Professur für Informationsverarbeitung

Kolloquium Informationstechnik

Wolfgang Hanzl — 2012-02-07T16:27:36Z

Kolloquium Informationstechnik
WT 2012

Termin:	Montag 17:00 (falls nicht anders angegeben)
Ort:	Universität der Bundeswehr, Gebäude 35, Raum 1397

16.01.2012	Prof. Dr. Tadashi Matsumoto Japan Institute of Advanced Science and Technologies (JAIST), Nomi, Ishikawa, Japan und University of Oulu, Finland An IDMA Technique using Near-Capacity Achieving BICM-ID with Extended Mapping and Irregular Repetition Code

6.02.2012	Dr. Nobuhiko Miki NTT DOCOMO Research Labs, Yokosuka Research Park, Japan Investigation on picocell deployments on heterogeneous network

19.03.2012	Prof. Dr.-Ing. Robert Fischer Universität Ulm Entzerrungsverfahren für Kanäle mit mehreren Ein- und Ausgängen: der Weg von der Gram–Schmidt–Orthogonalisierung über Sortierung und Quantisierung hin zu Lattice–Reduktion

Prof. Dr. Tadashi Matsumoto
An IDMA Technique using Near-Capacity Achieving BICM-ID with Extended Mapping and Irregular Repetition Code

Abstract:

Bit-Interleaved Coded Modulation with Iterative Detection/Decoding (BICM-ID) has been recognized as being a bandwidth efficient coded modulation and transmission scheme. D.Zhao et al. proposed a yet very simple, close Shannon-limit achieving BICM-ID system. It uses very simple codes, irregular repetition and single parity check codes, combined with Extended Mapping (EM). With this structure, turbo cliff happens at a value range of Signal-to-Noise power Ratio (SNR), 1 s 2dB to the Shannon limit. Even having known that the key role played towards the optimal design of the proposed code is the degree allocation for variable nodes, in the original technique described above, though, the irregular allocation to the node degrees were determined only empirically. Another fundamental drawback of the original technique is that it still suffers from error floor. This is simply because the demapper EXtrinsic Information Transfer (EXIT) curve does not reach the top-right (1,1) Mutual Information (MI) point. This talk shows that the problem of the optimal degree allocation for the proposed BICM-ID technique can be solved by using Linear Programming (LP). Furthermore, this talk introduces the use of partial accumulator, combined with the original system. With this technique, we can lift up the right-most point of the demapper curve to the (1.1) MI point, and thereby the convergence tunnel opens until (1,1) MI point. Based on those two optimization techniques, this talk further investigates a technique to identify optimal labeling pattern for EM, so that we can flexibly change the shape of the demapper EXIT curve. This talk introduces EXIT-constraint Binary Switching Algorithm (EBSA) and unbalanced labeling. It is shown through EXIT analysis that using EBSA and unbalanced labeling, demapper and decoder EXIT curves closely match, and thereby, it can achieve near-capacity performance. Simulation results using proposed techniques are also given in this talk. Using the proposed optimization techniques, threshold SNR only 0.5dB away from the Shannon limit even though its required complexity is very low; the complexity is at the same level as a turbo code with only memory-2 constituency codes.

Since, as noted above, EBSA jointly optimize the code and mapping rule. We apply this technique to IDMA where entire available bandwidth expansion factor is used for coding, hence no spreading is used. The design of such "reverse L-shaped EXIT matching" (because of very low operation point in SNR) is made possible by EBSA, where the demapper and the code EXIT curves are exactly matched, and BER threshold happens at the designed threshold. Furthermore, we applied it to soft interference cancellation case. In this case, EBSA optimization was performed assuming all the multiuser interference is canceled, with which global soft cancellation and internal each-user's iterations are combined. The system works very nicely, and the users can achieve very close performance to the multiple rate region bound. At the final stage, the presentation makes technical comparison with the publication:
K. Kusume, G. Bauch, W. Utschick, “IDMA Vs. CDMA: Detectors, Performance and Complexity”, Global Telecommunications Conference, 2009. GLOBECOM 2009,
which uses combination of spreading and error correction code, and soft MMSE is used before error correction. On the contrary, in our design, all the bandwidth is allocated to BICM-ID, and no MMSE needed. Since our designed BICM-ID using EBSA is very powerful, exact matching is still possible for very low rate code (exhibiting "reverse L EXIT shape", and hence MMSE is not needed. Henceforth, our technique is much better in terms of power efficiency (lower SNR threshold) and spectrum efficiency (it can accommodate more users given the SNR operation point).

