Netzbasierte Automatisierungssysteme (NAS) sind das Ergebnis der zunehmenden Dezentralisierung von Automatisierungssystemen mittels neuerer Netzwerkstrukturen. Eine ganze Fülle von Einflussfaktoren führt jedoch zu einem Spektrum von nicht-deterministischen Verzögerungen, die direkten Einfluss auf Qualität, Sicherheit und Zuverlässigkeit der Automatisierungsanlagen haben. Eine genaue Analyse dieser Einflussfaktoren ist somit nicht nur Voraussetzung für den verantwortungsbewussten Einsatz dieser Technologie sondern ermöglicht es auch, bereits im Vorfeld von Umstrukturierungen oder Erweiterungen Fragen der Verlässlichkeit zu klären. In diesem Beitrag wird gezeigt, welchen Einfluss einzelne Komponenten sowie netzbedingte Verhaltensmodi wie Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Ressourcen auf die Antwortzeiten des Gesamtsystems haben. Zur Analyse wird die wahrscheinlichkeitsbasierte Modellverifikation (PMC) verwendet. Umfangreiche Messungen wurden zur Validierung der Ergebnisse durchgeführt.

Um die in der Automatisierung zunehmenden Anforderungen an Vorschubachsen hinsichtlich Dynamik, Präzision und Wartungsaufwand bei niedriger Bauhöhe und kleiner werdendem Bauvolumen gerecht zu werden, kommen immer mehr Synchron-Linearmotoren in Zahnspulentechnik mit Permanentmagneterregung in Werkzeugmaschinen zum Einsatz. Als hauptsächlicher Vorteil gegenüber der rotierenden Antriebslösung mit Getriebeübersetzung und Kugelrollspindel wird die direkte Kraftübertragung ohne Bewegungswandler genannt. Der Übergang vom konventionellen linearen Antriebssystem zum Direktantriebssystem eröffnet dem Werkzeugmaschinenherstellern und den Industrieanwendungen eine Vielzahl neuer Möglichkeiten durch beeindruckende Verfahrgeschwindigkeit und hohes Beschleunigungsvermögen sowie Positionier- und Wiederholgenauigkeit und bietet darüber hinaus die Chance zu einer weiteren Produktivitäts- und Qualitätssteigerung. Um alle dieser Vorteile ausnutzen zu können, muss der Antrieb zuerst hinsichtlich der für Linearmotoren typisch Kraftwelligkeit optimiert werden. Die Suche nach wirtschaftlichen und praxistauglichen Gegenmaßnahmen ist ein aktuelles Forschungsthema in der Antriebstechnik. In der vorliegenden Arbeit werden die Kraftschwankungen infolge Nutung, Endeffekt und elektrischer Durchflutung in PM-Synchron-Linearmotor rechnerisch und messtechnisch untersucht. Ursachen und Eigenschaften der Kraftwelligkeit werden beschrieben und Einflussparameter aufgezeigt. Es besteht die Möglichkeit, die Kraftwelligkeit durch bestimmte Maßnahmen zu beeinflussen, z. B. mit Hilfe des Kraftwelligkeitsausgleichs bestehend aus ferromagnetischem Material oder durch gegenseitigen Ausgleich mehrerer zusammengekoppelter Primärteile. Wie die Untersuchungen gezeigt haben, ist eine Abstimmung der Einflussparameter auf analytischem Weg kaum möglich, in der Praxis führt das auf eine experimentell-iterative Optimierung mit FEM-Unterstützung. Die gute Übereinstimmung zwischen Messung und Simulation bietet einen klaren Hinweis, dass die hier vorgestellten Maßnahmen als geeignet angesehen werden können, sie ermöglichen eine Kraftwelligkeitsreduzierung von ursprünglichen 3-5% bis auf 1%, wobei eine leichte Herabsetzung der Kraftdichte in Kauf genommen werden muss. Beim Maschinenentwurf muss rechtzeitig ermittelt werden, welches Kompensationsverfahren günstig ist bezüglich der vorgesehenen Anwendungen.

Moderne Mobilfunksysteme, die nach dem zellularen Konzept arbeiten, sind interferenzbegrenzte Systeme. Ein wesentliches Ziel beim Entwurf zukünftiger Mobilfunkkonzepte ist daher die Reduktion der auftretenden Interferenz. Nur so läßt sich die spektrale Effizienz künftiger Mobilfunksysteme noch signifikant gegenüber dem Stand der Technik steigern. Die Elimination der Intrazellinterferenz, das heißt der auftretenden Wechselwirkungen zwischen Signalen mehrerer von der gleichen Zelle bedienter Teilnehmer, durch gemeinsame Detektion (engl. Joint Detection, JD) ist bereits ein wesentliches Merkmal des Luftschnittstellenkonzepts TD-CDMA. Ein bislang noch weitgehend unbeachtetes Potential zum Steigern von spektraler Effizienz und Kapazität hingegen ist die Reduktion der Interzellinterferenz, das heißt der durch Teilnehmer verschiedener Zellen wechselseitig verursachten Interferenz. Insbesondere in Systemen mit niedrigen Clustergrößen verspricht eine Reduktion der in diesem Fall sehr starken Interzellinterferenz erhebliche Gewinne. Die Interzellinterferenzreduktion ist daher der logische nächste Schritt nach der Intrazellinterferenzreduktion. Die vorliegende Arbeit leistet einen Beitrag zum Entwickeln gewinnbringender Verfahren zur Reduktion der Interzellinterferenz in zukünftigen Mobilfunksystemen durch entsprechende Berücksichtigung und Elimination des Einflusses der Interzellinterferenzsignale in der empfängerseitigen Signalverarbeitung. Ziel ist eine verbesserte Schätzung der übertragenen Teilnehmerdaten zu erhalten, dazu werden Signale von Interzellinterferenzquellen beim Datenschätzen berücksichtigt. Die dabei benötigten Informationen werden mit den ebenfalls erläuterten Verfahren zur Identifikation und Selektion starker Interzellinterferenzquellen sowie einer gegenüber dem bisherigen Systementwurf erweiterten Kanalschätzung gewonnen. Es wird gezeigt, daß sich mit einem aufwandsgünstigen Detektor die relevanten Interzellinterferenzquellen zuverlässig identifizieren lassen. Mit einem auf kurze Mobilfunkkanäle, die in Hotspots vermehrt zu erwarten sind, optimierten Kanalschätzverfahren werden die aktuellen Mobilfunkkanalimpulsantworten für alle relevanten Teilnehmer bestimmt. Um die Datenschätzung für viele Teilnehmer durchführen zu können, wird das Schätzverfahren Multi-Step Joint Detection entworfen, das die von der herkömmlichen gemeinsamen Detektion bekannte SNR-Degradation verringert. Die Simulationsergebnisse zeigen die Leistungsfähigkeit des entworfenen Systemkonzeptes. Die Interzellinterferenzreduktionsverfahren können sowohl zum Erhöhen der spektralen Effizienz des Systems, als auch zu einer Verbesserung der Dienstgüte bei gleichbleibender spektraler Effizienz gewinnbringend eingesetzt werden.

