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The thesis is focused on modelling and simulation of a Joint Transmission and Detection Integrated Network (JOINT), a novel air interface concept for B3G mobile radio systems. Besides the utilization of the OFDM transmission technique, which is a promising candidate for future mobile radio systems, and of the duplexing scheme time division duplexing (TDD), the subdivision of the geographical domain to be supported by mobile radio communications into service areas (SAs) is a highlighted concept of JOINT. A SA consists of neighboring sub-areas, which correspond to the cells of conventional cellular systems. The signals in a SA are jointly processed in a Central Unit (CU) in each SA. The CU performs joint channel estimation (JCE) and joint detection (JD) in the form of the receive-zero-forcing (RxZF) Filter for the uplink (UL) transmission and joint transmission (JT) in the form of the transmit-zero-forcing (TxZF) Filter for the downlink (DL) transmission. By these algorithms intra-SA multiple access interference (MAI) can be eliminated within the limits of the used model so that unbiased data estimates are obtained, and most of the computational effort is moved from mobile terminals (MTs) to the CU so that the MTs can do with low complexity. A simulation chain of JOINT has been established in the software MLDesigner by the author based on time discrete equivalent lowpass modelling. In this simulation chain, all key functionalities of JOINT are implemented. The simulation chain is designed for link level investigations. A number of channel models are implemented both for the single-SA scenario and the multiple-SA scenario so that the system performance of JOINT can be comprehensively studied. It is shown that in JOINT a duality or a symmetry of the MAI elimination in the UL and in the DL exists. Therefore, the typical noise enhancement going along with the MAI elimination by JD and JT, respectively, is the same in both links. In the simulations also the impact of channel estimation errors on the system performance is studied. In the multiple-SA scenario, due to the existence of the inter-SA MAI, which cannot be suppressed by the algorithms of JD and JT, the system performance in terms of the average bit error rate (BER) and the BER statistics degrades. A collection of simulation results show the potential of JOINT with respect to the improvement of the system performance and the enhancement of the spectrum e±ciency as compared to conventional cellular systems.
In diesem technischen Bericht werden drei Aufgaben zur Prüfung bzw. zur Beanspruchung unterschiedlicher Facetten der Arbeitsgedächtniskapazität beschrieben. Die Aufgaben beruhen zum Teil auf Material von Oberauer (1993) sowie Oberauer et al. (2000, 2003). Sie wurden in RSVP programmiert und sind auf Apple-Macintosh-Rechnern lauffähig. Die Aufgaben eignen sich zur computerunterstützten Erfassung oder Beanspruchung der Arbeitsgedächtniskapazität im Einzelversuch, teilweise auch im Gruppenversuch und werden hauptsächlich in Forschungskontexten benutzt. Für jede Aufgabe werden das Konzept, die Durchführung, Auswertungs- und Anwendungsmöglichkeiten sowie gegebenenfalls Vergleichsdaten geschildert.
In conventional radio communication systems, the system design generally starts from the transmitter (Tx), i.e. the signal processing algorithm in the transmitter is a priori selected, and then the signal processing algorithm in the receiver is a posteriori determined to obtain the corresponding data estimate. Therefore, in these conventional communication systems, the transmitter can be considered the master and the receiver can be considered the slave. Consequently, such systems can be termed transmitter (Tx) oriented. In the case of Tx orientation, the a priori selected transmitter algorithm can be chosen with a view to arrive at particularly simple transmitter implementations. This advantage has to be countervailed by a higher implementation complexity of the a posteriori determined receiver algorithm. Opposed to the conventional scheme of Tx orientation, the design of communication systems can alternatively start from the receiver (Rx). Then, the signal processing algorithm in the receiver is a priori determined, and the transmitter algorithm results a posteriori. Such an unconventional approach to system design can be termed receiver (Rx) oriented. In the case of Rx orientation, the receiver algorithm can be a priori selected in such a way that the receiver complexity is minimum, and the a posteriori determined transmitter has to tolerate more implementation complexity. In practical communication systems the implementation complexity corresponds to the weight, volume, cost etc of the equipment. Therefore, the complexity is an important aspect which should be taken into account, when building practical communication systems. In mobile radio communication systems, the complexity of the mobile terminals (MTs) should be as low as possible, whereas more complicated implementations can be tolerated in the base station (BS). Having in mind the above mentioned complexity features of the rationales Tx orientation and Rx orientation, this means that in the uplink (UL), i.e. in the radio link from the MT to the BS, the quasi natural choice would be Tx orientation, which leads to low cost transmitters at the MTs, whereas in the downlink (DL), i.e. in the radio link from the BS to the MTs, the rationale Rx orientation would be the favorite alternative, because this results in simple receivers at the MTs. Mobile radio downlinks with the rationale Rx orientation are considered in the thesis. Modern mobile radio communication systems are cellular systems, in which both the intracell and intercell interferences exist. These interferences are the limiting factors for the performance of mobile radio systems. The intracell interference can be eliminated or at least