Projekte

  • Kombinierte Erfassung/Kommunikation und intelligente, reflektierende Oberflächen

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: 6G Research and Innovation Cluster (6G-RIC) Offene und sichere 6G-Technologien: Weltmarktchance für Deutschland
    Laufzeit: 1. August 2021 - 31. Juli 2025
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
  • Protokolle und Algorithmen für die energieeffiziente Referenzsignal- und EMG-Sensordatenübertragung

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Empathokinästhetische Sensorik - Sensortechniken und Datenanalyseverfahren zur empathokinästhetischen
    Modellbildung und Zustandsbestimmung (EmpkinS)
    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 30. Juni 2025
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)
    URL: https://www.empkins.de/

    Es werden für die Ressourcenallokation geeignete analytische und datenbasierte Modelle für die Hardwarekomponenten und Signalverarbeitungsblöcke der EmpkinS Beacons und der Basisstationen entwickelt. Basierend auf diesen Modellen werden Optimierungsprobleme formuliert und ausgehend von deren Lösungen Ressourcenallokationsprotokolle und -algorithmen entworfen. Anschließend werden die vielversprechendsten Ressourcenallokationskonzepte in einem Experimentalsystem implementiert, verifiziert und weiter verfeinert.

  • Komprimierende Abtastung für empathokinästhetische Radarsensoren

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Empathokinästhetische Sensorik - Sensortechniken und Datenanalyseverfahren zur empathokinästhetischen
    Modellbildung und Zustandsbestimmung (EmpkinS)
    Laufzeit: 1. Juli 2021 - 30. Juni 2025
    Mittelgeber: DFG / Sonderforschungsbereich (SFB)

    Zunächst wird ein synthetisches Datenmodell erstellt. In Kooperation mit den Teilprojekten A01, A04, D04 und D05 wird dieses Modell validiert und angepasst, sowie durch echte Messdaten ersetzt, sobald diese vorliegen. Darauf aufbauend werden zur Verringerung der Messdauer bildgebender Radartechnik in EmpkinS verschiedenartige Verfahren zur Verbesserung komprimierender Abtastung erforscht: verteilt komprimierende Abtastung, adaptive komprimierende Abtastung und auf komprimierende Abtastung hin optimierte Radartestsignale.

  • Signaldetektion und -klassifizierung im Funkfrequenzspektrum durch Mustererkennung und künstliche Intelligenz, wobei der Fokus auf der Entwicklung und Bewertung von Algorithmen mit überwachtem und unüberwachtem Lernen liegt.

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Signaldetektion und -klassifizierung im Funkfrequenzspektrum durch Mustererkennung und künstliche Intelligenz;
    Laufzeit: 1. Mai 2020 - 28. Februar 2023
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
  • Übertragungsfunktionsbasierte Modelle für Molekulare Kommunikationssysteme

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Februar 2020 - 31. Januar 2023
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Molekulare Kommunikation (MK) ist ein gerade entstehendes Forschungsgebiet an der Schnittstelle von Natur- und Ingenieurswissenschaften. MK ist die vorherrschende Art der Kommunikation in natürlichen biologischen Systemen. Die Kommunikation zwischen Bakterien beim sog. „Quorum Sensing“ beruht z.B. auf diesem Prinzip. Synthetische MK-Systeme sollen zukünftig die Kommunikation zwischen Nanomaschinen (synthetische oder biologische Objekte mit Abmessungen im Nanometerbereich) ermöglichen und die Kommunikation mit biologischen Systemen erleichtern. Die Information wird bei der MK durch die Eigenschaften von Partikeln, wie Molekülen und Ionen, repräsentiert (z.B. Partikelkonzentration, Zeit der Partikelausschüttung, Partikeltyp). Die Entwicklung einer Kommunikations- und Informationstheorie für MK-Systeme, sowie die Entwicklung von entsprechenden Testbeds zur experimentellen Verifikation befinden sich noch in einem sehr frühen Stadium. In diesem Zusammenhang kommen leistungsfähigen und flexiblen analytischen Modellen und schnellen Simulationsmethoden zur Charakterisierung der räumlich-zeitlichen Verteilung (d.h. der Partikelkonzentration als Funktion von Raum und Zeit) der informationstragenden Partikel größte Bedeutung zu. Solche Modelle und Methoden sind sowohl für den kommunikations- und informationstheoretischen Entwurf von MK-Systemen und deren Analyse als auch für die Entwicklung von (oft sehr teuren) Testbeds unabdingbar. Die existierenden analytischen Modelle für MK-Systeme beschränken sich auf sehr einfache MK-Kanäle und basieren oft auf unrealistischen Vereinfachungen (z.B. keine räumliche Begrenzung, Punktquellen, transparente Empfänger). Darüber hinaus sind die existierenden Simulationsmethoden für MK-Systeme entweder exakt aber langsam (z.B. partikelbasierte Methoden) oder schnell, liefern aber keine Einblicke für den Systementwurf (z.B. numerische Lösung von partiellen Differentialgleichungen), d.h. sie erlauben es nicht den Einfluss der relevanten Kanalparameter (z.B. Rand- und Anfangsbedingungen, Reaktionskonstanten) zu beurteilen. Aus diesem Grund sollen im vorliegenden Projekt leistungsfähige und flexible analytische Modelle für die räumlich-zeitliche Verteilung der informationstragenden Partikel in MK-Systemen entwickelt werden. Die vorgeschlagenen, auf Übertragungsfunktionen basierenden analytischen Modelle erlauben tiefe Einblicke in den Einfluss aller relevanter Systemparameter und ermöglichen eine schnelle numerische Evaluation.Die erwarteten Ergebnisse des Projektes umfassen: (1) Einen neuartigen Ansatz zur Modellierung von MK-Systemen basierend auf Übertragungsfunktionen, (2) Übertragungsfunktionsmodelle („Transfer Function Models“, TFMs) für vier wichtige MK-Beispielsysteme, (3) eine kommunikationstheoretische Charakterisierung der MK-Beispielsysteme, (4) Methoden zur TFM-basierten Parameterschätzung für MK-Kanäle, und (5) eine Software-Bibliothek zur Simulation und Evaluation von MK-Systemen basierend auf TFMs.
  • Signalentwurf und -optimierung für drahtlose Kommunikationssysteme mit nichtlinearem RF Energy Harvesting