Keywords: BICM-ID, Single Parity Check Code, Irregular Repetition Code, Extended Mapping, Optimization, Partial Accumulator, EXIT based Binary Switching Algorithm, Interleaver Division Multiple Access.

Biography:

Harald Rohde received his Ph.D. in experimental quantum physics at the University of Innsbruck, Austria in 2001. Since then he worked for Siemens ICN, Siemens CT and lately for Nokia Siemens Networks, all in Munich, Germany. He worked in multiple fields on optical communication technologies, ranging from long haul technologies to in house communications. He authored or co-authored some 60 publications and has some 60 patents pending or granted in the field of optical communication. Currently his main research focus lies in the field of coherent optical access systems.

Dr. Nobuhiko Miki, NTT DOCOMO
Investigation on picocell deployments on heterogeneous network

Abstract:

Heterogeneous network, where different types of nodes such as pico eNodeBs, femto eNodeBs, and relay nodes are overlaid onto nacro eNodeBs using one radio interface based on LTE-Advanced, is now paid attention to improve the system throughput further. Techniques for pico eNodeBs deployments and its performance for Release 10/11 will be presented. Furthermore, this presentation also touches the techniques for future radio access towards future radio access beyond Rel-12.

Biography:

Nobuhiko Miki received his B.E. and M.E. degrees from Kyoto University, Kyoto, Japan in 1996 and 1998, respectively, and received his Dr. Eng. degree from Keio University, Yokohama, Japan in 2009. In 1998, he joined NTT Mobile Communications Network, Inc. (now NTT DOCOMO, INC.) His research interests include mobile communication systems.

Prof. Dr.-Ing. Robert Fischer, Universität Ulm
Entzerrungsverfahren für Kanäle mit mehreren Ein- und Ausgängen: der Weg von der Gram–Schmidt–Orthogonalisierung über Sortierung und Quantisierung hin zu Lattice–Reduktion

Abstract:

Seitdem in den 90er Jahren das Interesse an Kanälen mit mehreren Ein- und Ausgängen (multiple-input/multiple-output (MIMO)-Kanäle) stark gestiegen ist wurden in der Literatur ein Vielzahl von Entzerrungsverfahren für solche Kanäle untersucht. Insbesondere wurden Techniken, die von Kanälen mit Intersymbolinterferenzen bekannt waren, auf die räumliche Dimension übertragen, wie z.B. lineare Entzerrung, Entscheidungsrückgekoppelte Entzerrung (Decision-Feedback Equalization (DFE), auch als Successive Interference Cancellation (SIC) bekannt und das Grundprinzip hinter dem BLAST-System) und Maximum-Likelihood-Detektion.

Neben diesen klassischen Prinzipien sind neuere Ansätze basierend auf Lattice-Reduktion von besonderem Interesse. Diese Verfahren ermöglichen die optimale Diversitätsordnung bei nur sehr geringer Komplexität.

Im Vortrag wird die Verbindung des Gram-Schmidt-Verfahrens - aus der linearen Algebra zur Berechnung einer orthogonalen / orthonormal Basis eines Vektorraum bekannt - zu Entscheidungsrückgekoppelter Entzerrung und zu Lattice-Reduzierter Entzerrung beleuchtet. Es wird gezeigt, dass die Operationen "Quantisierung" und "Sortierung" eine wichtige Rolle spielen. Die Weiterentwicklung des universellen Werkzeugs "Gram-Schmidt-Verfahren" hin zu Lattice-Reduktion, im Speziellen zu der Variante des "LLL algorithms with deep insertions", wird erläutert. Der erreichbare Austausch zwischen Leistungsfähigkeit und Komplexität der Verfahren wird diskutiert.

SCC 2013 - 9th International ITG Conference on Systems, Communications and Coding

Wolfgang Hanzl — 2012-01-11T09:46:43Z

SCC 2013 is organized by the Information Technology Society (ITG) of the Association for Electrical, Electronic and Information Technologies (VDE) in technical co-sponsorship of IEEE.

www.scc2013.net

Mädchen machen Technik - Fenster zu unserem Körper

Wolfgang Hanzl — 2011-08-29T12:10:00Z

Biosignale - Fenster zu unserem Körper

Kann man Gedanken sichtbar machen? Kann man unsere Muskeln hören? Mit solchen und ähnlichen Fragen befassten sich auch in diesem Sommer wieder Mädchen im Alter von 12 bis 14 Jahren, die am Ferienprojekt “Biosignale“ des Instituts für Informationstechnik teilnahmen.

