05 Fakultät Informatik, Elektrotechnik und Informationstechnik
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Item Open Access a-Si:H/c-Si heterojunction front- and back contacts for silicon solar cells with p-type base(2010) Rostan, Philipp Johannes; Werner, Jürgen H. (Prof. Dr. rer. nat. habil.)This thesis reports on low temperature amorphous silicon back and front contacts for high-efficiency crystalline silicon solar cells with a p-type base. The back contact uses a sequence of intrinsic amorphous (i-a-Si:H) and boron doped microcrystalline (p-μc-Si:H) silicon layers fabricated by Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) and a magnetron sputtered ZnO:Al layer. The back contact is finished by evaporating Al onto the ZnO:Al and altogether prepared at a maximum temperature of 220 °C. Analysis of the electronic transport of mobile charge carriers at the back contact shows that the two high-efficiency requirements low back contact series resistance and high quality c-Si surface passivation are in strong contradiction to each other, thus difficult to achieve at the same time. The preparation of resistance- and effective lifetime samples allows one to investigate both requirements independently. Analysis of the majority charge carrier transport on complete Al/ZnO:Al/a-Si:H/c-Si back contact structures derives the resistive properties. Measurements of the effective minority carrier lifetime on a-Si:H coated wafers determines the back contact surface passivation quality. Both high-efficiency solar cell requirements together are analyzed in complete photovoltaic devices where the back contact series resistance mainly affects the fill factor and the back contact passivation quality mainly affects the open circuit voltage. The best cell equipped with a diffused emitter with random texture and a full-area a-Si:H/c-Si back contact has an independently confirmed efficiency η = 21.0 % with an open circuit voltage Voc = 681 mV and a fill factor FF = 78.7 % on an area of 1 cm². An alternative concept that uses a simplified a-Si:H layer sequence combined with Al-point contacts yields a confirmed efficiency η = 19.3 % with an open circuit voltage Voc = 655 mV and a fill factor FF = 79.5 % on an area of 2 cm². Analysis of the internal quantum efficiency shows that both types of back contacts lead to effective diffusion lengths in excess of 600 μm. An extended fill factor analysis shows that fill factor limitations for the full-area a-Si:H/c-Si contacts result from non-ideal diode behavior, ascribed to the injection dependence of the heterojunction interface recombination velocity. Analysis of the external quantum efficiency under back side illumination with different bias light intensities delivers the effective surface recombination Seff(Φ) in dependance of the illumination intensity Φ. The front contact (emitter) uses a sequence of intrinsic and phosphorous doped amorphous silicon layers together with a ZnO:Al or a SnO2:In layer and an Al front contact grid. The emitter is prepared at a maximum temperature of 220 °C. Measurements of the minority carrier lifetime on symmetric i/n-a-Si:H coated wafers judge the emitter passivation quality. The best solar cells that use a thermal oxide back side passivation with Al-point contacts and flat a-Si:H emitters have open circuit voltages up to 683 mV and efficiencies up to 17.4 %. The efficiency of such devices is limited by a low short circuit current due to the flat front side. Using the same back contact structure with random pyramid textured wafer front sides and a-Si:H emitters yields open circuit voltages up to 660 mV and efficiencies up to 18.5 %, sofar limited by a relatively low fill factor FF ≤ 74.3 %. Analysis of the external quantum efficiency underlines the excellent surface passivation properties of the amorphous emitter. Combining both, amorphous front- and back contacts yields p-type heterojunction solar cells completely fabricated at temperatures below 220 °C. The best devices reach an open circuit voltage Voc = 678 mV and an efficiency η = 18.1 % with random textured wafers, limited