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.
Sowohl die gesteigerte Komplexität der Signalverarbeitungsalgorithmen und das umfangreichere Diensteangebot als auch die zum Erzielen der hohen erforderlichen Rechenleistungen erforderliche Parallelverarbeitung führen künftig zu einer stark ansteigenden Komplexität der digitalen Signalverarbeitung in Mobilfunksystemen. Diese Komplexität ist nur mit einem hierarchischen Modellierungs- und Entwurfsprozeß beherrschbar. Während die niedrigeren Hierarchieebenen der Programmierung und des Hardwareentwurfs bereits heute gut beherrscht werden, besteht noch Unklarheit bei den Entwurfsverfahren auf der höheren Systemebene. Die vorliegende Arbeit liefert einen Beitrag zur Systematisierung des Entwurfs auf höheren Hierarchieebenen. Hierzu wird der Entwurf eines Experimentalsystems für das JD-CDMA-Mobilfunkkonzept auf der Systemebene betrachtet. Es wird gezeigt, daß das Steuerkreismodell ein angemessenes Modell für die digitale Signalverarbeitung in einem Mobilfunksystem auf der Systemebene ist. Das Steuerkreismodell läßt sich einerseits direkt auf die in zukünftigen Mobilfunksystemen einzusetzenden Multiprozessorsysteme abbilden und entspricht andererseits auch der nachrichtentechnischen Sichtweise der Aufgabenstellung, in der das Mobilfunksystem durch die auszuführenden Algorithmen beschrieben wird. Das Steuerkreismodell ist somit ein geeignetes Bindeglied, um von der Aufgabenstellung zu einer Implementierung zu gelangen. Weiterhin wird gezeigt, daß das Steuerkreismodell sehr modellierungsmächtig ist, und sein Einsatz im Gegensatz zu vielen bereits bekannten Entwurfsverfahren nicht auf mittels Datenflußmodellen beschreibbare Systeme begrenzt ist. Die klassischen, aus der von Datenflußmodellen ausgehenden Systemsynthese bekannten Entwurfsschritte Allokierung, Ablaufplanung und Bindung können im Kontext der Steuerkreismodellierung als Verfahren zur Konstruktion der Steuerwerksaufgabe verstanden werden. Speziell für das Experimentalsystem werden zwei verschiedene Ablaufsteuerungsstrategien modelliert und untersucht. Die volldynamische Ablaufsteuerung wird zur Laufzeit durchgeführt und ist daher nicht darauf angewiesen, daß die auszuführenden Abläufe a priori bekannt sind. Bei der selbsttaktenden Ablaufsteuerung werden die hier a priori bekannten Abläufe zum Zeitpunkt der Systemkonstruktion fest geplant, und zur Laufzeit wird dieser Plan nur noch ausgeführt. Schließlich werden noch die Auswirkungen der paketvermittelten burstförmigen Nachrichtenübertragung auf die digitale Signalverarbeitung in zukünftigen Mobilfunksystemen untersucht. Es wird gezeigt, daß es durch Datenpufferung sehr gut möglich ist, die Rechenlast in einem Mobilfunksystem zu mitteln.
At present the standardization of third generation (3G) mobile radio systems is the subject of worldwide research activities. These systems will cope with the market demand for high data rate services and the system requirement for exibility concerning the offered services and the transmission qualities. However, there will be de ciencies with respect to high capacity, if 3G mobile radio systems exclusively use single antennas. Very promising technique developed for increasing the capacity of 3G mobile radio systems the application is adaptive antennas. In this thesis, the benefits of using adaptive antennas are investigated for 3G mobile radio systems based on Time Division CDMA (TD-CDMA), which forms part of the European 3G mobile radio air interface standard adopted by the ETSI, and is intensively studied within the standardization activities towards a worldwide 3G air interface standard directed by the 3GPP (3rd Generation Partnership Project). One of the most important issues related to adaptive antennas is the analysis of the benefits of using adaptive antennas compared to single antennas. In this thesis, these bene ts are explained theoretically and illustrated by computer simulation results for both data detection, which is performed according to the joint detection principle, and channel estimation, which is applied according to the Steiner estimator, in the TD-CDMA uplink. The theoretical explanations are based on well-known solved mathematical problems. The simulation results illustrating the benefits of adaptive antennas are produced by employing a novel simulation concept, which offers a considerable reduction of the simulation time and complexity, as well as increased exibility concerning the use of different system parameters, compared to the existing simulation concepts for TD-CDMA. Furthermore, three novel techniques are presented which can be used in systems with adaptive antennas for additionally improving the system performance compared to single antennas. These techniques concern the problems of code-channel mismatch, of user separation in the spatial domain, and of intercell interference, which, as it is shown in the thesis, play a critical role on the performance of TD-CDMA with adaptive antennas. Finally, a novel approach for illustrating the performance differences between the uplink and downlink of TD-CDMA based mobile radio systems in a straightforward manner is presented. Since a cellular mobile radio system with adaptive antennas is considered, the ultimate goal is the investigation of the overall system efficiency rather than the efficiency of a single link. In this thesis, the efficiency of TD-CDMA is evaluated through its spectrum efficiency and capacity, which are two closely related performance measures for cellular mobile radio systems. Compared to the use of single antennas, the use of adaptive antennas allows impressive improvements of both spectrum efficiency and capacity. Depending on the mobile radio channel model and the user velocity, improvement factors range from six to 10.7 for the spectrum efficiency, and from 6.7 to 12.6 for the spectrum capacity of TD-CDMA. Thus, adaptive antennas constitute a promising technique for capacity increase of future mobile communications systems.