Unter tatkräftiger Beteiligung der Mitarbeiter des Instituts und der engagierten Mitwirkung von Doktoranden und Studenten setzten die begeisterten Teilnehmerinnen an den drei Projekttagen Elektroden, bauten bioelektrische Spannungsquellen aus ihrem Pausenobst, registrierten Augenbewegungen und analysierten Herzraten und Reaktionszeiten. So lernten sie aktiv verschiedene Techniken zur Messung und Auswertung biologischer Signale kennen, die Ärzte zur Diagnose von Krankheiten einsetzen oder Wissenschaftler in der Forschung verwenden. Dazu gehört z.B. die Erfassung der Herzaktivität (EKG), die Hirnstrommessung (EEG) oder die Messung der Muskelaktivität (EMG).

Nach einer kurzen Einführung in die biologischen und technischen Grundlagen führten die zehn Teilnehmerinnen selbst Experimente und Messreihen nach Anleitung durch und bekamen so einen spannenden Einblick in das faszinierende Gebiet der biomedizinischen Informationstechnik. Dabei brachten die Mädels der Frage „Wer ist die Schnellste und Genaueste beim Kampf gegen den virtuellen Gegner am elektronischen Fechtsimulator?“ mindestens ebenso viel Interesse entgegen, wie den mathematischen und technischen Grundlagen der Computer- und Magnetresonanztomographie.

Programm

Beteiligt an der Durchführung des Projektes:

Studierende und DoktorandInnen
Lt. Swantje Hübsche (Betreuerin)
Dipl.- Sportwiss. Miriam Ködderitzsch-Frank (motorische Aktivierung Fechtsimulation)

Mitarbeiter des Professur für Informationsverarbeitung (Prof. Bauch)
Cornelia Budach (Logistik)
Josef Dochtermann (Logistik, Rechnersysteme)
Wolfgang Hanzl (Logistik)
Wolfgang Weber (Versuchsaufbauten, Bioelektrizität)

Mitarbeiter des Professur für Informationstechnische Systeme (Prof. Lankl)
Karl-Heinz Schlücker (Bioelektrizität)

Gesamtleitung und Moderation
PD. Dr.-Ing. Gerhard Staude

"Mädchen machen Technik" ist ein Ferienprogramm für bayerische Schülerinnen. Es findet jährlich auf Initiative der Frauenbeauftragten der TU München in Zusammenarbeit mit den Frauenbeauftragten und Gleichstellungsbeauftragten der bayerischen Hochschulen und Forschungseinrichtungen statt.

Workshop Biosignale und AAL

Wolfgang Hanzl — 2011-04-26T14:59:47Z

Workshop
Biosignale und AAL
Herausforderungen, Trends, Perspektiven

Älteren Menschen ein selbstbestimmtes Leben in ihren eigenen vier Wänden zu ermöglichen und dabei Familienmitglieder sowie professionell Pflegende zu entlasten ist das Kernziel der Initiative Ambient Assisted Living (AAL). Darunter formieren sich Konzepte zu intelligenten, weitgehend im Verborgenen arbeitenden Assistenzsystemen zur Unterstützung älterer oder chronisch kranker Menschen im häuslichen Umfeld.

Die damit verbundene Perspektive einer kontinuierlichen Vitaldatenerfassung über lange Zeiträume hinweg und der gezielten Einbindung von verfügbaren Umweltsignalen, z.B. aus der Haustechnik (Domotiksignale), stellt ein weites Betätigungsfeld für die Biosignalverarbeitung dar. Die gegebenenfalls zunächst unspezifischen Fragestellungen, lange Messintervalle mit hohen Anforderungen an die Stabilität und die Energieeffizienz der Sensorik, das immense Datenaufkommen einer vielkanaligen heterogenen Signalregistrierung, sowie die Fusion der unterschiedlichen Messdaten und die Erkennung relevanter Information sind möglichst früh zu adressierende Themenfelder, um die Chancen der technologischen Entwicklung im Bereich AAL und darüber hinaus für Patient, Arzt und Gesellschaft nutzbar zu machen.

Ziel des Workshops ist, die speziellen Herausforderungen einer gemeinsamen Langzeitregistrierung von biomedizinischen Signalen und Umweltdaten aus Sicht der Biosignalverarbeitung herauszuarbeiten, methodische Engpässe zu identifizieren und künftigen Bedarf an Forschung und Entwicklung abzuleiten. Die im Rahmen dieses Projektworkshops gewonnen Erkenntnisse sollen schließlich in Gestalt eines VDE-Positionspapiers aus dem Fachausschuss Biosignale zusammengefasst werden.

