Ab 2. November 2020 findet das Herbstsemester 2020 online statt. Ausnahmen: Veranstaltungen, die nur mit Präsenz vor Ort durchführbar sind.
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Suchergebnis: Katalogdaten im Herbstsemester 2014

Elektrotechnik und Informationstechnologie Master Information
Fächer der Vertiefung
Insgesamt 42 KP müssen im Masterstudium aus Vertiefungsfächern erreicht werden. Der individuelle Studienplan unterliegt der Zustimmung eines Tutors.
Communications
Kernfächer
Diese Fächer sind besonders empfohlen, um sich in "Communications" zu vertiefen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0147-00LVLSI II: Design of Very Large Scale Integration CircuitsW7 KP5GH. Kaeslin, N. Felber
KurzbeschreibungDiese weiterführende Lehrveranstaltung in der Reihe VLSI behandelt alle Aspekte des Entwurfs digitaler ASICs von der Netzliste bis zum Layout unter Berücksichtigung diverser parasitärer Effekte (Clock Skew, Metastabilität, Ground Bounce, IR-Drop, Elektromigration, ESD, Latchup). Ebenfalls behandelt werden Wirtschaftlichkeit und Leitung von VLSI Projekten.
LernzielDigitale VLSI-Schaltungen zu entwerfen wissen, welche funktionssicher, testbar, langlebig, und wirtschaftlich sinnvoll sind.
InhaltDiese weiterführende Lehrveranstaltung behandelt sowohl technische Aspekte auf Schaltungs- und Layout-Niveau als auch ökonomische Fragen hochintegrierter Schaltungen. Behandelt werden:
- Grenzen der funktionellen Designverifikation, testgerechter Schaltungsentwurf.
- Synchrone Taktungsdisziplinen im Vergleich, Clock Skew, Taktverteilung, Input/Output Timing.
- Synchronisation und Metastabilität.
- Schaltungstechnik von CMOS Gattern, Flip-Flops und RAM Speichern auf Transistorniveau.
- Weshalb benötigen CMOS Schaltungen überhaupt Energie?
- Leistungsabschätzung und Low-Power Design.
- Forschungsrichtungen für energieeffizienteres Rechnen.
- Layoutbedingte parasitäre Effekte, Leitungsverzögerung, statische Timing Analyse.
- Schaltströme, induktiv sowie resistiv bedingte Spannungsabfälle, Speisungsverteilung.
- Floorplanning, Chip Assembly, Packaging.
- Layout-Entwurf auf Masken-Niveau, Layoutverifikation.
- Elektromigration, ESD und Latch-up.
- Formen der industriellen Zusammenarbeit in der Mikroelektronik.
- Worauf man beim Einsatz Virtueller Komponenten achten muss.
- Kostenstrukturen der ASIC Entwicklung und Herstellung.
- Anforderungen der Märkte, Entscheidungskriterien sowie Fallbeispiele.
- Ausbeutemodelle.
- Wege zur Fabrikation kleiner Stückzahlen.
- Marktüberlegungen mit Fallbeispielen.
- Leitung von VLSI Projekten.

Die Übungen führen durch den physischen Entwurf (Floorplanning, Plazierung, Verdrahtung, Takt- und Speisungsverteilung, Layoutverifikation) bis zu den verifizierten GDS II Fabrikationsdaten. Dabei gelangen industrielle CAD-Tools zum Einsatz.
SkriptEnglischsprachiges Vorlesungsskript.

Sämtliche Unterlagen in englischer Sprache.
LiteraturH. Kaeslin: "Digital Integrated Circuit Design, from VLSI Architectures to CMOS Fabrication" Cambridge University Press, 2008, ISBN 9780521882675
Voraussetzungen / BesonderesHighlight:
Es wird die Möglichkeit geboten einen Chip nach eigenen Ideen zu entwickeln, welcher anschliessend tatsächlich fabriziert wird! Ein solches Projekt wird in Form einer Semesterarbeit am Institut für Integrierte Systeme parallel zum Besuch von VLSI II durchgeführt.

Voraussetzungen:
"VLSI I: von Architektur zu hochintegrierter Schaltung und FPGA" oder gleichwertige Kenntnisse.

Weiterführende Informationen:
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/vlsi2.en.html
227-0417-00LInformation Theory IW6 KP4GA. Lapidoth
KurzbeschreibungThis course covers the basic concepts of information theory and of communication theory. Topics covered include the entropy rate of a source, mutual information, typical sequences, the asymptotic equi-partition property, Huffman coding, channel capacity, the channel coding theorem, the source-channel separation theorem, and feedback capacity.
LernzielThe fundamentals of Information Theory including Shannon's source coding and channel coding theorems
InhaltThe entropy rate of a source, Typical sequences, the asymptotic equi-partition property, the source coding theorem, Huffman coding, Arithmetic coding, channel capacity, the channel coding theorem, the source-channel separation theorem, feedback capacity
LiteraturT.M. Cover and J. Thomas, Elements of Information Theory (second edition)
227-0427-00LSignal and Information Processing: Modeling, Filtering, LearningW6 KP4GH.‑A. Loeliger
KurzbeschreibungFundamentals in signal processing, detection/estimation, and machine learning.
I. Linear signal representation and approximation: Hilbert spaces, LMMSE estimation, regularization and sparseness.
II. Learning linear and nonlinear functions and filters: kernel methods, neural networks.
III. Structured statistical models: hidden Markov models, factor graphs, Kalman filter, parameter estimation.
LernzielThe course is an introduction to some basic topics in signal processing, detection/estimation theory, and machine learning.
InhaltPart I - Linear Signal Representation and Approximation: Hilbert spaces, least squares and LMMSE estimation, projection and estimation by linear filtering, learning linear functions and filters, regularization and sparseness, singular-value decomposition and pseudo-inverse, principal-components analysis.
Part II - Learning Nonlinear Functions: fundamentals of learning, neural networks, kernel methods.
Part III - Structured Statistical Models and Message Passing Algorithms: hidden Markov models, factor graphs, Gaussian message passing, Kalman filter and recursive least squares, Monte Carlo methods, parameter estimation, expectation maximization.
SkriptLecture notes.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites:
- local bachelors: course "Discrete-Time and Statistical Signal Processing" (5. Sem.)
- others: solid basics in linear algebra and probability theory
227-0439-00LWireless Access SystemsW6 KP2V + 2UA. Wittneben
KurzbeschreibungHinter dem Begriff der drahtlosen Kommunikation verbirgt sich eine grosse Anzahl verschiedenartiger Systeme. Diese Vorlesung ermöglicht einen breiten Überblick über aktuelle und zukünftige Systeme sowie über grundlegende Verfahren der drahtlosen Kommunikation. Parallel dazu sollen Marktanalysen helfen, den Stand der Technik dieser Technologien in Produktion, Entwicklung und Forschung zu erfassen.
LernzielHinter dem Begriff der drahtlosen Kommunikation verbirgt sich eine grosse Anzahl verschiedenartiger Systeme. Diese Vorlesung ermöglicht einen breiten Überblick über aktuelle und zukünftige Systeme sowie über grundlegende Verfahren der drahtlosen Kommunikation. Parallel dazu sollen Marktanalysen helfen, den Stand der Technik dieser Technologien in Produktion, Entwicklung und Forschung zu erfassen.
Inhalt1. Einleitung: Drahtlose Zugangs Systeme, Grundlegende Probleme der drahtlosen Kommunikation, Schwundkanal, spektrale Effizienz, Interferenz, Diversität, MIMO, Frequenzzuweisung
2. Drahtlose Lokale Netze (WLAN): WLAN Standards,
Netzwerkstrukturen, Physikalische Schicht (FHSS, DSSS, OFDM, Basisbandimpulsradio), Mehrfachzugriffsprotokolle (DCF, CSMA/CA , PCF, MAC Verschlüsselung)
3. Radio Frequenz Identifikation (RFID): Grundlagen, Klassifikation (passive, aktive, halbaktive, halbpassive RFID, Frequenzbänder), RFID Leser, RFID Tag, Fernfeld und Nahfeldtechnologien, induktive Systeme, Lastmodulation, Rückstreuungs Systeme, Antikollisions Protokolle
4. Bluetooth: Piconetz, Master-Slave Prinzip, Scatternetze, Protokolle, Linkkontroller, Synchronisation, Pakettypen
5. Ultra-Breitband (UWB): Regulierung, Grundlagen, Klassifikation, Applikationen, UWB Kanalmodell, Pulsübertragung (UWB-IR), Multibandübertragung (UWB-MB), Pulspositions Modulation (PPM), Pulsamplituden Modulation (PAM), Spreizband, Zeithüpfer, UWB-MB OFDM, UWB-MB Pulsübertragung, Signalangepasster Filter (MF), RAKE, Maximum Ratio Combining (MRC), Transmitted Reference (TR), Energiedetektor, Antennendesign, Lokalisierung
SkriptVorlesungsfolien
LiteraturAusgewählte Bücher
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzung: Grundlagenkenntnis aus den Vorlesungen Kommunikationssysteme und Übertragungstechnik I ist hilfreich aber nicht unbedingt notwendig. Vorlesung in Englisch.
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0102-00LDiskrete Ereignissysteme Information W6 KP4GR. Wattenhofer
KurzbeschreibungEinführung in Diskrete Ereignissysteme (DES). Zuerst studieren wir populäre Modelle für DES. Im zweiten Teil analysieren wir DES, aus einer Average-Case und einer Worst-Case Sicht. Stichworte: Automaten und Sprachen, Spezifikationsmodelle, Stochastische DES, Worst-Case Ereignissysteme, Verifikation, Netzwerkalgebra.
LernzielOver the past few decades the rapid evolution of computing, communication, and information technologies has brought about the proliferation of new dynamic systems. A significant part of activity in these systems is governed by operational rules designed by humans. The dynamics of these systems are characterized by asynchronous occurrences of discrete events, some controlled (e.g. hitting a keyboard key, sending a message), some not (e.g. spontaneous failure, packet loss).

The mathematical arsenal centered around differential equations that has been employed in systems engineering to model and study processes governed by the laws of nature is often inadequate or inappropriate for discrete event systems. The challenge is to develop new modeling frameworks, analysis techniques, design tools, testing methods, and optimization processes for this new generation of systems.

