Veranstaltung: Nachrichtentechnik

Nummer:
148198
Lehrform:
Vorlesung und Übungen
Medienform:
e-learning, rechnerbasierte Präsentation, Tafelanschrieb
Verantwortlicher:
Prof. Dr.-Ing. Aydin Sezgin
Dozenten:
Prof. Dr.-Ing. Aydin Sezgin (ETIT), M. Sc. Soheyl Gherekhloo (ETIT)
Sprache:
Deutsch
SWS:
4
LP:
6
Angeboten im:

Ziele

Die Studierenden kennen die Methoden, die bei:

  • ZIP, RAR
  • JPEG, MPEG
  • 3G, LTE
  • WLAN
  • DVB, DAB

zum Einsatz kommen. Die Studierenden beherrschen essentielle Methoden und Werkzeuge der Nachrichtentechnik, so dass sie in der Lage sind, fundamentale Schranken in der Nachrichtentechnik zu bestimmen und diese bei der Umsetzung, also dem Entwurf von Übertragungssystemen, als Richtlinien und Maßstab zu benutzen.

Die Studierenden haben Einblick in die grundlegenden Zusammenhänge, die bei der Übertragung von Nachrichtensignalen von Bedeutung sind.

Inhalt

Die Entwicklung von Zivilisationen hängt auch von der Fähigkeit des Menschens, Informationen bzw. Nachrichten zu speichern, zu versenden und zu rekonstruieren. Dies kann in vielfaeltiger From geschehen, angefangen von Wandmalereien, Keilschriften, Signalhäusern bis zum Buchdruck und den digitalen Medien. In der heutigen Gesellschaft, die als Informationsgesellschaft bezeichnet wird, ist der Zugang zu Informationen beinahe zu an allen Orten und Zeiten möglich und erwünscht.

Die rasante Geschwindigkeit, mit der die Entwicklung neuer Methoden und Applikationen für die Kommunikation, wie z.B.:

  • Internet der Dinge (IoT)
  • Cyber-Physical Systems, Industrie 4.0
  • Autonome Fahrzeuge
  • Connected Cars
  • Cloud Computing
  • Near-Field Communication
  • Visible Light Communication
  • Smart Grid, Smart City

vorangeht, erfordert von heutigen System-Designern die Kenntnis von Methoden, die unabhängig von jeweiligen Systemen sind und ihre Gültigkeit trotz dieser Veränderungen behalten und damit fundamentaler Natur sind.

Der Erwerb dieser fundamentaler Methoden ist der Ansatz, der in dieser Vorlesung verfolgt wird. Dabei sollen folgende Fragen beantwortet werden:

  • ZIP, RAR & Co.: Wie weit kann ich meine Textdateien verlustfrei komprimieren?
  • JPEG, MPEG & Co.: Wie weit kann ich meine Multimedia-Dateien bei vorgegebener Güte komprimieren?
  • 3G, LTE & Co.: Mit welcher Datenrate kann ich höchstens mit meinem Smartphone zuverlässig Daten übertragen?
  • WLAN & Co.: Warum hat mein WLAN-Router mehrere Antennen?
  • WLAN & Co.: Warum dauert der Verbindungsaufbau zum WLAN-Netz der Uni deutlich länger als zuhause?
  • 4G & Co.: Warum bezahle ich für 4G, wenn ich nur 2G bekomme?

Zur Einführung der Vorlesung behandeln wir das komplexe Basisbandmodell, welches eine einheitliche Behandlung von verschiedenen Modulationsverfahren (Basisband- und Passbandmodulation) und Systemen erlaubt.

Dem folgt die Besprechung des Quellencodierungstheorems von Shannon mit einer Diskussion zu einigen Quelllencodes wie z.B. Huffmann-Codierung, Lempel-Ziv etc. Der Zusammenhang zu bekannten Medien- und Speicherformaten wie z.B. zip, rar, mp3, jpeg wird hergestellt.

Anschließend werden wir die Themen Modulation, Demodulation und Fehlerratenbestimmung basierend auf dem geometrischen Konzept des Signalraums besprechen. Im Anschluß wird das Kanalcodierungstheorem von Shannon besprochen. Der Fokus der Vorlesung liegt in der digitalen Übertragung und daher wird die analoge Kommunikation nicht explizit behandelt. Des Weiteren liegt der Fokus der Vorlesung bei den theoretischen Aspekten der Nachrichtentechnik. Die Schwerpunkte der Vorlesung liegen in den Bereichen komplexes Basisbandmodell, Quellencodierung, Signal-Raum Konzept und Kanalcodierung aus informationstheoretischer Sicht:

  • Signale in der Kommunikation
  • Wahrscheinlichkeitstheorie/Zufallsvariablen/Zufallsprozesse
  • Kanäle in der Kommunikation
  • Informationsmaße und ihre Eigenschaften
  • Datenkompression(Kraft-Ungleichung, Markov-Quellen, Ratenverzerrungstheorem)
  • Quantisierung
  • Konzept der Freiheitsgrade
  • Detektion (MAP, ML, Typische-Menge-Decodierung)
  • Entzerrung
  • Datenübertragung
  • Kapazität
  • Differentielle Entropie/Gauss-Kanäle/MMSE-Schätzung
  • Bandlimitierte Kanäle
  • Mehrfachzugriff
  • Praktische Umsetzung (Raten typischer Modulationsalphabete M-QAM, Shaping Loss, Minimum E_b/N_0, Band- bzw. Leistungsbegrenzte Regime, Quantisierung)

Voraussetzungen

keine

Empfohlene Vorkenntnisse

Teilnahme an den Lehrveranstaltungen

  • Grundlagen der Informationstechnik I + II
  • Mathematik I bis IV
  • Stochastische Signale
  • Signale und Systeme I.

Materialien

Sonstige:

Literatur

  1. Cover, T., Thomas, J. "Elements of Information Theory", Wiley & Sons, 2006
  2. Proakis, John G., Salehi, Masoud "Grundlagen der Kommunikationstechnik", Pearson Studium, 2003

Sonstiges

Der fol­gen­de Link führt zum Kurs­ka­ta­log. Dort sind Folien etc. der Vorlesung erhaeltlich. Zur An­mel­dung wird ein Ac­count be­nö­tigt. http://moodle.rub.de/