Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich in interdisziplinärer Weise mit Fragestellungen und anhand von over-the-air Tests mit Lösungsansätzen zur Antennenmesstechnik und Funkkanalemulation sowie mit Testverfahren bei LTE-basierter Mobilkommunikation im Kontext vernetzter Automobile. Die Herausforderung besteht darin, dass der Speisepunkt der Antennen aufgrund des Einbauzustandes im Fahrzeug sowie der fortschreitenden Integration von Antennen und Empfängern nur schwer oder gar nicht zugänglich ist. Durch Nutzung modulierter Kommunikationssignale gelingt es, direkt und ohne komplexe Algorithmen dreidimensionale Gewinn- und Phaseninformation von Fahrzeugantennen im Einbauzustand aus einfachen Leistungsmessungen zu ermitteln. Kenntnis des Phasendiagramms der Antennen ist insbesondere bei der Übertragung mit mehreren Antennen essenziell und wird außerdem für die Bestimmung der Position von Antennen anhand ihres Phasenzentrums benötigt. Nach der Charakterisierung der Strahlungseigenschaften der Antennen werden diese als Teil einer Funkumgebung betrachtet und in der Funkkanalnachbildung berücksichtigt. Für die Bestimmung der Leistungsfähigkeit von Fahrzeugantennen durch die Emulation drahtloser Ausbreitungskanäle wurden im Rahmen dieser Arbeit mittels programmierbarer Funkmodule Alternativen zu etablierten Kanalemulatoren sowie die Zahl und Anordnung von Beleuchtungsantennen für die Nachbildung räumlicher Eigenschaften erforscht. Im Bereich realer und virtueller Fahrtests mit vernetzten Automobilen bestehen die Ergebnisse dieser Arbeit aus einem Messkonzept für virtuelle Fahrtests mit dem Ziel der Nachbildung relevanter Ausbreitungseffekte aus realen Fahrtests. Als relevantes Testszenario wurden die Grenzbereiche zwischen Mobilfunkzellen, bzw. die Nachbarbasisstation als größter Störeinfluss, identifiziert. Anhand gezielter Regelung von Nutz- und Störsignalpegeln im virtuellen Test kann das Verhalten des Testgeräts an den kritischen Stellen in Nähe der Zellränder mit Schwankungen < 5 % nachgebildet werden. Dieses Konzept ermöglicht einen einfachen Test, ohne notwendigerweise detaillierte Kenntnis des Funkkanals haben zu müssen, indem der Fokus auf der Nachbildung von für die Übertragung kritischen Szenarien anstelle der Nachbildung eines spezifischen Funkkanals liegt.
This thesis deals in an interdisciplinary manner with questions and, on the basis of over-the-air tests, with solution approaches for antenna measurement techniques and radio channel emulation as well as with test procedures for LTE-based mobile communication in the context of connected automobiles. The challenge is that the feed point of the antennas is difficult or impossible to access due to the installed state of the antenna in the vehicle and the progressive integration of antennas and receivers. By using modulated communication signals, it is possible to determine three-dimensional gain and phase information of vehicular antennas in the installed state directly and without complex algorithms from simple power measurements. Knowledge of the phase diagram of the antennas is particularly essential for transmission and reception with multiple antennas and is also required for determining the position of antennas based on their phase center. After characterizing the radiation properties of the antennas, they are considered as part of a radio environment and taken into account in the radio channel emulation. In order to determine the performance of vehicular antennas by emulating wireless propagation channels, alternatives to established channel emulators as well as the number and arrangement of illumination antennas for simulating spatial characteristics were investigated as part of this work using programmable radio modules. In the area of real and virtual driving tests with connected cars, the results of this work consist of a measurement concept for virtual drive tests with the aim of simulating relevant propagation effects from real driving tests. The edges between mobile radio cells, and the neighboring base stations as interferers were identified as the most relevant test scenario. The behavior of the test device at the critical points near the cell edges can be simulated with fluctuations < 5 % by means of targeted control of useful and interference signal levels in the virtual test. This concept enables a simple test without necessarily having detailed knowledge of the radio channel by focusing on simulating critical transmission scenarios instead of simulating a specific radio channel.
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