In this lecture we give an introduction to discrete event systems. We start out the course by studying popular models of discrete event systems, such as automata and Petri nets. In the second part of the course we analyze discrete event systems. We first examine discrete event systems from an average-case perspective: we model discrete events as stochastic processes, and then apply Markov chains and queuing theory for an understanding of the typical behavior of a system. In the last part of the course we analyze discrete event systems from a worst-case perspective using the theory of online algorithms and adversarial queuing.
Inhalt1. Introduction
2. Automata and Languages
3. Smarter Automata
4. Specification Models
5. Stochastic Discrete Event Systems
6. Worst-Case Event Systems
7. Network Calculus
SkriptAvailable
Literatur[bertsekas] Data Networks
Dimitri Bersekas, Robert Gallager
Prentice Hall, 1991, ISBN: 0132009161

[borodin] Online Computation and Competitive Analysis
Allan Borodin, Ran El-Yaniv.
Cambridge University Press, 1998

[boudec] Network Calculus
J.-Y. Le Boudec, P. Thiran
Springer, 2001

[cassandras] Introduction to Discrete Event Systems
Christos Cassandras, Stéphane Lafortune.
Kluwer Academic Publishers, 1999, ISBN 0-7923-8609-4

[fiat] Online Algorithms: The State of the Art
A. Fiat and G. Woeginger

[hochbaum] Approximation Algorithms for NP-hard Problems (Chapter 13 by S. Irani, A. Karlin)
D. Hochbaum

[schickinger] Diskrete Strukturen (Band 2: Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik)
T. Schickinger, A. Steger
Springer, Berlin, 2001

[sipser] Introduction to the Theory of Computation
Michael Sipser.
PWS Publishing Company, 1996, ISBN 053494728X
227-0103-00LRegelsysteme Information W6 KP2V + 2UM. Morari
KurzbeschreibungVermittlung von fachübergreifenden Konzepten und Methoden zur mathematischen Beschreibung und Analyse von dynamischen Systemen. Konzept der Rückführung, Entwurf von Regelungen für Eingrössen- und Mehrgrössenstrecken.
LernzielVermittlung von fachübergreifenden Konzepten und Methoden zur mathematischen Beschreibung und Analyse von dynamischen Systemen. Konzept der Rückführung, Entwurf von Regelungen für Eingrössen- und Mehrgrössenstrecken.
InhaltProzessautomatisierung. Prinzip der Regelung. Modellierung dynamischer Systeme - Beispiele, Zustandsraumdarstellung, Linearisierung, analytische/numerische Lösung. Laplace Transformation, Systemantworten für Systeme 1. und 2. Ordnung - Einfluss von zusätzlichen Nullstellen und Polen. Regelkreis-Idee der Rückführung. PID Regler, Ziegler-Nichols Einstellung. Stabilität, Routh-Hurwitz Kriterium, Wurzelortskurve. Frequenzgang, Bode-Diagramm, Bode gain/ phase relationship, Reglerentwurf via "loop- shaping", Nyquist Kriterium. Feedforward Compensation/Störgrössenaufschaltung, Kaskadenregelung. Mehrvariablensysteme (Übertragungsmatrix, Zustandsraumdarstellung), Mehrschlaufenregelung, Problem der Kopplung, Relative Gain Array, Entkopplungskompensator, Sensitivität auf Modellunsicherheit. Zustandsraumdarstellung (Modalform, Steuerbarkeit, control/observer canonical form), Zustandsregelung, Polvor- gabe/Wahl der Pole. Beobachter, Beobachtbarkeit, Dualität, Separationsprinzip. LQ Regulator, Optimale Zustandsschätzung.
LiteraturG.F. Franklin, J.D. Powell, A. Emami-Naeini. Feedback Control of Dynamic Systems. 6th edition, Prentice Hall, International Version, 2009, Reading, ISBN 978-0-1350-150-9. Broschierte Studienausgabe ca. CHF 110.-, (Frühjahr 2013).
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Signal- und Systemtheorie II.

MATLAB wird zur Systemanalyse und Simulation eingesetzt.
227-0112-00LHigh-Speed Signal PropagationW6 KP2V + 2UC. Bolognesi
KurzbeschreibungVerständnis der Hochgeschwindigkeits-Signalausbreitung in Mikrowellenkabel, integr. Mikrowellenschaltungen und Leiterplatten.
Da Sytemtaktfrequenzen stets in höhere GHz Bereiche vordringen, ist es notwendig die Hochgeschwindigkeits-Signalausbreitung zu verstehen, um Signalintegrität zu gewährleisten.

Der Kurs richtet sich an Interessierte an analogen/digitalen Hochgeschwindigkeitssystemen.
LernzielVerständnis der Hochgeschwindigkeits-Signalausbreitung in Verbindungsleitern, Mikrowellenkabel und integrierten Übertragungsleitungen wie zum Beispiel in integrierten Mikrowellenschaltungen und/oder Leiterplatten.

Da Systemtaktfrequenzen kontinuierlich in höhere GHz Bereiche vordringen, entwickelt sich das dringende Bedürfnis die Hochgeschwindigkeits-Signalausbreitung zu verstehen um nach wie vor eine hohe Signalintegrität zu gewährleisten, insbesondere angesichts Phänomenen wie der Intersymbol-Interferenz (ISI) und des Übersprechens.

Konzepte wie Streuparameter (oder S-Parameter) übernehmen eine Schlüsselrolle in der Charakterisierung von Netzwerken über grosse Bandbreiten. Bei hohen Frequenzen werden alle Strukturen effektiv zu "Übertragungsleitungen".

Ohne besondere Vorsicht ist es sehr wahrscheinlich, dass eine schlecht entworfene Übertragungsleitung zum Versagen des gesamten entworfenen Systems führt.

Filter werden ebenfalls behandelt, da sich herausstellt, dass einige der Probleme von verlustbehafteten Übertragungskanälen (Leitungen, Kabel, etc.) durch adäquates filtern korrigiert werden können. Ein Prozess der "Entzerrung" genannt wird.
InhaltLeitungsgleichungen der TEM-Leitung (Telegraphengleichungen). Beschreibung elektrischer Grössen auf der TEM Leitung; Reflexion im Zeit- und Frequenzbereich, Smith-Diagramm. Verhalten schwach bedämpfter Leitungen. Einfluss des Skineffekts auf Dämpfung und Impulsverzerrung. Leitungsersatzschaltungen. Gruppenlaufzeit und Dispersion. Eigenschaften gekoppelter Leitungen. Streuparameter. Butterworth-, Tschebyscheff- und Besselfilter: Einführung zum Filterentwurf mit Filterprototypen (Tiefpass, Hochpass, Bandpass, Bandsperre). Einfache aktive Filter.
SkriptSkript: Leitungen und Filter (In deutscher Sprache).
Voraussetzungen / BesonderesDie Uebungen werden auf Deutsch gehalten.
Assistants also speak English.
227-0166-00LAnalog Integrated Circuits Information W6 KP2V + 2UQ. Huang
KurzbeschreibungThis course provides a foundation in analog integrated circuit design based on bipolar and CMOS technologies.
LernzielIntegrated circuits are responsible for much of the progress in electronics in the last 50 years, particularly the revolutions in the Information and Communications Technologies we witnessed in recent years. Analog integrated circuits play a crucial part in the highly integrated systems that power the popular electronic devices we use daily. Understanding their design is beneficial to both future designers and users of such systems.
The basic elements, design issues and techniques for analog integrated circuits will be taught in this course.
InhaltReview of bipolar and MOS devices and their small-signal equivalent circuit models; Building blocks in analog circuits such as current sources, active load, current mirrors, supply independent biasing etc; Amplifiers: differential amplifiers, cascode amplifier, high gain structures, output stages, gain bandwidth product of op-amps; Stability; Comparators; Second-order effects in analog circuits such as mismatch, noise and offset; A/D and D/A converters; Introduction to switched capacitor circuits.
The exercise sessions aim to reinforce the lecture material by well guided step-by-step design tasks. The circuit simulator SPECTRE is used to facilitate the tasks. There is also an experimental session on op-amp measurments.
SkriptHandouts of presented slides. No script but an accompanying textbook is recommended.
LiteraturGray, Hurst, Lewis, Meyer, "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits", 5th Ed. Wiley, 2010.
227-0301-00LOptical Communication FundamentalsW6 KP2V + 1U + 1PJ. Leuthold
KurzbeschreibungTransmitters and receivers are the basic building blocks of communication links. In this lecture we discuss the path of an analog signal in the transmitter to the digital world in an optical communication link and back to the analog world at the receiver. The lecture is organized to cover the fundamentals of all important optical and optoelectronic components in a fiber communications system.
LernzielFundamentals of optical communications systems with an emphasis on transmitters and receivers.
InhaltChapter 1: Introduction: Analog/Digital Conversion, The Communication Channel, Shannon Channel Capacity.

Chapter 2: The Transmitter: Components of a Transmitter, The Spectrum of a Signal, Optical Modulators, Modulation Formats.

Chapter 3: Signal-to-Noise Ratio, Intersymbol Interference, Electronic Coding.

Chapter 4: Multiplexing techniques (WDM/FDM, TDM, OFDM, Nyquist Multiplexing, OCDMA).

Chapter 5: Optical Amplifiers (Semiconductor Optical Amplifiers, Erbium Doped Fiber Amplifiers, Raman Amplifiers).

Chapter 6: The Receiver: pin-Photodiodes, Polarisation Demultiplexing, Phase Estimation, Clock Recovery.

Chapter 7: Noise: Noise Mechanisms, Photocurrent Noise, Thermal Noise, Electronic Amplifiers Noise, Optical Amplifier Noise.

Chapter 8: Receiver and Detector Errors: Detection Errors of On-Off Keying, Detection Errors of M-Ary Signals, Direct-, Heterodyne and Homodyne Reception.
SkriptLecture notes are handed out.
Voraussetzungen / BesonderesFundamentals of Electromagnetic Fields & Bachelor Lectures on Physics (see Bsc ITET).
227-0377-00LPhysik der Ausfälle und Ausfallanalyse elektronischer SchaltungenW3 KP2VU. Sennhauser
KurzbeschreibungDie Vermeidung von Ausfällen ist von zentraler Wichtigkeit bei Schaltungsentwurf, Materialauswahl und Herstellung. Die Vorlesung gibt eine Einführung in Aufbau und Eigenschaften der Materialien sowie deren Degradationsmechanismen. Zudem werden die Grundlagen der Ausfallanayse und der Instrumente vermittelt, Ausfälle demonstriert und an einem Beispiel eine typische Ausfallanalyse durchgeführt.
LernzielDie Teilnehmer kennen die Ursachen der Ausfälle elektronischer Schaltungen und Geräte, die Eigenschaften der Analysegeräte und das Vorgehen bei Ausfallanalysen
InhaltZusammenfassung der Grundbegriffe der Zuverlässigkeitstechnik und Ausfallanalyse; Physik der Ausfälle: Materialkunde, physikalische Prozesse und Ausfallmechanismen; Ausfallanalyse von ICs, PCBs, Opto-Elektronik, diskreten und anderen Bauteilen; Grundlagen und Eigenschaften der Analyseinstrumente; Anwendung und Umsetzung bei Schaltungsentwicklung und Zuverlässigkeitsanalysen
SkriptUmfangreiche Kopie der Vortragsfolien
227-0447-00LImage Analysis and Computer Vision Information W6 KP3V + 1UG. Székely, O. Göksel, L. Van Gool
KurzbeschreibungLight and perception. Digital image formation. Image enhancement and feature extraction. Unitary transformations. Color and texture. Image segmentation and deformable shape matching. Motion extraction and tracking. 3D data extraction. Invariant features. Specific object recognition and object class recognition.
LernzielOverview of the most important concepts of image formation, perception and analysis, and Computer Vision. Gaining own experience through practical computer and programming exercises.
InhaltThe first part of the course starts off from an overview of existing and emerging applications that need computer vision. It shows that the realm of image processing is no longer restricted to the factory floor, but is entering several fields of our daily life. First it is investigated how the parameters of the electromagnetic waves are related to our perception. Also the interaction of light with matter is considered. The most important hardware components of technical vision systems, such as cameras, optical devices and illumination sources are discussed. The course then turns to the steps that are necessary to arrive at the discrete images that serve as input to algorithms. The next part describes necessary preprocessing steps of image analysis, that enhance image quality and/or detect specific features. Linear and non-linear filters are introduced for that purpose. The course will continue by analyzing procedures allowing to extract additional types of basic information from multiple images, with motion and depth as two important examples. The estimation of image velocities (optical flow) will get due attention and methods for object tracking will be presented. Several techniques are discussed to extract three-dimensional information about objects and scenes. Finally, approaches for the recognition of specific objects as well as object classes will be discussed and analyzed.
SkriptCourse material Script, computer demonstrations, exercises and problem solutions
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites:
Basic concepts of mathematical analysis and linear algebra. The computer exercises are based on Linux and C.
The course language is English.
227-0477-00LAcoustics IW6 KP4GK. Heutschi
KurzbeschreibungIntroduction to the fundamentals of acoustics in the area of sound field calculations, measurement of acoustical events, outdoor sound propagation and room acoustics of large and small enclosures.
LernzielIntroduction to acoustics. Understanding of basic acoustical mechanisms. Survey of the technical literature. Illustration of measurement techniques in the laboratory.
InhaltFundamentals of acoustics, measuring and analyzing of acoustical events, anatomy and properties of the ear. Outdoor sound propagation, absorption and transmission of sound, room acoustics of large and small enclosures, architectural acoustics, noise and noise control, calculation of sound fields.
Skriptyes
227-0577-00LNetwork SecurityW6 KP2V + 1U + 1PB. Plattner, T. P. Dübendorfer, S. Frei, A. Perrig
KurzbeschreibungThis lecture discusses fundamental concepts and technologies in the area of network security. Several case studies illustrate the dark side of the Internet and explain how to protect against such threats. A hands-on computer lab that accompanies the lecture gives a deep dive on firewalls, penetration testing and intrusion detection.
Lernziel•Students are aware of current threats that Internet services and networked devices face and can explain appropriate countermeasures.
•Students can identify and assess known vulnerabilities in a software system that is connected to the Internet.
•Students know fundamental network security concepts.
•Students have an in-depth understanding of important security technologies.
•Students know how to configure a real firewall and know some penetration testing tools from their own experience.
InhaltRisk management and the vulnerability lifecycle of software and networked services are discussed. Threats like denial of service, spam, worms, and viruses are studied in-depth. Fundamental security related concepts like identity, availability, authentication and secure channels are introduced. State of the art technologies like secure shell, network and transport layer security, intrusion detection and prevention systems, cross-site scripting, secure implementation techniques and more for securing the Internet and web applications are presented. Several case studies illustrate the dark side of the Internet and explain how to protect against current threats. A hands-on computer lab that accompanies the lecture gives a deep dive on firewalls, penetration testing and intrusion detection.
This lecture is intended for students with an interest in securing Internet services and networked devices. Students are assumed to have knowledge in networking as taught in the Communication Networks lecture. This lecture and the exam are held in English.
Voraussetzungen / BesonderesKnowldedge in computer networking and Internet protocols (e.g. course Communication Networks (D-ITET) or Operating Systems and Networks (D-INFK).

