Studentische Arbeiten

Titel: Erarbeitung eines Experiments zur digitalen Datenübertragung über Schallwellen
Typ:
  • Masterarbeit
Betreuer:
Status: laufend

Hintergrund

Die digitale Datenübertragung ist in fast allen Bereichen des heutigen Alltags  zu finden - sei es die Funkverbindung der Mobiltelefone mit den Basisstationen, die kabelgebundene Vernetzung der KFZ-Komponenten oder die schnelle Überbrückung großer Enfernungen über optische Faser.

All diese Verfahren nutzen elektromagnetische Wellen als Träger der Information, deren Ausbreitungsgeschwindigkeit im Bereich 1,5 ... 3 x 108 m/s liegt (annähernd Lichtgeschwindigkeit) liegt. Die Mehrwegeausbreitung der elektromagnetischen Wellen und die damit verbundene Frequenzselektivität der Übertragungskanäle sind also vor allem für die schnelle und breitbandige Datenübertragung ein Hindernis, dessen Auswirkung durch die Entzerrung mit digitalen Signalverarbeitungsalgorithmen in den modernen Empfängern reduziert wird.

Problemstellung

Das Institut für Nachrichtenübertragung arbeitet in der Forschung unter anderem an den oben beschriebenen Entzerrungsverfahren und erklärt die entsprechenden Grunlagen in den Vorlesungen und praktischen Übungen.

Um die Kanaleigenschaften experimentell zu zeigen, die sich erst bei hohen Bandbreiten bemerkbar machen, wird schnelle Hard- und Software eingesetzt. Ein experimenteller Aufbau, der eine (deutlich langsamere) Datenübertragung allein mit Software-Bausteinen ermöglicht, vorzugsweise basierend auf der Hardware aller handelsüblichen Geräte wie PCs oder Smartphones, würde der Veranschaulichung der Kanaleigenschaften und der Entzerrungsalgorithmen zugute kommen.

Der Schall hat eine Ausbreitungsgeschwindigkeit von ca. 330 m/s und die hörbaren Frequenzen von unter 20 kHz erfahren in den üblichen Räumen ähnliche Interferenzen durch Mehrwegeausbreitung. Die Aussendung und der Empfang von Schallwellen können durch Soundkarten erreicht werden, die in allen tragbaren und stationären Rechnern verbaut sind.

Aufgabe

In dieser Masterarbeit soll ein experimenteller Aufbau erarbeitet werden, bei dem die Übertragung digitaler Daten über Schallwellen ermöglicht wird. Die Sender- und Empfänger-Signalverarbeitung soll in Software implementiert werden.

Die in dieser Arbeit zu erfüllenden Anforderungen sind

  • Auseinandersetzung mit den Eigenschaften der akustischen Übertragungskanäle
  • Dimensionierung eines auf OFDM basierenden Übertragungssystems
  • Implementierung des Senders und des Empfängers in Matlab.

Je nach Aufwand bestehen nach Fertigstellung der obigen Aufgaben die folgenden Optionen:

  • Implementierung des Empfängers in Java für den Betrieb auf Android-basierten Endgeräten
  • Erweiterung des Systems durch die Möglichkeit der Stereo-Wiedergabe und -Aufnahme zu einem MIMO-System.

Anforderung

  • Grundkenntnisse der digitalen Datenübertragung
  • Kenntnisse der digitalen Signalverarbeitung
  • Programmierkenntnisse in Matlab