Betreiber von Niederspannungsnetzen sind im Zuge der Energiewende durch den anhaltenden Ausbau dezentraler Erzeugungsanlagen und dem Aufkommen der Elektromobilität mit steigenden Netzauslastungen konfrontiert. Zukünftig wird ein sicherer Netzbetrieb ohne Leitungsüberlastungen grundsätzlich nur gewährleistet sein, wenn der Netzzustand durch geeignete Systeme ermittelt wird und auf dessen Basis ein intelligentes Netzmanagement mit regelnden Eingriffen erfolgt. Diese Arbeit befasst sich mit der Entwicklung und dem Test eines Verfahrens zur dreiphasigen Zustandsschätzung in vermaschten Niederspannungsnetzen. Als Eingangsdaten dienen dabei Spannungs- und Strommesswerte, welche im Wesentlichen durch Smart Meter an Hausanschlusspunkten messtechnisch erfasst werden. Das Verfahren zielt darauf ab, Grenzwertverletzungen mit einer hohen Wahrscheinlichkeit zu erkennen. Schwerpunkte der Betrachtung sind neben der Systemkonzeptionierung zum einen die Vorverarbeitung der Systemeingangsdaten im Rahmen der Generierung von Ersatzmesswerten sowie der Erkennung von Topologiefehlern und zum anderem die Entwicklung eines Schätzalgorithmus mit linearem Messmodell und der Möglichkeit zur Lokalisierung grob falscher Messdaten.

Durch die stetige Zunahme von dezentralen Erzeugungsanlagen, den anstehenden Smart-Meter Rollout sowie die zu erwartende Elektrifizierung des Verkehrssektors (E-Mobilität) steht die Netzplanung und Netzbetriebsführung von Niederspannungsnetzen (NS-Netzen) in Deutschland vor großen Herausforderungen. In den letzten Jahren wurden daher viele Studien, Forschungs- und Demonstrationsprojekte zu den oben genannten Themen durchge-führt und die Ergebnisse sowie die entwickelten Methoden publiziert. Jedoch lassen sich die publizierten Methoden meist nicht nachbilden bzw. validieren, da die Untersuchungsmodelle oder die angesetzten Szenarien für Dritte nicht nachvollziehbar sind. Es fehlen einheitliche Netzmodelle, die die deutschen NS-Netze abbilden und für Ver-gleichsuntersuchungen herangezogen werden können, ähnlich dem Beispiel der nordamerikanischen Verteilnetzmodelle des IEEE. Im Gegensatz zum Übertragungsnetz, dessen Struktur hinreichend genau bekannt ist, sind passende Netzmodelle für NS-Netze wegen der hohen Anzahlen der NS-Netze und Verteilnetzbetreiber (VNB) nur schwer abzubilden. Des Weiteren ist eine detaillierte Darstellung realer NS-Netze in wissenschaftlichen Publikationen aus daten-schutzrechtlichen Gründen meist nicht erwünscht. Für Untersuchungen im Rahmen eines Forschungsprojekts wurden darum möglichst charakteristische synthetische NS-Netzmodelle erstellt, die sich an gängigen deutschen Siedlungsstrukturen und üblichen Netzplanungsgrundsätzen orientieren. In dieser Arbeit werden diese NS-Netzmodelle sowie ihre Entwicklung im Detail erklärt. Damit stehen erstmals für die Öffentlichkeit nachvollziehbare NS-Netzmodelle für den deutschsprachigen Raum zur Verfügung. Sie können als Benchmark für wissenschaftliche Untersuchungen sowie zur Methodenentwicklung verwendet werden.

