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Christian Doppler Labor für Nichtlineare Signalverarbeitung erfolgreich evaluiert#


Von


Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Gernot Kubin

Institut für Signalverarbeitung und Sprachkommunikation

Univ.-Prof. Dipl.-Ing. Dr.techn. Gernot Kubin
Gernot Kubin


© Forschungsjournal SS 2004


Das Christian Doppler Laboratorium für Nichtlineare Signalverarbeitung wurde im Rahmen der begleitenden wissenschaftlichen Kontrolle am 5. März 2004 in einem Hearing mit Vertretern der Christian Doppler Forschungsgesellschaft (CDG) und Herrn Prof. Dr.-Ing. Wolfgang Mathis von der Universität Hannover evaluiert. Aufgrund des ohne Einschränkung positiven Evaluierungsergebnisses beschloss das Kuratorium der CDG die planmäßige Weiterführung bis März 2009.


Abb.1. Algorithm Engineering als zentrale Aufgabe der Nichtlinearen Signalverarbeitung
Abb.1. Algorithm Engineering als zentrale Aufgabe der Nichtlinearen Signalverarbeitung

Dieser Erfolg gründet auf die in den ersten beiden Jahren geleistete Aufbauarbeit. Das Labor wurde etwa ein Jahr nach meiner Berufung an die TU Graz gemeinsam mit unserem Industriepartner Infineon Technologies, Microelectronic Design Centers Austria GmbH, beantragt und nahm seine Tätigkeit mit 1. April 2002 auf.

Der wissenschaftliche Kern der Arbeiten liegt zum einen in der Signalverarbeitung, also in der Erfassung, Speicherung, Analyse, Darstellung, Interpretation, Manipulation, Erzeugung, Übertragung und Wiedergabe von Information, die entweder als Zahlenfolge oder als physikalisches Signal vorliegt. Zum anderen ist Nichtlinearität eine in natürlichen wie technischen Systemen häufig anzutreffende Eigenschaft, bei der die gemeinsame Wirkung zweier Ursachen nicht der Summe der Einzelwirkungen entspricht, und deren Modellierung zum Erfassen realer Zusammenhänge oft entscheidend ist. Wir greifen Methoden aus den mathematischen Grundlagen auf, wie sie in Abb.1 beispielsweise als Adaptions- und Lernverfahren, nichtlineare Filter oder Oszillatoren dargestellt sind, und begleiten sie bis in die verschiedenen Anwendungen der Informations- und Kommunikationstechnik, z.B. das Chip Design im Mixed-Signal Bereich, die leitungsgebundene und mobile Telekommunikation, und interaktive Dienste in der Sprachkommunikation. Dabei steht letztlich die für die Problemlösung maßgeschneiderte Rechenvorschrift oder das Algorithm Engineering im Mittelpunkt. Die Leitziele des CD Labors sind dabei

  • Exzellenz in der Verknüpfung mathematischer Grundlagen mit informationstechnischen Anwendungen
  • „One-stop shopping“ von theoretischer Analyse über Synthese von Algorithmen bis zur optimierten Realisierung
  • Bidirektionaler Wissenstransfer zwischen industrieller und akademischer Forschung

Derzeit arbeiten vier Dissertanten und mehrere StudienassistentInnen

in drei Projektmodulen an folgenden Themen:

  • Identifikation und Kompensation von Nichtlinearitäten in xDSL Systmen (Digital Subscriber Lines, ADSL bzw. VDSL)
  • Digitale Korrektur von analogen Signalverarbeitungsfehlern in schnellen Analog-Digital-Wandlern
  • Digitale Vorentzerrung für Mobilfunk-Basisstationen (UMTS)

Zweidimensionaler Volterrakern
Abb.2. Zweidimensionaler Volterrakern mit Gedächtnislänge 100 für eine nichtlineare Differentialgleichung

Als ein Beispiel aus der Grundlagenarbeit ist in Abb.2 ein Volterrakern zweiter Ordnung für eine nichtlineare Differentialgleichung dargestellt, der mit von uns entwickelten Algorithmen identifiziert wurde.

Weitere Projektmodule zur Modellierung von neuartigen Funkübertragungssystemen insbesondere für Ultra WideBand Communications (UWB) sind in Vorbereitung, wobei eine Ausweitung des CD Labors auf weitere Kooperationspartner geplant ist. Das Labor betreibt auch internationale Kooperationen und ein Gastforscher- Programm (bisher Prof. Dr. Martin Hasler von der EPFL in Lausanne und derzeit Dr. Claudia Lainscsek von der UCSD in San Diego).

Als Ergebnis unserer bisherigen Tätigkeit seien abschließend folgende Punkte hervorgehoben:

  • 14 Publikationen mit internationalem Peer Review, davon zwei in Special Issues von führenden Fachzeitschriften
  • Wissenstransfer belegt durch Beteiligung von Koautoren aus der Industrie in sechs der genannten Publikationen, durch gemeinsame Nutzung von Hardware- und Softwarewerkzeugen und durch gemischte Anstellung von Dissertanten (z.B. 50 % TU Graz, 50 % Industriepartner)
  • 20 Erfindungsmeldungen an den Industriepartner, davon 12 bereits zum Patent angemeldet

Zusammenfassend möchte ich betonen, dass die Aktivitäten im CD Labor eine hervorragende Ergänzung des wissenschaftlichen Spektrums des Betreiberinstituts an der TU Graz darstellen und in enger Verzahnung mit anderen Formen unserer kooperativen Forschung gesehen werden müssen, insbesondere dem TU Graz Forschungsschwerpunkt Smart Systems for a Mobile Society, dem Forschungszentrum Telekommunikation Wien im K+ Programm, sowie zwei gerade anlaufenden Projekten im 6. Rahmenprogramm der EU.