Biologisch inspirierte informationstheoretische Methoden für eine optimale Signalübertragung
Final Report Abstract
In dem Vorhaben wurde eine biologisch inspirierte parallele Übertragung eines Signals über mehrere verrauschte Kanäle mit informationstheoretischen Mitteln untersucht. Die folgenden Ergebnisse wurden erzielt. • Kapazitätsuntersuchungen für den vorgeschlagenen Kanal: Das Phänomen der stochastischen Resonanz wurde weiter untersucht, insbesondere am Beispiel von 4-QAM. Eine obere Schranke für die Transinformation zwischen Kanaleingang und Kanalausgang wurde hergeleitet und deren Güte analysiert. Inputverteilungen nahe am Optimum wurden für den Fall bekannter und unbekannter Rauschverteilung bestimmt. Weiter wurde der Fall diskreter Eingangsverteilung untersucht. • Informationsfusion: Die Informationsfusion wurde auf ein Partitionierungsproblem zurückgeführt, was die Darstellung als multiples Knapsack-Problem ermöglicht. Eine greedy-Heuristik wurde entwickelt, die für Spezialfälle optimal ist. Weiter wurde eine baumartige Informationsfusion untersucht. Es zeigt sich, dass man eine erhebliche Komplexitätsreduktion bei nahezu gleichen Ergebnissen erhält. • Technische Konkretisierungen: Die Implementation von biologischen Kommunikationsprinzipien in technischen Systemen ist vielversprechend. Eine Liste möglicher ausgewählter Anwendungen wurde erarbeitet, die konkrete Umsetzung ist ein langfristiges Ziel, das auch Thema eines Folgeprojekts ist. Neben der parallelen Übertragung von Information wurde im Rahmen dieses Forschungsprojekts das Weiterleiten durch Relaying betrachtet und hierbei insbesondere Strategien zum Receiverdesign und zur Leistungszuweisung entwickelt. Das zunächst separat betrachtete Modell drahtloser Sensornetze mit multiplen Relayknoten soll in einem zukünftigen Schritt mit der parallelen Übertragung kombiniert werden, da Relaysysteme auch aus molekularbiologischer Sicht eine wichtige Rolle spielen. Die Kooperation mit der University of York, insbesondere mit Rodrigo de Lamare, wird weitergeführt. Um dies zu ermöglichen, wurde eine Erasmuskollaboration zwischen York und Aachen genehmigt. Die Verbindung wird auch dadurch gestärkt, dass zwei Wissenschaftler aus York in der aachener Gruppe als Doktorand bzw. Postdoc anfangen werden. Basierend auf den in diesem Forschungsprojekt entwickelten Ergebnissen, wurde gemeinsam mit Rudolf Mathar und dem Biologen Marc Spehr ein DFG Projekt im Schwerpunktprogramm Inkombio bewilligt.
Publications
- A Bio-Inspired Approach to Condensing Information, in Proc: IEEE International Symposium on Information Theory (ISIT), Saint-Petersburg, S. 2524-2528, August 2011
R. Mathar, A. Schmeink
- Cooperative Detection over Multiple Parallel Channels: a Principle Inspired by Nature, in Proc: IEEE International Symposium on Personal, Indoor and Mobile Radio Communications (PIMRC), Toronto, S. 1768-1772, Sep. 2011
R. Mathar, A. Schmeink
- Joint Power Allocation and Receiver Design for Distributed Space-Time Coded Cooperative MIMO Systems, in Proceedings: IEEE International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS), Aachen S. 1-5, Nov. 2011
T. Peng, R. C. de Lamare, A. Schmeink
- Joint Receiver Design and Power Allocation Strategies for Multihop Wireless Sensor Networks, in Proceedings: IEEE International Symposium on Wireless Communication Systems (ISWCS), Aachen, S. 1-5, Nov. 2011
T. Wang, R. C. de Lamare, A. Schmeink