Durch den wachsenden Anteil an Erzeugungsanlagen und leistungsstarken Verbrauchern aus dem Verkehr- und Wärmesektor kommen Niederspannungsnetze immer näher an ihre Betriebsgrenzen. Da für die Niederspannungsnetze bisher keine Messwerterfassung vorgesehen war, können Netzbetreiber Grenzverletzungen nicht erkennen. Um dieses zu ändern, werden deutsche Anschlussnutzer in Zukunft flächendeckend mit modernen Messeinrichtungen oder intelligenten Messsystemen (auch als Smart Meter bezeichnet) ausgestattet sein. Diese sind in der Lage über eine Kommunikationseinheit, das Smart-Meter-Gateway, Messdaten an die Netzbetreiber zu senden. Werden Messdaten aber als personenbezogene Netzzustandsdaten deklariert, so ist aus Datenschutzgründen eine Erhebung dieser Daten weitgehend untersagt. Ziel dieser Arbeit ist es eine Zustandsschätzung zu entwickeln, die auch bei niedrigredundanter Messwertaufnahme für den Netzbetrieb von Niederspannungsnetzen anwendbare Ergebnisse liefert. Neben geeigneten Algorithmen zur Zustandsschätzung ist dazu die Generierung von Ersatzwerten im Fokus. Die Untersuchungen und Erkenntnisse dieser Arbeit tragen dazu bei, den Verteilnetzbetreibern bei den maßgeblichen Entscheidungen in Bezug auf die Zustandsschätzung in Niederspannungsnetzen zu unterstützen. Erst wenn Niederspannungsnetze mit Hilfe der Zustandsschätzung beobachtbar sind, können darauf aufbauende Konzepte zur Regelung entwickelt werden, um die Energiewende zu unterstützen.

Vorgestellt wird ein Verfahren zur Bestimmung der Erdschlussentfernung in hochohmig geerdeten Netzen. Nach Abklingen der transienten Vorgänge im Fehlerfall stellt sich ein stationärer Zustand ein, in dem das Netz zunächst weiter betrieben werden kann. Ausgehend von diesem stationären Fehlerfall wird auf der Basis eines Π-Glieds das Leitungsmodell des einseitig gespeisten Stichabgangs mit einer Last in der Vier-Leiter-Darstellung entwickelt. Die Schaltungsanalyse erfolgt mit Hilfe komplexer Rechnung und der Kirchhoffschen Gesetze. Grundlage der Betrachtungen bildet das Netz mit isoliertem Sternpunkt. Das entstehende Gleichungssystem ist in seiner Grundform nichtlinear, lässt sich jedoch auf eine elementar lösbare kubische Gleichung im gesuchten Fehlerentfernungsparameter zurückführen. Eine weitere Lösungsmöglichkeit bietet das Newton-Raphson-Verfahren. Durch Verlegen der lastseitigen Leiter-Erd-Kapazitäten an den Abgangsanfang kann das vollständige, nichtlineare System in ein lineares System überführt werden. Hierbei sind die beiden Ausprägungen „direkte Lösung mit unsymmetrischer Last“ oder „Ausgleichsrechnung mit symmetrischer Last“ möglich. Eine MATLAB®-Implementierung dieser vier Rechenalgorithmen bildet die Basis der weiteren Analysen. Alle messtechnischen Untersuchungen erfolgten am Netz-Kraftwerksmodell der TU Kaiserslautern. Hier wurden verschiedene Fehlerszenarien hinsichtlich Fehlerentfernung, -widerstand und Größe des gesunden Restnetzes hergestellt, in 480 Einzelmessungen erfasst und mit den Algorithmen ausgewertet. Dabei wurden auch Messungen an fehlerfreien Abgängen erhoben, um das Detektionsvermögen der Algorithmen zu testen. Neben Grundschwingungsbetrachtungen ist die Auswertung aller Datensätze mit der 5. und der 7. Harmonischen ein zentrales Thema. Im Fokus steht die Verwendbarkeit dieser Oberschwingungen zur Erdschlussentfernungsmessung bzw. -detektion mit den o.g. Algorithmen. Besondere Bedeutung kommt der Fragestellung zu, inwieweit die für ein Netz mit isoliertem Sternpunkt konzipierten Algorithmen unter Benutzung der höheren Harmonischen zur Erdschlussentfernungsmessung in einem gelöschten Netz geeignet sind. Schließlich wird das Verfahren auf Abgänge mit inhomogenem Leitermaterial erweitert, da auch diese Konstellation von praktischer Bedeutung ist.