by low fill factors FF ∼ 75 %. Besides the cell fabrication and characterization, this thesis reveals that the inherent a-Si:H/c-Si band offset distribution with a low conduction band offset and a large valence band offset is disadvantageous for p-c-Si heterojuntion solar cells if compared to their n-c-Si counterparts. A calculation of the saturation current densities of the cell's emitter, bulk and back contact demonstrates that the n-a-Si:H/p-c-Si emitter suffers from a low built-in potential. Modelling of the back contact based on the charge carrier transport equations shows that the insertion of an i-a-Si:H layer with a thickness d ≥ 3 nm (that is mandatory for a high surface passivation quality) leads to a series resistance that is critical for usage in a solar cell. The model mainly ascribes the high back contact resistance to the large valence band offset at the heterojunction.Item Open Access Mining software repositories for coupled changes(2017) Ramadani, Jasmin; Wagner, Stefan (Prof. Dr.)Software-Repositories enthalten Informationen über den Entwicklungsverlauf eines Softwaresystems, die von den Entwicklern bei Wartungsarbeiten genutzt werden können. Dazu gehören Daten im Versionsverwaltungssystem, im Issue-Tracking-System und in den Dokumentationsarchiven. Eine der meistverwendeten Techniken zur Analyse von Software-Repositories ist Data Mining, wobei die Frequent-Itemsets-Analyse häufig verwendet wird, um Gruppen von Dateien zu definieren, die in der Vergangenheit häufig zusammen geändert wurden. Diese Dateigruppen definieren wir als gekoppelte Dateien oder Coupled Files. Die meisten Studien über gekoppelte Dateiänderungen in Software-Repositories beziehen Git Versioning-Systeme nicht mit ein. Auch wird darin das Feedback der Entwickler bezüglich der Nützlichkeit der gekoppelten Dateiänderungen und deren Einfluss auf die Wartungsaufgaben nicht berücksichtigt. Das Hauptziel der vorliegenden Untersuchung besteht darin, Entwickler bei ihren Wartungsaufgaben zu unterstützen, und zwar in Form von Vorschlägen für mögliche Dateiänderungen, die auf früheren Änderungen im Git-Versionsverlauf der Software basieren. Wir untersuchten die Extraktion gekoppelter Dateiänderungen durch Data Mining mit Git und analysierten die Rückmeldung von Entwicklern bezüglich der Interessantheit und Nützlichkeit der Vorschläge für gekoppelte Dateiänderungen sowie deren Einfluss auf die Wartungsarbeiten. Anhand einer Fallstudie in der Industrie extrahierten wir gekoppelte Dateiänderungen aus drei Git-Repositories. Basierend auf der in dieser Fallstudie untersuchten Interessantheit und den Erkenntnissen aus einer Reihe empirischer Studien zu Wartungsarbeiten stellten wir eine Theorie auf über die Verwendung von Vorschlägen für gekoppelte Dateiänderungen bei Wartungsarbeiten. Diese Theorie wurde in folgenden Studien getestet: (1) Wir führten ein kontrolliertes Experiment durch, in dem wir Heuristiken zum Gruppieren verwandter Änderungssätze in Git untersuchten, aus denen wir relevante gekoppelte Dateiänderungen extrahierten. (2) In einem Quasi-Experiment untersuchten wir die Nützlichkeit gekoppelter Dateiänderungsvorschläge und deren Auswirkung auf die Korrektheit der Lösung sowie den Zeitaufwand für die Bearbeitung der Wartungsaufgaben. (3) In einer Explorationsstudie untersuchten wir, wie gekoppelte Dateiänderungsvorschläge die Strategie der Entwickler beeinflussen, mit der sie Wartungsarbeiten Hilfe suchen. In einer Explorationsstudie erweiterten wir das Konzept gekoppelter Dateiänderungen auf Paketebene und ermittelten verschiedene Stufen von Entwickler-Kompetenz anhand der von den Entwicklern bearbeiteten Systempakete. Wir entwickelten ein Werkzeug auf Eclipse-Basis, das gekoppelte Dateiänderungsvorschläge extrahiert, visualisiert und Entwicklern bei Wartungsaufgaben zur Verfügung stellt. Wir haben Heuristiken definiert um verwandte Änderungen in Git zu gruppieren. Mit der Frequent-Itemsets-Analyse gelang uns die Extraktion relativer häufiger gekoppelter Dateiänderungen aus Git. Die an der Fallstudie zur Interessantheit gekoppelter Dateien beteiligten Entwickler