Lehre

Signaldetektion und Parameterschätzung sind grundlegende Aufgaben der Signalverarbeitung, die bei vielen gängigen technischen Problemen unter verschiedenen Bezeichnungen auftreten. Beispiele sind die Erkennung eines Ziels und die Abschätzung der Entfernung zu diesem Ziel in Radarsystemen oder die Erkennung von Informationssymbolen und die Abschätzung von Kanalparametern in Kommunikationssystemen. In diesem Kurs wird die Theorie hinter der Erkennung und Schätzung vorgestellt, um ein besseres Verständnis dafür zu entwickeln, wie (und warum) „gute“ Erkennungs- und Schätzverfahren entworfen werden können. Darüber hinaus bieten die Programmierung grundlegender Erkennungs- und Schätzprobleme (in MATLAB) sowie die Lektüre und Präsentation von Forschungsarbeiten zu den entsprechenden Themen durch die Teilnehmer die Möglichkeit, ein vertieftes Verständnis der Erkennungs- und Schätzungstheorie zu entwickeln.

Konventionelle drahtlose Kommunikationssysteme übertragen Informationen über Zeit- und Frequenzdimensionen. Diese Ressourcen sind jedoch teuer und knapp, was die Kapazität dieser Systeme grundlegend einschränkt. Moderne drahtlose Kommunikationssysteme nutzen eine dritte Dimension, nämlich den Raum, zur gleichzeitigen Übertragung mehrerer unabhängiger Datenströme über dieselben Zeit- und Frequenzressourcen. Zu diesem Zweck müssen Sender und Empfänger mit mehreren Antennen ausgestattet sein (daher der Name MIMO-Systeme) und fortschrittliche Signalverarbeitungstechniken (bekannt als Raum-Zeit-Kodierung) verwenden. Diese Vorlesung führt in die Prinzipien von MIMO-Kommunikationssystemen ein, einschließlich der Modellierung und Schätzung von MIMO-Kanälen, der Raum-Zeit-Kodierung und MIMO-Detektionsverfahren, der grundlegenden Kapazitätsgrenzen von MIMO-Systemen und ihrer Integration in moderne Kommunikationsstandards.

Synthetische molekulare Kommunikation (MK) ist ein neues Paradigma der Kommunikationstechnik, bei dem Informationen in den Eigenschaften von Molekülen kodiert werden, z. B. in ihrer Anzahl, ihrer Art und ihrem Freisetzungszeitpunkt. Das steht im Gegensatz zu herkömmlichen Hochfrequenz-Kommunikationssystemen, bei denen Informationen in die Eigenschaften elektromagnetischer Wellen eingebettet werden, z. B. in ihre Amplitude, Frequenz und Phase. MK ist in natürlichen biologischen Systemen allgegenwärtig, was sein Potenzial für biomedizinische Anwendungen wie das Targeting von Substanzen, die intelligente Verabreichung von Medikamenten und die Entwicklung von Lab-on-a-Chip-Systemen unterstreicht. Ein Netzwerk von Nanomaschinen, die über MK miteinander kommunizieren, kann dazu beitragen, das Internet der Bio-NanoThings zu realisieren und Nanomaschinen in die Lage zu versetzen, komplexe Aufgaben zu erfüllen. In dieser Vorlesung werden die Schlüsselprinzipien synthetischer MKs, die mathematische Charakterisierung der zugrundeliegenden Prozesse (z.B. Diffusion, Advektion, Reaktion) und der Entwurf grundlegender Kommunikationsfunktionen (z.B. Modulation, Schätzung, Detektionsverfahren) vorgestellt. Modernste Implementierungen von synthetischen MK-Systemen werden diskutiert und analysiert. Neben dem Erlernen einer neuen Kommunikationstechnologie bietet diese Vorlesung den Studierenden die Möglichkeit, ihr Wissen über die Grundlagen digitaler Kommunikationssysteme erheblich zu vertiefen, indem sie Kommunikation in der aufregenden Welt der biologischen/chemischen Materialien reflektieren und „neu erlernen“.