Due to recent changes in the Swiss law, ETH requires each student of this course to sign a written declaration that he/she will not use the information given in this for illegal purposes. This declaration will have to be signed and submitted no later than at the begining of the second lesson.
227-0677-00LSprachverarbeitung I Information
"Sprachverarbeitung I" findet im Herbst 2014 zum letzten Mal statt.
W6 KP2V + 2UB. Pfister
KurzbeschreibungGrundlagen der Verarbeitung von Sprachsignalen und Einführung in verschiedene Ansätze zur Sprachsynthese und Spracherkennung.
LernzielKenntnis der Grundlagen der Sprachverarbeitung und Erwerben von praktischen Erfahrungen im Umgang mit Sprachsignalen. Verstehen der grundlegenden Probleme der Sprachsynthese und der Spracherkennung und einiger ausgewählter Lösungsansätze.
InhaltAnalyse, Darstellung und Eigenschaften von Sprachsignalen: Darstellung im Zeit- und Frequenzbereich, Quasi-Stationarität, Formanten, Grundfrequenz, Kurzzeitanalyse, Spektrum, Autokorrelation, lineare Prädiktion, homorphe Analyse.
Grundlegende Probleme der Sprachsynthese: Zusammenhang zwischen geschriebener und gesprochener Sprache, Spracherzeugungsverfahren, Prosodiesteuerung.
Grundlegende Probleme der Spracherkennung: Variabilität der Lautsprache, geeignete Merkmale für die Spracherkennung, Vergleich von Sprachmustern (Distanzmasse, dynamische Programmierung) und Einführung in die statistische Spracherkennung mit Hidden-Markov-Modellen.
SkriptEs wird das folgende Lehrbuch verwendet: "Sprachverarbeitung - Grundlagen und Methoden der Sprachsynthese und Spracherkennung", B. Pfister und T. Kaufmann, Springer Verlag, ISBN: 978-3-540-75909-6
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Kenntnisse in den Bereichen digitale Signalverarbeitung und digitale Filter sind hilfreich
227-0778-00LHardware/Software Codesign Information W6 KP2V + 2UL. Thiele
KurzbeschreibungDie Lehrveranstaltung vermittelt fortgeschrittene Kenntnisse im Entwurf komplexer Computersysteme, vor allem eingebettete Systeme. Speziell werden den Studierenden Modelle und Methoden vermittelt, die grundlegend sind fuer den Entwurf von Systemen, die aus Software- und Hardware Komponenten bestehen.
LernzielDie Lehrveranstaltung vermittelt fortgeschrittene Kenntnisse im Entwurf komplexer Computersysteme, vor allem eingebettete Systeme. Speziell werden den Studierenden Modelle und Methoden vermittelt, die grundlegend sind fuer den Entwurf von Systemen, die aus Software- und Hardware Komponenten bestehen.
InhaltDie Lehrveranstaltung vermittelt die folgenden Kenntnisse: (a) Modelle zur Beschreibung von Hardware und Software, (b) Hardware-Software Schnittstellen (Instruktionssatz, Hardware- und Software Komponenten, rekonfigurierbare Architekturen und FPGAs, heterogene Rechnerarchitekturen, System-on-Chip), (c) Anwendungsspezifische Prozessoren und Codegenerierung, (d) Performanzanalzyse und Schaetzung, (e) Systementwurf (Hardware-Software Partitionierung und Explorationsverfahren).
SkriptUnterlagen zur Übung, Kopien der Vorlesungsunterlagen.
LiteraturPeter Marwedel, Embedded System Design, Springer, ISBN-13 978-94-007-0256-1, 2011.

Peter Marwedel, Eingebettete Systeme, Springer, ISBN-13 978-3-540-34048-53, 2007.

Wayne Wolf. Computers as Components. Morgan Kaufmann, ISBN-13: 978-0123884367, 2012.

G. DeMicheli, R. Ernst and W. Wolf, Readings in Hw/Sw Co-design, M. Kaufmann, 2003.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzung zum Besuch der Veranstaltung sind Basiskenntnisse in den folgenden Bereichen: Rechnerarchitektur, Digitaltechnik, Softwareentwurf, eingebettete Systeme
252-0535-00LMachine Learning Information W6 KP3V + 2UJ. M. Buhmann
KurzbeschreibungMachine learning algorithms provide analytical methods to search data sets for characteristic patterns. Typical tasks include the classification of data, function fitting and clustering, with applications in image and speech analysis, bioinformatics and exploratory data analysis. This course is accompanied by a practical machine learning projects.
LernzielStudents will be familiarized with the most important concepts and algorithms for supervised and unsupervised learning; reinforce the statistics knowledge which is indispensible to solve modeling problems under uncertainty. Key concepts are the generalization ability of algorithms and systematic approaches to modeling and regularization. A machine learning project will provide an opportunity to test the machine learning algorithms on real world data.
InhaltThe theory of fundamental machine learning concepts is presented in the lecture, and illustrated with relevant applications. Students can deepen their understanding by solving both pen-and-paper and programming exercises, where they implement and apply famous algorithms to real-world data.

Topics covered in the lecture include:

- Bayesian theory of optimal decisions
- Maximum likelihood and Bayesian parameter inference
- Classification with discriminant functions: Perceptrons, Fisher's LDA and support vector machines (SVM)
- Ensemble methods: Bagging and Boosting
- Regression: least squares, ridge and LASSO penalization, non-linear regression and the bias-variance trade-off
- Non parametric density estimation: Parzen windows, nearest nieghbour
- Dimension reduction: principal component analysis (PCA) and beyond
SkriptNo lecture notes, but slides will be made available on the course webpage.
LiteraturC. Bishop. Pattern Recognition and Machine Learning. Springer 2007.

R. Duda, P. Hart, and D. Stork. Pattern Classification. John Wiley &
Sons, second edition, 2001.

T. Hastie, R. Tibshirani, and J. Friedman. The Elements of Statistical
Learning: Data Mining, Inference and Prediction. Springer, 2001.

L. Wasserman. All of Statistics: A Concise Course in Statistical
Inference. Springer, 2004.
Voraussetzungen / BesonderesSolid basic knowledge in analysis, statistics and numerical methods for
CSE. Experience in programming for solving the project tasks.
Computers and Networks
Kernfächer
Diese Fächer sind besonders empfohlen, um sich in "Computers and Networks" zu vertiefen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0575-00LAdvanced Topics in Communication Networks: Software-Defined NetworkingW6 KP4GB. Plattner, B. L. H. Ager, P. Georgopoulos, M. Happe, K. A. Hummel
KurzbeschreibungThis lecture discusses a range of important advanced topics in communication networks. It covers state-of-the-art topics both related to wired and wireless networks and draws on current research. Lectures are presented by senior people of this group as well as external invited lecturers that are prominent researchers in some of the topics discussed.
LernzielThis lecture fills a gap between the introductory networking course offered in the bachelor study program (Communication Networks) and the doctoral level, and to prepare students to read and evaluate peer research work, as well as to produce their own. There is no similar course offered elsewhere at ETH (also considering the course offerings of D-INFK), therefore we anticipate that this course may also be chosen as an elective course by D-INFK students. The character of the course is research-oriented and thus should also be of interest to doctoral students.
InhaltSoftware-defined networking (SDN) it an emerging hot topic in communication networks. In all networks, there is a distinction between the control plane, where configuration (and especially routing) decisions are communicated, and the data plane, where user data is transported.

The control and data planes are at present closely intertwined; interfaces between the control and data planes are presently closed, located within the internals of proprietary routers and switches. SDN separates the control from the data plane and introduces an open interface between them. The control plane is moved to a remote server and operates on top of a Network Operating System (NOS).

Opening up the interface between the control and data planes enables experimentation with new mechanisms that control how packets are routed. Innovative packet routing schemes, e.g., tailored for data center networks, are deployed as applications that run on top of the NOS without requiring changes to routers and switches. Networks therefore become much more programmable than today.

The SDN architecture has emerged in the last 2-3 years and it has attracted significant interest from the industry. It is already supported by a number of vendors, including Cisco and Juniper, and it is presently used in the data center network of Google.

This course will cover an introduction to SDN, including OpenFlow; network operating systems; virtualisation; software-defined hardware; SDN applications; SDN security; SDN use cases and much more. For details, see http://www.csg.ethz.ch/education/lectures/ATCN/hs2014.

We will have a few lectures by distinguished guest speakers.

We provide hands-on experience with programming SDN networks through some of our exercises.
SkriptThe reading material for this course will be based on class notes, as well as research papers assigned as recommended reading material for each topic.
LiteraturResearch papers will be recommended as reading material for each topic.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisite: Communication Networks or equivalent.
Intended audience: master and doctoral students.
227-0577-00LNetwork SecurityW6 KP2V + 1U + 1PB. Plattner, T. P. Dübendorfer, S. Frei, A. Perrig
KurzbeschreibungThis lecture discusses fundamental concepts and technologies in the area of network security. Several case studies illustrate the dark side of the Internet and explain how to protect against such threats. A hands-on computer lab that accompanies the lecture gives a deep dive on firewalls, penetration testing and intrusion detection.
Lernziel•Students are aware of current threats that Internet services and networked devices face and can explain appropriate countermeasures.
•Students can identify and assess known vulnerabilities in a software system that is connected to the Internet.
•Students know fundamental network security concepts.
•Students have an in-depth understanding of important security technologies.
•Students know how to configure a real firewall and know some penetration testing tools from their own experience.
InhaltRisk management and the vulnerability lifecycle of software and networked services are discussed. Threats like denial of service, spam, worms, and viruses are studied in-depth. Fundamental security related concepts like identity, availability, authentication and secure channels are introduced. State of the art technologies like secure shell, network and transport layer security, intrusion detection and prevention systems, cross-site scripting, secure implementation techniques and more for securing the Internet and web applications are presented. Several case studies illustrate the dark side of the Internet and explain how to protect against current threats. A hands-on computer lab that accompanies the lecture gives a deep dive on firewalls, penetration testing and intrusion detection.
This lecture is intended for students with an interest in securing Internet services and networked devices. Students are assumed to have knowledge in networking as taught in the Communication Networks lecture. This lecture and the exam are held in English.
Voraussetzungen / BesonderesKnowldedge in computer networking and Internet protocols (e.g. course Communication Networks (D-ITET) or Operating Systems and Networks (D-INFK).