In heutigen Mobilfunksystemen wird ausschließlich senderorientierte Funkkommunikation eingesetzt. Bei senderorientierter Funkkommunikation beginnt der Systementwurf mit dem Sender. Dies bedeutet, daß man a priori die senderseitig verwendeten Algorithmen der Sendesignalerzeugung auswählt und in Abhängigkeit davon a posteriori den im Empfänger zum Datenschätzen verwendeten Algorithmus gegebenenfalls unter Einbeziehen von Kanalzustandsinformation festlegt. Dies ist nötig, um beispielsweise einen möglichst großen Anteil der senderseitig investierten Energie empfängerseitig auszunutzen, das heißt energieeffizient zu sein, und dabei gleichzeitig das Entstehen schädlicher Interferenzsignale zu vermeiden oder zu begrenzen. Im Falle der Senderorientierung kann man senderseitig sehr einfache Algorithmen wählen und implementieren, wobei dieser Vorteil typischerweise durch eine ungleich höher Implementierungskomplexität der a posteriori festzulegenden empfängerseitigen Algorithmen aufgewogen werden muß. Betrachtet man die wirtschaftlich bedeutenden zellularen Mobilfunksysteme, so ist eine derartige Funkkommunikation in der Aufwärtsstrecke vorteilhaft, denn in der Aufwärtsstrecke sind die Endgeräte der mobilen Teilnehmer, die Mobilstationen, die einfachen Sender, wohingegen die ortsfesten Basisstationen die Empfänger sind - und dort kann typischerweise eine größere Komplexität in Kauf genommen werden. In der Abwärtsstrecke derartiger Mobilfunksysteme hingegen, sind die Basisstationen die einfachen Sender, wohingegen die Mobilstationen die aufwendigen Empfänger sind. Dies ist nicht vorteilhaft, da in praktischen Mobilfunksystemen Gewicht, Volumen, Energieverbrauch und Kosten der Endgerätehardware und damit der Mobilstationen mit der Implementierungskomplexität steigen. Wie der Verfasser in der vorliegenden Schrift vorschlägt, läßt sich dieses Problem jedoch umgehen, denn die Funkkommunikation in Mobilfunksystemen kann auch in neuartiger Weise empfängerorientiert gestaltet werden. Empfängerorientierte Funkkommunikation ist dadurch gekennzeichnet, daß der Systementwurf auf der Empfängerseite beginnt. In diesem Fall werden die empfängerseitig verwendeten Algorithmen des Datenschätzens a priori festgelegt, und die senderseitig einzusetzenden Algorithmen der Sendesignalerzeugung ergeben sich dann daraus a posteriori durch Adaption wiederum gegebenenfalls unter Einbeziehen von Kanalzustandsinformation. Durch Empfängerorientierung kann man empfängerseitig sehr einfache Algorithmen wählen und implementieren, muß dafür jedoch eine höhere Implementierungskomplexität auf der Senderseite tolerieren. Angesichts der erwähnten Komplexitätscharakteristika von Sender- beziehungsweise Empfängerorientierung schlägt der Verfasser daher für künftige Mobilfunksysteme vor, Empfängerorientierung in der Abwärtsstrecke und Senderorientierung in der Aufwärtsstrecke einzusetzen. Dies ist insbesondere deshalb vorteilhaft, da Empfängerorientierung in der Abwärtsstrecke neben anderen noch die folgenden weiteren Vorteile gegenüber herkömmlicher Senderorientierung aufweist: 1) Die Leistung der von den Basisstationen abgestrahlten Signale kann reduziert werden. Dies erlaubt performanzhemmende systeminherente Störeinflüsse, die als Interzellinterferenz bezeichnet werden, zu reduzieren und ist im übrigen auch wünschenswert im Hinblick auf die zunehmende Elektrophobie der Bevölkerung. 2) Kanalzustandsinformation wird empfängerseitig nicht benötigt, so daß auf das Senden resourcenbindender Trainingssignale verzichtet und anstelle dessen das Sende von Nutzdaten ermöglicht werden kann. 3) Empfängerseitig ist kein Kanalschätzer vorzusehen, was des weiteren der Implementierungskomplexität des Empfängers zu gute kommt. Mobilfunksysteme lassen sich demzufolge durch Einsetzen des Grundkonzepts der Empfängerorientierung maßgeblich aufwerten. Dieses ist eine klare Motivation die Grundzüge, das Potential und die Ausgestaltungen dieses Grundkonzepts in der Mobilkommunikation in dieser Schrift eingehend zu studieren. Zur Klärung dieser Punkte im Kontext von Mobilkommunikation ist es entscheidend, die Frage der Wahl der Empfänger und die der Adaption der Sender zu beantworten. Die Frage nach der Adaption der Sender ist dabei gleichbedeutend mit der Frage nach der im allgemeinen auf Basis aller Daten erfolgenden gemeinsamen Sendesignalerzeugung. Nach der Einführung eines geeigneten allgemeinen Modells der Abwärtsstreckenübertragung eines zellularen Mobilfunksystems, das auch erst in jüngster Vergangenheit vorgeschlagene Mehrantennenkonfigurationen an den Basisstationen und Mobilstationen einschließt, wird hinsichtlich der A-priori-Wahl der Empfänger herausgestellt, daß, im Hinblick auf die bereits oben angesprochene möglichst geringe Implementierungskomplexität die Ausgestaltung der empfängerseitigen Signalverarbeitung als serielle Verkettung einer linearen Signalverarbeitung und eines nichtlinearen Quantisierers vorteilhaft ist. Die Prinzipien, die bei der Wahl sowohl der linearen Signalverarbeitung als auch des nichtlinearen Quantisierer gelten, werden im folgenden herausgearbeitet. Als Ergebnis dieser Betrachtungen stellt sich heraus, daß ein Gestalten der empfängerseitigen linearen Signalverarbeitung gemäß Codemultiplex hinsichtlich der ausnutzbaren Frequenz-, Zeit- und Raumdiversität vorteilhaft ist, jedoch leistungsfähige Verfahren der gemeinsamen Sendesignalerzeugung voraussetzt, die die Entstehung schädlicher Interferenzsignale verhindern. Des weiteren wird klar, daß sich die nichtlinearen Quantisierer sinnvollerweise in die Klasse der konventionellen