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. November 2019 - 31. Oktober 2022
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • Entwicklung von Verfahren zur Segmentierung von sich überlagernden Signalen mittels Erforschung von zyklostationären Mustern

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Blinde Interferenzanalyse bei der Funküberwachung
    Laufzeit: 1. September 2019 - 31. März 2022
    Mittelgeber: Bundesministerium für Wirtschaft und Technologie (BMWi)
  • Vielantennensendeempfänger mit effizienter Hardware

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juni 2019 - 31. Mai 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • Makroskopische Molekulare Kommunikation: Sender- und Empfängerkonzepte für die Informationsübertragung in flüssigen Medien

    (Drittmittelfinanzierte Gruppenförderung – Teilprojekt)

    Titel des Gesamtprojektes: Makroskopische Molekulare Kommunikation
    Laufzeit: 1. November 2018 - 31. Oktober 2021
    Mittelgeber: Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF)
  • Von der Natur lernen: Energiegewinnung und Intersymbol-Interferenzmitigation mittels Wiederaufnahme von informationstragenden Molekülen in diffusionsbasierten Molekularen Kommunikationssystemen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. September 2018 - 31. August 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • Theoretische Grenzen und algorithmische Verfahren verteilter komprimierender Abtastung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2018 - 30. Juni 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • Theoretische Grenzen und algorithmische Verfahren verteilter komprimierender Abtastung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Juli 2018 - 31. Dezember 2021
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    The theoretical limits of distributed compressive sensing are studied bytools from both information theory and statistical physics. The investigationscover both noise-free and noisy distributed compressive sensing. The theoretical insightsare utilized to design approximate message passing algorithms for joint recovery of large distributed compressive sensing networks with feasible computational complexity. These algo-rithms enable us to verify the non-rigorous results obtained by the replica method from statistical mechanics, and also, to propose theoretically optimal approaches for sampling and low complexity. The proposed research will lead to improved performance of reconstruction algorithms for distributed compressive sensing, e.g. higher compression rates and/or higher fidelity of reconstruction.
  • Molekulare Kommunikationssysteme

    (FAU Funds)

    Laufzeit: 1. Januar 2017 - 31. Dezember 2019
    URL: https://www.idc.tf.fau.de/efi-mcs/

    Neuentstehende Anwendungen in der Biologie, Nanotechnologie und Medizin machen die Vernetzung von Objekten und Maschinen mit Abmessungen im Nano- und Mikrometerbereich erforderlich. Traditionelle elektromagnetische Ansätze für den Entwurf entsprechender Kommunikationssysteme sind für solch kleine Größenordnungen nicht geeignet. In der Natur jedoch ist die Kommunikation zwischen Nano- und Mikro-Objekten, wie z.B. Bakterien und anderen Zellen, weit verbreitet. Dabei kommen oft Signalmoleküle als Informationsträger zum Einsatz, so dass ein natürliches molekulares Kommunikationssystem entsteht. Das Projekt bündelt die an der FAU vorhandene Expertise auf den Gebieten Elektrotechnik, Biologie, Materialwissenschaften, Mathematik und Nanomedizin, um – ausgehend von in der Natur vorkommenden Mechanismen und Prozessen – synthetische molekulare Kommunikationssysteme zu entwerfen und zu implementieren.

