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Elemente digitaler Kommunikationssysteme

Intersymbolinterferenzen bei schmal- und breitbandigen Signalpulsen

Kurzbeschreibung

Die Veranstaltung Elemente digitaler Kommunikationssysteme ergänzt und erweitert den Stoff der Lehrveranstaltung Nachrichtentechnik. Durch die Darstellung von Zeitsignalen als Vektoren in einem Signalraum können nach einem Entwurfskriterium optimale Empfängerstrukturen anschaulich hergeleitet werden. Dies eröffnet ein besseres Verständnis der ansonsten verwirrenden Vielzahl an Übertragungssystemen. Heutige gängige Übertragungsverfahren, wie beispielsweise Verfahren, die auf Bandspreizung beruhen oder Mehrträger-techniken, werden vorgestellt und deren Vor- und Nachteile diskutiert. Die Vorlesung endet mit einer Einführung in die Kanalcodierung

Vorlesungsinhalte

  • Optimaler Empfänger: Vektorraumdarstellung von Zeitsignale, z-Transformation, optimaler Empfänger für einzelnes Symbol, ML/MAP Kriterium, Sufficient Statistics, Fehlerrate des optimalen Empfängers, optimaler Empfänger für Symbolfolgen, optimaler Empfang bei Intersymbolinterferenzen, Dekorrelationsfilter, Sequenzdetektion (Viterbi-Algorithmus)
  • Übertragung digitaler Signale II: orthogonale Multipulsmodulation, Korrelationsempfang, Hüllkurvenempfang, Fehlerrate, verallgemeinertes Nyquistkriterium, Beispiele für Modulationsverfahren, CPFSK, CPM, MSK, Kombination von PAM und orthogonaler Multipulsmodulation, Multicarrier-Modulation, OFDM, CDMA
  • Kanalcodierung: Codierung zur Spektrumkontrolle: Line Codes, Verwürfelung, Blockcodes, Generatormatrix, Prüfmatrix, Hammingcodes, algebraische Grundlagen, Erkennung von Einzel-, Mehrfach-, Bündelfehler, Faltungscodes, algebraische Behandlung, Erzeugung durch Schieberegister, Codeklassen, Decodierung mit Viterbi-Algorithmus, Trellisdiagramm


Lernergebnisse & Kompetenzen

Die Studierenden sind nach dem Besuch der Lehrveranstaltung in der Lage,

  • eine geeignete Modulationsart für gegebene Randbedingungen bzgl. Bandbreite, Sendeleistung, Art der Störung auf dem Kanal und Komplexität der Realisierung auszuwählen
  • die Leistungsfähigkeit von Übertragungssystemen bzgl. Bandbreitebdarf und Fehlerrate zu berechnen und zu bewerten, auch in Bezug auf die zu erwartende Rechenkomplexität
  • durch eine anschauliche Darstellung von Signalen als Vektoren in linearen Räumen auch komplexe nachrichtentechnische SYsteme zu verstehen
  • für eine gegebene zeitdiskrete Kanalbeschreibung einen geeigneten Entzerrer zu entwerfen
  • für ein vorgebenes Codierschema den Codierer und Decodierer zu entwerfen
  • Mittels digitaler Signalverarbeitung eine Realisierung zu erstellen

Die Studierenden

  • erkennen die Vorteile einer Darstellung von Signalen als Vektoren in linearen Räumen und können sie disziplinübergreifend einsetzen, etwa für andere Fragestellungen im Bereich der digitalen Signalverarbeitung
  • erlernen Fertigkeiten in der Programmierumgebung Matlab
  • können methodenorientiertes Vorgehen bei der systematischen Analyse von Kommunikationssystemen einsetzen und
  • sind durch die abstrakte und präzise Behandlung der Inhalte in der Lage, sich selbst weiterzubilden.

Methodische Umsetzung

  • Vorlesungen mit überwiegendem Tafeleinsatz, vereinzelt Folien-Präsentationen
  • Präsenzübungen mit Übungsblättern und Demonstraionen am Rechner
  • Praktische Übungen mit Matlab, in denen Studierende eigenständig nachrichtentechnische Teilsysteme implementieren
  • Hausaufgaben zum selbständigen Einüben der Vorlesungsinhalte durch die Studierenden und als Feedback des erworbenen Wissensstandes und der Transferkompetenz

Literaturempfehlungen

  • E. A. Lee, D. G. Messerschmitt: Digital Communication : Sehr gute Übersicht, viele anschauliche Beispiele. Die Vorlesung orientiert sich zum Teil an diesem Buch.
  • J. G. Proakis: Digital Communications : Ebenfalls sehr gutes Buch zum Lernen

Bedingungen für die Bonusaufgaben

Es werden Bonusaufgaben angeboten, die für die anschließende Prüfung angerechnet werden können. Die Aufgaben bestehen aus einem theoretischem und einem praktischen Programmierteil. Die Programmiersprache ist Matlab. Es werden jeweils 4 Aufgaben zu den Kapiteln Orthogonale Multipulsmodulation, Entzerrung, Spezielle Pulsformen und Kanalcodierung geben.

Zeitlicher Ablauf:

  • Die Bearbeitungszeit beträgt etwa zwei Wochen
  • Die Abgabe für den praktischen Programmierteil ist per E-Mail
  • Die Abgabe für den theoretischen Teil ist per E-Mail oder in der Übung möglich
  • Es wird keine Musterlösung zu den Bonusaufgaben geben
  • Sowohl der theoretische Teil als auch der der Matlab Code, sowie die Graphiken und Plots sind aussagekräftig zu dokumentieren/kommentieren.


Randbedingungen:

  • Die Bonusaufgaben werden eventuell in der Übung von den Studenten vorgerechnet
  • Es müssen nicht alle Übungen abgegeben werden
  • Jede Bonusaufgabe hat die gleiche Maximalpunktzahl
  • Die Bonuspunkte zählen erst, wenn die Prüfung bestanden wurde
  • Das Punktekonto wird erst mit dem Beginn der Vorlesung/Übung im Sommersemester gelöscht. Die Bonuspunkte sind also auch für die Prüfung im Wintersemester gültig.
  • Bei vollständigen und richtigen Lösungen aller Bonusaufgaben ist ein Notenverbesserung um maximal 2 Notenschritte möglich (z.B. von 3,0 auf 2,3)
  • Die schriftliche Ausarbeitung der Bonusaufgaben ist von jedem Studenten individuell abzugeben (keine Gruppenabgabe)

Einordnung

  • Veranstaltung für Bachelor Studierende
  • ECTS: 6
  • Sprache: Deutsch
  • Semester: Sommersemester

Die Universität der Informationsgesellschaft