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Dr. Robert Schober - Heinz Maier-Leibnitz-Preisträger 2002

Dr. Robert Schober
Dr. Robert Schober

Der Elektrotechniker Robert Schober entwickelte im Rahmen seiner Promotion an der Universität Erlangen-Nürnberg neue Detektions- und Entzerrungsverfahren, die eine größere Robustheit gegenüber von Phasensynchronisationsfehlern bei der Mobilkommunikation ermöglichen als herkömliche Techniken.

Phasensynchronisationsfehler treten auf, wenn der Lokaloszillator im Handy nicht exakt frequenz- und phasensynchron mit dem Lokaloszillator in der Basisstation ist, und haben eine Verschlechterung der Qualität der Daten- und Sprachübertragung zur Folge. Die von Robert Schober entwickelten Techniken beruhen auf so genannten inkohärenten Übertragungsverfahren.

Von Mai 2001 bis April 2002 forschte er mit einem DAAD Stipendium an der kanadischen University of Toronto weiter an diesem Thema. Seit Mai 2002 ist er ein Assistant Professor an der kanadischen University of British Columbia.

Robert Schober publizierte bereits zahlreiche wissenschaftliche Arbeiten. Allein elf seiner Beiträge veröffentlichte das Journal des Institute of Electrical and Electronics Engineers, "IEEE Transactions on Communications".

Lebenslauf

Persönliches

Geburtstag:  06.10.1971 
Eltern:  Hermann Schober (Landwirt) und Waltraud Schober (Hausfrau) 
Familienstand:  verheiratet mit Elpi Schober 

Schullaufbahn

1978-1984  Grund- und Hauptschule Dietenhofen 

1984-1988  Realschule Heilsbronn (technischer Zweig) 

1988-1990  Fachoberschule Ansbach (technischer Zweig) 

Studium

1991-1992  Nachrichtentechnik, Fachhochschule Nürnberg 

1992  Vordiplom (1,3)

1992-1997 Elektrotechnik, Universität Erlangen-Nürnberg 

1994 Vordiplom (1,0); 1997: Diplom (1,0) Diplomarbeit: Empfangsverfahren für den digitalen Mobilfunk nach dem IS-54 Standard 

1996-1997 University College London (UCL), UK Studienarbeit: Analysis of Erbium-Doped Fiber Amplifier (EDFA) Cascades for WDM Networks 

Beruf

1997-2001  Wissenschaftlicher Angestellter am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik II (LNTII) der Universität Erlangen-Nürnberg 

Juli 2000 Promotion: Noncoherent Detection and Equalization for MDPSK and MDAPSK Signals ("summa cum laude", Doktorvater: Prof. Johannes B. Huber, Zweitgutachter: Prof. Riccardo Raheli, University of Parma)

2001-2002  Postdoctoral Fellow (bei Prof. S. Pasupathy), University of Toronto, Canada 

seit Mai 2002  Assistant Professor, University of British Columbia, Vancouver, Canada 

 

Stipendien

1995-1997 Studienstiftung des Deutschen Volkes 

1995-2001 Internationaler Studentenkreis der Fa. Siemens 

2001-2002 DAAD Stipendium 

 

Auszeichnungen

1997  Preis des Verbands der Elektrotechnik, Elektronik, und Informationstechnik (VDE) Nordbayern für hervorragende Studienleistungen 

1999  Publikationspreis des Laboratoriums für Nachrichtentechnik der Universität Erlangen-Nürnberg 

2000 Best Student Paper Award, European Wireless Conference 2000 (R. Schober, L.H.-J. Lampe, and W.H. Gerstacker: Noncoherent Sequence Estimation Combined with Noncoherent Adaptive Channel Estimation)

2001  Literaturpreis der Informationstechnischen Gesellschaft (ITG) des VDEs (R. Schober and W.H. Gerstacker: Adaptive Noncoherent DFE for MDPSK Signals Transmitted over ISI Channels, IEEE Transactions on Communications, Vol. 48, pp. 1128-1140, July 2000)

2002  Best Student Paper Award, International Zurich Seminar on Broadband Communications (der Preis wurde an Lutz Lampe für zwei gemeinsame Paper vergeben)

2002  Heinz-Maier-Leibnitz-Preis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)

Forschungsschwerpunkte

Das allgemeine Forschungsgebiet von Dr. Schober ist die digitale Nachrichtenübertragung. Seine Hauptforschungsschwerpunkte sind dabei die inkohärente digitale Übertragung und die Entzerrung von verzerrenden Kanälen.

