English

In contrast to centralized wireless networks, mobile ad hoc networks (MANETs) do not rely on any pre-built infrastructure and central control function. The network topology may change rapidly and unpredictably due to mobility, joining and leaving of mobile nodes. In addition to numerous advantages, this distributed operation also causes a series of challenges across all layers of a network. This work focuses on the physical layer, the medium access control (MAC) layer, and the cross-layer optimization to find resource-efficient designs for mobile portable devices.

In this thesis, a complete PHY & MAC solution for a low complexity six-antenna technique called simplified switched beam (SSB) is studied, which can achieve a proper balance between network performance and resource requirements. SSB can be applied on both TX and RX sides, and only a slight increase on hardware complexity and power consumption is required, compared to a single antenna system. Therefore, it is suitable for mobile portable applications. Its superior network performance is verified using the network simulation tool SAHNE (Simulation Environment for Mobile Ad Hoc Networks). To evaluate the point-to-point link performance of SSB, a test-bed has been implemented applying the FPGA prototyping system RAPTOR2000. Intensive measurements performed in an indoor short range mobile scenario (with and without interference) show that the SSB receiver can help to suppress fading and interference, increase the received signal power, and provide better performances than the single antenna receiver in terms of the reduced bit error rate. The measured signal to noise power ratio (SNR) gain and amount of fading (AoF) closely approach the theoretical predictions.

Deutsch

Im Gegensatz zu den traditionellen, zentral verwalteten drahtlosen Netzwerken beruhen mobile Ad-Hoc Netzwerke (MANETs) nicht auf einer festen Infrastruktur und einer zentralen Steuerfunktion. Neben den zahlreichen Vorteilen stellt diese verteilte Funktionsweise auch eine Reihe von Herausforderungen an alle Schichten eines Kommunikationsnetzwerkes. Diese Arbeit beschäftigt sich im Wesentlichen mit der physikalischen Schicht, der MAC-Schicht und der Cross-Layer-Optimierung mit dem Ziel, eine ressourceneffiziente Realisierung von Ad-Hoc Netzwerken für mobile Geräte zu finden.

In dieser Dissertation wird eine komplette PHY- und MAC-Lösung für eine Sechsantennen-Technik, die auch als „Simplified Switched Beam (SSB)“ bezeichnet wird, entwickelt und analysiert. Die Technik erzielt einen guten Kompromiss zwischen Performanz und Ressourcenbedarf. SSB kann für Sender und Empfänger verwendet werden und verursacht im Vergleich mit einem Einzelantennen-System nur eine geringfügige Zunahme der Hardwarekomplexität und des Leistungsbedarfs. Folglich ist es für mobile Anwendungen gut geeignet. Die Performanz des Verfahrens wird mit Hilfe des Netzwerksimulators SAHNE (Simulation Environment for Mobile Ad Hoc Networks) überprüft. Um die Verbindungsperformanz auszuwerten, ist ein Prüfstand, der auf dem FPGA-basierten Entwicklungssystem RAPTOR2000 basiert, aufgebaut worden. Umfangreiche Messungen, die mit mobilen Teilnehmern in geschlossenen Gebäuden mit und ohne Interferenzen durchgeführt wurden, zeigen, dass SSB helfen kann, das Fading und die Interferenz zu unterdrücken und die empfangene Signalleistung zu erhöhen.