Einführung in die Nachrichtentechnik

E-Learning-Plattform Moodle

Für die Vorlesung, die Übung und das Projekt (s.u.) wird die E-Learning-Plattform Moodle verwendet. Auch die Anmeldung zum Projekt erfolgt innerhalb von Moodle.

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.

Themen

Vorlesung und Übung werden durch das Projekt "Einführung in die Nachrichtentechnik" ergänzt. Das Projekt vertieft dabei den in Vorlesung und Übung behandelten Stoff anhand ausgewählter Themen. Es umfasst die folgenden fünf Versuche (und eine Vorbesprechung inkl. Sicherheitsunterweisung):

        Versuch 1: Signale, Abtastung und Quantisierung (Sig)
        Versuch 2: Informationstheorie und Quellencodierung (QC)
        Versuch 3: Amplitudenmodulation (AM)
        Versuch 4: Digitale Übertragung (PAM)

        Versuch 5: Kanalcodierung (KC) (entfällt im WS 2024/25)

Terminplan, Anmeldung und Durchführung

Die erfolgreiche Teilnahme am Projekt ist Voraussetzung für die Zulassung zur Klausur. Es findet in bis zu drei Gruppen (Mittwoch, Freitag, ggf. Dienstag) jeweils von 8 bis 13 Uhr statt und umfasst 4 Versuche bzw. 4 Wochen. Die voraussichtlichen Termine werden hier veröffentlicht, sobald bekannt. Aufgrund der Überarbeitung der Vorlesung in diesem Wintersemester ändert sich die bisherige Reihenfolge und "Versuch 5" (Kanalcodierung) wird entfallen:

Termin / Versuch:	KW:	mögl. Termine:
Vorbesprechung	TBA	TBA
1. Termin: "Versuch 3" (AM)	48	(26.)/27./29.11.24
2. Termin: "Versuch 1" (Sig)	50	(10.)/11./13.12.24
3. Termin: "Versuch 2" (QC)	3	(14.)/15./17.01.25
4. Termin: "Versuch 4" (PAM)	5	(28.)/29./31.01.25
"Versuch 5" (KC)	entfällt!	entfällt!

Pro Termin stehen 12 (ggf. auch mehr) Arbeitsplätze zur Verfügung. 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 Projektvorbesprechung. Der Termin hierfür wird noch bekanntgegeben. Bitte nehmen Sie diese Termine unbedingt wahr!

Die Anmeldung zum Projekt 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.
Melden Sie sich daher bitte baldmöglichst im Moodle Kurs für das Projekt an!

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