Herzlich Willkommen bei LNTwww
Das $\rm L$erntutorial für $\rm N$achrichten$\rm T$echnik im $\rm w$orld $\rm w$ide $\rm w$eb ⇒ $\rm LNTwww$ wird vom Lehrstuhl für Nachrichtentechnik $\rm (LNT)$ der Technischen Universität München $\rm (TUM)$ angeboten. Dieses e-Learning-Projekt wurde im Frühjahr 2001 begonnen und (aus unserer Sicht) im März 2021 endgültig fertiggestellt.
Auf den folgenden Seiten finden Sie eine Art „Bedienungsanleitung” zu unserem Lernangebot:
- (A) Das didaktische Konzept von LNTwww
- (B) Inhalt und Umfang von LNTwww
- (C) Aufbau und Struktur von LNTwww
- (D) Inhaltsübersichten zu LNTwww
- (E) Aufgaben in LNTwww
- (F) Lernvideos zu LNTwww
- (G) Interaktive Applets zu LNTwww
- (H) Unsere früheren Offline–Programme
- ( I ) Zum Download–Bereich von LNTwww
- (J) Entstehungsgeschichte_von_LNTwww
- (K) Autoren, weitere Beteiligte, Danksagung
Es würde uns freuen, wenn wir Ihr Interesse an unserem $\rm LNTwww$ wecken könnten.
Wir wünschen Ihnen einen guten Lernerfolg. $\text{Viel Spaß und gutes Gelingen!}$
Günter Söder, Tasnád Kernetzky und Gerhard Kramer
(A) Das didaktische Konzept von LNTwww
Zu Beginn der Arbeiten zu $\rm LNTwww$ im Jahre 2001 haben wir uns selbst die folgenden „Zehn Gebote” vorgegeben. Diese gelten auch heute noch:
(1) Das Lehrgebiet „Informationstechnik und Kommunikationstechnik“ $\text{(I&K)}$ inklusive zugehöriger Grundlagenfächer wird in didaktisch und multimedial aufbereiteter Form präsentiert.
(2) Ausgewählt wurden neun Fachgebiete, die jeweils durch ein in sich abgeschlossenes Buch im Umfang einer einsemestrigen Lehrveranstaltung mit drei bis fünf Semesterwochenstunden behandelt werden.
(3) Die Zielgruppe unseres Online-Angebotes sind Studierende der Informations- und Kommunikationstechnik, speziell der Nachrichtentechnik, sowie praktizierende Ingenieure („Berufliche Weiterbildung”).
(4) Es sollen insbesondere auch die Zusammenhänge zwischen verschiedenen Teilgebieten aufgezeigt werden, was durch eine in allen Büchern weitgehend konsistente Nomenklatur gefördert wird.
(5) $\rm LNTwww$ bietet zwei Lernmodi an: Anfänger sollten sequenziell vorgehen – für Fortgeschrittene eignet sich die Nutzung als Tutorial (zunächst Aufgaben bearbeiten, bei bei erkannten Defiziten Sprung zur Theorie).
(6) Die Theorie wird wie in einem herkömmlichen Lehrbuch für Ingenieure durch Texte, Grafiken und mathematische Herleitungen erläutert. Zusätzlich beinhaltet jedes Kapitel mindestens ein multimediales Modul.
(7) $\rm LNTwww$ soll dem Benutzer vielfältige Interaktionsmöglichkeiten bezüglich der Auswahl und Darstellung von Theorieleilen, Aufgaben, Lernvideos sowie Multimedia- und Berechnungsmodulen bieten.
(8) Die Methodik der für das „world wide web” typischen Hyperlinks wird ausgiebig genutzt, innerhalb des $\rm LNTwww$ und nach außen. Damit sollen auch Zusammenhänge zwischen verschiedenen Lehrgebieten aufgezeigt werden.
(9) Um zu verhindern, dass sich ein Nutzer in seiner Lernumgebung verirrt und er $\rm LNTwww$ nur zum „Surfen” nutzt, muss für ihn jederzeit trotz gewisser Freiheiten ein zielgerichteter Weg erkennbar sein.
