Nachrichtentechnische Systeme (NTSys)7.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Communication Systems)
(Prüfungsordnungsmodul: Nachrichtentechnische Systeme)

Lehrveranstaltungen:

• • Nachrichtentechnische Systeme - Übertragungstechnik
    (Vorlesung, 3 SWS, Robert Schober, Mo, 10:15 - 11:45, Zoom-Meeting; Di, Do, 14:15 - 15:45; Details bei StudOn: https://www.studon.fau.de/crs3252925.html)
  • Ergänzungen und Übungen zu Nachrichtentechnische Systeme - Übertragungstechnik
    (Übung, 1 SWS, Andreas Feder)
  • Tutorium Nachrichtentechnische Systeme (optional)
    (Tutorium, 2 SWS, Wayan Wicke et al., Zeit n.V., Zoom-Meeting; Mehrere ZOOM-Meetings; Details auf StudOn: https://www.studon.fau.de/crs3252925.html)
  • Nachrichtentechnische Systeme - Systemaspekte
    (Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Jörn Thielecke et al., Videoaufzeichnung der Vorlesung)

Empfohlene Voraussetzungen:

Es wird empfohlen, folgende Module zu absolvieren, bevor dieses Modul belegt wird:

Signale und Systeme II (SS 2020)
Signale und Systeme I (WS 2019/2020)

Inhalt:

Übertragungstechnik:

• Einführung und Grundbegriffe

• Quellensignale und deren Modellierung

• Übertragungskanäle und deren Modellierung

• Analoge Modulationsverfahren

• Pulscodemodulation

• Grundbegriffe der Informationstheorie

• Digitale Übertragung

Systemaspekte:

• Charakterisierung von Übertragungskanälen (Dopplereffekt, Schwundtypen)

• wichtige Eigenschaften von Signalen zur Kanalmessung und Datenübertragung (Spreizcodes, Walsh-Folgen, Exponentialfolgen)

• Zugriff auf das Übertragungsmedium mittels CDMA, OFDM und CSMA

• Anwendung der Verfahren in DRM, UMTS, IEEE 802.11 und GPS als Vertreter typischer Rundfunk-, Mobilfunk, WLAN- und Mess-Systeme

• kurze Einführung in die Verkehrstheorie (Poissonprozess, Durchsatz)

• kurze Einführung in Kommunikationsprotokolle, Systemarchitekturen und das Internet-Schichtenmodell.
  

Lernziele und Kompetenzen:

Die Studierenden beschreiben die Aufgaben nachrichtentechnischer Systeme. Sie beschreiben und modellieren Signale mathematisch mit Zufallsprozessen und können diese in den Frequenzbereich transformieren. Sie rechnen lineare Größen in logarithmische Darstellungen um (und zurück) und verwenden die Pegelgrößen sicher.

Die Studierenden analysieren analoge Quellensignale, kennen und nutzen dabei die Kenngrößen und Annahmen bzgl. Bandbegrenzung, Spitzenwertbegrenzung usw. Sie unterscheiden analoge und digitale Quellensignale und beschreiben letztere ebenso anhand der üblichen Kenngrößen. Die Studierenden erläutern die Definition des Übertragungskanals sowie mögliche Ursachen für Signalverzerrungen und andere Störeinflüsse. Sie beschreiben den Kanal in äquivalenten komplexen Basisband, insbesondere beschreiben und analysieren sie die Ausbreitung von Signalen bei der Funkübertragung sowie auf Kabeln mit den dort auftretenden Effekten (z.B. Mehrwegeausbreitung, Dämpfung usw.). Sie verwenden additives weißes Rauschen zur Modellierung physikalischer Rauschprozesse in Zeit- und Frequenzbereich. Ebenso verwenden und analysieren die Modelle des AWGN-Kanals und des frequenzselektiven Schwundkanals. Sie bewerten Übertragungsverfahren anhand der Kriterien Leistungseffizienz und Bandbreiteneffizienz.

Die Studierenden analysieren und beschreiben mathematisch die gängigen Amplitudenmodulationsverfahren (Ein- und Zweiseitenbandmodulation, Quadraturamplitudenmodulation) in Zeit- und Frequenzbereich. Dies gilt ebenso für die Frequenzmodulation. Sie bewerten diese Modulationsverfahren im Leistungs-Bandbreiten-Diagramm und analysieren den Einfluss von additiven Störern. Sie beschreiben die Grundstrukturen der zugehörigen Empfänger, insbesondere des Überlagerungsempfängers. Die Studierenden beschreiben den Übergang von analogen zu digitalen Signalen und analysieren die Effekte von Abtastung und Quantisierung. Sie untersuchen die Auswirkungen von Kompandierung bei der Quantisierung sowie die Anforderungen an die differentielle Pulscodemodulation.

Die Studierenden verwenden das Shannon'sche Informationsmaß, Quellencodierungstheorem und die wechselseitige Information zur matehmatischen Beschreibung der Nachrichtenübertragung über gestörte Kanäle. Sie erklären das Kanalcodierungstheorem und analysieren im Detail den AWGN-Kanal und seine Varianten bzgl. informationstheoretische Größen.

Die Studierenden erklären die digitale Pulsamplitudenmodulation und analysieren die zugehörigen Sender, die Signale sowie die kohärente Demodulation in Zeit- und Frequenzbereich. Sie ermitteln die Fehlerwahrscheinlichkeit und nutzen dazu das Gauß’sches Fehlerintegral und die Error Function. Sie bewerten die digitalen Übertragungsverfahren im Leistungs-Bandbreiten-Diagramm. Die Studierenden verstehen die Motivation für den Einsatz von Kanalcodierung bei digitaler Übertragung.

Die Studierenden entwickeln ein Verständnis für die Herausforderungen und Zusammenhänge in Kommunikationssystemen. Sie erlernen

• Grundlegende Methoden und Signale zur Kanalmessung und zum Kanalzugriff

• Grundlegendes zu Strukturen und Protokollen in Kommunikationssystemen

Die Studierenden lernen nachrichtentechnischen Signale und Verfahren anzuwenden und zu analysieren.

Literatur:

• Skripten zu den Vorlesungen

• Kammeyer: Nachrichtenübertragung, Teubner Verlag, 3. Aufl.

• Anderson, Johannesson: Understanding Information Transmission, John Wiley, 2005
  

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Bachelor of Science)
   (Po-Vers. 2019w | TechFak | Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Bachelor of Science) | Gesamtkonto | Nachrichtentechnische Systeme)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Vorlesung Nachrichtentechnische Systeme (Prüfungsnummer: 26011)

(englischer Titel: Lecture: Communication Systems)

Prüfungsleistung, Klausur, Dauer (in Minuten): 120, benotet, 7.5 ECTS

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

weitere Erläuterungen:
Es können durch das Lösen von Hausaufgaben bis zu 12 Bonuspunkte erworben werden. Diese werden bei bestandener Prüfung zusätzlich in die Bewertung mit einbezogen.

Prüfungssprache: Deutsch

Erstablegung: WS 2020/2021, 1. Wdh.: SS 2021

1. Prüfer:

Schober/Thielecke

Termin: 25.02.2021, 08:00 Uhr, Ort: BASPH
Termin: 14.10.2021, 13:00 Uhr, Ort: BASPH
Termin: 24.02.2022, 08:00 Uhr, Ort: BASPH
Termin: 13.10.2022