Nachrichtentechnik II

Die Vorlesung Nachrichtentechnik II stellt eine Fortsetzung der Bachelor-Vorlesung Nachrichtentechnik I dar. Es werden vor allem Mobilfunkkanäle betrachtet, deren Charakteristika den Annahmen aus Nachrichtentechnik I nicht vollständig entsprechen, sodass neue Szenarien und Methoden eingeführt werden. Auf deren Basis werden bereits bekannte Themen erweitert und vertieft sowie weiterführende Aussagen hergeleitet und ihre Verwendung diskutiert. In der Übung werden die behandelten Erkenntnisse in klassischen Rechnungen oder durch die Implementierung von Algorithmen und Systeme in Python angewandt, und somit die theoretischen Konzepte und ihre Wirkungsweise veranschaulicht.

Das Kapitel Grundlagen beinhaltet die für theoretischen Herleitung oft wichtige Vektordarstellung von Signalen mittels orthogonaler Basisfunktionen und den Übergang zwischen dem Basisband und dem Bandpassbereich. Anschließend werden die Übertragungscharakteristika für die linearen digitalen Modulationsverfahren auf Basis dieser Darstellung eingeführt. So wird unter anderem das Signalspektrum bei digitaler Modulation in Abhängigkeit von Pulsformung und Statistik der Sendesymbole hergeleitet und die Fehlerwahrscheinlichkeit berechnet. Einen weiteren wichtigen Punkt stellt die Behandlung der Nyquistbedingungen dar, welche Kriterien zur Übertragung ohne Inter-Symbol-Interferenz beinhalten.

Die Analyse des Mobilfunkkanals anhand der Kohärenzbegriffe und die Modellierung der Mehrwegeausbreitung durch das Tapped-Delay-Line Modells stellen die Kernpunkte im nächsten Kapitel dar. Hierbei werden auch das Power-Delay-Profile und das Doppler-Power-Profile besprochen, die als Ausgangspunkt zur Charakterisierung der Kohärenzbegriffe dienen. Des weiteren werden die bekannten Fading-Modelle Rayleigh, Rice sowie Nakagami erläutert.

Die Übertragung in Fading-Kanälen ist aufgrund der zufälligen Dämpfung und Phasendrehung deutlich fehlerbehafteter als in AWGN-Kanälen. Nach Herleitung der entsprechenden Fehlerwahrscheinlichkeiten und deren Vergleich mit dem AWGN-Fall wird die Verwendung von Diversity-Verfahren in Kommunikationssystemen diskutiert. Anschließend werden mögliche Combining-Methoden besprochen und deren Güte analysiert.

Für eine kohärente Übertragung von Daten ist Synchronisation im Empfänger notwendig. Auf Basis der Schätztheorie werden verschiedene Verfahren zur Zeit-, Phasen- und Frequenzsynchronisation vorgestellt. So werden jeweils die Maximum-Likelihood-Schätzer hergeleitet und deren Anwendbarkeit und mögliche Vereinfachung diskutiert, bevor weitere Ansätze für mögliche Synchronisationsmethoden besprochen werden.

Das Kapitel Entzerrung wird durch den Mobilfunkkanal und die damit verbundenen Signalverzerrungen motiviert. Hierbei beschreibt der Begriff Entzerrung mögliche Verarbeitungsschritte, in denen die Kanaleinflüsse im Empfänger soweit wie möglich rückgängig gemacht werden. In diesem Kontext werden nach Betrachtung des Optimalempfängers unter anderem der Zero-Forcing, der MMSE-Entzerrer und verschiedene lineare FIR-Entzerrer behandelt.

Nach dem Abschluss der Veranstaltung sind Studierende befähigt, Kommunikationssysteme für real auftretende Mobilfunkkanäle zu verstehen, und haben Methoden kennengelernt, um in diesen zuverlässige Nachrichtenübertragung zu garantieren sowie die Teilsysteme zu analysieren und zu bewerten.