reduced by joint signal processing with consideration of all the signals in the considered cell. However such joint signal processing is not feasible for the elimination of intercell interference in practical systems. Knowing that the detrimental effect of intercell interference grows with its average energy, the transmit energy radiated from the transmitter should be as low as possible to keep the intercell interference low. Low transmit energy is required also with respect to the growing electro-phobia of the public. The transmit energy reduction for multi-user mobile radio downlinks by the rationale Rx orientation is dealt with in the thesis. Among the questions still open in this research area, two questions of major importance are considered here. MIMO is an important feature with respect to the transmit power reduction of mobile radio systems. Therefore, first questionconcerns the linear Rx oriented transmission schemes combined with MIMO antenna structures. The investigations of the MIMO benefit on the linear Rx oriented transmission schemes are studied in the thesis. Utilization of unconventional multiply connected quantization schemes at the receiver has also great potential to reduce the transmit energy. Therefore, the second question considers the designing of non-linear Rx oriented transmission schemes combined with multiply connected quantization schemes.
Competing Neural Networks as Models for Non Stationary Financial Time Series -Changepoint Analysis-
(2005)
The problem of structural changes (variations) play a central role in many scientific fields. One of the most current debates is about climatic changes. Further, politicians, environmentalists, scientists, etc. are involved in this debate and almost everyone is concerned with the consequences of climatic changes. However, in this thesis we will not move into the latter direction, i.e. the study of climatic changes. Instead, we consider models for analyzing changes in the dynamics of observed time series assuming these changes are driven by a non-observable stochastic process. To this end, we consider a first order stationary Markov Chain as hidden process and define the Generalized Mixture of AR-ARCH model(GMAR-ARCH) which is an extension of the classical ARCH model to suit to model with dynamical changes. For this model we provide sufficient conditions that ensure its geometric ergodic property. Further, we define a conditional likelihood given the hidden process and a pseudo conditional likelihood in turn. For the pseudo conditional likelihood we assume that at each time instant the autoregressive and volatility functions can be suitably approximated by given Feedfoward Networks. Under this setting the consistency of the parameter estimates is derived and versions of the well-known Expectation Maximization algorithm and Viterbi Algorithm are designed to solve the problem numerically. Moreover, considering the volatility functions to be constants, we establish the consistency of the autoregressive functions estimates given some parametric classes of functions in general and some classes of single layer Feedfoward Networks in particular. Beside this hidden Markov Driven model, we define as alternative a Weighted Least Squares for estimating the time of change and the autoregressive functions. For the latter formulation, we consider a mixture of independent nonlinear autoregressive processes and assume once more that the autoregressive functions can be approximated by given single layer Feedfoward Networks. We derive the consistency and asymptotic normality of the parameter estimates. Further, we prove the convergence of Backpropagation for this setting under some regularity assumptions. Last but not least, we consider a Mixture of Nonlinear autoregressive processes with only one abrupt unknown changepoint and design a statistical test that can validate such changes.
Das Ziel dieser Arbeit ist es, ein Framework und einen funktionsfähigen Prototypen für eine Middleware zu entwickeln, die es ermöglicht, Berechnungen verteilt in einem Peer-to-Peer-Netz auszuführen. Dabei sollen verschiedene Arten der Berechnung unterstützt werden. Eine Art der Berechnung sind Aufträge, die massiv parallel berechnet werden können, d.h. solche, die in unabhängige Teilaufträge zerlegt werden können und ohne gegenseitige Kommunikation auskommen. Diese Aufträge können entweder so parametrisiert sein, dass jeder Teilauftrag einen anderen Satz Parameter erhält (z.B. Fraktalberechnung), oder zufallsbasiert, so dass jeder Teilauftrag mit den gleichen Ausgangswerten berechnet wird und unterschiedliche Ergebnisse resultieren. Eine andere Art der Berechnung setzt voraus, dass Knoten, die am gleichen Auftrag arbeiten, auch miteinander kooperieren und durch Nachrichten beispielsweise Teillösungen austauschen (z.B. verteilte evolutionäre Algorithmen). Alle Knoten in diesem Netz sollen gleichberechtigt sein, d.h. jedem Knoten soll es möglich sein, eigene Anwendungen und Aufgaben im Netz zu verteilen. Den verteilten Anwendungen soll zudem die Möglichkeit gegeben werden, mit anderen Knoten, die an der gleichen Aufgabe arbeiten, kommunizieren zu können. Alle benötigten Informationen zur Berechnung eines Auftrags (d.h. Parameter, ausführbarer Code der Anwendung, Anzahl der zu berechnenden Fälle) sollen den rechnenden Knoten durch Middlewarefunktionen zur Verfügung gestellt werden, ebenso soll der Rücktransport der Ergebnisse zum Initiator durch die Middleware erfolgen. Der Nutzer soll also an seinem Arbeitsplatz seine verteilte Anwendung starten können und die Ergebnisse schließlich wieder auf seinem Rechner vorfinden. Die Implementierung soll möglichst modular angelegt sein und nicht auf ein konkretes P2P-Protokoll beschränkt sein, sondern einen leichten Austausch bzw. eine nutzergesteuerte Auswahl von verschiedenen Protokollen ermöglichen. Im Rahmen dieses Prototypen soll ein epidemisches P2P-Protokoll realisiert werden.