zeigten sich interessiert an dieser Art von Hilfe während der Wartungsarbeiten. Das Experiment zur Nützlichkeit von gekoppelten Dateiänderungsvorschlägen ergab, dass die Entwickler, die die Vorschläge nutzten, ihre Aufgaben erfolgreicher bewältigten als diejenigen, die es nicht taten. Die Ergebnisse der Explorationsstudie zur Inanspruchnahme von Hilfe bei Wartungsaufgaben zeigen, dass gekoppelte Dateiänderungsvorschläge auch den Bedarf an für die Wartungsaufgaben relevanten externen Informationsquellen reduzieren und so den Wartungsprozess kompakter machen. Zudem wurde das Konzept der gekoppelten Dateiänderungen erfolgreich eingesetzt, um Kompetenzprofile mit unterschiedlichen Spezialisierungen zu erstellen, die auf den Änderungen in den gekoppelten Systempaketen basieren. Die Rückmeldungen der Entwickler zu dem Verfahren der gekoppelten Dateiänderungsvorschläge wurden als positiv identifiziert. Unsere Theorie über den Einsatz gekoppelter Dateiänderungsvorschläge bei Wartungsaufgaben wurde erfolgreich getestet. Mit den vorgeschlagenen Heuristiken ermittelten wir, dass die Gruppierung der Änderungssätze in Git ihre Relevanz beeinflusst. Die Rückmeldungen der Entwickler zeigten, dass das Format und der Kontext gekoppelter Dateiänderungsvorschläge sich auf deren Nützlichkeit auswirken. Die Ergebnisse zeigen auch, dass gekoppelte Dateiänderungsvorschläge die Bearbeitung der Wartungsaufgaben und die Strategien zum Suchen nach Hilfe positiv beeinflussen. Die weitere Analyse von Kopplungen zwischen Teilen des Quellcodes anhand großer Datensätze ermöglicht es, die Auswirkungen gekoppelter Dateiänderungen auf die Wartung und die Qualität von Software besser zu verstehen.Item Open Access Modulationsdotierte Germanium-MOSFETs für den Spin-Transport in zweidimensionalen Lochgasen(2023) Weißhaupt, David; Schulze, Jörg (Prof. Dr. habil.)Die Halbleiter-Spintronik beschäftigt sich mit der Entwicklung neuer Bauelementkonzepte, die den intrinsischen Spin-Freiheitsgrad des Elektrons ausnutzen. Dabei werden spin-basierte Logik-Bauelemente aufgrund des geringen Energiebedarfs zum Umschalten der Spin-Orientierung als aussichtsreiche Kandidaten für zukünftige Transistor-Anwendungen diskutiert. Anzuführen sind hierfür beispielsweise der Spin-Feldeffekttransistor (FET) nach Datta und Das sowie der Spin-Metall-Oxid-Halbleiter-FET von Sugahara und Tanaka. Für diese Bauteilkonzepte müssen jedoch vier grundlegende Komponenten beherrscht werden: Die Spin-Information muss in den Halbleiter eingebracht (Spin-Injektion), transportiert sowie evtl. manipuliert (Spin-Transport & Spin-Manipulation) und final wiederum detektiert (Spin-Detektion) werden. Für die Integration dieser Bauelemente in die bestehende komplementäre Metall-Oxid-Halbleiter-Technologie ist eine elektrische Spin-Injektion bzw. Spin-Detektion notwendig. Die Realisierung von halbleiterbasierten spintronischen Bauelementen erfordert allerdings ein Materialsystem, das gute Spin-Transporteigenschaften sowie eine starke Spin-Bahn-Wechselwirkung für eine potenzielle Spin-Manipulation aufweist. Als vielversprechendes System hat sich hier das zwei-dimensionale Lochgas (engl. „two-dimensional hole gas“, 2DHG), welches in einer Si1-xGex/Ge/Si1-xGex Heterostruktur gebildet wird, erwiesen. Trotz der guten Eignung dieses Systems konnte bisher noch keine elektrische Spin-Injektion demonstriert werden, hauptsächlich wegen der Schwierigkeit, zuverlässige ferromagnetische Kontakte mit dem vergrabenen 2DHG herzustellen. Diese Arbeit befasst sich nun mit der elektrischen Spin-Injektion und Spin-Detektion in ein hochbewegliches (µ = (3,02 ± 0,01) ⋅ 10^4 cm^2/Vs) Ge 2DHG. Die für das Ge 2DHG zugehörige Si1-xGex/Ge/Si1-xGex Heterostruktur wurde dabei mittels Molekularstrahlepitaxie epitaktisch auf einem Si-Substrat gezüchtet. Um dieses Ziel zu erreichen, werden verschiedene Untersuchungsschwerpunkte adressiert. Zunächst werden zur Optimierung der Spin-Transporteigenschaften unterschiedliche Designs der Si1-xGex/Ge/Si1-xGex Heterostruktur auf der (100) Kristallorientierung untersucht. Dazu wurden anhand von Hall-Strukturen