Programm

Veranstalter
Arbeitskreis Langzeit-Signal-Analyse
des FA Biosignale der Deutschen Gesellschaft für
Biomedizinische Technik (DGBMT) im VDE e.V.

Kontakt
PD Dr.-Ing. Gerhard Staude
Institut für Informationstechnik EIT 3.2
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Universität der Bundeswehr München
85577 Neubiberg
gerhard.staude@unibw.de

Der ITIS-Forschungspreis 2010 wurde im Rahmen des Dies Academicus unserem Doktoranden, Herrn Michael Dambier, verliehen!

Wolfgang Hanzl — 2011-04-26T14:59:29Z

Was wurde erreicht?
Neben einer umfassenden Strukturierung von Fahrerbelastungsfaktoren wurde ein im Fahrzeug einsetzbares Klassifikationssystem für Fahrmanöver erstellt, das mit seinen Erkennungsraten eine vordere Position im Vergleich zu bisher publizierten Verfahren einnimmt. Auf der Basis dieser Manövererkennung wurde darüber hinaus ein neuartiger Ansatz zur Schätzung der Verkehrsdichte im Fahrzeug-Umfeld vorgestellt, der einen weiteren Beitrag zur Optimierung der Mensch-Maschine-Schnittstelle im Kraftfahrzeug liefert.

Diese Arbeit wurde als gemeinsames Forschungsprojekt mit der Fa. Robert-Bosch-GmbH durchgeführt und seitens des Lehrstuhls von Prof. Dr. Wolf mit betreut.

Professor Werner Wolf nimmt Abschied

Wolfgang Hanzl — 2011-04-26T14:57:33Z

Zum Lebenslauf von Professor Wolf:

Prof. Wolf studierte Elektrotechnik an der Technischen Universität München und promovierte 1978 in diesem Fachgebiet. Nach seinem Wechsel an die Universität der Bundeswehr arbeitete er zunächst als Leiter des Labors für Datenverarbeitung am Institut für Mathematik und Datenverarbeitung. Im Jahr 1990 folgte die Habilitation und Ernennung zum Privatdozenten für das Fach Informationstechnik. Seit seiner Ernennung zum apl. Professor im Jahre 1996 leitet er die Arbeitsgruppe Medizinische Informationstechnik an der Professur für Informationsverarbeitung.

Als unermüdlicher Verfechter einer tragfähigen universitären Grundlagenforschung ist er auf dem Gebiet der biomedizinischen Informationstechnik national wie international etabliert und in zahlreichen Vereinigungen und Fachausschüssen aktiv. So hob er den im Zweijahresrhythmus stattfindenden Workshop Biosignalverarbeitung der Deutschen Gesellschaft für Biomedizinische Technik aus der Taufe und war Mitglied in interdisziplinären Graduiertenkollegs sowie im Excellenzcluster CoTeSys der TU München. Seine exzellente Arbeit als Wissenschaftler ist mit über 250 wissenschaftlichen Publikationen und Buchbeiträgen eindrucksvoll dokumentiert. Für seine Studenten und Doktoranden war und ist er stets ein begeisternder Lehrer und geduldiger Zuhörer, immer neugierig und offen auch für unkonventionelle Lehrkonzepte. Dabei hat sich Herr Prof. Wolf neben seinem Einsatz für Forschung und Lehre auch immer mit Herzblut und Sachverstand in der Hochschulpolitik engagiert und war u.a. als Sprecher der wissenschaftlichen Mitarbeiter, als Vertreter der UniBw München in der Landesvertretung des Akademischen Mittelbaus Bayern und als Mitglied des Senates aktiv.

Für alle, die Herrn Prof. Wolf kennen, ist klar, dass das Ende der offiziellen Dienstzeit keineswegs gleichzusetzen ist mit dem Ende einer erfüllten und erfolgreichen Laufbahn als Wissenschaftler. Die Zeit nach dem Dienstende bietet die Chance, dass nun jene Dinge mehr Raum finden, die als Kür neben der Pflicht bisher zu wenig Platz hatten – sowohl im privaten als auch im beruflichen Bereich. Und so begleitet Herr Prof. Wolf nach wie vor voller Energie und Engagement aktuelle Forschungsprojekte des Instituts. Seine Erfahrung und seine Expertise werden auch in Zukunft hoch willkommen sein.

