Charakterisierung und stochastische Modellierung des Raum-Zeit-Mobilfunkkanals

Der Mobilfunkkanal wird von immer mehr Nutzern mit umfangreichen Diensten wie Video und TV belegt. Diese Kommunikationsdienste benötigen eine immense Kapazität an derzeit hauptsächlich genutzten Informationsträgern Zeit und Frequenz. Dieser erhöhte Bedarf wird durch den Einsatz adaptiver Antennen abgefangen. Dies wird möglich, da adaptive Antennen zusätzliche Informationsträger nutzen, den Raum und die Raumfrequenz. Um den Gewinn der Antennen und der damit verbundenen raumvarianten Signalverarbeitung zu ermitteln, werden raumvariante Kanalmodelle wichtig. Deren Basis wiederum ist die theoretische Charakterisierung des raumvarianten Mobilfunkkanals. Beide, die Charakterisierung und die Modellierung des Raum-Zeit-Mobilfunkkanals, sind Hauptbestandteile der Dissertation.
Die vorgestellte Charakterisierung des Raum-Zeit-Mobilfunkkanals ist von grundlegender Natur. Sie stellt eine räumliche Erweiterung der generellen Charakterisierung nach Bello dar, welche auf den zeitvarianten Mobilfunkkanals begrenzt war, und berücksichtigt alle physikalisch möglichen Kanalressourcen (abgeleitet aus den Maxwellschen Gleichungen). Zur Charakterisierung gehört die so genannte absolute Kanalbeschreibung, der auch die bekannte MIMO-Kanalbeschreibung zuzuordnen ist. Diese Zuordnung wird durch eine mathematische Herleitung in der Arbeit belegt. Neben dieser bekannten wird eine neue, relative Beschreibung des raumvarianten Mobilfunkkanals eingeführt. Relative und absolute Raum-Zeit-Kanalbeschreibung sind bei der Bildung von Raum-Zeit-Abtastmodellen gleichberechtigt.
Die aufgestellten Raum-Zeit-Abtastmodelle sind Kanalmodelle unter Berücksichtigung der physikalischen Mindestanforderung des Abtasttheorems. Wesentlicher Bestandteil der Raum-Zeit-Abtastmodelle sind die Gewinnfunktionen. Die Vielzahl an real möglichen Gewinnfunktionen impliziert deren stochastische Beschreibung mit Hilfe von stochastischen Kanalprozessen. Basierend auf zwei Arten von Kanalressourcen werden zwei Arten von stochastischen Kanalprozessen eingeführt: Aus weitestgehender stochastischer Stationarität leitet sich der Gaußprozess ab. Unter der Annahme unkorrelierter Streuer wird ein Streuerprozess definiert. Zur Anwendung der Raum-Zeit- Abtastmodelle werden stochastische Modellparameter evaluiert. Bestehende raumvariante Kanalbeschreibungen wie die MIMO-Kanalbeschreibung reichen heute aus, die Informationsträger der aktuellen Signalverarbeitung mit adaptiven Antennen aufzulösen. Die Auflösung derzeit noch nicht berücksichtigter und in der Arbeit vorgestellter Informationsträger könnte die Signalverarbeitung und die Ausnutzung des Raum-Zeit-Mobilfunkkanals in Zukunft noch intelligenter machen.