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.
This paper presents the systematic synthesis of a fairly complex digitalcircuit and its CPLD implementation as an assemblage of communicatingasynchronous sequential circuits. The example, a VMEbus controller, waschosen because it has to control concurrent processes and to arbitrateconflicting requests.
Bei der Programmierung geht es in vielfältiger Form um Identifikation von Individuen: Speicherorte,Datentypen, Werte, Klassen, Objekte, Funktionen u.ä. müssen definierend oder selektierend identifiziert werden.Die Ausführungen zur Identifikation durch Zeigen oder Nennen sind verhältnismäßig kurz gehalten,wogegen der Identifikation durch Umschreiben sehr viel Raum gewidmet ist. Dies hat seinen Grunddarin, daß man zum Zeigen oder Nennen keine strukturierten Sprachformen benötigt, wohl aber zumUmschreiben. Daß die Betrachtungen der unterschiedlichen Formen funktionaler Umschreibungen soausführlich gehalten sind, geschah im Hinblick auf ihre Bedeutung für die Begriffswelt der funktionalen Programmierung. Man hätte zwar die Formen funktionaler Umschreibungen auch im Mosaikstein "Programmzweck versus Programmform" im Kontext des dort dargestellten Konzepts funktionaler Programme behandeln können, aber der Autor meint, daß der vorliegende Aufsatz der angemessenerePlatz dafür sei.
In der Philosophie ist es selbstverständlich, daß Autoren, die Erkenntnisse früherer Philosophen weitergeben oder kommentieren, die Originalliteratur kennen und sich in ihrer Argumentation explizit auf bestimmte Stellen in den Originaldarstellungen beziehen. In der Technik dagegen ist es allgemein akzeptierte Praxis, daß Autoren von Lehrbüchern, in denen Erkenntnisse früherer Forscher dargestellt oder kommentiert werden, nicht die Originaldarstellungen zugrunde legen, sondern sich mit den Darstellungen in der Sekundärliteratur begnügen. Man denke an die Erkenntnisse von Boole oder Maxwell, die in sehr vielen Lehrbüchern der Digitaltechnik bzw. der theoretischen Elektrotechnik vermittelt werden, ohne daß die Autoren dieser Lehrbücher auf die Originalschriften von Boole oder Maxwell Bezug nehmen. Dagegen wird man wohl kaum ein Buch über Erkenntnisse von Aristoteles oder Kant finden, dessen Autor sich nicht explizit auf bestimmte Stellen in den Schriften dieser Philosophen bezieht.
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.
Umgangssprachlich wurde das Wort Daten schon gebraucht, lange bevor der Computer erfundenwurdeund die AbkürzungEDV für "Elektronische Datenverarbeitung" in die Alltagssprache gelangte.So sagte beispielsweise der Steuerberater zu seinem Klienten: "Bevor ich Ihre Steuererklärung fertigmachen kann, brauche ich von Ihnen noch ein paar Daten." Oder der Straßenbaureferent einer Stadtschrieb an den Oberbürgermeister: "Für die Entscheidung, welche der beiden in Frage stehenden Stra-ßen vorrangig ausgebaut werden soll, müssen wir noch eine Datenerhebung durchführen." Bei diesenDaten ging es zwar oft um Zahlen - Geldbeträge, Anzahl der Kinder, Anzahl der Beschäftigungsmo-nate, gezählte Autos - , aber eine Gleichsetzung von Daten mit Zahlen wäre falsch. Zum einen wärenZahlen ohne mitgelieferte Wörter wie Monatseinkommen, Kinderzahl u.ä. für den Steuerberater nutz-los, zum anderen will das Finanzamt u.a. auch den Arbeitgeber des Steuerpflichtigen wissen, und dazumuß eine Adresse angegeben werden, aber keine Zahl.
Implantierbare Meßsysteme mit drahtloser digitaler Informationsübertragung
(2001)
