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F. Pasic:
"Emulation Techniques for High Speed Train Measurements in 6G Mobile Communications";
Supervisor: M. Rupp, S. Pratschner; Institute of Telecommunications, 2021; final examination: 07-12-2021.

High-speed train (HST) scenarios are expected to be typical scenarios for sixth-generation (6G) wireless communication systems. Due to the high cost, complexity, and time consumption of high-speed measurement campaigns, this particular environment poses challenges for performance measurements. Furthermore, it is not possible to perform repeatable measurements in a controlled high-speed environment in most cases. Using proposed methods of time-stretching the transmit signals, fortunately, such experiments can be emulated at lower velocities by inducing effects caused by highly time-varying channels. Therefore, the cost and complexity of high-speed measurement campaigns are considerably decreased. Foremost, this thesis considers the problem of unequal channel estimation quality between proposed time-stretching methods. This is an auxiliary unwanted side effect of proposed time-stretching methods. To ensure a fair comparison between resampling- and insertion-based time-stretching methods, I adapt the pilot-based channel estimation scheme within the time-stretching method. Besides the unequal channel estimation quality, I consider the problem of significantly increased Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) in time-stretching methods. To solve this problem, I apply strategies to reduce the PAPR. Thereby, time-stretching methods can be used more efficiently in practical communication systems. In addition, this thesis investigates the applicability of the proposed time-stretching methods for 6G candidate waveforms. Evaluation is performed by simulations in high-speed environment scenarios. More specifically, I compare the performance of proposed methods by employing waveform candidates proposed for 6G wireless communication systems, such as Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), Filter Bank Multi-carrier (FBMC), and Universal Filtered Multi-carrier (UFMC).

Kommunikationsszenarien mit Hochgeschwindigkeitszügen sind ein typischer Bestandteil drahtloser Kommunikation der 6ten Generation. Aufgrund der hohen Kosten, Komplexität und des Zeitaufwands von Messkampangnen bei hoher Geschwindigkeit stellt diese spezielle Umgebung Performance Messungen vor große Herausforderungen. Darüber hinaus ist es in den meisten Fällen nicht möglich, wiederholbare Messungen in einer kontrollierten Hochgeschwindigkeitsumgebung durchzuführen. Glücklicherweise können solche Experimente unter Anwendung von Time-Stretching-Methoden der Sendesignale bei niedrigeren Geschwindigkeiten emuliert werden. Damit werden Effekte, die durch stark zeitselektive Kanäle verursacht werden, induziert. Daher werden die Kosten und die Komplexität von Messkampangnen bei hoher Geschwindigkeit erheblich verringert. Erstens betrachtet diese Arbeit das Problem der ungleichen Kanalschätzungsqualität zwischen den vorgeschlagenen Time-Stretching-Methoden. Dies ist ein unerwünschter Nebeneffekt der vorgeschlagenen Zeitdehnungsverfahren. Um einen fairen Vergleich zwischen Time-Stretching-Verfahren zu gewährleisten, passe ich das pilotbasierte Kanalschätzungsschema innerhalb des Time-Stretching-Verfahrens an. Neben der ungleichen Kanalschätzungsqualität betrachte ich das Problem des deutlich erhöhten Peak-to-Average Power Ratio (PAPR) bei Time-Stretching-Verfahren. Um dieses Problem zu lösen, wende ich bekannte Strategien aus der Literatur zur Reduzierung des PAPR an. Dadurch können Time-Stretching-Verfahren in praktischen Kommunikationssystemen effizienter verwendet werden. Außerdem untersucht diese Arbeit die Anwendbarkeit der vorgeschlagenen Time-Stretching-Methoden für 6G-Mehrträgermodulation Formate. Die Auswertung erfolgt durch Simulationen in Hochgeschwindigkeitsumgebungsszenarien. Genauer gesagt vergleiche ich Modulationsverfahren durch Verwendung von Wellenformkandidaten, die für drahtlose 6G-Kommunikationssysteme vorgeschlagen wurden, wie z. B. Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM), Filter Bank Multi-Carrier (FBMC) und Universal Filtered Multi-Carrier (UFMC) im Bezug auf die Anwendung von Time-Stretching-Methoden.

5G; 6G; mmWave

http://dx.doi.org/10.34726/hss.2021.87803