und die der unkonventionellen Quantisierer unterteilen lassen; gleiches gilt für die diese Quantisierer verwendenden Empfänger. Konventionelle Quantisierer basieren auf einfach zusammenhängenden Entscheidungsgebieten, wobei jedes Entscheidungsgebiet eindeutig einer möglichen Ausprägung eines übertragenen Nachrichtenelements zugeordnet ist. Demgegenüber weisen unkonventionelle Quantisierer mehrfach zusammenhängende Entscheidungsgebiete auf, die sich jeweils aus mehreren Teilentscheidungsgebieten zusammensetzen. Das Vorhandensein mehrerer Teilentscheidungsgebiete pro Entscheidungsgebiet und damit pro Ausprägung eines übertragenen Nachrichtenelements stellt einen bei unkonventionellen Quantisierern verfügbaren zusätzlichen Freiheitsgrad dar, der bei der gemeinsamen Sendesignalerzeugung vorteilhaft genutzt werden kann, um die angesprochene Leistung der von den Basisstationen abgestrahlten Signale zu reduzieren. Ein Schwerpunkt der vorliegenden Schrift ist das Studium von Verfahren der gemeinsamen Sendesignalerzeugung. Diese werden daher systematisch gegliedert und erarbeitet. Es stellt sich heraus, daß Verfahren der gemeinsamen Sendesignalerzeugung prinzipiell unterteilt werden können in solche Verfahren für konventionelle Empfänger und solche für unkonventionelle Empfänger. Hinsichtlich Verfahren der erstgenannten Art wird herausgearbeitet, wie eine optimale gemeinsame Sendesignalerzeugung zu erfolgen hat, die unter gewissen Nebenbedingungen eine optimale Übertragungsqualität im Sinne minimaler Übertragungsfehlerwahrscheinlichkeit erzielt. Eine derartige gemeinsame Sendesignalerzeugung ist im allgemeinen recht aufwendig, so daß im Folgeverlauf die suboptimalen linearen Verfahren der gemeinsamen Sendesignalerzeugung Transmit Matched Filter (TxMF), Transmit Zero-Forcing (TxZF) und Transmit Minimum-Mean-Square-Error (TxMMSE) vorgeschlagen werden, die jeweils einen mehr oder weniger guten Kompromiß zwischen Implementierungskomplexität, Interferenzunterdrückung und Robustheit hinsichtlich Rauschens aufweisen. Der Verfasser schlägt vor, die Leistungsfähigkeit derartiger suboptimaler Verfahren unter anderem durch die bei gegebener Zeitdauer abgestrahlte totale Energie der Sendesignale, die totale Sendeenergie, - denn diese ist nicht nur im technischen, sondern auch im gesellschaftlichen Sinn ein wichtiger Aspekt, - und das Kriterium der Sendeeffizienz zu bewerten. Sendeeffizienz beurteilt das Zusammenspiel aus Interferenzunterdrückung einerseits und energieeffizienter Übertragung andererseits. Es stellt sich durch analytische und numerische Betrachtungen heraus, daß beide Größen vorrangig von zwei Einflußfaktoren bestimmt werden: der Anzahl der Freiheitsgrade bei der gemeinsamen Sendesignalerzeugung - und das ist die Anzahl der zu bestimmenden Abtastwerte aller Sendesignale - und der Anzahl der dabei einzuhaltenden Restriktionen. Da die Anzahl der Restriktionen bei der Forderung einer möglichst geringen wechselseitigen Interferenz nicht beeinflußbar ist, schlägt der Verfasser daher zum Erhöhen der Leistungsfähigkeit der empfängerorientierten Funkkommunikation vor, die Anzahl der Freiheitsgrade zu erhöhen, was sich vorzugsweise durch Verfolgen des Prinzips der unkonventionellen Empfänger umsetzen läßt. Es wird gezeigt, wie unter gewissen Nebenbedingungen eine hinsichtlich der Übertragungsfehlerwahrscheinlichkeiten optimale gemeinsame Sendesignalerzeugung prinzipiell erfolgen muß, und welche erheblichen Performanzgewinne im Sinne der totalen Sendeenergie und der Sendeeffizienz möglich werden. Diese optimale Vorgehensweise ist sehr aufwendig, so daß darüber hinaus aufwandsgünstige suboptimale hochperformante Alternativen der gemeinsamen Sendesignalerzeugung für unkonventionelle Empfänger vorgeschlagen und betrachtet werden. Die gemeinsame Sendesignalerzeugung setzt senderseitiges Vorliegen von Kanalzustandsinformation voraus. Daher werden die prinzipiellen Möglichkeiten des zur Verfügung Stellens dieser Information behandelt, wobei dabei das Bereitstellen dieser Information auf Basis gegebenenfalls vorliegender Kanalreziprozität im Falle von Duplexübertragung favorisiert wird. Dabei wird die in der Aufwärtsstrecke gewonnene Kanalzustandsinformation zur gemeinsamen Sendesignalerzeugung in der Abwärtsstrecke genutzt. Ist die dabei genutzte Kanalzustandsinformation nicht exakt, so hat dieses prinzipiell eine Degradation der Leistungsfähigkeit der empfängerorientierten Funkkommunikation zur Folge. Analytische und/oder numerische Betrachtungen erlauben, die Degradation zu quantifizieren. Es stellt sich heraus, daß diese Degradation vergleichbar mit der von konventionellen senderorientierten Funkkommunikationssystemen bekannten ist. Eine Betrachtung möglicher Weiterentwicklungen des Grundprinzips der Empfängerorientierung komplettieren die in dieser Schrift angestellten Betrachtungen. Die Ergebnisse dieser Schrift belegen, daß Empfängerorientierung ein interessanter Kandidat für die Organisation der Abwärtsstreckenübertragung künftiger Mobilfunksysteme ist. Darüber hinaus wird klar, welche grundsätzlichen Prinzipien und Effekte bei der empfängerorientierten Funkkommunikation wirksam sind und durch welche Vorgehensweisen bei der Gestaltung derartiger Funkkommunikation die Einflüsse der verschiedenen Effekte gegeneinander ausbalanciert werden können. Für den Systemdesigner morgiger Mobilfunksysteme steht mit dieser Schrift daher ein wertvolles Nachschlagewerk zur Verfügung, daß dabei unterstützt, die genannten prinzipiellen Vorteile von Empfängerorientierung in Funktechnologien der Praxis umzumünzen.