Due to recent changes in the Swiss law, ETH requires each student of this course to sign a written declaration that he/she will not use the information given in this for illegal purposes. This declaration will have to be signed and submitted no later than at the begining of the second lesson.
227-0677-00LSprachverarbeitung I Information
"Sprachverarbeitung I" findet im Herbst 2014 zum letzten Mal statt.
W6 KP2V + 2UB. Pfister
KurzbeschreibungGrundlagen der Verarbeitung von Sprachsignalen und Einführung in verschiedene Ansätze zur Sprachsynthese und Spracherkennung.
LernzielKenntnis der Grundlagen der Sprachverarbeitung und Erwerben von praktischen Erfahrungen im Umgang mit Sprachsignalen. Verstehen der grundlegenden Probleme der Sprachsynthese und der Spracherkennung und einiger ausgewählter Lösungsansätze.
InhaltAnalyse, Darstellung und Eigenschaften von Sprachsignalen: Darstellung im Zeit- und Frequenzbereich, Quasi-Stationarität, Formanten, Grundfrequenz, Kurzzeitanalyse, Spektrum, Autokorrelation, lineare Prädiktion, homorphe Analyse.
Grundlegende Probleme der Sprachsynthese: Zusammenhang zwischen geschriebener und gesprochener Sprache, Spracherzeugungsverfahren, Prosodiesteuerung.
Grundlegende Probleme der Spracherkennung: Variabilität der Lautsprache, geeignete Merkmale für die Spracherkennung, Vergleich von Sprachmustern (Distanzmasse, dynamische Programmierung) und Einführung in die statistische Spracherkennung mit Hidden-Markov-Modellen.
SkriptEs wird das folgende Lehrbuch verwendet: "Sprachverarbeitung - Grundlagen und Methoden der Sprachsynthese und Spracherkennung", B. Pfister und T. Kaufmann, Springer Verlag, ISBN: 978-3-540-75909-6
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Kenntnisse in den Bereichen digitale Signalverarbeitung und digitale Filter sind hilfreich
227-0778-00LHardware/Software Codesign Information W6 KP2V + 2UL. Thiele
KurzbeschreibungDie Lehrveranstaltung vermittelt fortgeschrittene Kenntnisse im Entwurf komplexer Computersysteme, vor allem eingebettete Systeme. Speziell werden den Studierenden Modelle und Methoden vermittelt, die grundlegend sind fuer den Entwurf von Systemen, die aus Software- und Hardware Komponenten bestehen.
LernzielDie Lehrveranstaltung vermittelt fortgeschrittene Kenntnisse im Entwurf komplexer Computersysteme, vor allem eingebettete Systeme. Speziell werden den Studierenden Modelle und Methoden vermittelt, die grundlegend sind fuer den Entwurf von Systemen, die aus Software- und Hardware Komponenten bestehen.
InhaltDie Lehrveranstaltung vermittelt die folgenden Kenntnisse: (a) Modelle zur Beschreibung von Hardware und Software, (b) Hardware-Software Schnittstellen (Instruktionssatz, Hardware- und Software Komponenten, rekonfigurierbare Architekturen und FPGAs, heterogene Rechnerarchitekturen, System-on-Chip), (c) Anwendungsspezifische Prozessoren und Codegenerierung, (d) Performanzanalzyse und Schaetzung, (e) Systementwurf (Hardware-Software Partitionierung und Explorationsverfahren).
SkriptUnterlagen zur Übung, Kopien der Vorlesungsunterlagen.
LiteraturPeter Marwedel, Embedded System Design, Springer, ISBN-13 978-94-007-0256-1, 2011.

Peter Marwedel, Eingebettete Systeme, Springer, ISBN-13 978-3-540-34048-53, 2007.

Wayne Wolf. Computers as Components. Morgan Kaufmann, ISBN-13: 978-0123884367, 2012.

G. DeMicheli, R. Ernst and W. Wolf, Readings in Hw/Sw Co-design, M. Kaufmann, 2003.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzung zum Besuch der Veranstaltung sind Basiskenntnisse in den folgenden Bereichen: Rechnerarchitektur, Digitaltechnik, Softwareentwurf, eingebettete Systeme
227-0781-00LLow-Power System DesignW6 KP2V + 2UJ. Beutel
KurzbeschreibungIntroduction to low-power and low-energy design techniques from a systems perspective including aspects both from hard- and software. The focus of this lecture is on cutting across a number of related fields discussing architectural concepts, modeling and measurement techniques as well as software design mainly using the example of networked embedded systems.
LernzielKnowledge of the state-of-the-art in low power system design, understanding recent research results and their implication on industrial products.
InhaltDesigning systems with a low energy footprint is an increasingly important. There are many applications for low-power systems ranging from mobile devices powered from batteries such as today's smart phones to energy efficient household appliances and datacenters. Key drivers are to be found mainly in the tremendous increase of mobile devices and the growing integration density requiring to carefully reason about power, both from a provision and consumption viewpoint. Traditional circuit design classes introduce low-power solely from a hardware perspective with a focus on the power performance of a single or at most a hand full of circuit elements. Similarly, low-power aspects are touched in a multitude of other classes, mostly as a side topic. However in successfully designing systems with a low energy footprint it is not sufficient to only look at low-power as an aspect of second class. In modern low-power system design advanced CMOS circuits are of course a key ingredient but successful low-power integration involves many more disciplines such as system architecture, different sources of energy as well as storage and most importantly software and algorithms. In this lecture we will discuss aspects of low-power design as a first class citizen introducing key concepts as well as modeling and measurement techniques focusing mainly on the design of networked embedded systems but of course equally applicable to many other classes of systems. The lecture is further accompanied by a reading seminar as well as exercises and lab sessions.
SkriptExercise and lab materials, copies of lecture slides.
LiteraturA detailed reading list will be made available in the lecture.
Voraussetzungen / BesonderesKnowledge in embedded systems, system software, (wireless) networking, possibly integrated circuits, and hardware software codesign.
252-1414-00LSystem SecurityW5 KP2V + 2US. Capkun, A. Perrig
KurzbeschreibungThe first part of the lecture covers individual system's aspects starting with tamperproof or tamperresistant hardware in general over operating system related security mechanisms to application software systems, such as host based intrusion detection systems. In the second part, the focus is on system design and methodologies for large projects.
LernzielIn this lecture, students learn about the security requirements and capabilities that are expected from modern hardware, operating systems and other software environments. An overview of available technologies, algorithms and standards is given, with which these requirements can be met.
InhaltThe first part of the lecture covers individual system's aspects starting with tamperproof or tamperresistant hardware in general over operating system related security mechanisms to application software systems such as host based intrusion detetction systems. The main topics covered are: tamper resistant hardware, CPU support for security, protection mechanisms in the kernel, file system security (permissions / ACLs / network filesystem issues), IPC Security, mechanisms in more modern OS, such as Capabilities and Zones, Libraries and Software tools for security assurance, etc.

In the second part, the focus is on system design and methodologies for large projects. The main question answered is how to get a large secure system. Topics include: patch management, common software faults (buffer overflows, etc.), writing secure software (design, architecture, QA, testing), compiler-supported security, langauge-supported security (java...), logging and auditing (BSM audit, dtrace, ...), cryptographic support, TCG, secure file systems, dos/windows/ windowsXP security issues.

Along the lectures, model cases will be elaborated and evaluated in the exercises.
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0101-00LZeitdiskrete und statistische SignalverarbeitungW6 KP4GH.‑A. Loeliger
KurzbeschreibungDer Kurs vermittelt Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung mit Betonung auf Anwendungen in der Nachrichtentechnik: zeitdiskrete lineare Filter, Egalisation, DFT, zeitdiskrete stochastische Prozesse, Grundbegriffe der Entscheidungs- und Schätztheorie, LMMSE-Schätzung und -Filterung, LMS-Algorithmus, Viterbi-Algorithmus.
LernzielDer Kurs vermittelt mathematische Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung mit Betonung auf Anwendungen in der Nachrichtentechnik. Die zwei zentralen Themenkreise sind "Linearität" und "Wahrscheinlichkeitsmodelle". Im ersten Teil wird das Verständnis von zeitdiskreten linearen Filtern vertieft. Im zweiten Teil werden zunächst die Grundlagen der Wahrscheinlichkeitsrechnung vertieft und zeitdiskrete stochastische Prozesse eingeführt. Nach einer Einführung in die Grundbegriffe der Entscheidungs- und Schätztheorie werden sodann praktische Verfahren wie LMMSE-Schätzung und -Filterung, der LMS-Algorithmus und der Viterbi-Algorithmus behandelt.
InhaltZeitdiskrete lineare Systeme und die z-Transformation.
Zeitdiskret und zeitkontinuierlich: hin und her.
Digitale Filter.
DFT.
Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitstheorie.
Zeitdiskrete stochastische Prozesse.
Grundbegriffe der Entscheidungs- und Schätztheorie.
Lineare Schätzung und Filterung.
Wiener-Filter.
LMS-Algorithmus.
Viterbi-Algorithmus.
SkriptVorlesungsskript.
227-0103-00LRegelsysteme Information W6 KP2V + 2UM. Morari
KurzbeschreibungVermittlung von fachübergreifenden Konzepten und Methoden zur mathematischen Beschreibung und Analyse von dynamischen Systemen. Konzept der Rückführung, Entwurf von Regelungen für Eingrössen- und Mehrgrössenstrecken.
LernzielVermittlung von fachübergreifenden Konzepten und Methoden zur mathematischen Beschreibung und Analyse von dynamischen Systemen. Konzept der Rückführung, Entwurf von Regelungen für Eingrössen- und Mehrgrössenstrecken.
InhaltProzessautomatisierung. Prinzip der Regelung. Modellierung dynamischer Systeme - Beispiele, Zustandsraumdarstellung, Linearisierung, analytische/numerische Lösung. Laplace Transformation, Systemantworten für Systeme 1. und 2. Ordnung - Einfluss von zusätzlichen Nullstellen und Polen. Regelkreis-Idee der Rückführung. PID Regler, Ziegler-Nichols Einstellung. Stabilität, Routh-Hurwitz Kriterium, Wurzelortskurve. Frequenzgang, Bode-Diagramm, Bode gain/ phase relationship, Reglerentwurf via "loop- shaping", Nyquist Kriterium. Feedforward Compensation/Störgrössenaufschaltung, Kaskadenregelung. Mehrvariablensysteme (Übertragungsmatrix, Zustandsraumdarstellung), Mehrschlaufenregelung, Problem der Kopplung, Relative Gain Array, Entkopplungskompensator, Sensitivität auf Modellunsicherheit. Zustandsraumdarstellung (Modalform, Steuerbarkeit, control/observer canonical form), Zustandsregelung, Polvor- gabe/Wahl der Pole. Beobachter, Beobachtbarkeit, Dualität, Separationsprinzip. LQ Regulator, Optimale Zustandsschätzung.
LiteraturG.F. Franklin, J.D. Powell, A. Emami-Naeini. Feedback Control of Dynamic Systems. 6th edition, Prentice Hall, International Version, 2009, Reading, ISBN 978-0-1350-150-9. Broschierte Studienausgabe ca. CHF 110.-, (Frühjahr 2013).
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Signal- und Systemtheorie II.

MATLAB wird zur Systemanalyse und Simulation eingesetzt.
227-0197-00LWearable Systems IW6 KP4GG. Tröster, U. Blanke
KurzbeschreibungKontexterkennung in mobilen Kommunikationssystemen (Mobiltelephon, Wearable Computer) wird mit fortgeschrittenen Verfahren aus dem Bereich Sensor Data Fusion, Mustererkennung, Statistik, Data Mining und maschinelles Lernen erarbeitet.
Kontext umfasst das Verhalten von Personen und Gruppen, deren Aktivitäten, sowie das lokale und soziale Umfeld.
LernzielZukünftige Mobilsysteme stellen uns als persönliche und hilfsbereite Assistenten die Informationen und Dienstleistungen zur Verfügung, wie wir sie aktuell benötigen. Die Systeme bestehen aus einem Smartphone, das mit Sensoren am Körper und in der Umgebung kommuniziert. Die Kontexterkennung als zentrale Funktion mobiler Systeme bildet den Schwerpunkt dieser Vorlesung. Kontext umfasst das Verhalten von Personen und Gruppen, deren Aktivitäten, sowie das lokale und soziale Umfeld.

