrate, da eine Phasenverschiebung einer Verringerung der Leistung entspricht und somit das Signal- Rausch-Verhältnis verschlechtert wird. Bereits für übliche Frequenzabweichungen von 10 ppm befindet sich die BER konstant im Bereich von 0,5. Die Veränderung der Frequenz bewirkt außerdem, dass am Empfänger effektiv keine M-Sequenzen mehr korreliert werden, sodass die Korrelationsamplitude von störenden Bits stärker beeinflusst wird und somit auch die Bitfehlerrate der anderen Sequenzen steigt. Dies geschieht allerdings erst sichtbar, wenn eine große Anzahl der Sequenzen frequenzverschoben ist. Um die durch die Nutzung von PSSS als CDMA-Verfahren entstandenen Verschlechterungen der Bitfehlerrate zu kompensieren, wurde eine Erweiterung des Empfängers implementiert, bei der eine dynamische Schwellwertanpassung durchgeführt wird. Durch diese wird für kleine Fehlerzahlen eine Orthogonalisierung des Signals erreicht, sodass die Korrelationsamplitude nicht mehr von Störbits beeinflusst wird. Somit kann eine Bitfehlerrate erreicht werden, die auf der BPSK-Kurve liegt. Die Schwellwertanpassung funktioniert allerdings nur mit senderseitiger Leistungsanpassung, da für einen CIR 6= 0 dB die Schwellen nicht korrekt bestimmt werden können. Die PSSS-Codierung an sich führt auf einem AWGN-Kanal zu einer Verschlechterung der Bitfehlerrate im Gegensatz zur bipolaren BPSK. Die durch die Nutzung als CDMA-Verfahren zusätzlichen Faktoren haben ebenfalls einen negativen Einfluss auf die Bitfehlerrate, sodass sich eine schlechte Leistungsfähigkeit des Verfahrens ergibt. Für eine Abschätzung der Gesamtperformanz von PSSS-255 sind weitere Untersuchungen zu den oben genannten Einflüssen sowie mit für Industrieumgebungen üblichen Kanalmodellen von Nöten.Item Kanalmodell für die drahtlose Kommunikation zwischen Gebäuden und Außeninstallationen(Lehrstuhl für Kommunikationstechnik, 2016-01-08) Over, Felix; Endemann, Wolfgang; Kays, RüdigerItem Implementierung und Analyse eines PSSS-QAM-PHYs für den Einsatz in funkbasierter Industriekommunikation(2015-07-02) Peter, Elias; Underberg, LisaItem Channel coding for highly efficient transmission in wireless local area network(2012-03-30) Hamdani, Deny; Kays, Rüdiger; Götze, JürgenSeit ihrer Wiederentdeckung haben die Low Density Parity Check (LDPC) Codes ein hohes Interesse erfahren, da sie mit niedrigem Aufwand für die Dekodierung fast die Kanalkapazität erreichen. Daher sind sie ein vielversprechendes Kanalcodierungsschema für zukünftige drahtlose Anwendungen. Sie weisen allerdings noch den Nachteil eines hohen Enkodierungsaufwandes auf. Die Einwicklung eines mit geringem Aufwand implementierbaren LDPC Codes mit guten Leistungen stellt noch eine große Herausforderung dar. Die Nutzbarkeit der potenziellen Eigenschaften von LDPC-Codes im Bezug auf die technischen Randbedingungen gerade bei drahtlosen lokalen Netzwerken (Wireess Local Area Network - WLAN) wirft dabei besonders interessante Fragestellungen auf. Die vorliegende Dissertation konzentriert sich auf drei große Themen bezüglich der Erforschung von LDPC Codes, nämlich die Charakterisierung des Codes mittels Umfangsmaßverteilung (Girth Degree Distribution), den niedrigen Enkodierungsaufwand mittels strukturierter Codekonstruktion sowie die verbesserte Decodierungskonvergenz mittels eines Zwei-Phasen Dekodierungsverfahrens. Im ersten Teil der Dissertation wird ein neues Konzept zur Beurteilung von Codes eingeführt. Es basiert auf der Umfangsmaßverteilung. Dieses Konzept kombiniert die Ideen des klassischen Konzeptes - basierend auf dem Umfang (Girth) - mit denen des Knotenmaßes (Node Degree) und wird zur Charakterisierung und zur Abschätzung der Leistungsfähigkeit des Codes eingesetzt. Zur Erkennung und Berechnung des Umfangs wird ein einfacher, baumbasierter Suchalgorithmus eingeführt. Dieses Konzept ermöglicht