Aufbau und Analyse eines verteilten Sensornetzes zur Erhebung einer Spektrumsauslastungskarte für kognitive Funksysteme

In der Arbeit wird ein verteiltes Sensornetz zur Erhebung einer Spektrumsauslastungskarte entwickelt und analysiert. Eine solche Karte enthält Informationen über die Qualität und Belegung von Funkressourcen in Form von Leistung über Frequenz, Zeit und Ort. Sie wird im Rahmen von kognitiven Systemen eingesetzt, um die Funkumgebung zu überwachen und den dynamischen Spektrumszugriff zu koordinieren.

Neben der Realisierung der Hardware- und Softwarekomponenten des Sensornetzes werden in der Arbeit die Dimensionierung und Leistungsfähigkeit eines verteilten Sensornetzes zur Erhebung einer Spektrumsauslastungskarte untersucht. Der Fokus liegt dabei auf der Beachtung und Einbeziehung des Dynamikbereichs der Sensorknoten. Es werden Algorithmen vorgestellt, mit deren Hilfe die Dynamik der Spektrumsauslastungskarte durch gezielte Messdatenfusion mehrerer dynamiklimitierter Sensorknoten erhöht wird. Weiterhin wird ein neuartiges Verfahren demonstriert, das es auf einfache Weise erlaubt, verschiedene Signalquellen innerhalb des Abdeckungsbereichs des Sensornetzes zu lokalisieren und zu unterscheiden.

Eine ausführliche Untersuchung zur Signaldetektion in einem verteilten Sensornetz mit dynamiklimitierten Sensorknoten schließt sich diesem Themenbereich an. Die Leistungsfähigkeit des Energiedetektors in verteilten Sensornetzen wird für Rayleigh- und Nakagami-Kanäle hergeleitet. Anhand dieser Untersuchungen wird gezeigt, dass durch die Kooperation mehrerer Sensorknoten, die Limitierung durch deren begrenzte Dynamik ausgeglichen werden kann. Dies generiert einen zusätzlichen Freiheitsgrad beim Entwurf eines Sensornetzes, um optimale und kosteneffiziente Systeme zu entwerfen.

Die Analyse der Übertragungsqualität eines Funksystems stellt eine weitere Art der Spektrumsbewertung dar. In einem weiteren Kapitel wird ein LQI (Linkqualitätsindikator) vorgestellt, mit dessen Hilfe die Übertragungsqualität von analogen frequenzmodulierten (FM) Systemen zur Übertragung von Audiosignalen, wie z.B. von drahtlosen Mikrofonen, zuverlässig bestimmt werden kann. Mit dem LQI kann sowohl das SINR als auch die Art der Störung eines FM-Übertragungssystems berechnet werden, woraus sich direkt die vom Benutzer erfahrene Audioqualität ableiten lässt. Eine detailliert Analyse der Algorithmen und konkrete Untersuchungen zur Implementierung und Realisierung des LQIs runden das Kapitel ab.