Biologisch inspirierte informationstheoretische Methoden für eine optimale Signalübertragung

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Moderne drahtlose und drahtgebundene Kommunikationssysteme sind hochoptimiert. Die Empfänger, Kodierer und Zugriffsverfahren ermöglichen eine verlässliche Übertragung bei höchst möglicher Datenrate. Shannon hat mit seinem Konzept der Kanalkapazität eine obere Schranke für diese Rate bestimmt und moderne Kommunikationssysteme erreichen Übertragungsraten sehr nahe an dieser Schranke. Biologische Kommunikations- und Informationssysteme dagegen entwickelten sich über Millionen von Jahren, optimiert jedoch bezüglich anderer Kriterien. Biologische Informationskanäle genügen ihrem Zweck, wenn sie das Überleben und die Fortpflanzung des Organismus durch geeignete Reaktion auf die aktuellen Umweltbedingungen garantieren. Es ist anzunehmen, dass Kapazität, einmal ausreichend vorhanden, nicht mehr das Ziel evolutionärer Optimierung sein wird. Andererseits muss die Kommunikation in biologischen Systemen extrem verlässlich sein. Wenn ein Informationskanal ausfällt, soll seine Rolle durch andere übernommen werden, ohne dass das Gesamtsystem wesentlich beeinträchtigt wird. Hochgradige Parallelisierung scheint die Lösung zu diesem Problem in der Natur zu sein. Ziel dieses Antrags ist die informationstheoretische Untersuchung einer biologisch inspirierten parallelen Übertragung von Signalen über mehrere verrauschte Kanäle. In einem Drei-Stufen-Ansatz soll die verrauschte Übertragung, die verlustbehaftete Quantisierung und schließlich die Informationsfusion der quantisierten Daten untersucht werden. Kapazitätsuntersuchungen sollen Aussagen über die Systemleistung liefern sowie den Effekt der stochastischen Resonanz untersuchen. Damit bezeichnet man den Effekt, dass die Hinzunahme von Rauschen die Detektion von schwachen Signalen bei einer parallelen Übertragung verbessern kann. Verschiedene Informationsfusionsfunktionen sollen analysiert werden. Weiter sollen mögliche technische Anwendungsgebiete der biologisch inspirierten parallelen Informationsübertrag untersucht werden.