(10) Aus Gründen der Nachhaltigkeit des Lernerfolgs gibt es Ausdruckmöglichkeiten, dabei ignorierend, dass die heutige Studentengeneration dies oft als „Rückfall in das Analogzeitalter“ abwertet.
(B) Inhalt und Umfang von LNTwww
$\rm LNTwww$ ist eine virtuelle Lehrveranstaltung im Umfang von insgesamt 36 Semesterwochenstunden mit 23 SWS (Quasi-)Vorlesungen und 13 SWS Übungen. Es ist in Buchform organisiert. Jedes Buch beinhaltet eine einsemestrige Lehrveranstaltung. In der folgenden Auflistung weist beispielsweise die Angabe $3{\rm V} + 2{\rm Ü}$ auf eine über das Internet angebotene Lehrveranstaltung mit drei SWS Vorlesungen (Theorie) und zwei SWS Übungen (Anwendung) hin.
- Signaldarstellung (2V + 1Ü),
- Lineare zeitinvariante Systeme (2V + 1Ü),
- Stochastische Signaltheorie (3V + 2Ü),
- Informationstheorie (2V + 1Ü),
- Modulationsverfahren (3V + 2Ü),
- Digitalsignalübertragung (3V + 2Ü),
- Mobile Kommunikation (2V + 1Ü),
- Kanalcodierung (3V + 2Ü),
- Beispiele von Nachrichtensystemen (3V + 1Ü).
Die Theorieseiten aller Bücher ergeben in der Druckversion ca. $1500$ Seiten (DIN A4) und beinhalten im Mittel eineinhalb Grafiken pro Seite. Daneben stellt LNTwww über den Link „Biografien & Bibliografie” eine fachspezifische Bibliografie mit ca. $400$ Einträgen bereit, dazu Links zu den WIKIPEDIA-Biografien von bedeutenden Wissenschaftlern.
(C) Aufbau und Struktur von LNTwww
Man erreicht die neun Fachbücher und „Biografien & Bibliografie” über den Link „Zur Büchersammlung”. Von dieser Oberfläche gelangt man zu den einzelnen Büchern. Jedes Buch ist in verschiedene $\rm Hauptkapitel$ unterteilt, jedes Hauptkapitel in mehrere $\rm Kapitel$ und jedes Kapitel umfasst mehrere $\rm Seiten$.
$\text{Beispiel 1:}$ Wir betrachten das Buch „Signaldarstellung”. Dieses beinhaltet fünf "Hauptkapitel", unter anderem „Grundbegriffe der Nachrichtentechnik”.
- Durch Anklicken des ersten Hauptkapitels kann man zu drei "Kapiteln" gelangen, u. a. zum ersten Kapitel „Prinzip der Nachrichtenübertragung”. Ein solches Kapitel entspricht einer abgespeicherten MediaWiki–Datei.
- Das beispielhafte Kapitel „Prinzip der Nachrichtenübertragung” beinhaltet zehn "Seiten". Die beiden letzten Seiten sind nahezu in allen Kapiteln gleich, nämlich „Aufgaben zum Kapitel” sowie „Quellenverzeichnis”.
(D) Inhaltsübersichten zu LNTwww
Eine Kurzübersicht über alle Bücher gibt es auf der Auswahloberfläche „Büchersammlung”.
- Mehr Informationen liefern die „Titelseiten” der einzelnen Bücher.
- Den jeweiligen Hauptkapitelinhalt findet man im jeweils ersten Kapitel auf der jeweils ersten Seite.
$\text{Beispiel 2:}$ Die Titelseite des Buches „Mobile Kommunikation” liefert folgende Informationen:
- Eine kurze Zusammenfassung,
- Umfang des Lernangebots: $3{\rm V} + 2{\rm Ü}$, vier Hauptkapitel; sechzehn Kapitel,
- Links zu den vier Hauptkapiteln,
- Links zu den Aufgaben, Lernvideos und interaktiven Applets des Buches „Mobile Kommunikation”,
- Literaturempfehlungen zum Buch,
- Weitere Hinweise zum Buch (Autoren, Weitere Beteiligte, Materialien als Ausgangspunkt des Buches, Quellenverzeichnis).