eine effizientere Leistungsabschätzung als das der alleinigen Verwendung des Umfangs. Es wird gezeigt, dass das Umfangsmaß bei der Ermittlung der Leistung des Codes eine wesentlich größere Rolle spielt als der Umfang. Im Rahmen dieser Untersuchungen fällt als weiteres Ergebnis an, dass die Existenz von kurzen Schleifen der Länge 4 die Leistungsfähigkeit des Codes nicht beeinträchtigt. Der zweite Teil der Dissertation beschäftigt sich mit einem einfachen Verfahren für die Konstruktion einer Gruppe von LDPC Codes, die bei einem relativ niedrigen Enkodierungsaufwand dennoch eine gute Leistung aufweist. Die Kombination einer Treppestruktur in Verbindung mit Permutationsmatrizen führt zu einer sehr einfachen Implementierung, ohne dass ein erheblicher Leistungsverlust auftritt. Der resultierende Enkodierer kann ausschließlich mit einer sehr einfachen Schaltung aus Schieberegistern implementiert werden. Die Leistungsfähigkeit des entstehenden Codes ist mit der des unregelmäßigen MacKay-Codes vergleichbar. In kurzer Kodelänge übertreffen sie sogar einige bekannte strukturierte Codes. Allerdings sind die vorgeschlagenen Codes suboptimal im Vergleich mit den optionalen LDPC Codes für WLAN, sofern niedrige Coderaten betrachtet werden. Sie erweisen sich aber als ebenbürtig bei höheren Coderaten. Diese Leistungsfähigkeit wird von den hier vorgeschlagenen Codes mit relativ niedrigem Enkodierungsaufwand erreicht. Letztendlich wird im dritten Teil der Dissertation ist ein Verfahren zur Steigerung der Decodierungskonvergenz beim Einsatz von LDPC Codes in Kombination mit Modulationsverfahren hoher Wertigkeit vorgestellt. Das Zwei-Phasen Dekodierverfahren wird zur Verbesserung der Bit-Zuverlässigkeit im Dekodierungsprozess eingeführt. Dieses bewirkt eine Reduktion der benötigten Dekodierungsschritte ohne Leistungsverlust. Erreicht wird dies durch die Verwendung der Ergebnisse einer ersten Dekodierungsphase als erneute Eingabe für eine zweite Dekodierungsphase. Die optimale Kombination der durchzuführenden Iterationen beider Dekodierungsphasen kann die Anzahl der insgesamt benötigten Iteration im Durchschnitt reduzieren. Dieses Verfahren zeigt seine Wirksamkeit im Wasserfallbereich des Signal-Rausch-Verhältnisses. -Item Characteristics and modeling of wireless LAN channels for multimedia home networks(2009-05-28T07:32:40Z) Aznar Somolinos, Beatriz; Kays, Rüdiger; Götze, JürgenItem Ultra low power MAC layer wake-up frame scheme for low cost and low traffic wireless sensor networks(2006-03-17T10:22:36Z) Shi, Xiaolei; Schwiegelshohn, Uwe; Kays, RüdigerWireless sensor networks, as a key enabling technology of Ubiquitous Computing, have been a booming research topic in the recent years. Upon designing a low-cost wireless sensor device, power consumption is one of the most important issues, because cheap batteries are normally the power suppliers. Since the RF transceiver is one of the biggest power consumers in such a sensor device, enabling the RF transceiver to sleep as much as possible is the preferred method to save power, which is normally realized by MAC layer duty cycle scheduling. This dissertation proposes aMAC layer wake-up-frame scheme to wake up an RF transceiver on-demand to minimize the standby waiting time in receive mode to save power. Analytical and simulation results show that, for a low-traffic wireless sensor network, this scheme gives significant system battery lifetime gain compared to the traditional methods. Furthermore, the combination of the wake-up-frame scheme and a complementary lowpower MAC protocol is discussed. Analytical computation and simulation prove that the combined scheme achieves a further optimized solution in the sense of power-saving, while other important system parameters, such as response time and channel efficiency, are limited to a reasonable range.