Im Datenpfad von den Sensoren über die Segmentierung, Merkmalsextraktion und Clusterbildiung bis zur Klassifikation des Kontextes werden fortgeschrittene Verfahren der Signalverarbeitung, der Mustererkennung, der Statistik und des Maschinellen Lernens exemplarisch eingesetzt. Sensordaten, die über Crowdsourcing-Methoden gewonnen sind, werden in die Analysen eingebunden. Der Validierung mit MATLAB folgen eine Implementierung und Testphase auf einem Smartphone.
InhaltZukünftige Mobilsysteme werden als persönliche und hilfsbereite Assistenten in unserer Kleidung integriert sein und uns die Informationen und Dienstleistungen zur Verfügung stellen, wie wir sie aktuell benötigen (siehe www.wearable.ethz.ch). Die Kontexterkennung - wo befindet sich der Benutzer, was tut er, mit wem ist zusammen, wie geht es ihm und was sind seine Bedürfnisse - als zentrale Funktion mobiler Systeme bildet den Schwerpunkt dieser Veranstaltung.

In der Vorlesung werden folgende Themen behandelt:
Sensornetze, Sensordatenverarbeitung, Data Fusion, Segmentierung, LDA, Bayes Decision Theory, Entscheidungsbäume, Random Forest, kNN-Verfahren, Support Vector Machine, Hidden Markov Modelle, Adaboost, Data- und Textmining, Crowdsourcing, SOM und Clustering.

Die Übungen orientieren sich an konkreten Problemstellungen wie Gesten- und Bewegungserkennung mit verteilten Sensoren, Detektion von Aktivitätsmuster, Benutzung 'crowd-generierter' Daten sowie Bestimmung des lokalen Umfeldes.

Präsentationen durch Doktorierende und der Besuch am Wearable Computing Lab führen ein in die aktuellen Forschungsthemen und die internationalen Forschungsprojekte.

Sprache: deutsch/englisch (abhängig von den TeilnehmerInnen)
SkriptManuskript zu allen Lektionen, Übungen mit Musterlösungen.
http://www.ife.ee.ethz.ch/education/wearable_systems_1
LiteraturLiteratur wird in den jeweiligen Vorlesungseinheiten benannt
Voraussetzungen / BesonderesKeine speziellen Voraussetzungen erforderlich
227-0377-00LPhysik der Ausfälle und Ausfallanalyse elektronischer SchaltungenW3 KP2VU. Sennhauser
KurzbeschreibungDie Vermeidung von Ausfällen ist von zentraler Wichtigkeit bei Schaltungsentwurf, Materialauswahl und Herstellung. Die Vorlesung gibt eine Einführung in Aufbau und Eigenschaften der Materialien sowie deren Degradationsmechanismen. Zudem werden die Grundlagen der Ausfallanayse und der Instrumente vermittelt, Ausfälle demonstriert und an einem Beispiel eine typische Ausfallanalyse durchgeführt.
LernzielDie Teilnehmer kennen die Ursachen der Ausfälle elektronischer Schaltungen und Geräte, die Eigenschaften der Analysegeräte und das Vorgehen bei Ausfallanalysen
InhaltZusammenfassung der Grundbegriffe der Zuverlässigkeitstechnik und Ausfallanalyse; Physik der Ausfälle: Materialkunde, physikalische Prozesse und Ausfallmechanismen; Ausfallanalyse von ICs, PCBs, Opto-Elektronik, diskreten und anderen Bauteilen; Grundlagen und Eigenschaften der Analyseinstrumente; Anwendung und Umsetzung bei Schaltungsentwicklung und Zuverlässigkeitsanalysen
SkriptUmfangreiche Kopie der Vortragsfolien
252-0437-00LVerteilte Algorithmen Information W4 KP3VF. Mattern
KurzbeschreibungModelle verteilter Berechnungen; Raum-Zeit Diagramme; Virtuelle Zeit; Logische Uhren und Kausalität; Wellenalgorithmen; Verteilte und parallele Graphtraversierung; Berechnung konsistenter Schnappschüsse; Wechselseitiger Ausschluss; Election und Symmetriebrechung; Verteilte Terminierung; Garbage-Collection in verteilten Systemen; Beobachten verteilter Systeme; Berechnung globaler Prädikate.
LernzielKennenlernen von Modellen und Algorithmen verteilter Systeme.
InhaltVerteilte Algorithmen sind Verfahren, die dadurch charakterisiert sind, dass mehrere autonome Prozesse gleichzeitig Teile eines gemeinsamen Problems in kooperativer Weise bearbeiten und der dabei erforderliche Informationsaustausch ausschliesslich über Nachrichten erfolgt. Derartige Algorithmen kommen im Rahmen verteilter Systeme zum Einsatz, bei denen kein gemeinsamer Speicher existiert und die Übertragungszeit von Nachrichten i.a. nicht vernachlässigt werden kann. Da dabei kein Prozess eine aktuelle konsistente Sicht des globalen Zustands besitzt, führt dies zu interessanten Problemen.
Im einzelnen werden u.a. folgende Themen behandelt:
Modelle verteilter Berechnungen; Raum-Zeit Diagramme; Virtuelle Zeit; Logische Uhren und Kausalität; Wellenalgorithmen; Verteilte und parallele Graphtraversierung; Berechnung konsistenter Schnappschüsse; Wechselseitiger Ausschluss; Election und Symmetriebrechung; Verteilte Terminierung; Garbage-Collection in verteilten Systemen; Beobachten verteilter Systeme; Berechnung globaler Prädikate.
Literatur- F. Mattern: Verteilte Basisalgorithmen, Springer-Verlag
- G. Tel: Topics in Distributed Algorithms, Cambridge University Press
- G. Tel: Introduction to Distributed Algorithms, Cambridge University Press, 2nd edition
- A.D. Kshemkalyani, M. Singhal: Distributed Computing, Cambridge University Press
- N. Lynch: Distributed Algorithms, Morgan Kaufmann Publ
227-0447-00LImage Analysis and Computer Vision Information W6 KP3V + 1UG. Székely, O. Göksel, L. Van Gool
KurzbeschreibungLight and perception. Digital image formation. Image enhancement and feature extraction. Unitary transformations. Color and texture. Image segmentation and deformable shape matching. Motion extraction and tracking. 3D data extraction. Invariant features. Specific object recognition and object class recognition.
LernzielOverview of the most important concepts of image formation, perception and analysis, and Computer Vision. Gaining own experience through practical computer and programming exercises.
InhaltThe first part of the course starts off from an overview of existing and emerging applications that need computer vision. It shows that the realm of image processing is no longer restricted to the factory floor, but is entering several fields of our daily life. First it is investigated how the parameters of the electromagnetic waves are related to our perception. Also the interaction of light with matter is considered. The most important hardware components of technical vision systems, such as cameras, optical devices and illumination sources are discussed. The course then turns to the steps that are necessary to arrive at the discrete images that serve as input to algorithms. The next part describes necessary preprocessing steps of image analysis, that enhance image quality and/or detect specific features. Linear and non-linear filters are introduced for that purpose. The course will continue by analyzing procedures allowing to extract additional types of basic information from multiple images, with motion and depth as two important examples. The estimation of image velocities (optical flow) will get due attention and methods for object tracking will be presented. Several techniques are discussed to extract three-dimensional information about objects and scenes. Finally, approaches for the recognition of specific objects as well as object classes will be discussed and analyzed.
SkriptCourse material Script, computer demonstrations, exercises and problem solutions
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites:
Basic concepts of mathematical analysis and linear algebra. The computer exercises are based on Linux and C.
The course language is English.
227-0555-00LFehlertoleranz in Verteilten Systemen Belegung eingeschränkt - Details anzeigen W4 KP3GR. Wattenhofer
KurzbeschreibungFehlertoleranz (Modelle, Consensus, Agreement), Replikation (Primary Copy, 2PC, 3PC, Paxos, Quorum-Systeme), Shared Memory (Spin Locks, Concurrency)
LernzielKennenlernen von wesentlichen Technologien und Architekturen fehlertoleranter verteilter Systeme.
InhaltWir diskutieren Fehlertoleranzaspekte (Modelle, Consensus, Agreement) sowie Replikationsaspekte (Primary Copy, 2PC, 3PC, Paxos, Quorum-Systeme, verteilter Speicher) und Probleme bei asynchronen Multiprozesssystemen (Shared Memory, Spin Locks, Concurrency).
Voraussetzungen / BesonderesDiese Vorlesung ist findet nur im zweiten Teil des Semesters statt, und entspricht dem zweiten Teil der Vorlesung "Verteilte Systeme" (252-0213-00L). Man kann entsprechend maximal eine der beiden Vorlesungen besuchen.
227-0627-00LAngewandte Computer ArchitekturW6 KP4GA. Gunzinger
KurzbeschreibungDiese Vorlesung gibt einen Überblick über die Anforderungen und die Architektur von parallelen Computersystemen unter Berücksichtigung von Rechenleistung, Zuverlässigkeit und Kosten.
LernzielArbeitsweise von parallelen Computersystemen verstehen, solche Systeme entwerfen und modellieren.
InhaltDie Vorlesung Angewandte Computer Architektur gibt technische und unternehmerische Einblicke in innovative Computersysteme/Architekturen (CPU, GPU, FPGA, Spezialprozessoren) und deren praxisnahe Umsetzung. Dabei werden oft die Grenzen der technologischen Möglichkeiten ausgereizt.
Wie ist das Computersystem aufgebaut, das die über 1000 Magneten an der Swiss Light Source (SLS) steuert?
Wie ist das hochverfügbare Alarmzentrum der SBB aufgebaut?
Welche Computer Architekturen werden in Fahrerassistenzsystemen verwendet?
Welche Computerarchitektur versteckt sich hinter einem professionellen digitalen Audio Mischpult?
Wie können Datenmengen von 30 TB/s, wie sie bei einem Protonen-Beschleuniger entstehen, in Echtzeit verarbeitet werden?
Kann die aufwändige Berechnung der Wettervorhersage auch mit GPUs erfolgen?
Nach welcher Systematik können optimale Computerarchitekturen gefunden werden?
Welche Faktoren sind entscheidend, um solche Projekte erfolgreich umzusetzen?
SkriptSkript und Übungsblätter.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Grundlagen der Computerarchitektur.
151-0593-00LEmbedded Control SystemsW4 KP6GJ. S. Freudenberg, L. Guzzella, M. Schmid Daners
KurzbeschreibungThis course provides a comprehensive overview of embedded control systems. The concepts introduced are implemented and verified on a microprocessor-controlled haptic device.
LernzielFamiliarize students with main architectural principles and concepts of embedded control systems.
InhaltAn embedded system is a microprocessor used as a component in another piece of technology, such as cell phones or automobiles. In this intensive two-week block course the students are presented the principles of embedded digital control systems using a haptic device as an example for a mechatronic system. A haptic interface allows for a human to interact with a computer through the sense of touch.

Subjects covered in lectures and practical lab exercises include:
- The application of C-programming on a microprocessor
- Digital I/O and serial communication
- Quadrature decoding for wheel position sensing
- Queued analog-to-digital conversion to interface with the analog world
- Pulse width modulation
- Timer interrupts to create sampling time intervals
- System dynamics and virtual worlds with haptic feedback
- Introduction to rapid prototyping
SkriptLecture notes, lab instructions, supplemental material
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisite courses are Control Systems I and Informatics I.

This course is restricted to 33 students due to limited lab infrastructure. Interested students please contact Marianne Schmid (E-Mail: schmid@idsc.mavt.ethz.ch)
After your reservation has been confirmed please register online at www.mystudies.ethz.ch.