Promotion in der Biosignalverarbeitung

Wolfgang Hanzl — 2010-07-27T08:51:34Z

Als letzten Teil des Promotionsverfahrens stand Heiko Hofer dem Promotionsausschuss zu seinem Thema „Large-Scale Gradual Change Detection“ Rede und Antwort. Im Bild sind von links nach rechts der Vorsitzende des Promotionsauschusses Prof. Dr.-Ing. Gerhard Bauch, der Promovend und beide Berichterstatter Prof. Dr.rer.nat. Konrad Pilzweger und Priv.-Doz. Dr.-Ing. Gerhard Staude zu sehen.
Für Heiko Hofer hat sich seine Tätigkeit an der Universität der Bundeswehr gelohnt. Nach dem Studium der Elektrotechnik an der TU Chemnitz arbeitete er als Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Lehrstuhl für Informationsverarbeitung an der Universität der Bundeswehr München. Er profitierte von der guten Ausstattung und der fachkundigen Betreuung durch Priv.-Doz. Dr.-Ing. Gerhard Staude. Inzwischen arbeitet Heiko Hofer als selbstständiger IT-Berater in Buxtehude bei Hamburg.

Dissertation in der Segmentierung zeitdiskreter Signale

Heiko Hofer hat eine Methode für die computergestützte Analyse von systembeschreibenden Signalen entwickelt. Die Aufgabe der Methode ist das Zerlegen der Signale in Segmente mit konstantem Systemverhalten sein, d.h. die Segmentierung des Signals.

Neben der Biosignalverarbeigung lassen sich Anwendungsgebiete in allen Realwissenschaften finden, darunter ist die Ursachenforschung der Veränderungen im globalen Klima, das Erkennen von Trends im Wirtschaftssystem oder die Beurteilung des Zustands einer Industrieanlage, um die Qualität des Endproduktes zu gewährleisten.

In der Dissertation wird ein spezielles, bisher nicht zufriedenstellend gelöstes, Segmentierungs-Problem angegangen. Es handelt sich um die Segmentierung eines zeitdiskreten Signals dessen Verlauf aus einer Verkettung von Rampensprüngen besteht. Ein Rampensprung ist ein linearer Übergang zwischen zwei konstanten Phasen. Der Rampensprung beinhaltet die in der Literatur oft vorkommenden Profile Sprung und Rampe. Deshalb kann der Algorithmus auch auf alle Probleme angewendet werden, bei denen man sich sonst für eines dieser Profile entscheiden musste.

Informationstechnik an der Schnittstelle "Mensch-Maschine" - Promotion "mit Auszeichnung" abgeschlossen

Wolfgang Hanzl — 2010-07-27T08:27:09Z

08.03.2010: Mit dem Dissertationsthema „Adaptive Information Flow Control – Recognition and Prediction of Factors contributing to Driver’s Stress“ hat Dipl.-Inform. Michael Dambier als externer Doktorand am Institut für Informationstechnik (Professur für Informationsverarbeitung) promoviert. Die Arbeit wurde in Zusammenarbeit mit dem Zentralbereich Forschung und Vorausentwicklung der Robert Bosch GmbH Stuttgart durchgeführt. Die Prüfungskommission bestehend aus Prof. Hillermeier (Vorsitzender), Prof. Bauch, Prof. Wolf und Prof. Appel würdigte die fundierte interdisziplinäre Arbeit mit dem Prädikat "mit Auszeichnung". Seine Kollegen am Institut und aus der Firma überreichten ihm mit den besten Wünschen für die Zukunft einen kreativ gestalteten Belastungs-Doktorhut.

Im Mittelpunkt der Arbeit: die Belastung eines Autofahrers

In seiner Arbeit befasst sich Herr Dambier mit der Erkennung und Prädiktion von Belastungen des Autofahrers. Basis dafür ist eine Strukturierung der Belastungsfaktoren in Straßentyp, Straßencharakteristik, Fahrzeugumgebung, Wetter und Straßenzustand, Fahrmanöver und Nebenaufgaben.
Zur Erkennung und Prädiktion von Fahrmanövern und Verkehrsdichte werden dann in einer manöverbezogenen Daten-Analyse die spezifische Merkmale für jedes einzelne Fahrmanöver identifiziert. Auf Basis dieser Merkmale wird die Klassifikation über die kombinierten Methoden "Entscheidungsbäume" und "Random Forests" durchgeführt, wobei auch die durchschnittlichen Fahrmanöver-Dauern und Übergangswahrscheinlichkeiten zwischen einzelnen Fahrmanövern berücksichtigt werden. Zusätzlich wird ein Prädiktor für Fahrmanöver vorgeschlagen, der die Wahrscheinlichkeiten von Fahrmanöver-Sequenzen unterschiedlicher Länge bewertet. Für die (realistische) Annahme, dass die Verkehrsdichte die Auswahl an möglichen Fahrmanövern durch den Autofahrer beeinflusst, wird ein Verfahren zur Verkehrsdichteschätzung realisiert. Zwei umfangreiche Fahrversuche im realen Straßenverkehr lieferten die notwendigen Daten für die Arbeit.