Tieftemperaturmagnetwiderstandsmessungen durchgeführt. Hierbei werden Shubnikov-de Haas Oszillationen beobachtet, aus denen die Ladungsträgerdichte, effektive Masse und Quantenstreuzeit des Ge 2DHGs extrahiert werden. Das daraus resultierende optimierte Design mit einer Modulationsdotierung von N_A = 5 ⋅ 10^17 cm^-3 und einer Ge-Quantentopf (engl. „quantum well“, QW) Dicke von d = 15 nm wird dann auf die (111) Kristallorientierung übertragen. Für die elektrische Spin-Injektion und Spin-Detektion werden als ferromagnetischen Kontakt dünne Mn5Ge3-Schichten, die mittels Interdiffusion direkt in den Ge-QW wachsen, benutzt. Dazu wird vor der Bildung der Kontakte die gesamte Si1-xGex-Deckschicht oberhalb des Ge-QWs mithilfe eines Trocken-Ätzprozesses entfernt. Zur Untersuchung der magnetischen Eigenschaften werden die so hergestellten Mn5Ge3-Mikromagnete mit einem supraleitenden Quanteninterferenzmagnetometer analysiert. Dabei konnte nur für die (111) Kristallorientierung die ferromagnetische Natur der gewachsenen Mn5Ge3-Schicht nachgewiesen werden. Durch die Variation der Formanisotropie ergeben sich unterschiedliche Koerzitivfeldstärken. Der Nachweis der elektrischen Spin-Injektion erfolgt schließlich anhand von Magnetwiderstandsmessungen an lateralen Mn5Ge3/Ge 2DHG/Mn5Ge3 Spin-Ventil Bauelementen. Dazu werden die zuvor untersuchten ferromagnetischen Mn5Ge3-Kontakte in einem Abstand von ca. l ≈ 135 nm im vergrabenen Ge-QW platziert. Die Experimente zeigen einen Riesenmagnetowiderstand (engl. „giant magneto resistance“, GMR) als Nachweis einer erfolgreichen elektrischen Spin-Injektion. Neben der elektrischen Spin-Injektion beinhaltet das auch den Spin-Transport im Ge 2DHG sowie die finale Spin-Detektion am zweiten ferromagnetischen Mn5Ge3-Kontakt. In Übereinstimmung zu den Spin-Transportuntersuchungen zeigt das GMR-Signal eine starke Abhängigkeit von der Temperatur und konnte bis zu einer maximalen Temperatur von T = 13 K beobachtet werden. Neben der elektrischen Spin-Injektion und Spin-Detektion wird für die Realisierung von Spin-Transistoren eine funktionierende Gate-Technologie vorausgesetzt. Um diese zu demonstrieren, werden zunächst auf Basis des Ge 2DHGs klassische modulationsdotierte Feldeffekttransistoren (MODFET) hergestellt und elektrisch charakterisiert. Mit einem An-Aus-Verhältnis von I_ON/I_OFF = 3,2⋅10^6 bei einer Steilheit von SS = 64 mV⁄dec könnte der Ge 2DHG MODFET unabhängig von der Halbleiter-Spintronik auch für zukünftige Tieftemperaturanwendungen interessant sein. Der Spin-FET nach Datta und Das würde dann durch das Tauschen der Source-Drain-Kontakte in ferromagnetische Mn5Ge3-Kontakte entstehen. Technologisch bedingt sind im Rahmen dieser Arbeit allerdings nur Transistoren mit einer minimalen Gate-Länge von L = 1 µm herstellbar. Da der Spin im Ge 2DHG über diese Länge nicht transportiert werden kann, ist die Realisierung eines Spin-Transistors technologiebedingt nicht möglich.Item Open Access Deep learning based prediction and visual analytics for temporal environmental data(2022) Harbola, Shubhi; Coors, Volker (Prof. Dr.)The objective of this thesis is to focus on developing Machine Learning methods and their visualisation for environmental data. The presented approaches primarily focus on devising an accurate Machine Learning framework that supports the user in understanding and comparing the model accuracy in relation to essential aspects of the respective parameter selection, trends, time frame, and correlating together with considered meteorological and pollution parameters. Later, this thesis develops approaches for the interactive visualisation of environmental data that are wrapped over the time series prediction as an application. Moreover, these approaches provide an interactive application that supports: 1. a Visual Analytics platform to interact with the sensors data and enhance the representation of the environmental data visually by identifying patterns that mostly go unnoticed in large temporal datasets, 2. a seasonality deduction platform presenting analyses of the results that clearly demonstrate the relationship between