Research

Near Field MIMO

The electromagnetic field in the vicinity of antennas, the so-called near field, plays a major role in many application areas, like e.g., Near-Field Communications (NFC), keyless entry systems, and wireless charging. However, all different types of Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) communication methods, i.e., methods for systems with multiple antennas at the transmitter and/or receiver, are based on the far field assumption. This model inaccuracy leads to severe performance losses when applied to near field application areas like mentioned above.

The first goal of this project is to investigate existing MIMO techniques, like e.g., beamforming, precoding, spatial multiplexing and space-time coding, for their application to near field scenarios. Secondly, novel MIMO communication methods are derived based on the exact electric and magnetic field function. If there are no analytical solutions available, this design criterion requires iterative, i.e., computationally cumbersome solutions. Therefore, one major goal of this project is also to find computationally efficient near field MIMO methods.

Open Thesis Topics
  • Simulation und Untersuchung des elektromagnetischen Feldes in der Umgebung von Antennenarrays mit Hilfe von numerischen Verfahren (Nah- und Fernfeld, Abstrahlcharakteristik, Antennenkopplung, etc.)
  • Aufbau und Untersuchung eines Mehrantennensystems im Low-Frequency-Bereich

Wireless Sensor Networks

A modern topic in wireless communications is the Internet of Things (IoTs), like e.g., the network of sensors and other electronic equipment in a smart home. Another interesting application in this field of research is the so-called smart dust, i.e., a system of many tiny sensors which are wirelessly connected with each other in order to exchange and process measured data. The underlying wireless networks can have different topologies.

In this project, we consider a wireless meshed network of sensors which are measuring a physical field like, e.g., the temperature distribution in a room or the moisture distribution on an agricultural land. Thereby, data processing is done either centralized in a master node or distributed over the network, also denoted as in-network processing. The focus of research is on low-energy, low-cost, and reliable solutions. Low-energy realizations are especially important for applications where a long battery life is obligatory. These solutions are also supported via energy harvesting.

Open Thesis Topics
  • Aufbau und Untersuchung eines Sensornetzwerks zur Messung eines physikalischen Felds (z.B. Temperaturverteilung im Raum oder Feuchteverteilung auf einem landwirtschaftlichen Feld)
  • Entwicklung und Aufbau eines Low-Cost Low-Energy Software-Defined-Radios für IoT-Anwendungen

Further Research Areas

  • Massive MIMO Systems
  • Millimeter Wave Communications
  • Software Defined Radios
  • Digital Signal Processing
Open Thesis Topics
  • Aufbau und Untersuchung einer Kommunikationsstrecke mit HackRF-Software-Defined-Radios
  • Aufbau und Untersuchung eines Mehrantennensystems mit BladeRF-Software-Defined-Radios
  • Entwicklung und Untersuchung eines kosteneffizienten WSPR Transceivers zur Ermittlung der Ausbreitungsbedingungen auf der Erde
  • Realisierung eines Smartphones mit Raspberry Pi, Funkmodul und Touchscreen
  • Aufbau und Untersuchung eines digitalen Effektgeräts (z.B. Nachahmung eines analogen Verstärkers) mit DSP
  • Erstellen von Videos zu Versuchen der Module Elektrotechnik I und II (speziell für Absolventen der Ingenieurpädagogik)

Forschungs­projekt: SafeAERIAL - Sichere Alarmgebung elektro­medizinischer Geräte über Rettungs­hub­schrauber-Intercom-Anlagen

Förderprogramm
Medizintechnik vom Bayerischen Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie
Partner
Laufzeit
2 Jahre
Mitarbeiter
M.Eng. Janusz Wituski
Zusammenfassung

Dieses Projekt verbessert die Alarmgebung von Medizingeräten (z.B. Beatmungsgerät, Patienten-Monitoring-System, Perfusor) in Rettungshubschraubern.