  • Analyse und Implementierung von Hochkomprimierender Abtastung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. März 2016 - 28. Februar 2019
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das Projekt wird die Leistungsgrenzen von komprimierender Abtastung untersuchen und praxistaugliche Algorithmen entwerfen, die diesen Leistungsgrenzen nahe kommen.Das Projekt zielt auf hohe Kompressionsraten, bei dem Regularisierung des Problems mit Hilfe der L1-Norm suboptimal ist.Komprimierende Abtastung wird aus der Sicht der statistischen Physik untersucht und hierin als der Sonderfall eines Spinglassystems behandelt werden.Sowohl die mittlere als auch die Minimaxverzerrung wird als Zielfunktion (Hamiltonfunktion) betrachtet werden.Die Analyse wird sich auf die Replikamethode stützen. Besonders Augenmerk gilt den Auswirkungen der Replikasymmetriebrechung.Insbesondere zielt das Projekt darauf ab1. ein System von Sattelpunktgleichungen zu finden, das die replikasymmetriebrechende Lösung des komprimierenden Abtastproblem s beschreibt,2. dieses System von Sattelpunktgleichungen numerisch zu lösen,3. einseitige Schranken für diese Lösungen rigoros zu beweisen, indem Guerras Argumente für das Sherrington-Kirkpatrick-Spinglassmodel an den vorliegenden Fall angepasst, und damit die Anwendung Replikamethode auf komprimierende Abtastung legimitiert wird,4. herauszufinden, welche Algorithmen in der Praxis für Abtastung mit hohen Kompressionsraten geeignet sind. 
  • Modellierung, Entwurf, und Implementierung eines molekularen Kommunikationssystems

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2016 - 30. April 2020
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
  • Analyse und Implementierung von Hochkomprimierender Abtastung

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: 1. Januar 2015 - 31. Dezember 2017
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)
    Das Projekt wird die Leistungsgrenzen von komprimierender Abtastung untersuchen und praxistaugliche Algorithmen entwerfen, die diesen Leistungsgrenzen nahe kommen.Das Projekt zielt auf hohe Kompressionsraten, bei dem Regularisierung des Problems mit Hilfe der L1-Norm suboptimal ist.Komprimierende Abtastung wird aus der Sicht der statistischen Physik untersucht und hierin als der Sonderfall eines Spinglassystems behandelt werden.Sowohl die mittlere als auch die Minimaxverzerrung wird als Zielfunktion (Hamiltonfunktion) betrachtet werden.Die Analyse wird sich auf die Replikamethode stützen. Besonders Augenmerk gilt den Auswirkungen der Replikasymmetriebrechung.Insbesondere zielt das Projekt darauf ab1. ein System von Sattelpunktgleichungen zu finden, das die replikasymmetriebrechende Lösung des komprimierenden Abtastproblem s beschreibt,2. dieses System von Sattelpunktgleichungen numerisch zu lösen,3. einseitige Schranken für diese Lösungen rigoros zu beweisen, indem Guerras Argumente für das Sherrington-Kirkpatrick-Spinglassmodel an den vorliegenden Fall angepasst, und damit die Anwendung Replikamethode auf komprimierende Abtastung legimitiert wird,4. herauszufinden, welche Algorithmen in der Praxis für Abtastung mit hohen Kompressionsraten geeignet sind.
  • Pilotsignalentstörung in Massiven Mehrantennensystemen

    (Drittmittelfinanzierte Einzelförderung)

    Laufzeit: seit 1. Mai 2014
    Mittelgeber: DFG-Einzelförderung / Sachbeihilfe (EIN-SBH)

    Ziel des Forschungsvorhabens ist die Verringerung des Energieverbrauchs von Funkübertragungssystemen. Gleichzeitig wird eine Steigerung der übertragbaren Datenrate angestrebt. Ein vielversprechender Ansatz hierzu sind Mehrantennensysteme mit einer Vielzahl von Antennenelementen. In der Fachwelt werden diese als "massive" Mehrantennensysteme bezeichnet.Massive Mehrantennensysteme ermöglichen eine drastische Verringerung der abgestrahlten Signalleistung. Die meisten zur Zeit diskutierten Systeme leiden unter einem nachteiligen Effekt, der gemeinhin als "Pilotsignalstörung" bezeichnet wird. Dieser Effekt entsteht durch die unvermeidliche Wiederverwendung von Pilotsignalen in Nachbarzellen und wurde von vielen Forschern für ein grundsätzliches Problem von massiven Mehrantennensystemen gehalten. In jüngster Zeit haben einige der Antragsteller eine auf Singulärwertzerlegung und leistungsbezogenen Weiterreichverfahren basierende Methode skizziert, die es ermöglicht das Problem der Pilotsignalstörung zu umgehen, und diese Methode "Pilotsignalentstörung" genannt. Erste theoretische Studien für die Aufwärtsstrecke lassen erkennen, dass es sich um eine sehr leistungsfähige Methode handelt, und dass Pilotsignalstörungen kein grundsätzliches Problem darstellen, sondern durch nichtlineare Kanalschätzung umgangen werden können.In diesem Projekt soll Pilotsignalentstörung genauer untersucht werden. Insbesondere soll untersucht werden, wie das Verfahren für die Abwärtsstrecke genutzt werden kann und welche Weiterreichverfahren passend sind. Weiterhin soll analysiert werden, wie viele Antennen das System benötigt, so dass Pilotsignalentstörung zuverlässig funktioniert.Besonderer Wert soll auf eine effiziente praktische Implementierung gelegt werden.