Georg Jensen, M.Sc.

Erweiterung des Sionna Ray-Tracers um eine Frequency-Domain Methode zur UWB Kanalsimulation

Art der studentischen Arbeit: Bachelorarbeit, Masterarbeit

Betreuer: Georg Jensen

Abteilung: Mobilfunksysteme

Der Sionna Simulator ist ein Open-Source-Tool von NVIDIA, das für Simulationen von Kommunikationssystemen entwickelt wurde. Er besteht aus drei Hauptkomponenten: einem Ray-Tracer, einem Link-Level-Simulator sowie einem System-Level-Simulator.

Der Ray-Tracer berechnet die Ausbreitungspfade zwischen Sender- und Empfängerantenne(n) sowie die zugehörigen Kanaleigenschaften, beispielsweise die Channel Impulse Response (CIR). In dem von Sionna bereitgestellten Ray-Tracer wird die CIR jeweils für eine diskrete Frequenz berechnet. Um breitbandige Kanäle realitätsnäher abzubilden, wurde der Sionna Ray-Tracer am IfN bereits um eine Ultra-Wideband-(UWB)-Methode erweitert. Hierbei werden CIRs für mehrere Zentrumsfrequenzen sogenannter Subbänder berechnet und zu einer breitbandigen Channel Transfer Function (CTF) beziehungsweise einer breitbandigen CIR kombiniert.

Ein alternativer Ansatz ist das Frequency-Domain Ray Tracing, bei dem die Kanalübertragungsfunktion direkt für eine Vielzahl diskreter Frequenzpunkte berechnet wird. Dieser Ansatz ermöglicht eine besonders genaue Modellierung frequenzabhängiger Ausbreitungseffekte.
Im Rahmen dieser Arbeit soll der Ansatz in Sionna implementiert werden und im Anschluss mit der bereits implementierten Methode verglichen werden.

Erweiterung eines RIS-Modells um eine ultra-wideband Funktionalität und Untersuchung frequenzabhängiger Effekte

Art der studentischen Arbeit: Bachelorarbeit, Masterarbeit

Betreuer: Georg Jensen

Abteilung: Mobilfunksysteme

In modernen Industrieumgebungen ist drahtlose Kommunikation entscheidend, um einen effizienten Betrieb und eine zuverlässige Konnektivität zu gewährleisten. Eine vollständige Netzwerkabdeckung in großen Indoor-Bereichen ist jedoch aufgrund von Signalblockaden, Interferenzen und dynamischen Layouts schwierig. Reconfigurable Intelligent Surfaces (RISs) können hier eingesetzt werden, um Funksignale gezielt zu reflektieren und so die Abdeckung zu verbessern.
Am IfN wurde bereits ein RIS-Modell in den Open-Source Ray-Tracer Sionna integriert, das auf Messdaten basiert und für verschiedene Parameter entsprechende RIS-Diagramme erzeugt. Für breitbandige Simulationen wurde Sionna zudem um eine ultra-wideband Methode erweitert, bei der das Frequenzband in Subbänder aufgeteilt und so eine breitbandige Channel Transfer Function (CTF) und Channel Impulse Response (CIR) berechnet wird.
In dieser Arbeit soll das bestehende RIS-Modell um eine breitbandige Funktion erweitert und in den ultra-wideband Ray-Tracer integriert werden, um insbesondere frequenzabhängige Effekte wie den Beam-Squint-Effekt zu untersuchen.
Grundlegende Programmierkenntnisse werden vorausgesetzt.

Simulation breitbandiger Antennendiagramme in CST und Entwicklung einer Importmethode in Sionna

Art der studentischen Arbeit: Bachelorarbeit, Masterarbeit

Betreuer: Georg Jensen

Abteilung: Mobilfunksysteme

Im ersten Teil der Arbeit werden frequenzabhängige Antennendiagramme in CST erstellt. Dabei liegt der Fokus auf der Modellierung und Auswertung breitbandiger Strahlungseigenschaften über ein definiertes Frequenzspektrum.
Anschließend soll eine Importmethode für Sionna implementiert werden, die es ermöglicht, die in CST generierten breitbandigen Antennendiagramme für breitbandiges Ray Tracing zu nutzen. Ziel ist es, realistische Antennencharakteristiken in die Kanalmodellierung einzubinden.
Für breitbandige Simulationen wurde Sionna bereits um eine Ultra-Wideband-Methode erweitert. Dabei wird das betrachtete Frequenzband in mehrere Subbänder unterteilt. Auf dieser Basis werden eine breitbandige Channel Transfer Function (CTF) sowie eine Channel Impulse Response (CIR) berechnet, wodurch frequenzselektive Effekte präzise abgebildet werden können. Diese Methode soll entsprechend um die breitbandigen Antennendiagramme erweitert werden.
Grundlegende Programmierkenntnisse werden vorausgesetzt.