(Funk-)Kommunikation:
Auf dem Weg zu leistungsfähigeren Kommunikationsstandards versprechen neue Algorithmen und Technologien für die Datenübertragung einen Performanzgewinn in Bezug auf Datenraten, Latenz, Verlässlichkeit und Energieeffizienz.
Dazu zählt u. a. die zielorientierte (Post-Shannon-)Kommunikation, womit ein Paradigmenwechsel bezeichnet wird, bei dem der Empfänger einer Nachricht vordergründig an ihrer semantischen Relevanz und weniger an ihrem puren Inhalt interessiert ist.
Weiterhin spielt die gemeinsame Nutzung von Funkkommunikation und (Radar-)Sensorik (Joint Communication and Sensing) eine große Rolle für die Optimierung von Netzwerken in Bezug auf ihre Umgebung.
Dabei können beispielsweise die Kommunikationsverfahren auf Veränderungen im Ausbreitungsprofil der Funkwellen adaptiert werden.
Außerdem untersuchen wir den Einsatz von quantenphysikalischen Methoden für zukünftige Kommunikationsnetze aus einer informationstheoretischen Perspektive.
Sicherheit und Privatsphäre:
In heutigen Kommunikationssystemen werden Informationssicherheit und Privatsphäre fast ausschließlich durch Verschlüsselungsverfahren ermöglicht, für deren Effektivität die eingeschränkte Rechenleistung des Widersachers eine wesentliche Voraussetzung ist.
Ein Großteil dieser Verfahren wird mit der Verbreitung von Quantencomputern überholt sein und damit ein enormes Sicherheitsrisiko darstellen.
Die informationstheoretische Betrachtung von Sicherheit geht nun einen anderen Weg, denn sie trifft keine Annahmen über die verfügbare Rechenleistung, sondern versucht sie im Sinne des Informationsgehalts zu beschreiben.
Einen besonderen Platz nimmt dabei der Ansatz der Sicherheit auf der Übertragungsschicht (Physical Layer Security) ein, der nach einer inhärenten Gewährleistung von Sicherheit durch intelligente Übertragungsverfahren strebt.
Dies kann z. B. durch die Ausnutzung der natürlichen Eigenschaften des Kanals wie Rauschen erreicht werden, welche aus konventioneller Sicht als hinderlich für die Kommunikation betrachtet werden.
Die Hauptschwerpunkte in diesem Forschungsfeld umfassen dabei die Schlüsselgenerierung und die Kanalcodierung.
Zu unseren weiteren Forschungsinteressen zählen die informationstheoretische Untersuchung von Sicherheit / Authentifizierungsmethoden mittels biometrischer Faktoren sowie sogenannter Physical Unclonable Functions.
Letztere sind Hardwarekomponenten, die aufgrund von Prozessvariationen in ihrer Fertigung Eigenschaften aufweisen, die sich für die Authentifizierung oder die Generierung von Schlüsseln nutzbar machen lassen.
Maschinelles Lernen:
Neue Methoden des maschinellen Lernen wie z. B. Diffusionsmodelle oder Autoencoder eignen sich zur Lösung von komplexen Problemen, für die es uns an analytischem Verständnis mangelt.
Auch in der Nachrichtentechnik können solche Ansätze genutzt werden, um beispielsweise das Verhalten des Funkkanals zu modellieren, neue Formen der Kanalcodierung zu lernen oder den Informationsgehalt einer Übertragung zu quantifizieren.
Ein oftmals wenig beachteter Aspekt betrifft die Datensicherheit dieser Verfahren, z. B. in Bezug auf die Privatsphäre von Trainings- und Inferenzdaten, die sensible Informationen über den Nutzer offenbaren können.
Diese Sicherheit kann u. a. mit Methoden des Federated Learnings gewährleistet werden.