Die grundlegende Motivation hinter den Forschungsaktivitäten im Zuge meines Doktorats war der Wunsch, Vitalparameter wie Herz- und Atemfrequenz mit einer Technologie, die auf pulsbasierten, ultra-breitbandigen Signalen beruht, per Funk zu erfassen. Zur Wahl dieser Technologie führten die verschiedensten Vorteile, die ich im Folgenden kurz aufzählen möchte: Mit pulsbasierten, ultra-breitbandigen Signalen sind für den Funkbetrieb schmalbandiger Übertragungsverfahren keine Störungen zu erwarten und im umgekehrten Fall kann der Einfluss von Störungen, die von schmalbandigen Nachrichtensystemen ausgesendet werden, mit geeigneten Verfahren wesentlich reduziert werden. Ersteres ist in biomedizinischen Applikationen besonders wichtig, da der Einsatzbereich meistens an Orten ist, an denen sich auch funktionskritische, medizinische Geräte befinden. Die nicht-ionisierende Natur der Signale verhindert Gesundheitsschäden bei Patientinnen und Patienten, die insbesondere bei kontinuierlicher Aussetzung kritische Auswirkungen haben könnten. Des weiteren halte ich mich im Rahmen der hier präsentierten Forschungsergebnisse an den IEEE 802.15.4a Standard, der es uns ermöglicht, die Komplexität und somit auch die Kosten zu reduzieren, während er gleichzeitig mit derselben Technologie eine sehr präzise Entfernungs- und Positionsbestimmung erlaubt.<br />Da es eines der Hauptziele dieser Arbeit war, möglichst viele praktische Aspekte mit zu berücksichtigen, habe ich als erstes eine Hardware Plattform entwickelt, gebaut und charakterisiert, die pulsbasierte, ultra-breitbandige Signale gemäß dem IEEE 802.15.4a Standard generiert, formt und sendet. Standard-Konformität habe ich durch eine von mir entwickelte, iterative Methode erreicht, die kombiniert im Zeit- und im Frequenz-Bereich optimiert. Im Anschluss habe ich eine weitere Methode entwickelt, die auf der diskreten Fourier-Transformation beruht, um die Atemfrequenz von meinen Probanden zu schätzen und habe sie in diversen Messkampagnen angewendet. Alle Messungen, die ich in dieser Arbeit präsentiere, wurden in realistischen Umgebungen durchgeführt. Auch wenn wir nicht in einer klinischen Umgebung gemessen haben, waren viele Geräte und andere Streuer im Raum, Studenten und Mitarbeiter durften sich während den Messungen frei bewegen, und das WLAN des Instituts war als schmalbandiger Störer durchgehend präsent. Ich unterteile die Messkampagnen grob in zwei Gruppen: in der ersten Gruppe habe ich ausschließlich Line-of-Sight (Sichtverbindung) Messungen durchgeführt, d.h. zwischen den Versuchspersonen und den Messantennen waren keinerlei Objekte. Die zweite Gruppe an Messungen erfolgte durch die Wand. In diesem Fall war der Proband bzw. die Probandin auf der einen Seite einer 35 cm dicken Ziegelmauer und die Messantennen samt Messgeräte auf der anderen Seite. Mit den Messungen durch die Mauer habe ich zwei Ziele erreicht: zum einen habe ich den Einfluß der Mauer analysiert, und zum anderen habe ich die Ergebnisse der Messungen, insbesondere die Messgenauigkeit, in Hinblick auf die relative Bandbreite untersucht. Wie erwartet hat die Ziegelmauer stark dispersives, verlustbehaftetes Verhalten gezeigt. Obwohl ich mit den Messergebnissen gezeigt habe, dass höhere, relative Bandbreite stark zur Messgenauigkeit beiträgt, ergab sich ein systematischer Fehler, den ich auf die unterschiedlichen Signalgeschwindigkeiten in der Luft und in der Mauer zurückführe, da ich in meiner Methode zur Bestimmung der Atemfrequenz von Lichtgeschwindigkeit ausgehe. Das Resultat war eine konstante Verschiebung aller Messergebnisse (Zeit, daraus folglich Distanz, und die geschätzte Frequenz). Da es jedoch ein systematischer Fehler ist, kann dieser durch eine Anpassung der Geschwindigkeitsdefinition, die ich in dieser Arbeit auch schon angegeben habe, leicht zu beheben. Die Line-of-Sight Resultate lieferten recht genaue Ergebnisse, bei denen der Messfehler bei unter 2.5% lag.<br />Eine weitere Untersuchung, die ich durchgeführt habe, war die Analyse, ob es möglich ist, mit derselben Methode, mit der ich die Atemfrequenz bestimmt habe, auch die Herzfrequenz zu bestimmen, mit der Schlussfolgerung, dass die Messungen nur dann reproduzierbar sind, wenn sie durch die Mauer durchgeführt wurden. Nach meiner wissenschaftlichen Meinung ist der Hauptgrund dafür, dass die Signalechos, die zur Atembewegung gehörten, stark abgeschwächt wurden. Dadurch, dass die Oberwellen eben dieser Signale oftmals so auf den spektralen Anteil der Herzfrequenz fallen, sodass diese nicht mehr detektierbar sind, konnten durch ihre Abschwächung die spektralen Anteile der Herzfrequenz jene der Störer eindeutig überragen.<br />Abschließend habe ich für jedes Scenario noch eine Messung durchgeführt, während der die Versuchsperson aufgefordert wurde, die Luft anzuhalten.<br />In diesem Fall konnten die spektralen Anteile der Herzfrequenz die der Störer in ihrer unmittelbaren Umgebung um 6 dB bis 15 dB überragen, je nach eingesetzter, relativen Bandbreite.<br />