This thesis investigates the constrained form of the spherical Minimax location problem and the spherical Weber location problem. Specifically, we consider the problem of locating a new facility on the surface of the unit sphere in the presence of convex spherical polygonal restricted regions and forbidden regions such that the maximum weighted distance from the new facility on the surface of the unit sphere to m existing facilities is minimized and the sum of the weighted distance from the new facility on the surface of the unit sphere to m existing facilities is minimized. It is assumed that a forbidden region is an area on the surface of the unit sphere where travel and facility location are not permitted and that distance is measured using the great circle arc distance. We represent a polynomial time algorithm for the spherical Minimax location problem for the special case where all the existing facilities are located on the surface of a hemisphere. Further, we have developed algorithms for spherical Weber location problem using barrier distance on a hemisphere as well as on the unit sphere.
Die vorliegende Arbeit soll einen Beitrag dazu leisten, die Verwendung der Entlastungspartie als mediumgeschmiertes Radiallager zu untersuchen. Die damit entfallende Abdichtung zur Umgebung und eine insgesamt kürzere Pumpenwelle würde das rotordynamische Verhalten von mehrstufigen Gliederpumpen erheblich verbessern. Deshalb wird das Schwingungsverhalten einer mehrstufigen Gliederpumpe untersucht, indem verschiedene Standard-Profilierungen des zentralen Entlastungskolbens miteinander verglichen werden. Davon ausgehend wird eine Entlastung mit Injektion realisiert, die die Funktion eines Hybridlagers übernimmt, damit die Lagereigenschaften optimiert und der Einfluss des langen Drosselspaltes auf die Rotordynamik dargestellt werden kann. Als Hybridlager wird der Einfachkolben als zentrale Entlastung ausgewählt. Analog zu Gleitlagern wird eine glatte Spaltoberfläche realisiert, wenn in diesen Spalt mit dem Pumpenenddruck injiziert wird. In Verbindung mit der Exzentrizität des Rotors wird somit eine maximale Tragfähigkeit angestrebt. Die axiale Restkraft wird mit einem Kardanischen Ring gemessen. Bevor nun der Kolben der Entlastung ausgelegt werden kann, muss der hydraulische Axialschub bekannt sein. Im Rahmen dieser Arbeit wurde am Lehrstuhl ein Auslegungsprogramm für Kreiselpumpen entwickelt, mit dem der Druckverlauf im Radseitenraum, die Druckabsenkung, die Winkelgeschwindigkeit des Fluids und der hydraulische Axialschub berechnet wird. Um die Berechnungsmodelle zu verifizieren wird im experimentellen Teil dieser Arbeit, der Radseitenraum der letzten Stufe mit Miniatur-Drucksensoren und einem Wegsensor appliziert. Die Lagerbelastung und der Betriebspunkt wird mit einem Kardanischen Ring gemessen, der mit Dehnungs-Mess-Streifen appliziert ist und den axialen Restschub erfasst. Außerdem werden die dynamischen Signale der Drucksensoren und des Kardanischen Rings genutzt, um die Veränderungen des Schwingungszustandes oder die Übertragungsfunktion des Radseitenraumes bzw. des langen Spaltes der Entlastungseinrichtung zu beschreiben. Abschließend werden die Auswirkungen der Injektion auf die Entlastungspartie untersucht. Als Ergebnis dieser Arbeit konnte festgestellt werden, dass die Injektion den Durchflusswiderstand zwischen der Injektionsstelle und dem Radseitenraum erhöht. Zudem "bremst" die Injektion die Umfangskomponente der Absolutströmung, so dass der Rotationsfaktor Richtung Teillast kleiner wird. Dadurch kann mit Hilfe der Injektion die Entlastungskraft gesteuert werden. In den Frequenzspektren der glatten Spalt-Konfigurationen (MR3+MR4) tritt am deutlichsten die Frequenz der Laufradschaufeln in Erscheinung, deren Amplitude mit abnehmendem Radius im Radseitenraum deutlich gedämpft wird. Richtung Teillast übersteigt diese sogar die Unwuchtfrequenz und dominiert damit das Frequenzspektrum. Der Radseitenraum wird also von den hydraulischen Laufrad-Leitrad-Interaktionen dominiert. Ab Förderstromverhältnissen von q<0,5 ist ein breitbandiger Anstieg von subsynchronen Frequenzanteilen auszumachen. Diese sind durch Rezirkulationserscheinungen am Laufradaustritt (Austauschwirbel) begründet. Für die Konfiguration ohne Injektion "schlagen" die Frequenzen, die von Lauf- und Leitrad-Interaktionen generiert werden, bis hinter den Entlastungskolben durch. Dies wird durch die doppelten Spaltspiele begünstigt, die eine erhöhte Sensibilität des Rotors gegenüber Anregungen bewirken. Wird in die zentrale Entlastungseinrichtung injiziert, kann das Schwingungsverhalten der Pumpe deutlich verbessert werden. Bemerkenswert ist auch, dass die rotordynamisch vermeintlich beste Konfiguration (MR2) durch eine "ungünstigere" (MR3+MR4) in Kombination mit der Injektion unterboten wird. Die Injektion reduziert die Koppelsteifigkeit (vgl. Drallbremse), was den Rotor (FT) stabilisiert.
