Ultra wideband communications : from analog to digital Ultrabreitband Signale (Ultra Wideband [UWB]) können einen signifikanten Nutzen im Bereich drahtloser Kommunikationssysteme haben. Es sind jedoch noch einige Probleme offen die durch Systemdesigner und Wissenschaftler gelöst werden müssen. Ein Funknetzsystem mit einer derart großen Bandbreite ist normalerweise auch durch eine große Anzahl an Mehrwegekomponenten mit jeweils verschiedenen Pfadamplituden gekennzeichnet. Daher ist es schwierig die zeitlich verteilte Energie effektiv zu erfassen. Außerdem ist in vielen Fällen der naheliegende Ansatz ein kohärenter Empfänger im Sinne eines signalangepassten Filters oder eines Korrelators nicht unbedingt die beste Wahl. In der vorliegenden Arbeit wird dabei auf die bestehende Problematik und weitere Lösungsmöglichkeiten eingegangen. Im ersten Abschnitt geht es um Impulse Radio UWB Systeme mit niedriger Datenrate. Bei diesen Systemen kommt ein inkohärenter Empfänger zum Einsatz. Inkohärente Signaldetektion stellt insofern einen vielversprechenden Ansatz dar als das damit aufwandsgünstige und robuste Implementierungen möglich sind. Dies trifft vor allem in Anwendungsfällen wie den von drahtlosen Sensornetzen zu wo preiswerte Geräte mit langer Batterielaufzeit nötigsind. Dies verringert den für die Kanalschätzung und die Synchronisation nötigen Aufwand was jedoch auf Kosten der Leistungseffizienz geht und eine erhöhte Störempfindlichkeit gegenüber Interferenz (z.B. Interferenz durch mehrere Nutzer oder schmalbandige Interferenz) zur Folge hat. Um die Bitfehlerrate der oben genannten Verfahren zu bestimmen wurde zunächst ein inkohärenter Combining Verlust spezifiziert welcher auftritt im Gegensatz zu kohärenter Detektion mit Maximum Ratio Multipath Combining. Dieser Verlust hängt von dem Produkt aus der Länge des Integrationsfensters und der Signalbandbreite ab. Um den Verlust durch inkohärentes Combining zu reduzieren und somit die Leistungseffizienz des Empfängers zu steigern werden verbesserte Combining Methoden für Mehrwegeempfang vorgeschlagen. Ein analoger Empfänger bei dem der Hauptteil des Mehrwege Combinings durch einen „Integrate and Dump Filter implementiert ist wird für UWB Systeme mit Zeit Hopping gezeigt. Dabei wurde die Einsatzmöglichkeit von dünn besetzten Codes in solchen System diskutiert und bewertet. Des Weiteren wird eine Regel für die Code Auswahl vorgestellt welche die Stabilität des Systems gegen Mehrnutzer Störungen sicherstellt und gleichzeitig den Verlust durch inkohärentes Combining verringert. Danach liegt der Fokus auf digitalen Lösungen bei inkohärenter Demodulation. Im Vergleich zum Analogempfänger besitzt ein Digitalempfänger einen Analog Digital Wandler im Zeitbereich gefolgt von einem digitalen Optimalfilter. Der digitale Optimalfilter dekodiert den Mehrfachzugriffscode kohärent und beschränkt das inkohärente Combining auf die empfangenen Mehrwegekomponenten im Digitalbereich. Es kommt ein schneller Analog Digital Wandler mit geringer Auflösung zum Einsatz um einen vertretbaren Energieverbrauch zu gewährleisten. Diese Digitaltechnik macht den Einsatz langer Analogverzögerungen bei differentieller Demodulation unnötig und ermöglicht viele Arten der digitalen Signalverarbeitung. Im Vergleich zur Analogtechnik reduziert sie nicht nur den inkohärenten Combining Verlust sonder zeigt auch eine stärkere Resistenz gegenüber Störungen. Dabei werden die Auswirkungen der Auflösung und der Abtastrate der Analog Digital Umsetzung analysiert. Die Resultate zeigen dass die verminderte Effizienz solcher Analog Digital Wandler gering ausfällt. Weiterhin zeigt sich dass im Falle starker Mehrnutzerinterferenz sogar eine Verbesserung der Ergebnisse zu beobachten ist. Die vorgeschlagenen Design Regeln spezifizieren die Anwendung der Analog Digital Wandler und die Auswahl der Systemparameter in Abhängigkeit der verwendeten Mehrfachzugriffscodes und der Modulationsart. Wir zeigen wie unter Anwendung erweiterter Modulationsverfahren die Leistungseffizienz verbessert werden kann und schlagen ein Verfahren zur Unterdrückung schmalbandiger Störer vor welches auf Soft Limiting aufbaut. Durch die Untersuchungen und Ergebnissen zeigt sich dass inkohärente Empfänger in UWB Kommunikationssystemen mit niedriger Datenrate ein großes Potential aufweisen. Außerdem wird die Auswahl der benutzbaren Bandbreite untersucht um einen Kompromiss zwischen inkohärentem Combining Verlust und Stabilität gegenüber langsamen Schwund zu erreichen. Dadurch wurde ein neues Konzept für UWB Systeme erarbeitet: wahlweise kohärente oder inkohärente Empfänger welche als UWB Systeme Frequenz Hopping nutzen. Der wesentliche Vorteil hiervon liegt darin dass die Bandbreite im Basisband sich deutlich verringert. Mithin ermöglicht dies einfach zu realisierende digitale Signalverarbeitungstechnik mit kostengünstigen Analog Digital Wandlern. Dies stellt eine neue Epoche in der Forschung im Bereich drahtloser Sensorfunknetze dar. Der Schwerpunkt des zweiten Abschnitts stellt adaptiven Signalverarbeitung für hohe Datenraten mit Direct Sequence UWB Systemen in den Vordergrund. In solchen Systemen entstehen wegen der großen Anzahl der empfangenen Mehrwegekomponenten starke Inter bzw. Intrasymbolinterferenzen. Außerdem kann die Funktionalität des Systems durch Mehrnutzerinterferenz und Schmalbandstörungen deutlich beeinflusst werden. Um sie zu eliminieren wird die Widely Linear Rangreduzierung benutzt. Dabei verbessert die Rangreduzierungsmethode das Konvergenzverhalten besonders wenn der gegebene Vektor eine sehr große Anzahl an Abtastwerten beinhaltet (in Folge hoher einer Abtastrate). Zusätzlich kann das System durch die Anwendung der R linearen Verarbeitung die Statistik zweiter Ordnung des nicht zirkularen Signals vollständig ausnutzen was sich in verbesserten Schätzergebnissen widerspiegelt. Allgemein kann die Methode der Widely Linear Rangreduzierung auch in andern Bereichen angewendet werden z.B. in Direct Sequence Codemultiplexverfahren (DS CDMA) im MIMO Bereich im Global System for Mobile Communications (GSM) und beim Beamforming.