these parameters in a combined temporal activities frame, and 3. air quality analyses that successfully discovers spatio-temporal relationships among complex air quality data interactively in different time frames by harnessing the user’s knowledge of factors influencing the past, present, and future behaviour with Machine Learning models' aid. Some of the above pieces of work contribute to the field of Explainable Artificial Intelligence which is an area concerned with the development of methods that help understand, explain and interpret Machine Learning algorithms. In summary, this thesis describes Machine Learning prediction algorithms together with several visualisation approaches for visually analysing the temporal relationships among complex environmental data in different time frames interactively in a robust web platform. The developed interactive visualisation system for environmental data assimilates visual prediction, sensors’ spatial locations, measurements of the parameters, detailed patterns analyses, and change in conditions over time. This provides a new combined approach to the existing visual analytics research. The algorithms developed in this thesis can be used to infer spatio-temporal environmental data, enabling the interactive exploration processes, thus helping manage the cities smartly.Item Open Access Un-coordinated multi-user and inter-cell interference alignment based on partial and outdated information for large cellular networks(2016) Aziz, Danish; Speidel, Joachim (Prof. Dr.-Ing.)The cellular networks have gone through rapid evolution during the past decade. However, their performance is still limited due to the problem of interference. Therefore, interference management in current and future cellular networks is still an ongoing research topic. Interference Alignment is one of the techniques to manage the interference efficiently by using "align" and "suppression" strategy. In the first part of this thesis we focus on Coordinated inter cell interference alignment in a large cellular network. We assess the performance of interference alignment based transmit precoding under specific receiver strategies and coordination scenarios by comparing with different state of the art precoding schemes. We continue our assessment by considering imperfect channel state information at the transmitter. The results show that the gains of coordinated alignment based transmission are very sensitive to the receiver strategies and imperfections as compared to the other precoding schemes. However, in case of the availability of good channel conditions with very slow moving users, coordinated interference alignment outperforms the other baselines even with imperfect channel state information. In addition to that, we propose efficient user selection methods to enhance the performance of coordinated alignment. The results of our assessment draws important conclusions about the application of coordinated interference alignment in practical systems. In the second part of the thesis we consider a cellular system where each cell is serving multiple users simultaneously using the same radio resource. In this scenario, we have to manage not only the inter cell interference but also the multi user interference. For this purpose, we propose a novel Uncoordinated transmit precoding scheme for multi user cellular networks which is based on the alignment of multi user interference with partial and outdated inter cell interference. We show analytically that our scheme approaches the performance optimal transmission scheme. With the help of simulations we show that our proposal outperforms the state of the art non-alignment based multi user transmit precoding schemes We further propose user selection methods which exploit the diversity gains and improve the system spectral efficiency. In order to assess the feasibility of our proposal in a real system, we evaluate our scheme with practical constraints like imperfect information at the transmitter and limited feedback in uplink channel. For the proof of concept we also evaluate the performance of our