Den Inhalt des ersten Hauptkapitels „Zeitvariante Übertragungskanäle” findet man auf der Seite
# ÜBERBLICK ZUM ERSTEN HAUPTKAPITEL #.
(E) Aufgaben in LNTwww
Sie finden die Aufgabenübersicht für alle Bücher ( ca. $640$ Aufgaben, ca. $3100$ Teilaufgaben) auf der Startseite über den Link „Aufgaben”. Bitte beachten Sie:
- Jede Aufgabe besteht aus mehreren „Teilaufgaben”. Eine Aufgabe ist nur dann richtig gelöst, wenn alle Teilaufgaben richtig sind.
- Zu jeder Aufgabe gibt es eine ausführliche "Musterlösung", manchmal auch mit der Angabe mehrerer Wege zum Ziel.
- Als Aufgabentypen werden verwendet:
- "Single Choice" ⇒ nur eine der $n$ vorgegebenen Antworten ist richtig;
- "Multiple Choice" ⇒ von den $n$ vorgegebenen Antworten können zwischen Null und $n$ Antworten richtig sein;
- "Rechenaufgabe" ⇒ Zahlenwertabfrage, eventuell mit Vorzeichen;
bei der Überprüfung reellwertiger Ergebnisse werden geringe Abweichungen $($meist $\pm 3\%)$ zugelassen.
- Wir unterscheiden zwischen "Aufgaben" (zum Beispiel „Aufgabe 1.1”) und "Zusatzaufgaben" (zum Beispiel „Aufgabe 1.1Z”).
- Konnten Sie alle Aufgaben eines Kapitels problemlos lösen, so sind Sie nach unserer Einschätzung mit dem Kapitelinhalt vertraut. Haben Sie eine Aufgabe falsch gelöst, so sollten Sie auch die folgende, meist etwas einfachere Zusatzaufgabe bearbeiten.
$\text{Beispiel 3:}$ Zu den $93$ Aufgaben/Zusatzaufgaben des Buches „Signaldarstellung” gelangt man über den Link „Aufgaben zu Stochastische Signaltheorie”.
- Von dort aus geht es dann weiter zu den einzelnen Aufgaben, zum Beispiel zu Aufgabe 1.1: „Würfelspiel”. Diese relativ einfache Aufgabe besteht aus einer "Multiple Choice" und einer Rechenaufgabe. Sie erkennen, dass die Musterlösung sehr ausführlich ist und sogar ein Kurzvideo beinhaltet.
- Aber es gibt auch deutlich schwierigere Aufgaben in $\rm LNTwww$. Obwohl MediaWiki auch Rechenaufgaben als „Quiz” bezeichnet, ist deren Beantwortung meist deutlich schwieriger als bei „Jauch”. Weil: Bei einer Rechenaufgabe gibt es keine vorgegebenen Antworten, und zudem müssen oft vorher Integrale gelöst werden wie beispielsweise in der Aufgabe 4.4: Gaußsche 2D-WDF.
- Wir empfehlen Ihnen: Drucken Sie die Aufgabe zunächst aus ⇒ $\rm Druckversion$ und lösen Sie die Aufgabe „offline”, bevor Sie die Kontrolle „online” vornehmen.
(F) Lernvideos zu LNTwww
Zu den circa $30$ Lernvideos gelangen Sie über den gleichnamigen Link auf der Startseite. Die Realisierung eines Lernvideos erforderte folgenden Einzelschritte: Drehbuch und Texte schreiben – Foliensatz erstellen mit nur geringen Unterschieden zwischen aufeinanderfolgenden Folien – Texte sprechen, schneiden und Audiobearbeitung – Zusammenfügen von Texten und Bildern zu einem zusammenhängenden Video-Stream.
- Klickt man diesen an, so erscheint eine "Liste" aller Lernvideos, gruppiert nach Fachbüchern. Manche Videos erscheinen bei mehreren Büchern.
- Nach Auswahl des gewünschten Lernvideos erscheint eine Wiki-Beschreibungsseite mit kurzer Inhaltsangabe und Bedienoberfläche.
- Von hier aus kann man das Video im mp4– und ogv–Format starten. Der Browser sucht sich das passende Format.
- Die Videos können von vielen Browsern (Firefox, Chrome, Safari, ...) sowie Smartphones und Tablets wiedergegeben werden.