Mit beiden Themen beschäftigte er sich schon in seiner Diplomarbeit (Empfangsverfahren für den digitalen Mobilfunk nach dem IS-54 Standard, 1997) und später in seiner Dissertation (Noncoherent Detection and Equalization for MDPSK and MDAPSK Signals, 2000), die er beide am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik II (LNTII) der Universität Erlangen- Nürnberg bei Professor Johannes B. Huber anfertigte.

Bei der digitalen Übertragung muß das Sendesignal in der Regel aus dem Basisband (ursprünglicher Frequenzbereich des Signals, z.B. 0-4 kHz bei Sprachsignalen niedriger Qualität (Telefonie)) in den für die Übertragung vorgesehenen/geeigneten Frequenzbereich (z.B. 900 MHz oder 1,8 GHz bei GSM Mobilfunk) mit Hilfe eines Lokaloszillators verschoben werden. Am Empfänger (z.B. Mobiltelefon) wird das Empfangssignal dann mittels eines zweiten Lokaloszillators wieder ins Basisband verschoben. Imperfektionen des Sende- und Empfangsoszillators (z.B. Frequenzversatz, Phasenrauschen) sowie gewisse Effekte des Übertragungskanals (z.B. Dopplereffekt) bewirken, dass die Phase des Basisbandempfangssignals unbekannt und meist auch zeitvariant ist. In herkömmlichen (kohärenten) Empfängern wird nun in einem heuristischen Ansatz zunächst die Phase des Empfangssignals geschätzt und anschließend eine kohärente Datendetektion, unter der Annahme, dass die geschätzte Phase mit der tatsächlichen übereinstimmt, durchgeführt. Im Gegensatz zu diesem suboptimalen Vorgehen, ist bei inkohärenten Empfängern keine explizite Phasenschätzung notwendig. Vielmehr wird für die Phase eine bestimmte Statistik zugrunde gelegt und dafür der optimale Empfänger entworfen. Inkohärente Empfänger haben den entscheidenden Vorteil, dass sie im Allgemeinen wesentlich robuster gegenüber zeitlichen Veränderungen der Phase des Empfangssignals sind als kohärente Empfänger. Diese Eigenschaft wird in zukünftigen drahtlosen Übertragungssystemen eine noch größere Rolle spielen, da diese, aufgrund der Tatsache, dass die unteren Frequenzbänder schon von heutigen Systemen stark beansprucht werden, bei höheren Trägerfrequenzen arbeiten müssen, wo sich der Bau von preiswerten und stabilen Lokaloszillatoren, wie sie für kohärenten Empfang notwendig sind, sehr schwierig gestaltet.

Gemeinsam mit seinen Kollegen Dr. Wolfgang Gerstacker und Lutz Lampe vom LNTII der Universität Erlangen-Nürnberg hat Dr. Schober viele von der kohärenten Übertragung her bekannte Konzepte, wie z.B. Entzerrung, Interferenzunterdrückung, und iterative Decodierung, auf die inkohärente Übertragung verallgemeinert. Die dabei entwickelten Empfänger erlauben einen beliebigen Austausch zwischen Leistungseffizienz und Robustheit gegen Phasenvariationen (bei gleicher Übertragungsqualität benötigt ein Empfänger umso weniger Sendeleistung, je höher seine Leistungseffizienz). Seine Arbeiten zur inkohärenten adaptiven entscheidungsrückgekoppelten Entzerrung und zur inkohärenten adaptiven Kanalschätzung wurden mit dem Literaturpreis 2001 der Informationstechnischen Gesellschaft (ITG) des Verbands der Elektrotechnik, Elektronik, und Infromationstechnik (VDE) und mit dem Best Student Paper Award der European Wireless Konferenz 2000 ausgezeichnet.