scheme with measured channels using a software defined measurement platform. Finally, we also assess the application of our proposal in future heterogeneous networks. The outcome of our efforts states that as an interference alignment based transmission scheme, our scheme is a good candidate to manage the two dimensional interference in multi user cellular networks. It outperforms the non-alignment baselines in many scenarios even with practical constraints.Item Open Access Laser doping for silicon solar cells : modeling and application(2024) Hassan, Mohamed; Werner, Jürgen H. (Prof. Dr. rer. nat. habil.)In meiner Dissertation geht es um die Simulation des Laserdotierungsprozess der Oberfläche des Siliziumwafers um hoch effizienten Solarzellen herzustellen. Die Simulation ermöglicht die genaue Vorhersage der Dimensionen eines dotierten Bereiches. Das hat ermöglicht, nicht nur die Abhängigkeit des ergebenden Schichtleitwerts von der benutzten Rastergeschwindigkeit des Laserstrahls auf die Siliziumoberfläche zu verstehen, sondern auch der Schichtleitwert einer laserdotierten Schicht basierend auf ein einfaches geometrisches Modell vorherzusagen.Item Open Access Effiziente Leistungsverstärkerarchitekturen für Mobilfunkbasisstationen(2009) Dettmann, Ingo; Berroth, Manfred (Prof. Dr.-Ing.)Heutige Kommunikationsstandards erfordern Modulationsverfahren, welche die Information sowohl in der Phase als auch in der Amplitude des Trägers modulieren. Die daraus resultierenden Signale weisen hohe Amplitudenschwankungen auf. Die dafür notwendigen linearen Leistungsverstärker zeigen jedoch geringe Effizienzen. In der vorliegenden Arbeit werden zunächst die Anforderungen an Leistungsverstärker diskutiert und der Einfluss der Modulations- und Zugriffsverfahren untersucht. Anschließend werden die Anforderungen an den Transistor definiert und die Anforderungen an die Technologie formuliert. Es folgt eine Untersuchung der Betriebsarten von Verstärkern, welche die Grundlage für effizienzsteigernde Verstärkerarchitekturen bilden. Lineare Verstärker wie Klasse-A-, -AB- und -B-Verstärker zeigen eine hohe Linearität, die Effizienz fällt aber unterhalb der maximalen Ausgangsleistung schnell ab. Schaltverstärker wie Klasse-D- und -E-Verstärker sind zwar sehr effizient, können aber keine amplitudenmodulierten Signale verstärken. Es werden vier Methoden diskutiert, um die Effizienz unterhalb der maximalen Ausgangsleistung zu erhöhen: Der Doherty-Verstärker, der Chireix-Verstärker, die Versorgungsspannungsmodulation und der Bandpass-Klasse-S-Verstärker. Der Doherty-Verstärker bietet eine einfache Möglichkeit, die Effizienz auch unterhalb der maximalen Ausgangsleistung zu erhöhen. Das Prinzip beruht auf der Variation der Lastimpedanzen. Zwei Verstärker - ein Hauptverstärker und ein Spitzenverstärker - treiben dabei den gleichen Lastwiderstand. Der Spitzenverstärker wird nur bei hohen Ausgangsleistungen eingeschaltet und verändert das Kompressionsverhalten des Hauptverstärkers. Beim entworfenen Doherty-Verstärker erhöht sich die Effizienz 7 dB unterhalb der maximalen Ausgangsleistung von 15 % auf etwas über 27 %. Die maximale Ausgangsleistung reduziert sich allerdings von 85 W auf 56 W. Durch eine adaptive Arbeitspunktregelung des Spitzenverstärkers kann die Ausgangsleistung wieder auf 85 W erhöht werden. Die Effizienz steigt dabei nochmals um 5 % auf 32 %. Der Chireix-Verstärker basiert auf dem Prinzip der linearen Verstärkung durch nichtlineare Komponenten. Das zu verstärkende amplituden- und phasenmodulierte Signal wird durch einen Phasenmodulator in zwei gegenphasige Signale mit konstanter Amplitude aufgeteilt. Diese beiden Signale werden über hocheffiziente Verstärker verstärkt. Das ursprüngliche Signal wird durch Summation der beiden Signale wieder demoduliert. Eine Effizienzsteigerung erfolgt unter Verwendung von nichtisolierenden Summierern. Die Effizienzsteigerung beruht dabei auf der Variation der Lastgeraden. Der aufgebaute Chireix-Verstärker basiert auf dem GaAs-Transistor MRFG35010 von Freescale. Die Einzelverstärker werden im Klasse-B-Betrieb betrieben und haben