Obwohl Medizingeräte sowohl mit akustischen und optischen Alarmfunktionen ausgestattet sind, ist es aufgrund des hohen Geräuschpegels im Rettungshubschrauber kaum möglich, Alarme ohne Zeitverzögerung zu detektieren und in Folge dessen, mit sofortiger Wirkung zu reagieren. Insbesondere pathophysiologische Entgleisungen oder Veränderungen der Vitalparameter des Patienten, aber auch Funktionsstörungen der Geräte, müssen hinsichtlich der Sicherstellung von Vitalfunktionen klar erkennbar sein und akustisch wiedergegeben werden können. Bislang existiert in Rettungshubschraubern kein Alarmmanagementsystem, das Alarme medizinischer Geräte im präklinischen Einsatz bündelt und an eine dritte Stelle (z.B. Intercom-Anlage) weiter gibt.

Ziel des Projekts ist es, ein Überwachungssystem zu entwickeln, bei welchem die von den Geräten aufgezeichneten und ausgegebenen Ereignisse als akustische Hinweise von einem zentralen Gerät, im Folgenden als Blackbox bezeichnet, über drahtlose Kommunikationsschnittstellen gesammelt und über die Intercom-Schnittstelle des Hubschraubers an die Headsets des medizinischen Rettungspersonals ausgegeben werden.

Die Umsetzung des Projekts umfasst folgende zwei Hauptthemen:

  1. Drahtloses Kommunikationssystem:
    Das erste Projektthema erörtert ein drahtloses Kommunikationssystem mit zuverlässigen Verbindungen zwischen Medizingeräten verschiedener Hersteller und der Blackbox, sowie der Blackbox mit der Intercom-Anlage des Hubschraubers.
    Einige Medizingeräte besitzen bereits drahtlose Schnittstellen, wie z.B. Bluetooth oder WLAN, mit untereinander abweichenden proprietären Protokollen, um externe Geräte (z.B. externer Monitor für die Telemedizin) anzubinden. Es wird im Projekt überprüft, ob sich die vorhandenen Kommunikationssysteme und Protokolle zur zuverlässigen Übertragung der Alarme eignen. Gegebenenfalls werden alternative Übertragungsverfahren und Protokolle entworfen und untersucht, die eine fehlerfreie und zuverlässige Verbindung garantieren.
  2. Alarmmanagementsystem:
    Das zweite Projektthema ist die Erforschung eines sicheren Alarmmanagementsystems, über das die Alarme der medizinischen Einzelgeräte eindeutig an das Intercom-System weitergegeben und vom Rettungspersonal erkannt und identifiziert werden können. Zur Untersuchung der unterschiedlichen Alarmweitergabeverfahren sollen auch psychologische Aspekte, v.a. in der rauen Umgebung des Rettungshubschraubers, berücksichtigt werden.

Supervised Doctoral, Bachelor und Master Theses

Doctoral Theses

[1]Emmanuel Ternon. Energy Savings in Dual Connectivity Heterogeneous Networks. PhD thesis, Universtät Bremen, December 2016. Supervised at DOCOMO Euro-Labs.
[2]Samer Bazzi. Linear Precoding and Analysis of Performance Criteria in MIMO Interference Channels. PhD thesis, Technische Universtät München, March 2016. Supervised at DOCOMO Euro-Labs.
[3]Marwa El Hefnawy. Spectral Efficiency and Spectral Shaping of Faster-than-Nyquist Signals. PhD thesis, Technische Universtät München, December 2015. Supervised at DOCOMO Euro-Labs.