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.

In der Arbeit wurde eine Herzfrequenzregelung für einen Fahrrad-Heimtrainer entworfen und in Matlab/Simulink implementiert. Dabei wird die Herzfrequenz des Fahrers über Funk erfasst und über eine unterlagerte Leistungsregelung eingeregelt. Als Aktuator dient eine Wirbelstrombremse, die das Hinterrad des Fahrrads bremst. Die Arbeit beschreibt den Reglerentwurf, die Modellierung des Menschen, den Systemaufbau und diverse Tests.

Nach einer Einführung in die zur Erfassung inkorporaler Meßgrößen und zur Meßdatenübertragung verwendeten Verfahren wird in dieser Arbeit ein Konzept vorgestellt, das die Entwicklung implantierbarer Meßsysteme in den ersten Entwurfsphasen unterstützt. Im Anschluß wird die mit dem Konzept durchgeführte Entwicklung eines multisensorischen Meß- und Überwachungssystems beschrieben. Zur Ableitung des Entwurfskonzepts werden die an implantierbare Meßsysteme gestellten Anforderungen analysiert. Dabei findet eine Unterteilung in klassenspezifische und applikationsspezifische Anforderungen statt. Aus den klassenspezifischen Anforderungen dieser Aufstellung wird ein für die hier untersuchten Meßsysteme allgemein gültiges, in Funktionsblöcke und Funktionsgruppen untergliedertes, Strukturmodell erstellt. Zum Entwurf der untereinander in Verbindung stehenden Komponenten dieses Strukturmodells wird eine Reihenfolge vorgegeben, die vorhandene Abhängigkeiten zwischen den Funktionseinheiten berücksichtigt. Anschließend werden in der Entwurfsreihenfolge und unter Berücksichtigung der applikationsspezifischen Anforderungen die einzelnen Funktionsblöcke im Detail spezifiziert und für jeden der Funktionsblöcke eine Anforderungsliste erstellt. Unter Verwendung der Anforderungslisten werden die Funktionsgruppen bestimmt. Eine dieser Funktionsgruppen ist die drahtlose Energieversorgung. Zu deren Entwurf wird ein Verfahren vorgestellt, mit dem induktive Übertragungsstrecken berechnet werden können. Mit der Verwendung des beschriebenen Konzepts wird der Entwickler eines implantierbaren Meßsystems insbesondere in der Systemspezifikation und der Systempartitionierung unterstützt. Der aufgestellte Anforderungskatalog erleichtert ihm die Spezifikation des Meßsystems. Zu jedem der Funktionsblöcke des allgemein geltenden Strukturmodells erhält der Entwickler eine applikationsabhängige Detailspezifikation, die ihm die Bestimmung der zum Aufbau der Funktionsblöcke erforderlichen Funktionsgruppen ermöglicht. So entsteht eine detaillierte Aufbaustruktur des zu entwerfenden Meßsystems, in der alle an das System gestellten Anforderungen berücksichtigt sind. Damit steht eine fundierte Ausgangsbasis zur Entwicklung der Funktionsgruppen zur Verfügung. Das Verfahren zum Entwurf induktiver Energieübertragungsstrecken unterstützt die Entwicklung drahtlos gespeister Meßsysteme. Der Entwurf der restlichen Funktionsgruppen wird mit bereits etablierten Methoden und Werkzeugen durchgeführt. Die Verifikation des gesamten Meßsystems erfolgt mit einem aus den Funktionsgruppen aufgebauten Prototypen. Unter Verwendung des Entwurfskonzepts wurde ein implantierbares Meßsystem für eine neue Osteosyntheseplatte entwickelt, die zur Versorgung von Knochenfrakturen verwendet wird. Die Platte verfügt über besondere mechanische Eigenschaften, die eine verbesserte Frakturheilung versprechen. Zur Beobachtung der Knochenheilung werden bislang Röntgenaufnahmen eingesetzt. Das in die neue Osteosyntheseplatte integrierte Meßsystem hingegen ermöglicht die Erfassung mehrerer Meßwerte direkt am Knochen. Damit ergibt sich eine erheblich verbesserte Diagnostik ohne Strahlenbelastung des Patienten. Neben der Erforschung des Verbundes Knochen-Implantat erlauben die verbesserten Diagnosemöglichkeiten die Einleitung gezielterer Rehabilitations-Maßnahmen. In Verbindung mit der verbesserten Frakturheilung sollen so optimale Behandlungsergebnisse erzielt und die Behandlungszeiten verkürzt werden.

