Überabgetastete Filterbänke und redundante Signalentwicklungen

Die Entdeckung der Wavelet-Transformation hat in den letzten Jahren zu verstärktem Interesse an Filterbänken und Zeit-Frequenz-Signalentwicklungen geführt. Filterbänke und Signalentwicklungen sind von grundlegender Bedeutung für viele Anwendungen der digitalen Signalverarbeitung. Von aktuellem Interesse ist der Einsatz von Überabtastung bzw. Redundanz, der zu gewissen Vorteilen wie mehr Entwurfsfreiheit sowie verbesserte numerische Stabilität und Rauschunempfindlichkeit führt. Im Rahmen des beantragten Forschungsprojektes beabsichtigen wir, neue Aspekte der Theorie und Anwendungen von überabgetasteten Filterbänken und redundanten Signalsentwicklungen zu untersuchen. Im besonderen sollen die folgenden drei Forschungsbereiche bearbeitet werden: * Überabgetastete Filterbänke und Frames * Wilson-Signalentwicklung * Rauschunterdrückung und Kompression mit Gabor- und Wilson-Entwicklungen. Teilziel der geplanten zukünftigen Arbeiten sind u.a. der Entwurf von überabgetasteten uniformen Filterbänken, die Analyse und der Entwurf von uniformen und nichtuniformen cosinusmodulierten Filterbänken, der Entwurf von redundanten überlappenden Transformationen mit perzeptuell günstigen Eigenschaften für die Bildverarbeitung, theoretische und praktische Aspekte von Wilson-Entwicklungen sowie Rauschunterdrückung und Kompression mit Gabor- und Wilson-Entwicklungen. Das beantragte Forschungsprojekt basiert auf Vorarbeiten, die vom Antragsteller F. Hlawatsch und seinem Mitarbeiter H. Bölcskei im Rahmen des Forschungsprojektes "Matched Time-Frequency Signal Representations" (FWF P10531-ÖPY) geleistet wurden; es ist als Fortsetzung dieser Aktivitäten gedacht.

Gegenstand der Forschungsarbeiten war die Theorie überabgetasteter Filterbänke und redundanter Signalentwicklungen sowie deren Anwendung auf die Signalcodierung und die Schätzung bzw. Entzerrung von Mobilfunkkanälen. Ein weiterer Arbeitsschwerpunkt war die Mehrantennen-Funkübertragung. Die gewonnenen Forschungsergebnisse wurden in 3 Buchbeiträgen, 5 Artikeln in begutachteten internationalen Fachzeitschriften (2 weitere eingereicht bzw. in Ausarbeitung) sowie 11 Artikeln in den Proceedings internationaler Fachkonferenzen veröffentlicht. Ein Zeitschriftenartikel erhielt einen IEEE Signal Processing Society Young Author Award. Während des Projekts bestanden informelle wissenschaftliche Kontakte zur Firma Siemens Austria AG. Die erarbeiteten Ergebnisse können den im folgenden beschriebenen Teilbereichen zugeordnet werden. Überabgetastete Filterbänke und redundante Signalentwicklungen Wir wandten frame-theoretische Methoden auf die Analyse und den Entwurf überabgetasteter Filterbänke an. Eine neue Klasse cosinus-modulierter Filterbänke wurde eingeführt und auf die Bildcodierung angewandt. Überabgetastete Filterbänke wurden weiters zur Entwicklung prädiktiver Teilbandcodierer verwendet, die den Einsatz von Quantisierern mit geringer Auflösung erlauben. Theorie der linearen und quadratischen Zeit-Frequenz-Analyse Eine in einem früheren Projekt entwickelte vereinheitlichte Theorie "kovarianter" linearer und quadratischer Zeit- Frequenz-Signaldarstellungen wurde durch Einführung neuer Operatorenklassen (Modulations- und Warping- Operatoren; affine Operatoren) erweitert. Auf diesen Operatorenklassen beruhen wichtige Zeit-Frequenz- Signaldarstellungen wie die Wavelettransformation und die Potenzklassen. Schätzung und Entzerrung von Mobilfunkkanälen Die praktisch extrem wichtigen Mobilfunkkanäle erlauben eine natürliche Anwendung von Zeit-Frequenz- Methoden. Wir entwickelten eine neue Zeit-Frequenz-Methode zur Schätzung der statistischen Eigenschaften eines Mobilfunkkanals. Weiters führten wir eine Zeit-Frequenz-Analyse der systematischen Messfehler von Kanalmessgeräten durch. Schließlich entwickelten wir effiziente "blinde" Methoden zur Entzerrung von Mobilfunkkanälen. Diese Methoden machen die Übertragung von Pilotsymbolen unnötig und erlauben somit eine Erhöhung der Datenrate. Modulations- und Entzerrerverfahren für Mehrfachantennen-Kanäle Die vorerwähnten blinden Entzerrerverfahren führten in weiterer Folge zur Entwicklung von neuen Modulations- und Entzerrerverfahren für Mehrfachantennen-Kanäle. Die Verwendung von Mehrfachantennen erlaubt eine wesentliche Erhöhung der Datenrate. Die von uns entwickelten Verfahren gestatten die gleichzeitige Übertragung mehrerer Datenströme derart, dass diese im Empfänger auch ohne Kenntnis der Kanaleigenschaften demoduliert bzw. getrennt werden können. Diese Methoden wurden in der Folge auf den praktisch wichtigen Fall mehrerer Benützer erweitert.