Informationen zum Studium Telekommunikation

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Studieninfos

Eine umfangreiche Vorstellung des Telekomm Masterstudiums ist kürzlich im fetzn erschienen, verfasst von Prof. Scholtz:

Die TELEKOMMUNIKATION beschäftigt sich mit der Übertragung von Nachrichten mittels elektromagnetischer Wellen im freien Raum (Rundfunk, Fernsehen, Mobilfunk, Satellitenfunk, Richtfunk, Radar) oder entlang von Leitungen (Telefon, Kabelfernsehen, Internet). Ein wesentlicher Bestandteil der Ausbildung ist daher die Vertiefung des bereits im Bakkalaureatsstudium erworbenen Wissens über die Wellenausbreitung. Für eine zeitgemäße, effiziente Nutzung des Übertragungskanals müssen die Signale geeignet aufbereitet werden. Dazu sind genaue Kenntnisse der digitalen Signalverarbeitung erforderlich. Im Folgenden werden die wichtigsten Fächer des Studiums der Telekommunikation kurz angesprochen. Es wird versucht darzustellen, dass in dieser von vielen Studierenden als schwierig eingestuften Studienrichtung auch nur mit Wasser gekocht wird.

Die Hochfrequenztechnik erklärt die Grundkomponenten aller Nachrichtenübertragungssysteme, nämlich Sender und Empfänger. Kennzeichnend für diese Geräte ist es, dass sie die zu übertragende Information in einen Frequenzbereich umsetzen, der dem vorgesehenen Übertragungsmedium angepasst ist. So ist zum Beispiel bei Funkübertragung eine geeignete Sendefrequenz zu verwenden, die der angestrebten Reichweite angepasst ist. Es kommen Wellenlängen von vielen Kilometern bis hinunter zu Millimetern in Frage. Neben der physikalisch zweckmäßigen Wahl sind zumeist auch Vorschriften der koordinierenden Behörden einzuhalten. Ein anderes Beispiel ist die Nachrichtenübertragung entlang von Glasfasern. Hier ist die Trägerwelle zumeist infrarotes Licht, also eine Mikrometerwelle.

Die erworbenen theoretischen Kenntnisse werden durch Laborübungen und in Vertiefungsblöcken gefestigt. Hier arbeitet man in kleinen Gruppen. Die Themen sind zu Beginn einfache Messgeräte und Hochfrequenzschaltungen. Gegen Ende der Ausbildung in der Hochfrequenztechnik sind Bauelemente, Aufbautechnologien, und monolithisch integrierte Mikrowellenschaltungen angesiedelt. Man lernt etwa den Funkteil eines Handy oder ein Automobil-Abstandsradar kennen.

Das Fach Kommunikationsnetze geht detailgenau auf die Verwirklichung elektronischer und optischer Übertragungssysteme ein. Man erfährt, dass es zusätzlich zur Realisierung der physikalischen Übertragung noch vieler Überlegungen bedarf, bis etwas so Komplexes wie das Internet funktioniert. Insbesondere bedarf es eines so genannten Übertragungsprotokolls, damit Nachrichten strukturiert und gesichert übertragen werden können. Neben der Implementierung der Protokollschichten erfährt man hier über die Strukturen von Netzen und der Aufgabe von Routern und Servern.

Die Vertiefung der Grundkenntnisse erfolgt in Richtung der Photonischen Netze, oder auch in Richtung des zellularen Mobilfunks.

Der Mobilkommunikation ist ein eigenes Fach gewidmet. Man erfährt, wie Mobilfunkanlagen konzipiert werden, und was die Begriffe Terminal und Basisstation genau bedeuten. Da sich nur ein bestimmter Bereich des elektromagnetischen Spektrums für den Mobilfunk eignet, und weil von diesem Bereich nur ein Teil tatsächlich dem Mobilfunk zugewiesen ist, bedarf es des zellularen Prinzips und der Frequenzwiederholung. Mobilfunksysteme sind folglich interferenzbegrenzt, und die saubere Funknetzplanung eine fachliche Herausforderung. Um den verfügbaren Frequenzbereich effizienter als bisher zu nützen, sind derzeit Mehrantennensysteme (MIMO, Multiple Input Multiple Output) Gegenstand intensiver Forschung.