- Der unterste Link liefert alle verfügbaren Lernvideos in alphabetischer Reihenfolge.
$\text{Beispiel 4:}$ Wir betrachten beispielhaft unser Angebot „Analoge und digitale Signale”. Dieses stellt ein zweiteiliges Video im mp4– und ogv–Format bereit.
- Jeder Videoteil kann durch Einfach-Klick gestartet werden und durch einen weiteren Klick angehalten werden.
- Die Wiedergabegeschwindigkeit der Videos kann verändert werden:
- Firefox bietet nach einem Rechtsklick aufs Video ein Untermenü an.
- Für Google Chrome kann man z.B. das Plugin „Video Speed Controller„ installieren.
(G) Interaktive Applets zu LNTwww
Zu den bereitgestellten „interaktiven Applets” gelangen Sie über den gleichnamigen Link auf der Startseite.
- Klickt man diesen an, so erscheint eine "Liste" aller Applets, gruppiert nach Fachbüchern. Dabei unterscheiden wir zwischen den neueren $\text{HTML 5/JavaScript}$–Applets (in den jeweiligen Listen oben) und den älteren $\text{SWF}$–Applets (darunter).
- Nach Auswahl eines $\text{HTML 5/JS}$–Applets erscheint eine Wiki-Beschreibungsseite mit kurzer Inhaltsangabe, einem oft längeren Theorieteil und anschießend die Versuchsdurchführung mit Musterlösungen. Am Anfang und Ende der Beschreibungsseite gibt es jeweils Links zum eigentlichen HTML5–Applet.
Nach Auswahl des Applets erscheint eine Wiki-Beschreibungsseite mit kurzer Inhaltsangabe und Bedienoberfläche. Beispiel: Zur Verdeutlichung der grafischen Faltung.
- Beispiel: Zur Verdeutlichung der grafischen Faltung.
- Von einigen HTML5–Applets (bisher erst sechs) gibt es zusätzlich englischsprachige Versionen. Beispiel: Binomial and Poisson Distribution.
- Zu diesen Applets in englischer Sprache kommt man über den vorletzten Eintrag „English versions” in der Applet–Auswahlliste.
- Es gibt insgesamt 15 solcher auf HTML5 basierender Applets.
$\text{Einige Hinweise und Tipps zu den Applets:}$
- Bei der $\rm LNTwww$-Neugestaltung sollen die interaktiven Applets (bisher $\rm SWF$: Shockwave Flash von Adobe) nach HTML 5 konvertiert werden.
- Der Grund hierfür ist, dass $\rm SWF$–Anwendungen in der jetzigen Form für viele Systeme (Smartphones, Apple, Linux, ...) ungeeignet sind.
- Allerdings wurden bisher von den ca. 40 Applikationen erst 15 konvertiert.
- Die restlichen Applets sind unter dem letzten Menüpunkt $\text{alte Interaktionsmodule (SWF)}$ in der Auswahlliste zusammengefasst.
- Diese Anwendungen können derzeit noch unter $\rm Windows$ verwendet werden, wenn der $\text{Adobe Flash Player}$ installiert ist.
- Wir weisen Sie allerdings darauf hin, dass es hinsichtlich dieser Installation Sicherheitsbedenken gibt.
- Wir werden zeitnah die verbliebenen $\text{SWF–Module}$ nach $\text{HTML 5}$ konvertieren. Dies ist eine interessante, keinesfalls triviale Aufgabe.
- Sollten Sie im Bachelorstudiengang $\rm (BSEI)$ an der TU München studieren, so bieten wir Ihnen gerne eine entsprechende IP-Arbeit an.
(H) Unsere früheren Offline–Programme
In zwei Praktika des LNT wurden Offline–Programme verwendet, die wir hier über den Download–Bereich anbieten.
- $\rm LNTsim$: Lehrsoftware-Programmpaket (basierend auf DOS, lauffähig unter Windows) mit 24 Simulations- und Demo-Programmen für das Praktikum „Simulationsmethoden in der Nachrichtentechnik” von Günter Söder,
- LNTwin: Fünf Windows-Programme für das Praktikum „Simulation Digitaler Übertragungssysteme” von Günter Söder:
- AMV: Analoge Modulationsverfahren,
- CDMA: Code Division Multiple Access,
- DKM: Digitale Kanalmodelle,
- MFK: Mobilfunkkanal,
- WDIT: Wertdiskrete Informationstheorie
- Die ZIP–Versionen der Programme finden Sie unter dem Link http://www.lntwww.de/downloads/Sonstiges/Programme/.