Was wurde erreicht?

Neben einer umfassenden Strukturierung von Fahrerbelastungsfaktoren wurde ein im Fahrzeug einsetzbares Klassifikations-System für Fahrmanöver erstellt, das mit seinen Erkennungsraten eine vordere Position im Vergleich mit Erkennungsraten der Literatur einnimmt. Auf Basis dieser Manöver-Erkennung wurde darüber hinaus ein neuartiger Ansatz zur Schätzung der Verkehrsdichte im Fahrzeug-Umfeld vorgestellt, der einen weiteren Beitrag zur Optimierung der Mensch-Maschine-Schnittstelle im Kfz liefert.

Verbesserung für die Mobilkommunikation

Wolfgang Hanzl — 2010-07-27T08:18:50Z

Prof. Gerhard Bauch, Professor für Informationsverarbeitung an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik der Universität der Bundeswehr München (im Bild rechts), hat gemeinsam mit den Co-Autoren Katsutoshi Kusume (DOCOMO Euro-Labs, im Bild links) und Prof. Wolfgang Utschick (TU München) einen Best Paper Award bei der IEEE Globecom Konferenz in Honolulu, USA, erhalten. Die Globecom ist neben der International Conference on Communications (ICC) eine der beiden Flaggschiff-Konferenzen der IEEE Communications Society im Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE), dem weltweit wichtigsten Fachverband. Von mehr als 3500 eingereichten Beiträgen wurden 34 Prozent angenommen. Die Konferenz war in 14 Symposien organisiert, die jeweils einen Best Paper Award vergaben. Prof. Bauch erhielt den Preis des Symposiums „Signal Processing for Communications Symposiums“ für die Arbeit „IDMA vs. CDMA: Detectors, Performance and Complexity“.

Signal-Übertragung in der Mobilkommunikation

Die ausgezeichnete Arbeit behandelt das Problem der gleichzeitigen bandbreiten- und leistungseffizienten Übertragung hochratiger Signale mehrerer Teilnehmer im Mobilfunk. In der Mobilkommunikation werden z.B. für Internet und Videodienste zunehmend hohe Datenraten gefordert, die sich den aus der Festnetzkommunikation gewohnten Datenraten annähern. Die Schwierigkeit besteht in den äußerst ungünstigen Eigenschaften des Mobilfunk-Übertragungskanals: Das Funksignal unterliegt einer starken Dämpfung durch die Entfernung des Empfängers zur Sendeantenne sowie aufgrund von Abschattung durch Gebäude, Berge etc.. Zusätzlich werden die gesendeten Signale an Häusern, beweglichen Objekten wie Autos etc. reflektiert. Am Empfänger überlagern sich diese teilweise verzögerten Signalkomponenten, was zur Auslöschung des Signals in Teilen des Übertragungsbands führt. Durch die Bewegung des mobilen Teilnehmers, aber auch von Objekten zwischen Sender und Empfänger, ändern sich die Kanaleigenschaften ständig in unvorhersehbarer Weise. Eine zuverlässige Übertragung über einen solchen Mobilfunkkanal ist eine große Herausforderung. Zusätzlich soll die Sendeleistung gering gehalten und gegenüber heutigen Systemen sogar wesentlich reduziert werden. Die benötigte Frequenzbandbreite ist eine teure und knappe Ressource, die sich die Teilnehmer eines Mobilfunknetzes teilen müssen. Im Prinzip kann das durch die exklusive Zuweisung von Teilen des Frequenzbands an einen Teilnehmer erfolgen (Frequenzmultiplex) oder aber durch die zeitlich abwechselnde Nutzung des Frequenzbands (Zeitmultiplex).

Hohe Belastung für Batterien bei UMTS-Handys

Die derzeitigen Mobilfunksysteme der dritten Generation (UMTS) nutzen ein sogenanntes Codemultiplexverfahren (Code Division Multiple Access, CDMA). Dabei wird das Signal jedes Teilnehmers durch die Multiplikation mit einem teilnehmerspezifischen Spreizcode über das gesamte Frequenzband des Systems gespreizt. Man vermeidet dadurch, dass ein Teilnehmer zufällig nur in einem Teilfrequenzband sendet, das aufgrund der gegenwärtigen Kanalkonstellation stark gedämpft ist. Der teilnehmerspezifische Spreizcode ermöglicht es, die Signale mehrerer Nutzer zu überlagern, also gleichzeitig in demselben Frequenzband zu senden. Die Extraktion des gewünschten Signals aus diesem überlagerten Multiplexsignal kann sehr rechenaufwendig sein und damit die Batterie des Handys stark belasten.