eine maximale Ausgangsleistung von 5 W bei einer Frequenz von 2 GHz. Die Gesamtleistung ergibt sich damit zu 10 W. Die Effizienz beträgt maximal 52 %. Die Effizienz beim Chireix-Verstärker erhöht sich 7 dB unter der maximalen Ausgangsleistung von 25 % auf 32 % und bei 5 dB unter der maximalen Ausgangsleistung von 33 % auf 44 %. Die Versorgungsspannungsmodulation variiert die Drain- bzw. Kollektorspannung eines Verstärkers in Abhängigkeit der Aussteuerung des Transistors. Es ist das einzige untersuchte Verstärkerkonzept, welches mit allen Verstärkerklassen funktioniert. Es ist auch das einzige Konzept, welches die Bandbreite des HF-Verstärkers nicht einschränkt, solange der erforderliche Spannungsmodulator der Einhüllenden des HF-Signals folgen kann. Die Effizienz berechnet sich aus der Verkettung der Effizienzen des HF-Verstärkers und des Spannungsmodulators. Ein Verstärker auf Basis des GaAs-Transistors MRFG350101 wurde aufgebaut, dessen Versorgungsspannung über einen Klasse-AD-Verstärker geregelt wird. Die maximale Ausgangsleistung des Verstärkers beträgt 6.3 W bei einer Effizienz von 67 %. Die Versorgungsspannung wird im Bereich von 6 V - 12 V geregelt. Die Effizienz 7 dB unter der maximalen Ausgangsleistung steigt dabei von 30 % auf 44 %. Die Bandbreite des Modulators ist dabei größer als 3 MHz. Bandpass-Klasse-S-Verstärker verwenden Schaltverstärker, um ein analoges Signal hocheffizient zu verstärken. Das analoge Eingangssignal wird über einen Modulator in eine binäre Pulsfolge gewandelt, welche über einen Schaltverstärker effizient verstärkt wird. Anschließend wird das verstärkte Signal wieder demoduliert. Bandpass-Delta-Sigma-Modulatoren (BPDSM) stellen ein vielversprechendes Modulationsverfahren dar. Als Schaltverstärker können sowohl Klasse-D- Verstärker verwendet werden. Erstmals werden in dieser Arbeit analytische Untersuchungen zur Effizienz von sowohl nichtinvertierten als auch invertierten Klasse-D-Verstärkern bei Ansteuerung mit BPDSM-Signalen durchgeführt. Dies erlaubt eine Abschätzung der Effizienz von Bandpass-Klasse-S-Verstärkern unter Verwendung von Klasse-D-Verstärkern.Item Open Access Agentenbasierte Konsistenzprüfung heterogener Modelle in der Automatisierungstechnik(2015) Rauscher, Michael; Göhner, Peter (Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c.)Automatisierte bzw. mechatronische Systeme sind aus der heutigen Welt nicht mehr wegzudenken. Sowohl ein Großteil der technischen Produkte als auch die industrielle Produktion enthalten Elemente der Mechatronik. Sie ist eine Disziplin, die die klassischen Disziplinen des Maschinenbaus, der Elektrotechnik und der Informationstechnik in sich vereint. Um die gewinnbringende Zusammenarbeit dieser sehr unterschiedlichen Disziplinen zu gewährleisten, muss verschiedenen Herausforderungen begegnet werden. Die durch die verschiedenen Disziplinen bedingte Verwendung heterogener Modelle ist dabei eine große Fehlerquelle beim Entwurf mechatronischer Systeme. Inkonsistenzen zwischen den einzelnen Modellen, die erst spät im Entwurfsprozess aufgedeckt werden, erfordern großen Aufwand zur Behebung und gefährden die Qualität der entwickelten Produkte. Auf Grund der Heterogenität der Modelle, ist eine automatisierte Prüfung der Modelle auf Inkonsistenzen nicht möglich. Die manuelle Abstimmung zwischen den Disziplinen und Modellen kosten die Entwickler jedoch viel Zeit im Entwicklungsprozess und sie können sich nicht vollständig auf ihre eigentliche, kreative und gewinnbringende Arbeit konzentrieren. Deshalb ist die Unterstützung der Entwickler bei der Prüfung der Modelle notwendig, um die Entwicklungskosten zu reduzieren und die Produktqualität zu steigern. In der vorliegenden Arbeit wird ein Konzept zur automatisierten Konsistenzprüfung für heterogene Modelle vorgestellt, das in der Lage ist, Inkonsistenzen aufzudecken und den Entwicklern alle zu deren Auflösung verfügbaren Informationen bereitzustellen. Das Konzept basiert darauf, die heterogenen Modelle und deren Inhalt auf eine globale, modellübergreifende Ebene zu abstrahieren und dort zu interpretieren und zu prüfen. Dies wird