Der Trend zur Verfügbarkeit mehrerer Mobilfunknetze im gleichen Versorgungsgebiet nicht nur unterschiedlicher Operatoren, sondern auch unterschiedlicher Mobilfunkstandards in möglicherweise unterschiedlichen Hierarchieebenen führt zu einer Vielzahl von Koexistenzszenarien, in denen Intersystem- und Interoperator-MAI die einzelnen Mobilfunknetze beeinträchtigen können. In der vorliegenden Arbeit wird ein systematischer Zugang zur Koexistenzproblematik durch die Klassifizierung der MAI erarbeitet. Eine MAI-Art kann dabei mehreren MAI-Klassen angehören. Durch die Einteilung in Klassen wird angestrebt, zum einen die eine MAI-Art beeinflussenden Effekte anhand der Zugehörigkeit zu bestimmten MAI-Klassen besser verstehen zu können. Zum anderen dient die Einteilung der MAI in Klassen zum Abschätzen der Gefährlichkeit einer MAI-Art, über die sich Aussagen machen lassen anhand der Zugehörigkeit zu bestimmten MAI-Klassen. Der Begriff Gefährlichkeit einer MAI-Art schließt neben der mittleren Leistung auch weitere Eigenschaften wie Varianz oder Ursache der MAI ein. Einfache Schlimmstfall-Abschätzungen, wie sie in der Literatur gebräuchlich sind, können leicht zu Fehleinschätzungen der Gefährlichkeit einer MAI-Art führen. Durch die Kenntnis der zugehörigen MAI-Klassen einer MAI-Art wird die Gefahr solcher Fehleinschätzungen erkennbar. Neben den Schlimmstfall-Abschätzungen unter Berücksichtigung der MAI-Klassen werden in der vorliegenden Arbeit auch Simulationen durchgeführt, anhand derer die Abschätzungen verifiziert werden. Dazu werden Werkzeuge in Form von mathematischen Modellen zum Berechnen der Leistung der verschiedenen MAI-Arten unter Einbeziehen der verschiedenen betrachteten Verfahren zum Mindern von MAI erarbeitet. Dabei wird auch ein Konzept zum Vermindern der erforderlichen Rechenleistung vorgestellt. Anhand der Untersuchung der Koexistenz der beispielhaften Mobilfunksysteme WCDMA und TD-CDMA wird gezeigt, daß sich das Auftreten extrem hoher Intersystem- bzw. Interoperator-MAI durch geeignete Wahl der Systemparameter wie Zellradien und Antennenhöhen, sowie durch Verfahren zum Mindern von MAI wie effizienten Leistungsregelungsverfahren und dynamische Kanalzuweisung meist vermeiden läßt. Es ist jedoch essentiell, daß die Koexistenzproblematik bereits in der Phase der Funknetzplanung adäquat berücksichtigt wird. Dabei ist eine Kooperation der beteiligten Operatoren meist nicht notwendig, lediglich besonders kritische Fälle wie Kollokation von BSen verschiedener TDD-Mobilfunknetze z.B. nach dem 3G-Teilstandard TD-CDMA müssen von den Operatoren einvernehmlich vermieden werden. Da bei der Koexistenz von Mobilfunknetzen in Makrozellen aufgrund ihres hohen Zellradius besonders hohe Interoperator-MAI für den Fall der Gleichstrecken-MAI auftreten kann, wird in der vorliegenden Arbeit ein neuartiges Konzept zum Vermindern dieser MAI basierend auf Antennentechniken vorgestellt. Das Konzept zeigt ein vielverspechendes Potential zum Mindern der Interoperator-MAI.

Der zunehmende Ausbau dezentraler Erzeugungsanlagen sowie die steigende Anzahl an Elektrofahrzeugen stellen die Niederspannungsnetze vor neue Herausforderungen. Neben der Einhaltung des zulässigen Spannungsbands führen Erzeugungsanlagen und neue Lasten zu einer zunehmenden thermischen Auslastung der Leitungen. Einfache, konventionelle Maßnahmen wie Topologieänderungen zu vermascht betriebenen Niederspannungsnetzen sind ein erster hilfreicher und kostengünstiger Ansatz, bieten aber keinen grundsätzlichen Schutz vor einer thermischen Überlastung der Betriebsmittel. Diese Arbeit befasst sich mit der Konzeption eines Spannungs- und Wirkleistungsreglers für vermaschte Niederspannungsnetze. Durch den Regler erfolgt eine messtechnische Erfassung der Spannungen und Ströme in einzelnen Messpunkten des Niederspannungsnetzes. Mit Hilfe eines speziellen Kennlinienverfahrens kann eine Leistungsverschiebung in einzelnen Netzmaschen hervorgerufen und vorgegebene Soll- oder Grenzwerte eingehalten werden. In vorliegender Arbeit werden die analytischen Grundlagen des Reglers, seine Hardware sowie das Kennlinienverfahren zusammen mit den realisierbaren Regelkonzepten vorgestellt. Die Ergebnisse aus Simulationsstudien, Labor- und Feldtests stellen die Effektivität des Reglers eindeutig dar und werden diskutiert.

In dem Bericht geht es um die Messung von Laufzeiten in einfachen Netzwerken, die auf MICA-Knoten basieren. Vorangestellt ist eine Übersicht über die Installation und Programmierung.

