Wireless Communications

Kurzbeschreibung

Die Veranstaltung Wireless Communications vermittelt 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, Mehrträgerübertragung

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.

Vorlesungsinhalte

Pulsamplitudenmodulation und orthogonale Multiplusmodulation
Optimaler Empfänger
Kanalmodelle für den Mobilfunk
Behandlung von Intersymbolinterferenzen
Fehlerrate auf nichtfrequenzselektivem Rayleighkanal
Zeit-, Raum- und Frequenzdiversität
Kanalcodierung
Aktuelle zelluläre Mobilfundkysteme

Lernergebnisse & Kompetenzen

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 Randbedigungen auszuwählen und zu entwerfen,
einfache Kommunkationssysteme unter Nutzung moderner Programmsysteme (Python) zu simulieren und zu analysieren.

Fachübergreifende Kompetenzen:

Die Studierenden

können das Konzept linearer Vektorräume über das Thema dieser Vorlesung hinaus auf andere Bereiche der digitalen Signalverarbeitung anwenden,
können die in diesem Kurs 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.

Methodische Umsetzung

Vorlesungen mit überwiegendem Tafeleinsatz sowie Folien-Präsentation
Präsenzübungen mit Übungsblättern und Demonstrationen am Rechner
praktische Übungen mit Python, in denen Studierende eigenständig zeitdiskrete Kanalmodelle realisieren, Übertragungsverfahren simulieren, Testdaten auswerten und Ergebnisse präsentieren.

Literaturempfehlungen

Häb-Umbach, Reinhold: Wireless Communications (Lecture notes)
D. Tse: Fundamentals of Wireless Communication, Cambrige University Press, 2006 : Sehr gute Übersicht, anspruchsvoller Text. Die Vorlesung orientiert sich zum Teil an diesem Buch.
K. D. Kammeyer: Nachrichtenübertragung, Teubner, 2004 : Sehr gutes deutschsprachiges Lehrbuch mit Kapiteln zur Mobilfunk-Kommunikation
P. Höher: Grundlagen der digitalen Informationsübertragung, Springer, 2013: Sehr gutes deutschsprachiges Lehrbuch; enthält neuere Themen, die in dem Kammeyer-Buch noch nicht behandelt werden