In letzter Zeit hat sich Dr. Schober vor allem mit der inkohärenten Übertragung in Mehrantennensystemen beschäftigt. Die Verwendung von mehreren Antennen wurde in der drahtlosen Übertragung in den letzten Jahren immer populärer, da so die unvermeidliche orts- und zeitvariante Signaldämpfung bekämpft werden kann. Für den Mobilfunk besonders interessant ist dabei der Fall mehrerer Sendeantennen (an der Basisstation) und einer Empfangsantenne (am Mobiltelefon). Hier ist eine besonders effiziente Übertragung durch den Einsatz sogenannter Space-Time Codes (STCs) möglich, die das Sendesignal in ein geeignetes Format bringen. Im kohärenten Empfänger muss der Kanal zwischen der Empfangsantenne und jeder Sendeantenne geschätzt werden. Um diese aufwendige und rechenintensive Operation zu vermeiden wurden in der Literatur differentielle STCs (DSTCs) vorgeschlagen, die eine inkohärente Detektion erlauben. Allerdings verursachen die entsprechenden Empfänger einen beträchtlichen Verlust in der Leistungseffizienz gegenüber kohärenten Empfängern. Gemeinsam mit seinem Kollegen Lutz Lampe hat Dr. Schober verbesserte inkohärente Empfänger für DSTC entworfen, die die gleiche Leistungseffizienz wie kohärente Empfänger erreichen. Ein dabei entstandener Beitrag wurde mit dem Best Student Paper Award des International Zurich Seminars on Broadband Communications 2002 ausgezeichnet.

Den Fall einer Sendeantenne und mehrerer Empfangsantennen hat Dr. Schober gemeinsam mit Professor Pasupathy an der University of Toronto untersucht. Diese Anordung ist besonders für die Verbindung von der Mobilstation zur Basisstation relevant und es konnten robuste inkohärente Empfänger gefunden werden, die sowohl eine effiziente Entzerrung des Mobilfunkkanals, als auch die Unterdrückung anderer interferierender Mobilfunkteilnehmer erlauben.

Das Hauptanwendungsgebiet für Dr. Schobers Forschungsergebnisse auf dem Gebiet der inkohärenten Übertragung sind Mobilfunksysteme (z.B. das nordamerikanische D-AMPS oder das japanische PCS System), drahtlose Telefonsysteme (z.B. DECT), und andere drahtlose Übertragungssysteme, wie z.B. Bluetooth zur Kommunikation von Peripheriegeräten und Hiperlan, das an sog. "hot spots" wie Flughäfen eingesetzt werden soll.

Dr. Schobers zweiter Forschungsschwerpunkt ist die Entzerrung von Übertragungskanälen. Aufgrund von Mehrwegeausbreitung kommt es bei der drahtlosen Übertragung häufig zu Impulsinterferenzen, d.h. das Empfangssignal wird nicht nur vom aktuellen Sendesymbol beeinflusst, sondern auch von vorher übertragenen Symbolen. Um dennoch eine zuverlässige Detektion zu erlauben, ist im Empfänger ein Entzerrer notwendig. Neben den schon angesprochenen inkohärenten Entzerrverfahren lieferte er gemeinsam mit seinem Kollegen Dr. Gerstacker auch zahlreiche Beiträge zur kohärenten Entzerrung, wobei die Hauptanwendungsgebiete für diese Arbeiten die europäischen Mobilfunksysteme GSM und EDGE sind.

Basierend auf einem Ergebnis aus der mathematischen Literatur von 1956 über die Nullstellenverteilung von Zufallspolynomen entwickelte er eine vollkommen neuartige Beschreibung für Mobilfunkkanäle, die wichtige Erkenntnisse für den Entwurf von Entzerrern für diese Kanäle liefert. Mit Hilfe dieser Resultate konnten aufwandsgünstige Entzerrer für GSM und EDGE entworfen werden.

In einer weiteren Arbeit zeigt Dr. Schober, wie die Rotationsvarianz gewisser Modulationsverfahren dazu ausgenutzt werden kann, herkömmliche Entzerrverfahren, wie z.B. lineare Entzerrung oder entscheidungsrückgekoppelte Entzerrung, entscheidend zu verbessern. Interessanterweise erhöhen diese neuen Verfahren die Entzerrerkomplexität kaum, was insbesondere bei der mobilen Kommunikation für die Praxis sehr wichtig ist.

In neueren Arbeiten beschäftigt sich Dr. Schober mit dem Entzerrerentwurf für Kanäle mit mehreren Eingangs- und mehreren Ausgangssignalen, wie sie z.B. bei Mehrantennensystemen oder Übertragung mit Modulationsdiversität auftreten.

Zusatzinformationen

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