Detailed information can be found on the course website www.idsc.ethz.ch/Courses/embedded_control_systems
252-1411-00LSecurity of Wireless NetworksW5 KP2V + 1U + 1AS. Capkun, C. Soriente
KurzbeschreibungCore Elements: Wireless communication channel, Wireless network architectures and protocols, Attacks on wireless networks, Protection techniques.
LernzielAfter this course, the students should be able to: describe and classify security goals and attacks in wireless networks; describe security architectures of the following wireless systems and networks: 802.11, GSM/UMTS, RFID, ad hoc/sensor networks; reason about security protocols for wireless network; implement mechanisms to secure
802.11 networks.
InhaltWireless channel basics. Wireless electronic warfare: jamming and target tracking. Basic security protocols in cellular, WLAN and
multi-hop networks. Recent advances in security of multi-hop networks; RFID privacy challenges and solutions.
Electronics and Photonics
Kernfächer
Diese Fächer sind besonders empfohlen, um sich in "Electronics and Photonics" zu vertiefen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
151-0605-00LNanosystemsW4 KP4GA. Stemmer
KurzbeschreibungFrom atoms to molecules to condensed matter: characteristic properties of simple nanosystems and how they evolve when moving towards complex ensembles.
Intermolecular forces, their macroscopic manifestations, and ways to control such interactions.
Self-assembly and directed assembly of 2D and 3D structures.
Special emphasis on the emerging field of molecular electronic devices.
LernzielFamiliarize students with basic science and engineering principles governing the nano domain.
InhaltThe course addresses basic science and engineering principles ruling the nano domain. We particularly work out the links between topics that are traditionally taught separately.

Special emphasis is placed on the emerging field of molecular electronic devices, their working principles, applications, and how they may be assembled.

Topics are treated in 2 blocks:

(I) From Quantum to Continuum
From atoms to molecules to condensed matter: characteristic properties of simple nanosystems and how they evolve when moving towards complex ensembles.

(II) Interaction Forces on the Micro and Nano Scale
Intermolecular forces, their macroscopic manifestations, and ways to control such interactions.
Self-assembly and directed assembly of 2D and 3D structures.
Literatur- Kuhn, Hans; Försterling, H.D.: Principles of Physical Chemistry. Understanding Molecules, Molecular Assemblies, Supramolecular Machines. 1999, Wiley, ISBN: 0-471-95902-2
- Chen, Gang: Nanoscale Energy Transport and Conversion. 2005, Oxford University Press, ISBN: 978-0-19-515942-4
- Ouisse, Thierry: Electron Transport in Nanostructures and Mesoscopic Devices. 2008, Wiley, ISBN: 978-1-84821-050-9
- Wolf, Edward L.: Nanophysics and Nanotechnology. 2004, Wiley-VCH, ISBN: 3-527-40407-4

- Israelachvili, Jacob N.: Intermolecular and Surface Forces. 2nd ed., 1992, Academic Press,ISBN: 0-12-375181-0
- Evans, D.F.; Wennerstrom, H.: The Colloidal Domain. Where Physics, Chemistry, Biology, and Technology Meet. Advances in Interfacial Engineering Series. 2nd ed., 1999, Wiley, ISBN: 0-471-24247-0
- Hunter, Robert J.: Foundations of Colloid Science. 2nd ed., 2001, Oxford, ISBN: 0-19-850502-7
Voraussetzungen / BesonderesCourse format:

Lectures: Thursday 10-12, ML F 36

Homework: Mini-Reviews
Students select a paper (list distributed in class) and expand the topic into a Mini-Review that illuminates the particular field beyond the immediate results reported in the paper.
227-0147-00LVLSI II: Design of Very Large Scale Integration CircuitsW7 KP5GH. Kaeslin, N. Felber
KurzbeschreibungDiese weiterführende Lehrveranstaltung in der Reihe VLSI behandelt alle Aspekte des Entwurfs digitaler ASICs von der Netzliste bis zum Layout unter Berücksichtigung diverser parasitärer Effekte (Clock Skew, Metastabilität, Ground Bounce, IR-Drop, Elektromigration, ESD, Latchup). Ebenfalls behandelt werden Wirtschaftlichkeit und Leitung von VLSI Projekten.
LernzielDigitale VLSI-Schaltungen zu entwerfen wissen, welche funktionssicher, testbar, langlebig, und wirtschaftlich sinnvoll sind.
InhaltDiese weiterführende Lehrveranstaltung behandelt sowohl technische Aspekte auf Schaltungs- und Layout-Niveau als auch ökonomische Fragen hochintegrierter Schaltungen. Behandelt werden:
- Grenzen der funktionellen Designverifikation, testgerechter Schaltungsentwurf.
- Synchrone Taktungsdisziplinen im Vergleich, Clock Skew, Taktverteilung, Input/Output Timing.
- Synchronisation und Metastabilität.
- Schaltungstechnik von CMOS Gattern, Flip-Flops und RAM Speichern auf Transistorniveau.
- Weshalb benötigen CMOS Schaltungen überhaupt Energie?
- Leistungsabschätzung und Low-Power Design.
- Forschungsrichtungen für energieeffizienteres Rechnen.
- Layoutbedingte parasitäre Effekte, Leitungsverzögerung, statische Timing Analyse.
- Schaltströme, induktiv sowie resistiv bedingte Spannungsabfälle, Speisungsverteilung.
- Floorplanning, Chip Assembly, Packaging.
- Layout-Entwurf auf Masken-Niveau, Layoutverifikation.
- Elektromigration, ESD und Latch-up.
- Formen der industriellen Zusammenarbeit in der Mikroelektronik.
- Worauf man beim Einsatz Virtueller Komponenten achten muss.
- Kostenstrukturen der ASIC Entwicklung und Herstellung.
- Anforderungen der Märkte, Entscheidungskriterien sowie Fallbeispiele.
- Ausbeutemodelle.
- Wege zur Fabrikation kleiner Stückzahlen.
- Marktüberlegungen mit Fallbeispielen.
- Leitung von VLSI Projekten.

Die Übungen führen durch den physischen Entwurf (Floorplanning, Plazierung, Verdrahtung, Takt- und Speisungsverteilung, Layoutverifikation) bis zu den verifizierten GDS II Fabrikationsdaten. Dabei gelangen industrielle CAD-Tools zum Einsatz.
SkriptEnglischsprachiges Vorlesungsskript.

Sämtliche Unterlagen in englischer Sprache.
LiteraturH. Kaeslin: "Digital Integrated Circuit Design, from VLSI Architectures to CMOS Fabrication" Cambridge University Press, 2008, ISBN 9780521882675
Voraussetzungen / BesonderesHighlight:
Es wird die Möglichkeit geboten einen Chip nach eigenen Ideen zu entwickeln, welcher anschliessend tatsächlich fabriziert wird! Ein solches Projekt wird in Form einer Semesterarbeit am Institut für Integrierte Systeme parallel zum Besuch von VLSI II durchgeführt.

Voraussetzungen:
"VLSI I: von Architektur zu hochintegrierter Schaltung und FPGA" oder gleichwertige Kenntnisse.

Weiterführende Informationen:
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/vlsi2.en.html
227-0197-00LWearable Systems IW6 KP4GG. Tröster, U. Blanke
KurzbeschreibungKontexterkennung in mobilen Kommunikationssystemen (Mobiltelephon, Wearable Computer) wird mit fortgeschrittenen Verfahren aus dem Bereich Sensor Data Fusion, Mustererkennung, Statistik, Data Mining und maschinelles Lernen erarbeitet.
Kontext umfasst das Verhalten von Personen und Gruppen, deren Aktivitäten, sowie das lokale und soziale Umfeld.
LernzielZukünftige Mobilsysteme stellen uns als persönliche und hilfsbereite Assistenten die Informationen und Dienstleistungen zur Verfügung, wie wir sie aktuell benötigen. Die Systeme bestehen aus einem Smartphone, das mit Sensoren am Körper und in der Umgebung kommuniziert. Die Kontexterkennung als zentrale Funktion mobiler Systeme bildet den Schwerpunkt dieser Vorlesung. Kontext umfasst das Verhalten von Personen und Gruppen, deren Aktivitäten, sowie das lokale und soziale Umfeld.

Im Datenpfad von den Sensoren über die Segmentierung, Merkmalsextraktion und Clusterbildiung bis zur Klassifikation des Kontextes werden fortgeschrittene Verfahren der Signalverarbeitung, der Mustererkennung, der Statistik und des Maschinellen Lernens exemplarisch eingesetzt. Sensordaten, die über Crowdsourcing-Methoden gewonnen sind, werden in die Analysen eingebunden. Der Validierung mit MATLAB folgen eine Implementierung und Testphase auf einem Smartphone.
InhaltZukünftige Mobilsysteme werden als persönliche und hilfsbereite Assistenten in unserer Kleidung integriert sein und uns die Informationen und Dienstleistungen zur Verfügung stellen, wie wir sie aktuell benötigen (siehe www.wearable.ethz.ch). Die Kontexterkennung - wo befindet sich der Benutzer, was tut er, mit wem ist zusammen, wie geht es ihm und was sind seine Bedürfnisse - als zentrale Funktion mobiler Systeme bildet den Schwerpunkt dieser Veranstaltung.

In der Vorlesung werden folgende Themen behandelt:
Sensornetze, Sensordatenverarbeitung, Data Fusion, Segmentierung, LDA, Bayes Decision Theory, Entscheidungsbäume, Random Forest, kNN-Verfahren, Support Vector Machine, Hidden Markov Modelle, Adaboost, Data- und Textmining, Crowdsourcing, SOM und Clustering.

Die Übungen orientieren sich an konkreten Problemstellungen wie Gesten- und Bewegungserkennung mit verteilten Sensoren, Detektion von Aktivitätsmuster, Benutzung 'crowd-generierter' Daten sowie Bestimmung des lokalen Umfeldes.

Präsentationen durch Doktorierende und der Besuch am Wearable Computing Lab führen ein in die aktuellen Forschungsthemen und die internationalen Forschungsprojekte.

Sprache: deutsch/englisch (abhängig von den TeilnehmerInnen)
SkriptManuskript zu allen Lektionen, Übungen mit Musterlösungen.
http://www.ife.ee.ethz.ch/education/wearable_systems_1
LiteraturLiteratur wird in den jeweiligen Vorlesungseinheiten benannt
Voraussetzungen / BesonderesKeine speziellen Voraussetzungen erforderlich
227-0301-00LOptical Communication FundamentalsW6 KP2V + 1U + 1PJ. Leuthold
KurzbeschreibungTransmitters and receivers are the basic building blocks of communication links. In this lecture we discuss the path of an analog signal in the transmitter to the digital world in an optical communication link and back to the analog world at the receiver. The lecture is organized to cover the fundamentals of all important optical and optoelectronic components in a fiber communications system.
LernzielFundamentals of optical communications systems with an emphasis on transmitters and receivers.
InhaltChapter 1: Introduction: Analog/Digital Conversion, The Communication Channel, Shannon Channel Capacity.

Chapter 2: The Transmitter: Components of a Transmitter, The Spectrum of a Signal, Optical Modulators, Modulation Formats.

Chapter 3: Signal-to-Noise Ratio, Intersymbol Interference, Electronic Coding.

Chapter 4: Multiplexing techniques (WDM/FDM, TDM, OFDM, Nyquist Multiplexing, OCDMA).

Chapter 5: Optical Amplifiers (Semiconductor Optical Amplifiers, Erbium Doped Fiber Amplifiers, Raman Amplifiers).

Chapter 6: The Receiver: pin-Photodiodes, Polarisation Demultiplexing, Phase Estimation, Clock Recovery.

Chapter 7: Noise: Noise Mechanisms, Photocurrent Noise, Thermal Noise, Electronic Amplifiers Noise, Optical Amplifier Noise.