- Die dazugehörigen Praktikumsanleitungen (als PDF) finden Sie unter dem Link http://www.lntwww.de/downloads/Sonstiges/Texte/.
$\text{Einige Anmerkungen zu den Offline–Programmen:}$
- LNTsim: Lehrsoftware-Programmpaket (basierend auf DOS, lauffähig unter Windows) mit 24 Simulations- und Demo-Programmen für das Praktikum „Simulationsmethoden in der Nachrichtentechnik” von Günter Söder,
- LNTwin: Fünf Windows-Programme für das Praktikum „Simulation Digitaler Übertragungssysteme” von Günter Söder:
- AMV: Analoge Modulationsverfahren,
- CDMA: Code Division Multiple Access,
- DKM: Digitale Kanalmodelle,
- MFK: Mobilfunkkanal,
- WDIT: Wertdiskrete Informationstheorie
(I) Zum Download–Bereich von LNTwww
Alle Texte zu LNTwww finden Sie als PDF unter dem Link Zum Download-Verzeichnis
- Die bereitgestellten Dokumente beziehen sich auf die Vorgängerversion 2 (Stand: Dezember 2016). Die vorliegende Version 3 unterscheidet sich durch ein anderes Layout und einige redaktionelle Verbesserungen, ist aber inhaltlich (weitgehend) gleich. Die Bereitstellung neuer PDF-Dateien nach eventueller Aktualisierung ist derzeit nicht vorgesehen.
- In jedem Fachbuch-Directory finden Sie ein PDF-Dokument „ ... Vorbemerkungen” sowie in drei Unterverzeichnissen die Theorieseiten der verschiedenen Kapitel, die Aufgaben und die dazugehörigen Musterlösungen als PDF. Lernvideos und Interaktionsmodule liegen in den entsprechenden Unterverzeichnissen im SWF-Format vor bzw. komprimiert im ZIP-Format.
- Umbenannt werden mussten allerdings die Aufgaben- und Musterlösungsnummerierung. Beispielsweise finden Sie die jetzige „Aufgabe 1.1” im PDF als „Aufgabe A1.1” und die jetzige „Aufgabe 1.1Z” als „Zusatzaufgabe Z1.1”. Die Teilaufgabennummerierung (a), (b), (c), ... wurde in der vorliegenden Version in (1), (2), (3), ... geändert.
(J) Entstehungsgeschichte von LNTwww
Das $\rm L$erntutorial für die $\rm N$achrichten$\rm T$echnik im $\rm w$orld $\rm w$ide $\rm w$eb ⇒ $\rm LNTwww$ wird vom Lehrstuhl für Nachrichtentechnik (LNT) der Technischen Universität München (TUM) angeboten. Dieses e-Learning-Projekt wurde 2001 von den langjährigen LNT-Mitarbeitern Günter Söder und Klaus Eichin initiiert. Das umfangreiche Autorensystem zur Eingabe und Darstellung der Lernangebote in der Version 1 (2001) und der Version 2 (2007) wurden von Martin Winkler und Yven Winter im Rahmen von Diplomarbeiten und in freier Mitarbeit geschaffen.
Im Herbst 2016 wurde die zweite Version unseres Lerntutorials genau in der Weise fertiggestellt, wie es die Initiatoren fünfzehn Jahre vorher geplant hatten – nachzulesen im Abschnitt
Konzept.
- $\rm LNTwww$ umfasst neun Fachbücher, die das Lehrgebiet der Informations- und Telekommunikationstechnik einschließlich der zugehörigen Grundlagenfächer (weitgehend) abdecken.
- Diese Bücher sollten didaktisch und multimedial aufbereitet sein, eine Vielzahl von Aufgaben bereitstellen und es sollte stets ein Bezug zwischen den einzelnen Teilgebieten erkennbar sein.