Die Einführung des Internets hat einen stetigen Wandel des täglichen, sowie beruflichen Alltags verursacht. Hierbei ist eine deutliche Verlagerung in den virtuellen Raum (Internet) festzustellen. Zusätzlich hat die Einführung von sozialen Netzwerken, wie beispielsweise Facebook das Verlangen des Nutzers immer „online“ zu sein, deutlich verstärkt. Hinzu kommen die kontinuierlich wachsenden Datenmengen, welche beispielsweise durch Videostreaming (YouTube oder Internet Protocol Television (IPTV)) oder den Austausch von Bildern verursacht werden. Zusätzlich verursachen neue Dienste, welche beispielsweise im Rahmen vom Internet der Dinge und auch Industrie 4.0 eingeführt werden, zusätzliche Datenmengen. Aktuelle Technologien wie Long Term Evolution Advanced (LTE-A) im Funkbereich und Very High Speed Digital Subsciber Line (VDSL) beziehungsweise Glasfaser in kabelgebundenen Netzen, versuchen diesen Anforderungen gerecht zu werden. Angesichts der steigenden Anforderungen an die Mobilität des Nutzers, ist die Verwendung von Funktechnologien unabdingbar. In Verbindung mit dem stetig wachsenden Datenaufkommen und den ansteigenden Datenraten ist ein wachsender Bedarf an Spektrum, also freien, beziehungsweise ungenutzten Frequenzbereichen einhergehend. Für die Identifikation geeigneter Bereiche müssen allerdings eine Vielzahl von Parametern und Einflussfaktoren betrachtet werden. Einer der entscheidenden Parameter ist die entstehende Dämpfung im betrachteten Frequenzbereich, da diese mit steigender Frequenz größer wird und somit die resultierende Abdeckung bei gleichbleibender Sendeleistung sinkt. In aktuellen Funksystemen werden Frequenzen < 6 GHz verwendet, da diese von den Ausbreitungseigenschaften geeignete Eigenschaften aufweisen. Des Weiteren müssen vorhandene Nutzungsrechte, Inhaber des Spektrums, Nutzungsbedingungen und so weiter im Vorfeld abgeklärt werden. In Deutschland wird die Koordination von der Bundesnetzagentur vorgenommen. Aufgrund der Vielfalt der vorhandenen Dienste und Anwendungen ist es leicht ersichtlich, dass der Frequenzbereich < 6 GHz stark ausgelastet ist. Neben den kontinuierlich ausgelasteten Diensten wie zum Beispiel Long Term Evolution (LTE) oder Digital Video Broadcast (DVB), gibt es spektrale Bereiche, die nur eine geringe zeitliche Auslastung aufweisen. Markant hierfür sind Frequenzbereiche, welche beispielsweise ausschließlich für militärische Nutzung reserviert sind. Bei genauerer Betrachtung fällt auf, dass sich dies nicht ausschließlich auf den zeitlichen Bereich beschränkt, vielmehr ergibt sich eine Kombination aus zeitlicher und räumlicher Beschränkung, da die Nutzung meist auf einen räumlichen Bereich eingrenzbar ist. Eine weitere Einschränkung resultiert aus der derzeit starren Vergabe von Frequenzbereichen. Die Zuteilung basiert auf langwierigen Antragsverfahren und macht somit eine kurzfristige variable Zuteilung unmöglich. Um diesem Problem gerecht zu werden, erfolgt im Rahmen dieser Arbeit die Entwicklung eines generischen Spektrum-Management-Systems (SMSs) zur dynamischen Zuteilung vorhandener Ressourcen. Eine Anforderung an das System ist die Unterstützung von bereits bekannten Spektrum Sharing Verfahren, wie beispielsweise Licensed Shared Access (LSA) beziehungsweise Authorized Shared Access (ASA) oder Spectrum Load Smoothing (SLS). Hierfür wird eine Analyse der derzeit bekannten Sharing Verfahren vorgenommen und diese bezüglich ihrer Anwendbarkeit charakterisiert. DesWeiteren werden die Frequenzbereiche unterhalb 6 GHz hinsichtlich ihrer Verwendbarkeiten und regulatorischen Anforderungen betrachtet. Zusätzlich wird ein erweiterter Anforderungskatalog an das Spektrum-Management-System (SMS) entwickelt, welcher als Grundlage für das Systemdesign verwendet wird. Essentiell ist hierbei, dass alle (potentiellen) Nutzer beziehungsweise Inhaber eines spektralen Bereiches die Funktionalität eines derartigen Systems verwenden können. Hieraus ergibt sich bereits die Anforderung der Skalierbarkeit des Systems. Zur Entwicklung einer geeigneten Systemarchitektur werden bereits vorhandene Lösungsansätze zur Verwaltung und Speicherung von Daten hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit verglichen und bewertet. Des Weiteren erfolgt die Einbeziehung der geografischen Position. Um dies adäquat gewährleisten zu können, werden hierarchische Strukturen in Netzwerken untersucht und auf ihre Verwendbarkeit geprüft. Das Ziel dieser Arbeit ist die Entwicklung eines Spektrum-Management- Systems (SMSs) durch Adaption bereits vorhandener Technologien und Verfahren, sowie der Berücksichtigung aller definierten Anforderungen. Es hat sich gezeigt, dass die Verwendung einer zentralisierten Broker- Lösung