The present thesis deals with a novel approach to increase the resource usage in digital communications. In digital communication systems, each information bearing data symbol is associated to a waveform which is transmitted over a physical medium. The time or frequency separations among the waveforms associated to the information data have always been chosen to avoid or limit the interference among them. By doing so, n the presence of a distortionless ideal channel, a single receive waveform is affected as little as possible by the presence of the other waveforms. The conditions necessary to meet the absence of any interference among the waveforms are well known and consist of a relationship between the minimum time separation among the waveforms and their bandwidth occupation or, equivalently, the minimum frequency separation and their time occupation. These conditions are referred to as Nyquist assumptions. The key idea of this work is to relax the Nyquist assumptions and to transmit with a time and/or frequency separation between the waveforms smaller than the minimum required to avoid interference. The reduction of the time and/or frequency separation generates not only an increment of the resource usage, but also a degradation in the quality of the received data. Therefore, to maintain a certain quality in the received signal, we have to increase the amount of transmitted power. We investigate the trade-off between the increment of the resource usage and the correspondent performance degradation in three different cases. The first case is the single carrier case in which all waveforms have the same spectrum, but have different temporal locations. The second one is the multi carrier case in which each waveform has its distinct spectrum and occupies all the available time. Finally, the hybrid case when each waveform has its unique time and frequency location. These different cases are framed within the general system modelling developed in the thesis so that they can be easily compared. We evaluate the potential of the key idea of the thesis by choosing a set of four possible waveforms with different characteristics. By doing so, we study the influence of the waveform characteristics in the three system configurations. We propose an interpretation of the results by modifying the well-known Shannon capacity formula and by explicitly expressing its dependency on the increment of resource usage and on the performance degradation. The results are very promising. We show that both in the case of a single carrier system with a time limited waveform and in the case of a multi-carrier system with a frequency limited waveform, the reduction of the time or frequency separation, respectively, has a positive effect on the channel capacity. The latter, depending on the actual SNR, can double or increase even more significantly.
Consider a cooling process described by a nonlinear heat equation. We are interested to recover the initial temperature from temperature measurements which are available on a part of the boundary for some time. Up to now even for the linear heat equation such a problem has been usually studied as a nonlinear ill-posed operator equation, and regularization methods involving Frechet derivatives have been applied. We propose a fast derivative-free iterative method. Numerical results are presented for the glass cooling process, where nonlinearity appears due to radiation.
The symplectic group of homogeneous canonical transformations is represented in the bosonic Fock space by the action of the group on the ultracoherent vectors, which are generalizations of the coherent states. The intertwining relations between this representation and the algebra of Weyl operators are derived. They confirm the identification of this representation with Bogoliubov transformations.