Ultra-wideband communication systems use radio signals whose bandwidth is in the range of some hundred MHz to several GHz. The first application of these signals was military radar. The reasons for using signals with such an extremely large bandwidth are manifold. The resulting high temoral signal-resolution is a prerequisit for precise radar systems. Radio channels with dense multipath propagation achieve high multipath diversity, which can be used to improve the robustness and capacity of the communication channel. Furthermore, the large bandwidth allows to transmit signals with a small power spectral density such that, the interference to other radio signals will be negligible, even if they lie within the same frequency band. With the advances in integrated circuit technology made in the past years, the opportunity has come to use these signals also for civil communication, position location, and radar applications. However, the large signal bandwidth is still an obstacle when it comes to implementing low power devices that are simple and at the same time take full advantage of the capabilities of ultra-wideband radio. Therefore, practical systems cannot exploit all the benefits offered by UWB signals. In this work the focus is on low-complexity receiver architectures for communication systems. These architectures are found by identifying the receiver tasks whose implementation is complex or which require a high signal-processing speed. Accordingly, a simple receiver should not perform channel estimation or equalization. As a consequence, the receiver must be noncoherent. This conclusion is confirmed by deriving the optimum (maximum-likelihood) receiver, under the assumption that the receiver has no information about the propagation channel. Many important properties of the noncohrerent receiver are discussed, such as sensitivity, vulnerability to narrowband interference, and robustness to synchronization inaccuracies. Furthermore, an approach for the robust design of a key system parameter, the integration duration, is derived for some simplifying assumptions on the propagation channel. A meaningful extension of this simple noncoherent receiver is obtained by assuming that the receiver knows the power delay profile of the propagation channel. The resulting maximumlikelihood receiver is derived and its performance is compared with that of the simpler receiver which has no channel information. Another extension is to use more than one receiver antenna, each, leading to a separate noncoherent receiver. The reasonable distance between the receiver antennas is discussed, i.e., whether micro diversity or macro diversity can be exploited. The optimum scheme to combine the individual received signals is derived and the performance of this optimum scheme is compared with the suboptimum selection-combining scheme. A totally different approach to simplify receivers consists in designing the transmit signal such that the signal acquisition gets simple. A novel multiple access scheme for uncoordinated users, called rate division multiple access, follows this idea.     «

Ultra-wideband communication systems use radio signals whose bandwidth is in the range of some hundred MHz to several GHz. The first application of these signals was military radar. The reasons for using signals with such an extremely large bandwidth are manifold. The resulting high temoral signal-resolution is a prerequisit for precise radar systems. Radio channels with dense multipath propagation achieve high multipath diversity, which can be used to improve the robustness and capacity of th...     »

Ultra breitbandige (UWB) Kommunikationssysteme verwenden Funksignale deren Bandbreite zwischen einigen hundert MHz bis zu einigen GHz liegt. Erstmals wurden derart breitbandige Funksignale für militärische Radaranlagen verwendet. Die Gründe für die Benützung grosser Signalbandbreiten sind vielfältig: Die resultierende hohe zeitliche Signalauflösung ist Voraussetzung für Radar mit hoher Genauigkeit. Bei Funkkanälen mit dichter Mehrpfad-Ausbreitung führt Sie zu einer entsprechend grossen Mehrpfad-Diversität, welche die Robustheit und Kapazität des Kommunikationskanals verbessern kann. Die grosse Bandbreite erlaubt es ausserdem, Signal mit einer geringen spektralen Leistungsdichte auszusenden, sodass die Interferenz auf Funksignale gering bleibt auch wenn diese im selben Frequenzband liegen. In den letzten Jahren wurden auf dem Gebiet der Halbleitertechnik grosse Fortschritte in Richtung höher Schaltgeschwindigkeit bei gleichzeitig geringerer Leistungsaufnahme gemacht. Damit ist es möglich geworden, UWB Signale auch für Massenanwendungen einzusetzen. Dennoch ist die grosse Bandbreite von UWB Systemen nach wie vor ein Hindernis beim Bau von günstigen Geräten die gleichzeitig alle Vorteile von UWB Signalen auszunützen und wenig Energie verbrauchen. Deshalb können praktische Systeme nicht alle Vorteile gleichzeitig nützen, die durch die Verwendung von UWB Signal potenziell zur Verfügung stehen. Diese Arbeit beschäftigt sich mit einfachen Empfängerarchitekturen für Kommunikationssysteme. Solch werden gefunden indem, an sich sinvolle aber aufwendige, Signalverarbeitungsschritte eines Empfängers identifiziert und vermieden werden. Einer der aufwendigsten Verarbeitungsschritte ist die Kanalschätzung und die Korrektur des Kanals durch einen Equalizer. Wird auf die Kanalschätzung verzichtet, so folgt, dass der Empfänger nichtkohärent sein muss. Diese Folgerung wird bestätigt durch eine mathematische Herleitung des optimalen bzw. Maximum-Likelihood- Empfängers der den Übertragungskanal nicht kennt. Der nichkohärente Empfänger unterscheidet sich wesentlich vom kohärenten Empfänger in den Eigenschaften Sensitivität, Empfindlichkeit gegenüber schmalbandigen Störsignalen und der Empfindlichkeit gegenüber Ungenauigkeiten in der Synchronisation. Diese Eigenschaften werden theoretisch und/oder mittels Simulation untersucht. Beim nichtkohärenten Empfänger ist die sogenannte Integrationsdauer ein Schlüsselparameter. Dieser Parameter wird, für einige vereinfachende Annahmen über den Kanal, so gewählt, dass der Empfänger robust gegenüber Kanaländerungen ist. Eine Erweiterung dieses einfachen nichtkohärenten Empfägners erhält man unter der Annahme, dass der Empfänger Kenntnis über das power-delay Profil der Kanalimpulsantwort besitzt und ausnützt. Der entsprechende Maximum-Likelihood-Empfänger wird hergeleitet. Eine andere Erweiterung des einfachen nichtkohärenten Empfängers besteht in der Verwendung von mehereren Empfangsantennen, von denen jede auf einen separaten nichkohärenten Empfänger führt. In diesem Zusammenhang wird die sinnvolle Distanz der Antennen untereinander diskutiert, bzw. ob Makro- oder Mikrodiversität genützt werden kann. Zudem wird das optimale Schema zur Kombination der Empfangssignale der einzelnen Empfänger hergeleitet und mit dem suboptimalen Selection-Combining-Schema verglichen. Ein völlig anderer Ansatz zur Vereinfachung von Empfängern besteht in einer geziehlten Gestaltung des Sendesignal, sodass eine einfache Signalerfassung möglich ist. Ein entsprechendes neuartiges Zugriffsverfahren für unkoordinierte Nutzer wird vorgestellt.     «

Ultra breitbandige (UWB) Kommunikationssysteme verwenden Funksignale deren Bandbreite zwischen einigen hundert MHz bis zu einigen GHz liegt. Erstmals wurden derart breitbandige Funksignale für militärische Radaranlagen verwendet. Die Gründe für die Benützung grosser Signalbandbreiten sind vielfältig: Die resultierende hohe zeitliche Signalauflösung ist Voraussetzung für Radar mit hoher Genauigkeit. Bei Funkkanälen mit dichter Mehrpfad-Ausbreitung führt Sie zu einer entsprechend grossen Mehrpfa...     »