(K) Autoren, weitere Beteiligte, Danksagung
Inhaltlich wurde von den Unterrichtsmaterialien von Klaus Eichin und Günter Söder sowie von Norbert Hanik (Professur „Leitungsgebundene Übertragungstechnik”) ausgegangen. Berücksichtigt wurden auch andere Vorlesungsunterlagen, die am Lehrstuhl für Nachrichtentechnik unter den letzten vier Lehrstuhlinhabern entstanden sind:
- Professor Hans Marko (1962– 1993),
- Professor Joachim Hagenauer (1993– 2006),
- Professor Ralf Kötter (2007–2009) und
- Professor Gerhard Kramer (seit 2010).
Parallel zur Fertigstellung der Version 2 haben sich jüngere Kollegen am LNT – Joschi Brauchle (2015), Markus Stinner (bis Ende 2016) und Tasnád Kernetzky (ab Anfang 2017) – Gedanken über eine zeitgemäßere Darstellung unseres Lerntutorials gemacht und diese Gedanken mit großem Elan, Kreativität und etlichen Arbeiten von Studierenden (Ingenieurspraxis, Bachelorarbeit, als Werkstudent) umgesetzt. Hierbei haben mitgewirkt:
- David Ginthör (hat in seiner IP die Grundlagen unserer MediaWiki–Applikation geschaffen), Mohamed Ben Ahmed, Mohamed Nabil Babai, Marwen Ben Ammar, Wael Chaouch, Safwen Dridi, Jimmy He, David Jobst, Xiaohan Liu, Mohamed Mansoor, Carolin Mirschina, Ayush Patel, Basian Siebenwirth, Lukas Wolf.
Nach einigen Kontroll– und Korrektur–Iterationen durch Günter Söder ist das nun vorliegende $\text{neue LNTwww}$ (Version 3) entstanden, basierend auf MediaWiki. Inhaltlich unterscheidet sich diese neue Version nicht (oder nur unwesentlich) von der Version 2, doch wurde die Überarbeitung zu wesentlichen Verbesserungen in der Darstellung der Texte, Lernvideos und interaktiven Applets genutzt.
Der noch immer $\rm LNTwww$–Verantwortliche Günter Söder bedankt sich auch im Namen des Lehrstuhls für Nachrichtentechnik der TU München und dessen Leiter Gerhard Kramer bei den vielen an der Entstehung von $\rm LNTwww$ Beteiligten,
- beim Co–Autor Prof. Norbert Hanik (Professur „Leitungsgebundene Übertragungstechnik”) und seinem Doktoranden Dr. Bernhard Göbel;
- bei den ehemaligen LNT-Kollegen Dr. Ronald Böhnke, Dr. Joschi Brauchle, Dr. Klaus Eichin, Dr. Thomas Hindelang, Dr. Christian Kuhn, Dr. Tobias Lutz, Dr. Michael Mecking, Dr. Thomas Stockhammer, Dr. Johannes Zangl und Dr. Georg Zeitler, die als Co–Autoren oder Experten bei einzelnen Kapiteln mitwirkten oder studentische Arbeiten betreuten;
- bei einigen externen Beteiligten am LNTwww, die ihr Fachwissen zu speziellen Themen eingebracht haben;
- bei vielen Studierenden, die Teilgebiete bearbeitet, multimediale Elemente gestaltet oder die Portierung zur Version 3 umgesetzt haben;
- bei Yven Winter (Erstellen unseres Autorensystems zur Version 2 und ehrenamtliche Wartung und Erweiterung über mehr als 10 Jahre);
- bei Dr. Markus Stinner und dem Studenten David Ginthör für die Initiative zur Neugestaltung und die Vorarbeiten für deren Umsetzung;
- bei Tasnád Kernetzky, der die Lernvideos portiert und die erforderliche Neuprogrammierung der interaktiven Applets geleitet hat;
- insbesondere bei Frau Doris Dorn, die unzählige Texte und Gleichungen in der komplizierten $\rm LNTwww$–Syntax der Vorgängerversionen eingegeben hat.
In den Jahren 2016 bis 2019 wurden unsere Arbeiten durch Studienzuschüsse der TU München ⇒ $\rm MoliTUM$ zur Finanzierung studentischer Hilfskräfte unterstützt.
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