Einführung in die Nachrichtentechnik

Ankündigungen

Wichtige Informationen für das Wintersemester 2020/21

  • Vorlesung und Übung finden synchron online über das Videokonferenztool BigBlueButton statt.
  • Erste Vorlesung: Montag 2. November 2020 um 9:15 Uhr online (synchron) in BigBlueButton zur Vorlesung.
     
  • Das Praktikum ist vorlesungsbegleitend in Präsenz geplant (s.u.).

E-Learning-Plattform Moodle

Für die Vorlesung, die Übung und das Praktikum (s.u.) wird die E-Learning-Plattform Moodle verwendet. Auch die Anmeldung zum Praktikum erfolgt innerhalb von Moodle.
Der Moodle Kurs ist ab sofort freigeschaltet, ebenso die Anmeldung zum Praktikum im Kurs!

Vorlesung

Inhalt

Zunächst wird ein Abriss der Geschichte der Nachrichtentechnik gegeben. Danach werden der Inhalt von Kommunikation und die Modelle der Nachrichtentechnik erläutert. Es werden unterschiedliche Modelle benötigt, um die jeweiligen Fragestellungen bei der Speicherung oder bei der Übertragung von Information exakt zu beschreiben.

Die Beschreibung der wichtigsten Gebiete der Nachrichtentechnik stellt die Informationstheorie in den Mittelpunkt. Es werden bei allen Themen die entsprechenden Aussagen der Informationstheorie erläutert und danach einige praktische Verfahren erklärt.

Das erste Gebiet sind die Signale zur Repräsentation von Alphabeten. Hierbei wird das Abtasttheorem und das relativ neue Gebiet Compressed Sensing erörtert. Auch werden Leitungscodes und die gängigen digitalen Modulationsverfahren eingeführt.

Als zweites wird dann die Quellencodierung beschrieben. Dabei wird Shannons Unsicherheit eingeführt und Verfahren zur verlustlosen Quellencodierung angegeben. Für die verlustbehaftete Quellencodierung bei Sprache und Bildern  werden nur die Konzepte eingeführt.

Kanäle modellieren physikalische Übertragungsbedingungen und stellen damit einen wichtigen Teil dar, um verschiedene Übertragungsverfahren vergleichen zu können. Die Shannonsche Kanalkapazität wird hergeleitet. Sie stellt eine obere Schranke für die Datenrate dar, die über einen gegebenen Kanal übertragen werden kann.

Entscheidungstheorie ist ein wichtiges Hilfsmittel in der Nachrichtentechnik. Deshalb wird der Satz von Nyman-Pearson als Basis für eine Entscheidung abgeleitet.  Anschließend werden Maximum-Likelihood und Maximum A-posteriori Entscheider eingeführt. Diese führen dann zum Matched-Filter Empfänger. Danach werden die Fehlerwahrscheinlichkeiten bei der Übertragung mit den Modulationverfahren berechnet.

Zur Kanalcodierung werden zunächst elementare Grundlagen beschrieben und danach Shannons Kanalcodiertheorem bewiesen. Danach werden noch zwei konkrete Codeklassen, die Reed-Muller- und die Faltungscodes, sowie deren Decodierung beschrieben.

Drei Elementare Protokolle zur zuverlässigen Datenübertragung, zum Vielfachzugriff und zum Routing werden mathematisch analysiert. Zum Schluss werden noch Aspekte  der Datensicherheit erörtert.

Praktikum

Themen

Vorlesung und Übung werden durch das Praktikum "Einführung in die Nachrichtentechnik" ergänzt. Das Praktikum vertieft dabei den in Vorlesung und Übung behandelten Stoff anhand ausgewählter Themen. Es umfasst die folgenden fünf Versuche:

        1) Signale, Abtastung und Quantisierung (Signale)
        2) Informationstheorie und Quellencodierung (QC)
        3) Amplitudenmodulation (AM)
        4) Digitale Übertragung (PAM)
        5) Kanalcodierung (KC)

Terminplan, Anmeldung und Durchführung

Die erfolgreiche Teilnahme am Praktikum ist Voraussetzung für die Zulassung zur Klausur. Es findet in zwei bis drei Gruppen (Dienstag und Mittwoch, evtl. Freitag) jeweils von 8 bis 13 Uhr statt und umfasst 5 Praktikumsversuche bzw. 5 Wochen. Die voraussichtlichen Termine lauten (Stand: 1.10.2020):

Versuch: KW: mögl. Termine: Betreuender Assistent:
Vorbesprechung ? In VL/Ü/BBB am ? Günther Haas
1 (Signale) 49 (+50?) 1./2./4. Dez. 2020 Günther Haas
2 (QC) 51 (+52?) 15./16./18. Dez. 2020 Günther Haas
3 (AM) 2 (+3?) 12./13./15. Jan. 2021 Günther Haas
4 (PAM) 4 (+5?) 26./27./29. Jan. 2021 Günther Haas
5 (KC) 6 (+7?) 9./10./12. Feb. 2021 Günther Haas

Pro Termin stehen normalerweise 20 (bis maximal 24) Praktikumsplätze zur Verfügung. Da das Praktikum dieses Semester unter Corona-Bedingungen stattfinden muss, werden es jedoch deutlich weniger, evtl. nur 12 Plätze pro Termin sein! Die Versuche werden in Teams von je 2 Studenten durchgeführt.

Weitere wichtige Informationen zu Anmeldung & Organisation erhalten Sie auf dieser Webseite, in der ersten Vorlesung sowie in der Praktikumsvorbesprechung. Der Termin hierfür wird noch bekanntgegeben. Bitte nehmen Sie diese Termine unbedingt wahr!

Die Anmeldung zum Praktikum sowie die weitere Organisation erfolgt über die E-Learning-Plattform Moodle (siehe hierzu auch Abschnitt "Ankündigungen").
Nach Ihrer Anmeldung können wir sie bei Bedarf via Moodle, ggf. auch per Email, kontaktieren und über wichtige Termine etc. informieren.

Literatur

Referenzen

  • Bossert M., Einführung in die Nachrichtentechnik, Oldenbourg Verlag, 2012, Liste der Errata
  • Kammeyer, K. D.: Nachrichtenübertragung, 3. Aufl., Teubner-Verlag, Stuttgart, 2004.
  • Lindner, J.: Informationsübertragung, Grundlagen der Kommunikationstechnik, Springer-Verlag, Berlin 2004
  • Ohm, J. R., Lüke, H. D.: Signalübertragung, Grundlagen der digitalen und analogen Nachrichtenübertragungssysteme, 8. Auflage, Springer-Verlag, Berlin, 2002.
  • Proakis, J. G.: Digital Communications, McGraw Hill, Boston 2001.
  • Anderson, J. B., Johannesson, R.: Understanding Information Transmission, John Wiley (IEEE Press), 2005
  • Bossert: Kanalcodierung, Teubner Verlag, 1998
  • Bossert M., Bossert S., Mathematik der digitalen Medien, VDE Verlag, 2010

Semesterapparat

Zusätzlich kann der "Semesterapparat" für diese Vorlesung interessant sein.

Wintersemester 2020/21

Vorlesung: Mo., 9:15-11:45,
BBB (online, synchron)
Übung: Do., 8:15-09:45,
BBB (online, synchron)
Praktikum: Di./Mi./evtl. Fr., 8:00-13:00,
Raum 43.1.102

Sprache

Deutsch

Voraussetzungen

Signale und Systeme

Prüfung

Die Prüfung findet in der Regel als Klausur von 120 min Dauer statt, ansonsten mündliche Prüfung.