erreicht, indem jedes Modell, genauer jeder Modelltyp, eine (lokale) Beschreibung erhält, in der die Struktur und die Bedeutung der Syntax des Modelltyps enthalten sind. Das zur Prüfung erforderliche Wissen in Form von Fakten, Zusammenhängen und daraus abgeleiteten Regeln ist allgemeingültig verfasst und befindet sich auf der globalen Ebene. Benutzerspezifisch können zu prüfende Regeln ergänzt werden. Die lokalen und die globale Wissensbasen werden in Form von Ontologien realisiert. Die Prüfung selbst wird mit Hilfe eines Softwareagentensystems durchgeführt. Die Grundidee der agentenorientierten Konsistenzprüfung ist es, jedes beteiligte Modell mit einem Modellagenten zu repräsentieren, der als Schnittstelle zwischen lokaler und globaler Ebene fungiert. Ein Ontologieagent leitet die Regeln aus der globalen Wissensbasis ab. Regelagenten führen die Prüfung der Modelle auf die Einhaltung der Regeln aus. Ein Koordinierungsagent stößt die Prüfung an, koordiniert diese und verwaltet die Ergebnisse. Dem Entwickler werden diese Ergebnisse am Ende einer Prüfung präsentiert und alle Informationen, die zu einem positiven oder negativen Ergebnis geführt haben, bereitgestellt. Er kann die aufgedeckten Inkonsistenzen anschließend gezielt beheben und wird so bei seiner Tätigkeit unterstützt. Gleichzeitig wird die Qualität der mechatronischen Systeme gesteigert, indem die möglichen Fehlerquellen reduziert werden.Item Open Access Investigations of the error resilient rate distortion optimization for H.264 video transport over packet lossy channels(2010) Zeng, Hao; Speidel, Joachim (Prof. Dr.-Ing.)This dissertation first presents a rigorous analysis of the rate-distortion optimization (RDO) framework in H.264 and other similar video coding standards. The analysis is based on the rate-distortion theory and provides a deep theoretical insight into the RDO practice. In the analysis, the crucial assumptions and models on which the RDO is based, are formulated and discussed. Then the validity of deploying the RDO in error resilient video encoding is analyzed. Finally, the dissertation proposes and investigates two modification schemes to the error resilient RDO (ER-RDO) framework in the H.264 reference codec. The schemes are inspired by the aforementioned analyses and seek to find better complexity-performance balance points. The simulation results suggest that the performance of the existing H.264 ER-RDO framework has already been highly optimized. On the other side, algorithm complexity reduction is still possible using one of the proposed schemes.Item Open Access Direction of arrival estimation using a multiple-input-multiple-output radar with applications to automobiles(2017) Rambach, Kilian; Yang, Bin (Prof. Dr.-Ing.)The thesis at hand investigates the direction of arrival (DOA) estimation using a Multiple-Input-Multiple-Output (MIMO) radar system. The application of MIMO radars in automobiles is studied. A MIMO radar consists of several transmitting (Tx) and receiving (Rx) antennas. We focus on a time division multiplexed (TDM) MIMO radar with colocated Tx and Rx antennas. The motivation is the use of a radar as a security system in automotive applications, e.g. to identify a dangerous situation and react automatically. Security systems must be very reliable. Hence, besides a good estimation of the distance and velocity, a high performance in DOA estimation is necessary. This is a demanding task, since only a small number of antennas is used and the radar is limited to a small geometrical size. Compared to the corresponding Single-Input-Multiple-Output (SIMO) radar, a MIMO radar with colocated antennas can achieve a higher accuracy in DOA estimation due to its larger virtual aperture. Therefore it is a promising technique for the use in automobiles. The obtained results of this thesis enable us to find optimal TDM schemes which yield a very high DOA accuracy for targets which are stationary as well as for targets which are moving relative to the radar system. The results are not confined to MIMO radars in automobiles, but can be used in other applications as well.