Grundlagen der Nachrichtentechnik. 0. Einführung. Prof. Dr.-Ing. Armin Dekorsy. University of Bremen

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1 Grundlagen der Nachrichtentechnik 0. Einführung Prof. Dr.-Ing. Armin Dekorsy University of Bremen Institute for Telecommunications and High Frequency Techniques Department of Communications Engineering

2 Informationen zur Vorlesung Alle Infos, Folien und Übungsaufgaben zum Herunterladen unter Benutzername: gnt PWD: fourier Kontaktadresse bei Fragen zur Übung und/oder Vorlesung Tobias Schnier, N2380, NW1 Telefon: 0421 / schnier@ant.uni-bremen.de Hinweis Diese Vorlesung wird nicht über StudIP verwaltet! Vorlesung: Folien und Tafelanschrift Übungen: selbständige Gruppenarbeit begleitet vom Tutor Grundlagenpraktikum: vorlesungsbegleitende Versuche MATLAB und praktische Anwendungen -liste (auf Webpage oder in Papierliste eintragen) = Compulsory course = Elective course = Compulsory laboratory = Student thesis 2

3 Literaturempfehlungen K.D. Kammeyer: Nachrichtenübertragung, Vieweg+Teubner Verlag, Stuttgart, 4.Auflage, K.D. Kammeyer, P. Klenner, M. Petermann: Übungen zur Nachrichtenübertragung, Vieweg+Teubner Verlag, Stuttgart, K.D. Kammeyer: Matlab in der Nachrichtenübertragung, J. Schlembach Verlag, Weil der Stadt, H.D. Lüke: Signalübertragung, Springer Verlag, 5. Auflage 1991 J.R. Ohm, H.D. Lüke: Signalübertragung: Grundlagen der digitalen und analogen Nachrichtenübertragungssysteme, Springer Verlag, Berlin, 11. Auflage, R. Mäusl: Digitale Modulationsverfahren, Hüthig, 4. Auflage, J.G. Proakis: Digital Communications, McGraw-Hill Publ. Comp., 4. Auflage, J.G. Proakis, M. Salehi: Digital Communications, McGraw-Hill Publ. Comp., 5.Auflage, K.D. Kammeyer, K. Kroschel: Digitale Signalverarbeitung, Vieweg+Teubner Verlag, Stuttgart, 7. Auflage,

4 Warum Nachrichtentechnik? 5

5 Warum Nachrichtentechnik? 6 Quelle: Huawei

6 Warum Nachrichtentechnik? 7 Quelle: Huawei

7 Warum Nachrichtentechnik? 8 Super real-time and reliable communication Telepräsenz Car2Car (Traffic safety) Industrie 4.0

8 Wo geht die Reise hin einige Beispiele 10 (Micro) Sensor Network Communication Environmental Monitoring Body Area Networks (x j ; y j ; z j ) m j m 1 (x 1 ; y 1 ; z 1 ) F (x ; y ; z ) m 2 (x 2 ; y 2 ; z 2 )

9 Anforderungen 11 ANT in der Entwicklungskette Mathematik und Physik ^x = m in im iz e k y A x k ¾ 2 n k x k 0 ln x 2 A 0 µ 1 p a p a = ja j Algorithmik / Verfahren Erforschung und Analyse von Sende- und Empfangsverfahren zur drahtlosen Kommunikation S 1 R D S 2 HW-Implementierung / Prototyping Umsetzung der gefundenen Verfahren in Hardware(-prototypen) Systemdesign Verknüpfung von einzelnen Komponenten zu vollständigen Kommunikationssystemen Anwendungsentwicklung Entwicklung von Applikationen

10 Research Topics 12 HealthCare Wireless Factory Logistics Automotive Sensor&Actuator Networks Wide Area Networks M2M 3Dvideo Cooperative Communications Compressive Sensing In-Network- Processing Wireless Communications & Signal Processing

11 ANT Lyrtech Hardware Platform Offline Processing Offline Processing VDL Synthesis Co- Simulation Real-Time Applications Transceiver Transceiver Real-Time Applications Hardware Properties Matlab API Offline Processing Hardware in the Loop Simulink Modeling Real-Time through FPGA & DSP Synthesis 4x4 MIMO at 20Mhz Bandwidth 2.4 GHz and 5 GHz Band Half-Duplex MSPS A/D & D/A Real-Time (DSPs & FPGAs) Matlab Simulink Co-Simulation ( Live Evaluation) Real-Time and offline processing combined Over Air Testing of PHY/MAC concepts/algorithms 13

12 Signalverarbeitung Gebiete der Nachrichtenübertragung Systemtheorie Codierungs-/Informationstheorie Netzwerktheorie etc. 15

13 ISO OSI Reference Model Application Application Transport Transport Network Network Network Network Nachrichtentechnik II Data Link Data Link Data Link Data Link Grundlagen Nachrichtentechnik Physical Physical Physical Physical Nachrichtentechnik I/II Radio Medium 16

14 Digitale Quelle Struktur eines Übertragungssystems Diskreter Kanal Quelle Quellencodierer Kanalcodierer Modulator Digitale Senke Digitale Übertragung Analoge Übertragung Physikal. Kanal Senke Quellendecodierer Kanaldecodierer Demodulator Quelle sendet Signale (z.b. Sprache) Quellencodierer Abtastung, Quantisierung und Komprimierung des analogen Signals Kanalcodierer addiert Redundanz zur Fehlererkennung und Rx Modulator bildet die diskreten Symbole auf ein analoges Signal ab und schiebt sie ins gewünschte Frequenzband Physikalischer Kanal verkörpert das Übertragungsmedium: Mehrwegeausbreitung, zeitvariantes Fading, additives Rauschen, Demodulator: Verschiebt das Signal zurück ins Basisband, Durchführung von Tiefpassfilterung, Abtastung und Quantisierung Kanaldecodierer: Schätzung der Information aus der Codesequenz Fehlerkorrektur Quellendecodierer: Rekonstruktion des analogen Signals 17

15 Nachricht Grundbegriffe Folge von Zeichen (z.b. Text mit Buchstaben) Eine Nachricht ist eine statistische Zeichenfolge stochastischer Prozess Informationsgehalt einer Nachricht Statistisch nicht vorhersagbarer Anteil der Nachricht Redundanz einer Nachricht Anteil der Nachricht, der aus dem Zusammenhang vorhersagbar=informationslos ist Nachrichtenübertragung Übertragung einer Nachricht von einem Punkt zu einem anderen Punkt über einen Kanal Nachricht erfährt Störungen Zentrale Aufgabenstellung Sender verarbeitet Nachricht derart, dass diese angepasst an den Kanal vom Empfänger exakt oder annähernd exakt reproduziert werden kann Ziel: Maximaler Informationsfluss Übertragung erfolgt mittels Signalen Nachricht = Information + Redundanz Analoge Übertragung (analog = amplituden + zeitkontinuierliche Signale) Digitale Übertragung (digital = amplituden + zeitdiskrete Signale) 18