Die fortschreitende Verbreitung von Ethernet-basierten Strukturen mit dezentralen und verteilten Anwendungen in der Automatisierung führt zu den so genannten netzbasier-ten Automatisierungssystemen (NAS). Diese sind zwar in Anschaffung und Betrieb kostengünstiger, moderner und flexibler als herkömmliche Strukturen, weisen jedoch nicht-deterministische Verzögerungen auf. Die genaue Analyse der resultierenden Antwortzeiten ist somit nicht nur Voraussetzung für den verantwortungsbewussten Einsatz dieser Technologie sondern ermöglicht es auch, bereits im Vorfeld von Umstrukturierungen oder Erweiterungen, Fragen der Verlässlichkeit zu klären. In diesem ersten von zwei Beiträgen wird hierfür zunächst die für die speziellen Bedürfnisse der Strukturbeschreibung von netzbasierten Automatisierungssystemen entwickelte Modellierungssprache DesLaNAS vorgestellt und auf ein einführendes Beispiel angewendet. Im zweiten Beitrag wird darauf aufbauend gezeigt, welchen Einfluss die einzelnen System-komponenten (SPS, Netzwerk, I/O-Karten) sowie netzbedingte Verhaltensmodi wie Synchronisation und die gemeinsame Nutzung von Ressourcen auf die Antwortzeiten des Gesamtsystems haben. Zur Analyse selbst wird die wahrscheinlichkeitsbasierte Modellverifikation (PMC) angewendet.

Die systemtheoretische Begründung für die Einführung des Zustandsbegriffs findet man im Mosaik-stein "Der Zustandsbegriff in der Systemtheorie". Während sich die dortige Betrachtung sowohl mitkontinuierlichen als auch mit diskreten Systemen befaßt, wird hier die Betrachtung auf diskrete Sy-steme beschränkt.

Die Versorgungsaufgaben für Niederspannungsnetze werden sich in den kommenden Jahrzehnten durch die weitere Verbreitung von Photovoltaikanlagen, Wärmepumpenheizungen und Elektroautomobilen gegenüber denen des Jahres 2018 voraussichtlich stark ändern. In der Praxis verbreitete Planungsgrundsätze für den Neubau von Niederspannungsnetzen sind veraltet, denn sie stammen vielfach in ihren Grundzügen aus Zeiten, in denen die neuen Lasten und Einspeisungen nicht erwartet und dementsprechend nicht berücksichtigt wurden. Der Bedarf für neue Planungsgrundsätze fällt zeitlich mit der Verfügbarkeit regelbarer Ortsnetztransformatoren (rONT) zusammen, die zur Verbesserung der Spannungsverhältnisse im Netz eingesetzt werden können. Die hier entwickelten neuen Planungsgrundsätze erfordern für ländliche und vorstädtische Versorgungsaufgaben (nicht jedoch für städtische Versorgungsaufgaben) den rONT-Einsatz, um die hohen erwarteten Leistungen des Jahres 2040 zu geringen Kosten beherrschen zu können. Eine geeignete rONT-Standardregelkennlinie wird angegeben. In allen Fällen werden abschnittsweise parallelverlegte Kabel mit dem Querschnitt 240 mm² empfohlen.

In diesem Aufsatz geht es um eine Klassifikation von Programmen nach zwei orthogonalen Kriterien.Programm und Software werden dabei nicht als Synonyme angesehen; Programm sein wird hiergleichgesetzt mit ausführbar sein, d.h. etwas ist dann und nur dann ein Programm, wenn man die Fragebeantworten kann, was es denn heißen solle, dieses Etwas werde ausgeführt. Es gibt durchaus Softwa-regebilde, bezüglich derer diese Frage keinen Sinn hat und die demzufolge auch keine Programme sind - beispielsweise eine Funktions - oder eine Klassenbibliothek.Klassifikation ist von Nutzen, wenn sie Vielfalt überschaubarer macht - die Vielfalt der Schüler einergroßen Schule wird überschaubarer, wenn die Schüler "klassifiziert" sind, d.h. wenn sie in ihren Klas-senzimmern sitzen. Die im folgenden vorgestellte Klassifikation soll die Vielfalt von Programmenüberschaubarer machen.