nicht geeignet ist, da die Verzögerungszeit einen exponentiellförmigen Verlauf bezüglich der Anzahl der Anfragen aufweist und somit nicht skaliert. Dies kann mittels einer Distributed Hash Table (DHT)- basierten Erweiterung überwunden werden ohne dabei die Funktionalität der Broker-Lösung einzuschränken. Für die Einbringung der Geoinformation hat sich die hierarchische Struktur, vergleichbar zum Domain Naming Service (DNS) als geeignet erwiesen. Als Parameter für die Evaluierung hat sich die resultierende Zugriffszeit, das heißt die Zeit welche das System benötigt um Anfragen zu bearbeiten, sowie die resultierende Anzahl der versorgbaren Nutzer herausgestellt. Für die Simulation wird ein urbanes Areal mit fünf Gebäuden betrachtet. In der Mitte befindet sich ein sechsstöckiges Firmengebäude, welches in jedem Stockwerk mit einem Wireless Local Area Network Access Point (WLAN-AP) ausgestattet ist. Umliegend befinden sich vier Privathäuser, welche jeweils mit einem WLAN-AP ausgestattet sind. Das komplette Areal wird von drei Mobilfunkbetreibern mit je einer Basisstation (BS) versorgt. Als Ausgangspunkt für die Evaluierung erfolgt der Betrieb ohne SMS. Aus den Ergebnissen wird deutlich, dass eine Überlastung der Long Term Evolution Basisstationen (LTE-BSen) vorliegt (im Speziellen bei Betreiber A und B). Im zweiten Durchlauf wird das Szenario mit einem SMS betrachtet. Zusätzlich kommen in diesem Fall noch Mikro Basisstationen (Mikro-BSen) zum Einsatz, welche von der Spezifikation vergleichbar zu einem Wireless Local Area Network (WLAN) sind. Hier zeigt sich ein deutlich ausgewogeneres Systemverhalten. Alle BSen und Access Points (APs) befinden sich deutlich unterhalb der Volllastgrenze. Die Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit belegen, dass ein heterogenes, zeitweise überlastetes Funksystem, vollständig harmonisiert werden kann. Des Weiteren ermöglicht der Einsatz eines SMSs die effiziente Verwendung von temporär ungenutzten Frequenzbereichen (sogenannte White- und Gray-spaces).

The design of the fifth generation (5G) cellular network should take account of the emerging services with divergent quality of service requirements. For instance, a vehicle-to-everything (V2X) communication is required to facilitate the local data exchange and therefore improve the automation level in automated driving applications. In this work, we inspect the performance of two different air interfaces (i.e., LTE-Uu and PC5) which are proposed by the third generation partnership project (3GPP) to enable the V2X communication. With these two air interfaces, the V2X communication can be realized by transmitting data packets either over the network infrastructure or directly among traffic participants. In addition, the ultra-high reliability requirement in some V2X communication scenarios can not be fulfilled with any single transmission technology (i.e., either LTE-Uu or PC5). Therefore, we discuss how to efficiently apply multi-radio access technologies (multi-RAT) to improve the communication reliability. In order to exploit the multi-RAT in an efficient manner, both the independent and the coordinated transmission schemes are designed and inspected. Subsequently, the conventional uplink is also extended to the case where a base station can receive data packets through both the LTE-Uu and PC5 interfaces. Moreover, different multicast-broadcast single-frequency network (MBSFN) area mapping approaches are also proposed to improve the communication reliability in the LTE downlink. Last but not least, a system level simulator is implemented in this work. The simulation results do not only provide us insights on the performances of different technologies but also validate the effectiveness of the proposed multi-RAT scheme.

Autonomous driving is disrupting the conventional automotive development. In fact, autonomous driving kicks off the consolidation of control units, i.e. the transition from distributed Electronic Control Units (ECUs) to centralized domain controllers. Platforms like Audi’s zFAS demonstrate this very clearly, where GPUs, Custom SoCs, Microcontrollers, and FPGAs are integrated on a single domain controller in order to perform sensor fusion, processing and decision making on a single Printed Circuit Board (PCB). The communication between these heterogeneous components and the algorithms for Advanced Driving Assistant Systems (ADAS) itself requires a huge amount of memory bandwidth, which will bring the Memory Wall from High Performance Computing (HPC) and data-centers directly in our cars. In this paper we highlight the roles and issues of Dynamic Random Access Memories (DRAMs) for future autonomous driving architectures.