Master Theses

[1]Theresa-Sophie Wagner. Entwicklung und Bewertung eines kostengünstigen bildverarbeitendenSystems zur Homogenitätsprüfung fotometrischer Größen im Umfeld der Ambientebeleuchtung im Automotive-Bereich. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, January 2018. External at Fritz Dräxlmaier GmbH & Co. KG, Vilsbiburg, Second Examiner, First Examiner: Prof. Dr. Christian Faber.
[2]Verena Nußbaumer. Entwicklung Entwicklung und Validierung einer Software für normkonforme Schallleistungsauswertungen und experimentelle Analyse der Schallleistungen von Radialgebläsen in unterschiedlichen Einbausituationen. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, October 2017. External at ebm-pabst Landshut GmbH, Landshut.
[3]Zbigniew Dziubek. Implementierung und Evaluierung adaptiver Entzerreralgorithmen auf einem Software Defined Radio. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, July 2017.
[4]Markus Paul Reininger. Konzeption und Integration eines neuen automobilen Nachrichtenprotokolls in eine Messtechnikanwendung im Entwicklungsbereich. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, December 2016. External at in-tech GmbH, Garching, Second Examiner, First Examiner: Prof. Dr. Petra Tippman-Krayer.
[5]Florian Koller. Konzeptfindung für die Direktansteuerung von Wechselrichter-Powerblöcken zur Minimierung der Totzeit im Regelkreis von elektrischen Antrieben. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, September 2016. External at ZF Friedrichshafen AG, Passau, Second Examiner, First Examiner: Prof. Dr. Alexander Kleimaier.
[6]Steve Markgraf. Efficient Use of the Programmable Realtime Unit in a System On Chip for Dedicated Tasks in Automotive Applications. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, June 2016. External at Texas Instruments Deutschland GmbH, Freising.
[7]Juliane Trommler. Analyse eines Kalibrierteststands für einen analogen Hochfrequenzsynthesizer und Entwicklung einer dialogbasierten Steuersoftware zur Automatisierung der Kalibrierroutinen. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, May 2016. External at Raytheon, Freising, Second Examiner, First Examiner: Prof. Dr. Christian Faber.
[8]Moritz Steinberg. Embedded Real-Time Signal Processing Software on a Multi-Core SoC for Automotive Radar. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, December 2015. External at Texas Instruments Deutschland GmbH, Freising.
[9]Roland Beilharz. Entwicklung eines passiven Implantats zur drahtlosen Sauerstoffmessung an Gewebe. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, May 2015. External at Technische Universität München, München.
[10]Christian Debera. Projektierung eines Gateways für ein Heizungsregelungssystem. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, August 2014. External at Wolf GmbH, Mainburg, Second Examiner, First Examiner: Prof. Dr. Mathias Rausch.
[11]Simon Jagla. Development and Analysis of a Capacitive Sensor for Liquid Level Metering. Master thesis, University of Applied Sciences Landshut, September 2013. External at Texas Instruments Deutschland GmbH, Freising.

Bachelor Theses

[1]Patrick Wurstbauer. Development and Analysis of a Wireless Letterbox Notification System. Bachelor thesis, University of Applied Sciences Landshut, July 2018.
[2]Daniel Gaedtke. Analyse und Design einer HF-Switching-Methode zum Multiplexen von UTP-leitungen. Bachelor thesis, University of Applied Sciences Landshut, May 2018. External at Fritz Dräxlmaier GmbH & Co. KG, Vilsbiburg.
[3]Julian Brosig. Evaluation and Optimization of a Smart Entry System. Bachelor thesis, University of Applied Sciences Landshut, August 2017. External at Texas Instruments Deutschland GmbH, Freising.
[4]Sebastian Kehl-Waas. Implementation of a Multiple-Antenna-OFDM-System with Software Defined Radios Using Alamouti-Coding. Bachelor thesis, University of Applied Sciences Landshut, December 2015.
[5]Paul Simon Obermayer. Realisierung räumlicher Diversitätsverfahren für Mehrantennensysteme mittels Software Defined Radios. Bachelor thesis, University of Applied Sciences Landshut, April 2015.
[6]Philipp Reiter. Development of an Analysis Program in Perl for Correlation of Probe and Final Test Data. Bachelor thesis, University of Applied Sciences Landshut, March 2014. External at Texas Instruments Deutschland GmbH, Freising.
[7]Jan-Erik Pauleweit. Implementierung einer Funkstrecke zur Übertragung und Auswertung von Telemetriedaten. Bachelor thesis, University of Applied Sciences Landshut, March 2014. External at enders Ingenieure GmbH, Landshut.
[8]Eric Günther. Algorithmus zur Differenzierung von Crashsituationen auf Basis von Körperschall und Frequenzanalyse. Bachelor thesis, University of Applied Sciences Landshut, March 2013. External at Continental AG, Regensburg.