Auch zur Mobilkommunikation gibt es Laborübungen und Vertiefungsfächer. Im Labor macht man praktische Funkexperimente. Insbesondere lernt man auch, die Qualität der Funkübertragung zu bewerten, indem man die so genannte Bitfehlerwahrscheinlichkeit ermittelt. Auch mit WLAN (Wireless Local Area Network) wird experimentiert. Industrieller Digitalschaltungsentwurf und Rapid Prototyping runden die Ausbildung ab. Bei Rapid Prototyping geht es darum, neue Systemkonzepte schnell und konsistent zu erproben, bevor man die oft teure und zeitaufwendige Hardwareentwicklung in Angriff nimmt.

Die Photonik und Optische Nachrichtentechnik hat einerseits für die Kommunikation über Lichtwellenleiter, anderseits für die Kommunikation in oder mit dem Weltall große Bedeutung. In beiden Fällen hat die Wellenausbreitung sehr charakteristische, von der herkömmlichen Funkausbreitung abweichende Eigenschaften. Man erfährt über die Eigenschaften von Glasfasern als Lichtwellenleiter. Hier ist neben den Verlustmechanismen insbesondere die Dispersion eine Eigenschaft, die in die Systemplanung eingeht. Unter Dispersion versteht man hier die Frequenzabhängigkeit der Ausbreitungsgeschwindigkeit von Lichtwellen auf der Glasfaser. Ohne besondere Maßnahmen würden Lichtimpulse unzulässig verbreitert. Als Sender in der optischen Nachrichtentechnik dienen zumeist Laser. Das Laserprinzip, und wie man dem Laserlicht Information aufprägt, sind daher wichtige Themen. Die Verfügbarkeit optischer Verstärker ermöglicht die Überbrückung enormer Distanzen ohne die Notwendigkeit, die Lichtwellen zwischendurch in Stromimpulse umzuwandeln. Auch die Lichtempfänger, nämlich Photodioden, arbeiten grundsätzlich anders als etwa ein Mobilfunkempfänger.

Der Vertiefungsblock umfasst Pulsausbreitung in Glasfasern, und insbesondere auch so genannte nichtlineare Effekte, also die Änderung der Systemeigenschaften als Funktion der Intensität der Lichtblitze. Weitere Themen sind kohärenter optischer Empfang sowie die optische Datenübertragung im Weltraum. Auch auf das von der Exekutive gerne als Messgerät verwendete Lidar wird eingegangen.

Die Signalverarbeitung vermittelt zunächst mathematische Grundlagen. Die Eigenschaften von Vektoren und Matrizen werden behandelt, ebenso die für die Signalverarbeitung enorm wichtige Fouriertransformation. Als Werkzeug in den Übungen wird das in der Wissenschaft sehr weit verbreitete Computerprogramm MATLAB verwendet. Man erfährt, wie man Signale digital filtern kann, um sie nach dem Passieren des Übertragungskanals von Verzerrungen und Störungen weitgehend zu befreien. Derartige Filter bestanden früher aus einzeln aufgebauten Multiplizierern, Addierern und Verzögerungselementen. Heute leistet diese Aufgaben wesentlich eleganter der digitale Signalprozessor. In der modernen Telekommunikation spielt auch das Verstehen so genannter stochastischer Prozesse eine große Rolle. Unter anderem können mit solchen Prozessen Modelle für Störungen in der Übertragung gebildet werden.

Die Vertiefung umfasst insbesondere adaptive Systeme. Diese können zum Beispiel zur Kompensation von Verzerrungen oder Geräuschen verwendet werden, und werden in der Fachsprache adaptive Filter genannt.

Die Übertragungstechnik beschäftigt sich mit der Kunst, einem Funkkanal oder einem Wellenleiter dessen ganze Übertragungskapazität abzuringen. Mit Hilfe der Informationstheorie wird ermittelt, wie viele Bit je Sekunde in einem Kanal bestimmter Frequenzbandbreite denkmöglich sind. Diesem ultimativen Ziel versucht man sich dann durch Codierung, also dem geschickten Hinzufügen von Redundanz, zu nähern. Eine weitere Frage ist, wie die Nachricht auf die Trägerwelle aufgesetzt werden kann, und wie sie wieder der Trägerwelle entnommen wird. Das wird in der Vorlesung Modulations- und Detektionsverfahren erklärt.

Auch zu der Übertragungstechnik gibt es einen Vertiefungsblock. Der Inhalt ist die genaue Behandlung zeitgemäßer Modulationsverfahren, wie sie etwa beim Satellitenfernsehen, dem digitalen terrestrischen Fernsehen, oder im Mobilfunk zur schnellen Datenübertragung eingesetzt werden.

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