Neues Verfahren zur Kapazitätssteigerung des Mobilfunknetzes

Die Arbeit untersucht ein alternatives, neuartiges Multiplexverfahren, bei dem den Teilnehmern anstelle eines Spreizcodes ein individueller Interleaver zugewiesen wird, d.h. die Sendesymbole werden nach einer teilnehmerspezifischen Vorschrift verwürfelt (Interleave Division Multiple Access, IDMA). Für dieses Verfahren werden leistungsfähige Empfänger entworfen, die mit wesentlich geringerem Rechenaufwand auskommen als CDMA-Empfänger. Dadurch wird die Batterie-Betriebsdauer verlängert. Zusätzlich wird gezeigt, dass IDMA es ermöglicht, mehr Teilnehmer gleichzeitig in demselben Frequenzband zu bedienen als CDMA. Damit wird die Kapazität eines Mobilfunknetzes gesteigert, ohne die insgesamt benötigte Sendeleistung zu erhöhen.

Zur Seite der Konferenz IEEE Globecom 2009

Fechten gegen die Leinwand

Wolfgang Hanzl — 2009-09-23T13:36:42Z

Es sieht aus wie eine Kinoleinwand mit lebensgroßer Person – und ist eine Innovation im Bereich des Fechttrainings. Was die Fechter des Olympiastützpunkts Tauberbischofsheim bereits getestet und die Besucher der Sportmesse ispo 2009 erstmals bestaunen können, ist eine gemeinsame Entwicklung von Sportwissenschaftlern und Informationstechnikern an der Universität der Bundeswehr München: Das Koordinations-Fecht-Gerät KFG. Es handelt sich um einen Simulator im Fechtsport. Auf die Leinwand wird eine Person projiziert, gegen die der Athlet unter realitätsnahen Bedingungen antritt. Die Entwicklung ist auch auf andere Sportarten, etwa Tischtennis oder Boxen, übertragbar. In der Kategorie „Hardware Accessories“ wurde das an der Universität der Bundeswehr München entwickelte Koordinations-Fecht-Gerät als eine von zehn Innovationen für den ispo BrandNew Award 2009 nominiert.

Fechten an der Leinwand

Der Fechtsimulator entstand im Rahmen der Diplomarbeit der Studentin Miriam Ködderitzsch-Frank. Die Studentin der Sportwissenschaft arbeitete dafür eng mit der Arbeitsgruppe „Biomedizinische Informationstechnik“ unter der Leitung von Prof. Werner Wolf an der Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik zusammen. Das Koordinations-Fecht-Gerät (KFG) bietet Möglichkeiten, die Reaktions- und Bewegungszeit mit Hilfe eines Ultraschallsensors zu ermitteln sowie das Blickverhalten und die Zielauswahl mit einer Blickbewegungskamera zu untersuchen. Außerdem kann der Degenspitzendruck anhand von Kraftsensoren an der Auftreffplatte gemessen werden, ein Lasersensor ermittelt den Abstand des Fechters zum KFG. Schließlich ist es auch möglich, den Handschluss am Degengriff zu messen, um etwa eine Verkrampfung im Handgelenk zu erkennen. Der Fechter kann auswählen, ob er Einzelbilder, Videosequenzen, zugewiesene Ziele oder frei wählbare Ziele bekämpfen möchte. Dabei wird zwischen reinen Erkennungsaufgaben bis hin zu selbst gewählten Angriffstechniken unterschieden. Mit Hilfe akustischer und visueller Signale löst der Athlet bestimmte Aufgaben.

