Wi­re­less Com­mu­ni­ca­ti­ons

Die VeranstaltungWireless Communicationsvermittelt den Studierenden einen Einblick in die Techniken zur zuverlässigen Kommunikation über zeit- und/oder frequenzselektive Funkkanäle. Dazu wird zunächst die physikalische und statistische Modellierung des Funkkanals dargestellt, die die Grundlage zum Verständnis der an diese Kanalbedingungen angepassten Übertragungsverfahren bildet. Anschließend werden die wichtigsten Übertragungs- und Empfangsprinzipien vorgestellt, insbesondere die verschiedenen Diversitätsverfahren:

• Zeitdiversität: Maximum Ratio Combiner, Fehlerratenberechnung für kohärenten und inkohärenten Empfang, Verschachtelung
• Antennendiversität: SIMO, MISO und MIMO-Techniken
• Frequenzdiversität für frequenzselektive Kanäle: Einträgerverfahren mit Sequenzdetektion, Bandspreizverfahren, Mehrtr.gerübertragung

Dabei wird Wert gelegt auf eine anschauliche Herleitung der Empfängerprinzipien als Operationen in einem linearen Vektorraum Außerdem wird ein Einblick in aktuelle zelluläre Funkkommunikationsysteme gegeben: GSM, UMTS und LTE.

Wireless Communications presents an introduction into the fundamentals and practical systems in the field of wireless communications. Based on a thorough description of the characteristics of a wireless communication channel the principle approaches to reliable communication over frequencynonselective and frequency selective channels are presented, such as time diversity, space diversity (including MIMO) and frequency diversity. Practical cellular systems will also be described, such as GSM, UMTS and LTE.

• Überblick über Funkkommunikationssysteme
• Kanalmodellierung: langsames und schnelles Fading, nichtfrequenzselektive und
  frequenzselektive Kanäle, zeitdiskrete Kanalmodelle
• Zeitdiversität: Fehlerrate bei kohärentem und inkohärentem Empfang über
  nichtfrequenzselektiven Rayleigh-Funkkanal, Maximum Ratio Combiner
• Antennendiversität: Single input multiple output (SIMO), multiple input single output
  (MISO), multiple input multiple output (MIMO), Alamouti-Schema, Wiederholungscodierung
  vs. V-BLAST, suboptimale Empfänger
• Frequenzdiversität: Einträgertechnik mit Entzerrung oder Sequenzdetektion,
  Bandspreizung mit Pseuodzufallsfolgen, RAKE-Empfänger, Orthogonal Frequency
  Division Multiplex (OFDM). Diskussion der Vor/Nachteile der verschiedenen Verfahren
• Aktuelle Funkkommunikationssysteme: Global System for Mobile Communication
  (GSM), Universal Mobile Telecommunication System (UMTS), Long Term Evolution (LTE)

Channel models

• Large-scale fading and small-scale fading
• Path loss models and link budget
• Small-scale fading channel models: frequency non-selective and frequency selective
  fading, Doppler spread, Rayleigh- and Ricefading, Coherence time and delay spread

• Non-Coherent detection on a Rayleigh fading channel
• Coherent detection on a Rayleigh fading channel

Time Diversity

•  Repetition coding
•  Error rate computation

Space Diversity

•  Receive diversity
•  Transmit diversity
•  MIMO

Frequency Diversity

•  Single-carrier transmission with sequence detection or equalization
•  Direct sequency spread spectrum
•  Orthogonal frequency division multiplexing

Cellular Systems

• Narrowband cellular systems: GSM
• Wideband cellular systems: UMTS
• Wideband cellular systems: LTE

Fachkompetenz / Domain competence:

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

• Für eine gegebene physikalische Beschreibung eines Funkkanals ein zeitdiskretes statistisches Modell herzuleiten
• Die im Physical Layer verwendeten Techniken und Algorithmen der Funkkommunikation zu erklären
• Die grundlegenden Entwurfsentscheidungen für eine zuverlässige Kommunikation
  über zeitvariante frequenzselektive und nichtfrequenzselektive Funkkanäle zu verstehen
• Die in modernen zellulären Funkkommunikationssystemen genutzten Techniken für eine zuverlässige
  Kommunikation zu erkennen und deren Bedeutung einzuordnen
• Die Vor- und Nachteile verschiedener Übertragungsverfahren bzgl. Bandbreite-, Leistungseffizienz
  und Kanalausnutzung gegenüberzustellen
• Geeignete Übertragungsverfahren für vorgegebene Randbedingungen auszuwählen und zu entwerfen
• einfache Kommunikationssystem unter Nutzung moderner Programmsysteme (Matlab)
  zu simulieren und zu analysieren

After completion of the course students will be able to

• Develop a discrete-time statistical channel model for a given physical description of a
  wireless communication channel
• Explain the techniques and algorithms used in the Physical Layer of a wireless communication system
• Understand the fundamental design options an decisions taken to realize reliable
  communication over time variant and frequency selective or nonselective fading channel
• Appreciate and categorize the techniques used in modern cellular communication
  systems to realize reliable communication
• Trade off the advantages and disadvantages of different transmission techniques with
  respect to bandwidth and power efficiency as well as number of users to be served
• Select and design an appropriate transmission technique for a wireless channel
  Simulate and analyze simple communication systems using modern software tools

Fachübergreifende Kompetenzen / Key qualifications :

Die Studierenden

• Können das Konzept linearer Vektorräume über das Thema dieser Vorlesung hinaus
  auf andere Bereiche der digitalen Signalverarbeitung anwenden
• Können die in diesem Kurse gewonnenen Kenntnisse und Fertigkeiten im Bereich der
  Datengenerierung, Simulation und Analyse von Signalverarbeitungseinheiten mittels
  moderner Programmiersysteme auf andere Disziplinen übertragen
• Können in einer Gruppe umfangreichere Aufgabenstellungen gemeinsam analysieren,
  in Teilaufgaben zerlegen und lösungsorientiert bearbeiten

The students

• Can transfer and apply the concept of linear vector spaces to signal processing tasks
  other than for wireless communications
• Can apply the skills about the generation of data, simulation of systems and analysis
  of experimental results using modern software tools, that have been acquired in this
  course, to other disciplines
• Can work cooperatively in a team and subdivide an overall task into manageable subtasks
  and work packages

Vorlesungen mit überwiegendem Tafeleinsatz, sowie Folien-Präsentation

• Pr.senzübungen mit Übungsblättern und Demonstrationen am Rechner
• Praktische Übungen mit Matlab, in denen Studierende eigenständig zeitdiskrete Kanalmodelle
  realisieren, Überragungsverfahren simulieren, Testdaten auswerten und
  Ergebnisse präsentieren
• Lectures predominantly using the blackboard or overhead projector, as well as
  presentations of (powerpoint) slides ,
• Exercise classes with exercise sheets and demonstrations on computer and Imple90
  mentation of discrete-time channel models and building blocks of a wireless communication
  system using modern software tools; evaluation and presentation of the
  simulation results

Vorkenntnisse im Bereich digitaler Kommunikationssysteme, wie sie im Bachelor Studium Elektrotechnik
oder verwandter Fächer vermittelt werden

Elementary knowledge digital communications, as is taught in Bachelor studies of Electrical Engineering
or related disciplines

Keine / None

Mündliche Prüfung / oral exam

Englisch / English

Bereitstellung eines ausführlichen Skripts und stichwortartiger Zusammenfassungsfolien für jede
Vorlesung. Bereitstellung vorgefertigter Vorlesungsfolien. Lösungen der Übungsaufgaben und Beispielimplementierungen
von Algorithmen werden zur Verfügung gestellt.

Course script and summary slides are provided to the students. Exercises and solutions to exercises,
as well as sample implementations of algorithms are provided to the students

• Häb-Umbach, Reinhold:Wireless Communications(Lecture notes)
• D. Tse: Fundamentals of Wireless Communications, Cambridge University Press, 2006
  
  
• K.D. Kammeyer: Nachrichtenübertragung, Teubner, 2004
• P. Höher: Grundlagen der digitalen Informationsübertragung, Springer/Vieweg 2013