Der Einsatz von Freisprecheinrichtungen bei der Sprachkommunikation in Fahrzeugen erfor- dert die Reduktion der mit dem Sprachsignal erfaßten Umgebungsgeräusche. Die akustischen Störungen beeinträchtigen in der Regel die Verständlichkeit des zu übertragenden Sprachsi- gnals. In der Literatur wurden zahlreiche Verfahren und Ansätze zur Geräuschreduktion vor- geschlagen und beschrieben. Prinzipiell können diese Ansätze in drei Kategorien unterteilt werden: Einkanalige Geräuschreduktionssysteme, wie zum Beispiel das Verfahren der Spek- tralen Subtraktion, mehrkanalige Geräuschkompensationsverfahren, die mindestens ein Stör- geräusch-Referenzsignal benötigen, und adaptive Mikrophonarrays, die zur Erfassung des Sprachsignals ein richtungsselektives Reduktionsverfahren (beam forming) einsetzen. Diese Arbeit fokussiert ausschließlich auf das Problem der einkanaligen Geräuschreduktions- systeme, wie sie häufig in Kraftfahrzeugen oder Telefonen aus Kosten- und konstruktiven Gründen zu finden sind. Mehrkanalige Verfahren werden nur der Vollständigkeit halber am Rande behandelt. Einkanalige Verfahren sind durch den Kompromiß zwischen der Dämpfung der störenden Geräusche und den unvermeidbaren Verzerrungen des Sprachsignals und der verbleibenden Reststörungen gekennzeichnet. Diese Verzerrungen sind als sporadisch auftretende tonartige Reststörungen (musical tones) bzw. als Verfärbungen des Sprachsignals wahrnehmbar. Solche Fehler im Ausgangssignal werden wegen ihrer tonalen Struktur als äußerst störend empfunden und verschlechtern den subjektiven Höreindruck. In letzter Zeit sind deshalb Verfahren mit dem Ziel entwickelt worden, möglichst alle auftre- tenden Verzerrungen zu unterdrücken. So wurden zum Beispiel nichtlineare Methoden, bekannt aus der Bildverarbeitung, oder spezielle Detektionsalgorithmen entworfen, um das Problem geschlossen zu lösen. Besonders neu sind Verfahren, die psychoakustische Eigenschaften des menschlichen Gehörs nutzen, um wenigstens einen Teil der auftretenden Verzerrungen zu verdecken. So kommen hier Methoden zum Einsatz, die durch Formulierung einer psychoakustischen Gewichtungsregel versuchen, einen optimalen Kompromiß zwischen Höhe der Geräuschdämpfung, der Reststörungen und der resultierenden Sprachverständlichkeit zu finden. In der vorliegenden Arbeit diente ein klassisches einkanaliges Geräuschreduktionsverfahren als Ausgangsbasis für die Entwicklung eines neuen psychoakustisch-parametrischen Verfah- rens. Dabei wurde von Modellen der Spracherzeugung und Wahrnehmung der menschlichen Sprache ausgegangen, um geeignete Methoden für die psychoakustische Geräuschreduktion und Signalverbesserung zu finden. Das Ergebnis sind drei neue Verfahren, die sich je nach Eingangssignal adaptiv auf die Charakteristik des Gehörs einstellen und dabei Verzerrungen des Sprachsignals und der Reststörung unterhalb der psychoakustischen Wahrnehmbarkeits- schwelle, der sogenannten Mithörschwelle, halten. Das führt zu einer spürbaren Verbesserung des subjektiven Höreindrucks und hat positiven Einfluß auf die Sprachverständlichkeit. In wesentlichen Bestandteilen dieser Arbeit werden Aspekte der psychologischen Wahrnehmung akustischer Signale und bekannte psychoakustische Eigenschaften des menschlichen Gehörs für die auditive Signalverbesserung, Geräuschreduktion und die Identifikation akustischer Systeme ausgenutzt. Dementsprechend wird im ersten Teil eine kurze Einführung in die Theorie der Signalverarbeitung und Psychoakustik gegeben. Daran anschließend folgt die Vorstellung eines Verfahrens zur auditiven Signalverbesserung und Geräuschreduktion unter Ausnutzung psychoakustischer Verdeckungseffekte. Dieser Abschnitt ist besonders ausführlich gestaltet, da er den Hauptbestandteil dieser Arbeit bildet. Der dritte Teil erläutert experimentelle Untersuchungen und die Bewertung der verschiedenen Verfahren. Abschließend folgen Zusammenfassung und ein wissenschaftlicher Ausblick.

Im Gegensatz zum Übertragungsnetz, dessen Struktur hinreichend genau bekannt ist, sind passende Netzmodelle für Mittelspannungsnetze (MS-Netze) wegen der hohen Anzahlen der MS-Netze und Verteilnetzbetreiber (VNB) nur schwer abzubilden. Des Weiteren ist eine detaillierte Darstellung realer MS-Netze in wissenschaftlichen Publikationen aus datenschutzrechtlichen Gründen meist nicht erwünscht. In dieser Arbeit werden MS-Netzmodelle sowie ihre Entwicklung im Detail erklärt. Damit stehen erstmals für die Öffentlichkeit nachvollziehbare MS-Netzmodelle für den deutschsprachigen Raum zur Verfügung. Sie können als Benchmark für wissenschaftliche Untersuchungen sowie zur Methodenentwicklung verwendet werden.

Unter Ambient Intelligence (AmI) wird die Integration verschiedener Technologien zu einer den Menschen umgebenden, (nahezu) unsichtbaren Gesamtheit verstanden. Diese Intelligente Umgebung wird möglich durch die Miniaturisierung hochintegrierter Bauteile (Sensoren, Aktuatoren und Rechnern), deren zunehmende Intelligenz und vor allem deren lokale und globale zunehmend drahtlose Vernetzung. Unter dem Titel Man-u-Faktur 2012 (man and factoring in 2012) wurde an der Technischen Universität Kaiserslautern im Rahmen des Forschungsschwerpunkts Ambient Intelligence ein Szenario entwickelt, das ein beeindruckendes Gesamtbild einer Technik, die den Menschen in den Mittelpunkt rückt, beschreibt. Man-u-Faktur 2012 steht dabei für ein Weiterdrehen des Rads der Industrialisierung von der heute üblichen variantenreichen, technologiezentrierten Massenfertigung hin zu einer kundenindividuellen, mitarbeiterzentrierten Maßfertigung. Im Speziellen wird hierunter der Aufbau massiv verteiler kunden- aber auch mitarbeiterfreundlicher Produktionsanlagen verstanden, die sich im hochdynamischen Umfeld entsprechend der jeweiligen Gegebenheiten anzupassen wissen. Der Mensch ist überall dort präsent, wo flexibles Arbeiten oder flexible Entscheidungen im Vordergrund stehen. In diesem Bericht wird der Einfluss von Ambient Intelligence beispielhaft auf die Vision einer Fahrradproduktion in der Man-u-Faktur 2012 angewandt. Aus diesem Szenario werden anschließend sowohl die zu entwickelnden Schlüsseltechnologien als auch die Einflüsse auf Wirtschaft und Gesellschaft abgeleitet.

Dieses Dokument präsentiert und diskutiert die Ergebnisse einer Umfrage zum Vermaschungsgrad der Verteilnetze in Deutschland.