Talentdiagnostik als Einsatzgebiet

Die Daten, die der Fechtsimulator liefert, machen die Leistungen der Sportler objektiv vergleichbar. Die Vergleichbarkeit ist besonders in der Talentprognose und -diagnostik von Nutzen. Talente zeichnen sich durch besondere Veranlagungen und Fähigkeiten aus. Doch was ist heutzutage ein Fechttalent? Es sollte über hohes Konzentrationsvermögen verfügen, Stresssituationen gut meistern können und eine starke Willenskraft haben. Hinzu kommen aber auch hohe Aufmerksamkeit, Umstellungsfähigkeit, Präzisionsfähigkeit, die Fähigkeit, Bewegungen des Gegners richtig zu interpretieren, eine gute körperliche Allgemeinfitness und schnelles Reaktionsvermögen. Dabei ist entscheidend, ein Spitzensporttalent nicht nur anhand der bisher erreichten sportlichen Leistungen reflexiv zu bewerten, sondern diese auch in eine zuverlässige Prognose in die Zukunft zu projizieren. Bewertungen von Trainern sind dabei oft subjektiv. Dagegen kann das KFG nicht nur elementar motorische Fähigkeiten vorhersagen, sondern auch komplexe Fertigkeiten diagnostizierbar machen. So kann mit Hilfe des KFG bei einem jungen Fechter beispielsweise erkannt werden, ob sein Reaktionsvermögen extrem gut ist oder er über eine ausgezeichnete neuromuskuläre Koordination verfügt.

Realitätsnahe Wettkampfbedingungen simulieren

Der Simulator im Fechtsport wurde bereits im Olympiastützpunkt in Tauberbischofsheim und dem Fechtzentrum in Heidenheim erprobt. Die Kritiken der Spitzensportler waren sehr positiv. Ziel der KFG-Entwicklung ist die möglichst realitätsnahe Nachbildung realer Wettkampfbedingungen und der Bewegungsabläufe im Fechten. Reale Gegner in Wettkämpfen werden daher gefilmt, analysiert und auf häufige Aktionen, Stärken und Schwächen hin untersucht. Denn Erfahrungen und ständige Rückmeldungen der Spitzensportler zeigten, dass die eigene Aktionsplanung intensiv von den Reaktionen des Gegenübers abhängt. Demzufolge muss sich der Fechter im Millisekundenbereich immer wieder den Gegebenheiten anpassen, um das Angriffverhalten und Abwehrverhalten richtig zu planen. Das KFG ermöglicht ein systematisches computer-unterstütztes Training. Der Fechter kann Bewegungssequenzen alleine, ohne Fechtgegner, am Simulator so trainieren, dass er die automatisierten Bewegungen später im Realgefecht gezielt anwenden kann.

Ziele 2009

Mit der Nominierung zum ispo BrandNew Award 2009 war auch ein Messestand auf der ispo verbunden, auf dem das KFG erstmals präsentiert wurde. Miriam Ködderitzsch-Frank war mit dem Zuspruch der Messebesucher äußerst zufrieden. "Es war rund um die Uhr viel los an unserem Stand". Konkret interessierten sich die nationalen Fechtzentren in Polen und Russland für das Koordinations-Fecht-Gerät. Auch Amerikaner und Kanadier hätten das Trainingsgerät am liebsten gleich mitgenommen. Noch hat das KFG allerdings keine Marktreife. Miriam Ködderitzsch-Frank wird im Zuge ihrer Dissertation an der Weiterentwicklung arbeiten. Ab April 2009 beginnt sie mit einer neuen Reihe an Messungen, u.a. am Olympiastützpunkt Tauberbischofsheim. Ziel für 2009 ist es zum Beispiel, festzustellen, in welchem Zeitfenster bestimmte Bewegungsprogramme bei unterschiedlichen Ausgangsbedingungen noch veränderbar sind. Beispielsweise wird am Simulator die Position eines Zielpunkts verändert, nachdem der Fechter den Angriff schon begonnen hatte. Schafft es der Fechter dennoch, die neue Zielvorgabe zu treffen oder wird er scheitern? Außerdem müsse vor der Marktreife noch an der Bedienerfreundlichkeit des Geräts gearbeitet werden, so Ködderitzsch-Frank. 2010/2011 könnte die an der Universität der Bundeswehr München entstandene Entwicklung frühestens auf den Markt kommen - und das Training von nationalen und internationalen Athleten verbessern.

Das Koordinations-Fecht-Gerät ist Finalist bei den ispo BrandNew Awards 2009:
Beschreibung und Film

Beteiligt an der Entwicklung des KFG:
Dipl.-Sportwiss. Miriam Ködderitzsch-Frank
Prof. Werner Wolf, Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik (Gutachter)
Prof. Klaus Schneider, Fakultät für Pädagogik (Gutachter)
Prof. Dietmar Schmidtbleicher, Sportwissenschaftler an der Wolfgang-Goethe-Universität Frankfurt am Main
Daniel Strigel, Leiter des Fechtzentrums Tauberbischofsheim
Josef Dochtermann, Wolfgang Weber, Wolfgang Hanzl, Dung Congkak, Marcus Rabe – alle Mitarbeiter am Institut für Informationstechnik

Mit dabei auf dem ispo Messestand:
David Neumann
David Rummel
Pierre Ulfig