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

Lehrveranstaltungen:

• • Nachrichtentechnische Systeme - Übertragungstechnik
    (Vorlesung, 3 SWS, Johannes Huber et al., Di, 12:15 - 13:45, H8; Mi, 10:15 - 11:45, H8; Do, 8:15 - 9:45, H8; Blockveranstaltung 26.10.2016-2.11.2016 Mi, 17:45 - 19:15, H8)
  • Ergänzungen und Übungen zu Nachrichtentechnische Systeme - Übertragungstechnik
    (Übung, 1 SWS, Florian Gruber et al., Genaue Angaben zu den Übungsterminen sind auf StudOn zu finden.)
  • Tutorium Nachrichtentechnische Systeme (optional)
    (Tutorium, 2 SWS, Florian Gruber et al.)
  • Nachrichtentechnische Systeme - Systemaspekte
    (Vorlesung mit Übung, 2 SWS, Jörn Thielecke et al., Di, 12:15 - 13:45, Raum n.V.; Mi, 10:15 - 11:45, Raum n.V.; Do, 8:15 - 9:45, Raum n.V.)

Empfohlene Voraussetzungen:

Wichtige Voraussetzung zur erfolgreichen Teilnahme an der Veranstaltung ist die Beherrschung (d.h. mindestens geübte Verwendung) folgender mathematischer und signal- und systemtheoretischer Grundkenntnisse:

Die Studierenden bestimmen die normierte minimale quadratische Euklidische Distanz. Sie verwenden die Fouriertransformation zur Beschreibung von Signalen und Systemen im Frequenzbereich und analysieren die Transformation von Signalen durch Systeme, insbesondere lineare, zeitinvariante, dispersive Systeme (LTI-Systeme). Sie bestimmen die Signalenergie und das Energiedichtespektrum sowie die Autokorrelierte. Die Studierenden analysieren (komplexe, stationäre) stochastische Gaußprozesse sowie äquivalente komplexe Basisbandsignale und –systeme.

Bei Bedarf werden ergänzende Vorlesungen hierzu angeboten.

Inhalt:

Inhalt (Übertragungstechnik):

• Einführung und Grundbegriffe

• Quellensignale und deren Modellierung

• Übertragungskanäle und deren Modellierung

• Analoge Modulationsverfahren

• Pulscodemodulation

• Grundbegriffe der Informationstheorie

• Digitale Übertragung

Inhalt (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:

• Skriptum zur Vorlesung

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

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

Bemerkung:

• Zur Vorlesung existieren parallele online-Vorlesungen über die virtuelle Hochschule Bayern (Elektrische Nachrichtenübertragung, Informationstheorie und deren Anwendung zur Nachrichtenübertragung (Prof. J. Huber)

• Zur Vorlesung wird das vorlesungsbegleitende Seminar Nachrichtentechnische Systeme (im WS) angeboten, dessen Vortragsabfolge an die aktuellen Vorlesungsinhalte angepasst ist.

• Zur Vorlesung wird das vorlesungsbegleitende Laborpraktikum Nachrichtentechnische Systeme (im WS) angeboten, dessen Versuchsabfolge an die aktuellen Vorlesungsinhalte angepasst ist.

• Zur Vorlesung existiert ein virtuelles Laborpraktikum über die virtuelle Hochschule Bayern

Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:

1. Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Bachelor of Science): 5. Semester
   (Po-Vers. 2009 | TechFak | Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik (Bachelor of Science) | Pflichtmodule | Nachrichtentechnische Systeme)

Studien-/Prüfungsleistungen:

Nachrichtentechnische Systeme (Prüfungsnummer: 26011)

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

Anteil an der Berechnung der Modulnote: 100.0 %

Erstablegung: WS 2016/2017, 1. Wdh.: SS 2017, 2. Wdh.: keine Wiederholung

1. Prüfer:

Huber/Thielecke

Termin: 23.02.2017, 08:00 Uhr, Ort: Tentoria
Termin: 12.10.2017, 08:00 Uhr, Ort: H 7 TechF