Chapter 8: Receiver and Detector Errors: Detection Errors of On-Off Keying, Detection Errors of M-Ary Signals, Direct-, Heterodyne and Homodyne Reception.
SkriptLecture notes are handed out.
Voraussetzungen / BesonderesFundamentals of Electromagnetic Fields & Bachelor Lectures on Physics (see Bsc ITET).
227-0655-00LNonlinear OpticsW6 KP2V + 1UJ. Leuthold
KurzbeschreibungNonlinear Optics deals with the interaction of light with material, the response of material to light and the mathematical framework to describe the phenomena. As an example we will cover fundamental phenomena such as the refractive index, the electro-optic effect, second harmonic generation, four-wave mixing or soliton propagation and others.
LernzielThe important nonlinear optical phenomena are understood and can be classified. The effects can be described mathematical by means of the susceptibility.
InhaltChapter 1: The Wave Equations in Nonlinear Optics
Chapter 2: Nonlinear Effects - An Overview
Chapter 3: The Nonlinear Optical Susceptibility
Chapter 4: Second Harmonic Generation
Chapter 5: The Electro-Optic Effect and the Electro-Optic Modulator
Chapter 6: Acousto-Optic Effect
Chapter 7: Nonlinear Effects of Third Order
Chapter 8: Nonlinear Effects in Media with Gain
LiteraturLecture notes are handed out.
Voraussetzungen / BesonderesFundamentals of Electromagnetic Fields (Maxwell Equations) & Bachelor Lectures on Physics
227-0663-00LNano-Optics Information W6 KP2V + 2UL. Novotny
KurzbeschreibungNano-Optics is the study of optical phenomena and techniques on the nanometer scale. It is an emerging field of study motivated by the rapid advance of nanoscience and technology. It embraces topics such as plasmonics, optical antennas, optical trapping and manipulation, and high-resolution imaging and spectroscopy.
LernzielUnderstanding concepts of light localization and light-matter interactions on the nanoscale.
InhaltStarting with an angular spectrum representation of optical fields the role of inhomogeneous evanescent fields is discussed. Among the topics are: theory of strongly focused light, point spread functions, resolution criteria, confocal microscopy, and near-field optical microscopy. Further topics are: optical interactions between nanoparticles, atomic decay rates in inhomogeneous environments, single molecule spectroscopy, light forces and optical trapping, photonic bandgap materials, and theoretical methods in nano-optics.
Voraussetzungen / Besonderes- Electrodynamics (or equivalent)
- Physics I+II
227-1033-00LNeuromorphic Engineering I Information W6 KP2V + 3UT. Delbrück, G. Indiveri, S.‑C. Liu
KurzbeschreibungThis course covers analog circuits with emphasis on neuromorphic engineering: MOS transistors in CMOS technology, static circuits, dynamic circuits, systems (silicon neuron, silicon retina, motion circuits) and an introduction to multi-chip systems. The lectures are accompanied by weekly laboratory sessions.
LernzielUnderstanding of the characteristics of neuromorphic circuit elements and their interaction in parallel networks.
InhaltNeuromorphic circuits are inspired by the structure, function and plasticity of biological neurons and neural networks. Their computational primitives are based on physics of semiconductor devices. Neuromorphic architectures often rely on collective computation in parallel networks. Adaptation, learning and memory are implemented locally within the individual computational elements. Transistors are often operated in weak inversion (below threshold), where they exhibit exponential I-V characteristics and low currents. These properties lead to the feasibility of high-density, low-power implementations of functions that are computationally intensive in other paradigms. The high parallelism and connectivity of neuromorphic circuits permit structures with massive feedback without iterative methods and convergence problems and real-time processing networks for high-dimensional signals (e.g. vision). Application domains of neuromorphic circuits include silcon retinas and cochleas, real-time emulations of networks of biological neurons, and the development of autonomous robotic systems. This course covers devices in CMOS technology (MOS transistor below and above threshold, floating-gate MOS transistor, phototransducers), static circuits (differential pair, current mirror, transconductance amplifiers, multipliers, power-law circuits, resistive networks, etc.), dynamic circuits (linear and nonlinear filters, adaptive circuits), systems (silicon neuron, silicon retina, motion circuits) and an introduction to multi-chip systems. The lectures are accompanied by weekly laboratory sessions on the characterization of neuromorphic circuits, from elementary devices to systems.
LiteraturS.-C. Liu et al.: Analog VLSI Circuits and Principles; various publications.
Voraussetzungen / BesonderesParticular: The course is highly recommended for those who intend to take the spring semester course 'Neuromorphic Engineering II', that teaches the conception and layout of such circuits with a set of inexpensive software tools, ending with an optional submission of a mini-project for CMOS fabrication.

Prerequisites: Background in basics of semiconductor physics helpful, but not required.
402-0255-00LEinführung in die FestkörperphysikW10 KP3V + 2UK. Ensslin
KurzbeschreibungDie Vorlesung vermittelt die Grundlagen zur Physik kondensierter Materie und berührt einzelne Gebiete, welche später in Spezialvorlesungen eingehender behandelt werden. Im Stoff enthalten sind: Strukturen von Festkörpern, Interatomare Bindungen, elementare Anregungen, elektronische Eigenschaften von Isolatoren, Metalle, Halbleiter, Transportphänomene, Magnetismus, Supraleitung.
LernzielEinführung in die Physik der kondensierten Materie.
InhaltDie Vorlesung vermittelt die Grundlagen zur Physik kondensierter Materie und berührt einzelne Gebiete, welche später in Spezialvorlesungen eingehender behandelt werden. Im Stoff enthalten sind: Mögliche Formen von Festkörpern und deren Strukturen (Strukturklassifizierung und -bestimmung); Interatomare Bindungen; elementare Anregungen, elektronische Eigenschaften von Isolatoren, Metalle (klassische Theorie, quantenmechanische Beschreibung der Elektronenzustände, thermische Eigenschaften und Transportphänomene); Halbleiter (Bandstruktur, n/p-Typ Dotierungen, p/n-Kontakte); Magnetismus, Supraleitung
SkriptEin Skript wird verteilt.
LiteraturIbach & Lüth, Festkörperphysik
C. Kittel, Festkörperphysik
Ashcroft & Mermin, Festkörperphysik
W. Känzig, Kondensierte Materie
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Physik I, II, III wünschenswert
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0121-00LKommunikationssystemeW6 KP4GA. Wittneben
KurzbeschreibungInformationstheorie, Signalraumanalyse, Basisbandübertragung, Passbandübertragung, Systembeispiel und Kanal, Sicherungsschicht, MAC, Beispiele Layer 2, Layer 3, Internet
LernzielZiel der Vorlesung ist die Einführung der wichtigsten Konzepte und Verfahren, die in modernen digitalen Kommunikationssystemen Anwendung finden, sowie eine Übersicht über bestehende und zukünftige Systeme.
InhaltEs werden die untersten drei Schichten des OSI-Referenzmodells behandelt: die Bitübertragungsschicht, die Sicherungsschicht mit dem Zugriff auf das Übertragungsmedium und die Vermittlung. Die wichtigsten Begriffe der Informationstheorie werden eingeführt. Anschliessend konzentrieren sich die Betrachtungen auf die Verfahren der Punkt-zu-Punkt-Übertragung, welche sich mittels der Signalraumdarstellung elegant und kohärent behandeln lassen. Den Methoden der Fehlererkennung und –korrektur, sowie Protokollen für die erneute Übermittlung gestörter Daten wird Rechnung getragen. Auch der Vielfachzugriff bei geteiltem Übertragungsmedium wird diskutiert. Den Abschluss bilden Algorithmen für das Routing in Kommunikationsnetzen und der Flusssteuerung.

Die Anwendung der grundlegenden Verfahren wird ausführlich anhand von bestehenden und zukünftigen drahtlosen und drahtgebundenen Systemen erläutert.
SkriptVorlesungsfolien
Literatur[1] Simon Haykin, Communication Systems, 4. Auflage, John Wiley & Sons, 2001
[2] Andrew S. Tanenbaum, Computernetzwerke, 3. Auflage, Pearson Studium, 2003
[3] M. Bossert und M. Breitbach, Digitale Netze, 1. Auflage, Teubner, 1999
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Signal- und Systemtheorie I
227-0157-00LSemiconductor Devices: Physical Bases and SimulationW4 KP3GA. Schenk
KurzbeschreibungThe course addresses the physical principles of modern semiconductor devices and the foundations of their modeling and numerical simulation. Necessary basic knowledge on quantum-mechanics, semiconductor physics and device physics is provided. Computer simulations of the most important devices and of interesting physical effects supplement the lectures.
LernzielThe course aims at the understanding of the principle physics of modern semiconductor devices, of the foundations in the physical modeling of transport and its numerical simulation. During the course also basic knowledge on quantum-mechanics, semiconductor physics and device physics is provided.
InhaltThe main topics are: transport models for semiconductor devices (quantum transport, Boltzmann equation, drift-diffusion model, hydrodynamic model), physical characterization of silicon (intrinsic properties, scattering processes), mobility of cold and hot carriers, recombination (Shockley-Read-Hall statistics, Auger recombination), impact ionization, metal-semiconductor contact, metal-insulator-semiconductor structure, and heterojunctions.
The exercises are focussed on the theory and the basic understanding of the operation of special devices, as single-electron transistor, resonant tunneling diode, pn-diode, bipolar transistor, MOSFET, and laser. Numerical simulations of such devices are performed with an advanced simulation package (Sentaurus-Synopsys). This enables to understand the physical effects by means of computer experiments.
SkriptThe script (in book style) can be downloaded from: http://www.iis.ee.ethz.ch/˜schenk/vorlesung.
LiteraturThe script (in book style) is sufficient. Further reading will be recommended in the lecture.
Voraussetzungen / BesonderesQualifications: Physics I+II, Semiconductor devices (4. semester).
227-0166-00LAnalog Integrated Circuits Information W6 KP2V + 2UQ. Huang
KurzbeschreibungThis course provides a foundation in analog integrated circuit design based on bipolar and CMOS technologies.
LernzielIntegrated circuits are responsible for much of the progress in electronics in the last 50 years, particularly the revolutions in the Information and Communications Technologies we witnessed in recent years. Analog integrated circuits play a crucial part in the highly integrated systems that power the popular electronic devices we use daily. Understanding their design is beneficial to both future designers and users of such systems.
The basic elements, design issues and techniques for analog integrated circuits will be taught in this course.
InhaltReview of bipolar and MOS devices and their small-signal equivalent circuit models; Building blocks in analog circuits such as current sources, active load, current mirrors, supply independent biasing etc; Amplifiers: differential amplifiers, cascode amplifier, high gain structures, output stages, gain bandwidth product of op-amps; Stability; Comparators; Second-order effects in analog circuits such as mismatch, noise and offset; A/D and D/A converters; Introduction to switched capacitor circuits.
The exercise sessions aim to reinforce the lecture material by well guided step-by-step design tasks. The circuit simulator SPECTRE is used to facilitate the tasks. There is also an experimental session on op-amp measurments.
SkriptHandouts of presented slides. No script but an accompanying textbook is recommended.
LiteraturGray, Hurst, Lewis, Meyer, "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits", 5th Ed. Wiley, 2010.
227-0377-00LPhysik der Ausfälle und Ausfallanalyse elektronischer SchaltungenW3 KP2VU. Sennhauser
KurzbeschreibungDie Vermeidung von Ausfällen ist von zentraler Wichtigkeit bei Schaltungsentwurf, Materialauswahl und Herstellung. Die Vorlesung gibt eine Einführung in Aufbau und Eigenschaften der Materialien sowie deren Degradationsmechanismen. Zudem werden die Grundlagen der Ausfallanayse und der Instrumente vermittelt, Ausfälle demonstriert und an einem Beispiel eine typische Ausfallanalyse durchgeführt.
LernzielDie Teilnehmer kennen die Ursachen der Ausfälle elektronischer Schaltungen und Geräte, die Eigenschaften der Analysegeräte und das Vorgehen bei Ausfallanalysen
InhaltZusammenfassung der Grundbegriffe der Zuverlässigkeitstechnik und Ausfallanalyse; Physik der Ausfälle: Materialkunde, physikalische Prozesse und Ausfallmechanismen; Ausfallanalyse von ICs, PCBs, Opto-Elektronik, diskreten und anderen Bauteilen; Grundlagen und Eigenschaften der Analyseinstrumente; Anwendung und Umsetzung bei Schaltungsentwicklung und Zuverlässigkeitsanalysen
SkriptUmfangreiche Kopie der Vortragsfolien
227-0617-00LSolar CellsW4 KP3GA. N. Tiwari, S. Bücheler, Y. Romanyuk
KurzbeschreibungPhysics, technology, characteristics and applications of photovoltaic solar cells.
LernzielIntroduction to solar radiation, physics, technology, characteristics and applications of photovoltaic solar cells and systems.
InhaltSolar radiation characteristics, physical mechanisms for the light to electrical power conversion, properties of semiconductors for solar cells, processing and properties of conventional Si and GaAs based solar cells, technology and physics of thin film solar cells based on compound semiconductors, other solar cells including organic and dye sensitized cells, problems and new developments for power generation in space, interconnection of cells and solar module design, measurement techniques, system design of photovoltaic plants, system components such as inverters and controllers, engineering procedures with software domonstration, integration in buildings and other specific examples.
SkriptLecture reprints (in english).
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Basic knowledge of semiconductor properties.
227-0618-00LModeling, Characterization and Reliability of Power SemiconductorsW6 KP4GM. P. M. Ciappa
KurzbeschreibungThis lecture provides theoretical and experimental knowledge on the techniques for the characterization and numerical modeling of power semiconductors, as well on the related built-in reliability strategies.
LernzielThe students shall get acquainted with the most important concepts and techniques for characterization, numerical modeling and built-in reliability of modern power semiconductor devices. This knowledge is intended to provide the future engineer with the theoretical background and tools for the design of dependable power devices and systems.
InhaltThis lecture consists of a theoretical part (50%) and of laboratory exercises and demonstrations (50%).
The theoretical part covers the basic techniques and procedures for characterization, modeling and built-in reliability of modern power semiconductor devices with special attention to MOS and IGBT. The starting part on technology provides an overview on the main device families and includes a review of the most relevant application-oriented aspects of the device physics, thermal management, and packaging. The second section deals with the basic experimental characterization techniques for the definition of the semiconductor material properties, electrical characteristics, safe operating area, and junction temperature of the devices. The following section introduces the basic principles for electrical, thermal, and electro-thermal simulation of power semiconductors by Technology Computed Aided Design (TCAD) and compact modeling. Finally, procedures are methods are presented to implement efficient built-in reliability programs targeted on power semiconductors. They include failure physics, dedicated failure analysis techniques, accelerated testing, defect screening, and lifetime modeling.
During the laboratory activities, selections of the experimental techniques presented in the lecture are demonstrated on the base of realistic examples. Furthermore, schematic power devices will be simulated by the students with advanced TCAD tools and circuit simulators.
SkriptHandouts to the lecture (approx. 250 pp.)
LiteraturEiichi Ohno: "Introduction to Power Electronics"
B. Murari et al.: "Smart Power ICs"
B. J. Baliga: "Physics Modern Power Devices"
S. K. Ghandi: "Semiconductor Power Devices"
227-0620-00LCharacterization of the Electronic Properties of Materials for Semiconductor Devices
Findet dieses Semester nicht statt.
W4 KP3G
KurzbeschreibungThis lecture provides theoretical and experimental knowledge on the techniques for the characterization of the main electronic properties of semiconductors and thin film materials used in microelectronics, with special focus on silicon.
LernzielThe characterization of the electronic properties of semiconductor and related materials is fundamental to manufacture integrated devices, which fulfill the required specifications. By this lecture, the students shall get acquainted with the main electrical characterization techniques of the electronic properties of semiconductors and thin film materials used in microelectronics, as well as with their physical principles. This knowledge is intended to provide the future engineer with the theoretical background and experimental tools for process control in semiconductor manufacturing, parameter extraction in device simulation, and design of dependable devices.
InhaltThis lecture consists of a theoretical part (80%) and of laboratory exercises and demonstrations (20%). In the first section of the lecture, methods and procedures are presented for the experimental characterization of relevant electronic parameters in the bare semiconductor (mainly silicon), like resistivity, carrier and doping density, contact resistance, and Schottky barriers, defect density, carrier lifetime, mobility. The second section deals with techniques involving basic structures and devices (contact chains, MIS capacitors, diodes, gated diodes, BJT, MOSFET) for the characterization of atomic transport, mechanical stress, dielectric thickness, impact ionization, channel mobility, instabilities, defect formation at interfaces and in thin film dielectrics, carrier transport and trapping in thin film dielectrics, quasi-static and dynamic device characteristics. The list of the covered methods includes among others probing, Kelvin measurements, VanderPauw technique, Hall spectroscopy, SIMS, Raman spectroscopy, spreading resistance, scanning probe techniques, static/high-speed I-V, static/high-frequency C-V, open circuit voltage decay, carrier recombination techniques, Zerbst techniques, deep level transient spectroscopy, split C-V, charge pumping, and inverse modeling techniques using TCAD. All methods are presented in conjunction with the proper test structures. During the laboratory activities, a selection of the experimental techniques discussed in the lecture are demonstrated on the base of realistic examples.
SkriptHandouts to the lecture (approx. 200 pp.)
LiteraturSchroeder D.K, Semiconductor Material and Device Characterization, Wiley Ed.
F. Balestra Ed., Nanoscale CMOS : innovative materials, modeling and characterization, ISTE
227-0627-00LAngewandte Computer ArchitekturW6 KP4GA. Gunzinger
KurzbeschreibungDiese Vorlesung gibt einen Überblick über die Anforderungen und die Architektur von parallelen Computersystemen unter Berücksichtigung von Rechenleistung, Zuverlässigkeit und Kosten.
LernzielArbeitsweise von parallelen Computersystemen verstehen, solche Systeme entwerfen und modellieren.
InhaltDie Vorlesung Angewandte Computer Architektur gibt technische und unternehmerische Einblicke in innovative Computersysteme/Architekturen (CPU, GPU, FPGA, Spezialprozessoren) und deren praxisnahe Umsetzung. Dabei werden oft die Grenzen der technologischen Möglichkeiten ausgereizt.
Wie ist das Computersystem aufgebaut, das die über 1000 Magneten an der Swiss Light Source (SLS) steuert?
Wie ist das hochverfügbare Alarmzentrum der SBB aufgebaut?
Welche Computer Architekturen werden in Fahrerassistenzsystemen verwendet?
Welche Computerarchitektur versteckt sich hinter einem professionellen digitalen Audio Mischpult?
Wie können Datenmengen von 30 TB/s, wie sie bei einem Protonen-Beschleuniger entstehen, in Echtzeit verarbeitet werden?
Kann die aufwändige Berechnung der Wettervorhersage auch mit GPUs erfolgen?
Nach welcher Systematik können optimale Computerarchitekturen gefunden werden?
Welche Faktoren sind entscheidend, um solche Projekte erfolgreich umzusetzen?
SkriptSkript und Übungsblätter.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Grundlagen der Computerarchitektur.
227-0659-00LIntegrated Systems SeminarW1 KP1SA. Schenk
KurzbeschreibungIm "IIS Fachseminar" lernen die Studierenden Themen, Ideen oder Probleme der wissenschaftlichen Forschung zu vermitteln durch Hören von Vorträgen erfahrener Sprecher und durch eine eigene Präsentation einer wissenschaftlichen Arbeit in einer Konferenz-typischen Situation mit spezifischer Zuhörerschaft.
LernzielDas Seminar hat das Ziel, Studierenden und Doktorierenden die wichtigsten Grundlagen einer soliden Präsentationstechnik zu vermitteln. Die Teilnehmer haben die Gelegenheit, sich in ein aktuelles Thema durch Literaturstudium einzuarbeiten und die erzielten Ergebnisse in einem 20-minütigen Kurzvortrag auf Englisch zu präsentieren. Der Besuch des Seminars ermöglicht, einen Überblick über aktuelle Probleme der Nano- und Optoelektronik zu bekommen.
InhaltDas Seminar befasst sich mit aktuellen Themen der Simulation von Halbleitertechnologien und Bauelementen der Nanoelektronik, sowie der optischen und elektronischen Simulation von optoelektronischen Bauelementen (Laser, Photodetektoren, etc.).

Die Studiernden lernen Einführung in professionelles Literaturstudium, Präsentationstechnik, Planung und Erstellung eines wissenschaftlichen Vortrages auf PC.
SkriptPräsentationsunterlagen
227-0707-00LOptimization Methods for Engineers Information W3 KP2GC. Hafner
KurzbeschreibungErste Semesterhälfte: Einführung in die wichtigsten Methoden der numerischen Optimierung mit Schwerpunkt auf stochastische Verfahren wie genetische Algorithmen, evolutionäre Strategien, etc.
Zweite Semesterhälfte: Jeder Teilnehmer implementiert ein ausgewähltes Optimierungsverfahren und wendet es auf ein praktisches Problem an.
LernzielNumerische Optimierung spielt eine zunehmende Rolle sowohl bei der Entwicklung technischer Produkte als auch bei der Entwicklung numerischer Methoden. Die Studenten sollen lernen, geeignete Verfahren auszuwählen, weiter zu entwickeln und miteinander zu kombinieren um so praktische Probleme effizient zu lösen.
InhaltTypische Optimierungsprobleme und deren Tücken werden skizziert. Bekannte deterministische Suchalgorithmen, Verfahren der kombinatorische Minimierung und evolutionäre Algorithmen werden vorgestellt und miteinander verglichen. Da Optimierungsprobleme im Ingenieurbereich oft sehr komplex sind, werden Wege zur Entwicklung neuer, effizienter Verfahren aufgezeigt. Solche Verfahren basieren oft auf einer Verallgemeinerung oder einer Kombination von bekannten Verfahren. Zur Veranschaulichung werden aus dem breiten Anwendungsbereich numerischer Optimierungsverfahren verschiedenartigste praktische Probleme herausgegriffen
SkriptPDF File siehe http://alphard.ethz.ch/hafner/Vorles/lect.htm
Voraussetzungen / BesonderesVorlesung 1. Semesterhälfte, Übungen in Form kleiner Projekte in der 2. Semesterhälfte, Präsentation der Resultate in der letzten Semesterwoche.
227-2037-00LPhysical Modelling and Simulation Information W5 KP4GC. Hafner, J. Smajic
KurzbeschreibungPhysical modelling plays an important role in the analysis and design of new structures, especially for micro and nano devices where fabrication and measurement are difficult. After the fundamentals of electromagnetics, mechanics, and thermodynamics, an introduction to the main concepts and most widely used codes for physical modelling is given and commercial codes are applied.
LernzielBasic knowledge of the fundamental equations and effects of electromagnetics, mechanics, and thermodynamics. Knowledge of the main concepts of numerical methods for physical modelling and simulation. Ability 1) to select appropriate software, 2) to apply it for solving given problems, 3) to validate the results, 4) to interactively improve the models until sufficiently accurate results are obtained.
InhaltSince the fabrication and characterization of micro- and nanostructures is difficult, expensive, and time-consuming, numerical modelling drastically reduced the design process. Although many commercial software packages are available, it is important to know the drawbacks and difficulties of the numerical methods behind them and to be able to validate the results obtained with such packages.
First, an introduction to the fundamental equations and effects of electromagnetics, mechanics, and thermodynamics is given. This is important for understanding the problems to be analyzed and for validating results obtained from software packages. After this, the main concepts of numerical methods and of the most widely used codes for physical modelling are outlined and compared, which is essential for the adequate selection of software for solving given problems. After this, prominent commercial software packages are applied to various types of problems, ranging from electrodynamics to multiphysics. For becoming able to select appropriate software and to validate the results obtained, different commercial software packages will be used and compared during the exercises in form of small projects.
151-0601-00LTheory of Robotics and MechatronicsW4 KP3GP. Korba, S. Stoeter, B. Nelson
KurzbeschreibungThis course provides an introduction and covers the fundamentals of the field, including rigid motions, homogeneous transformations, forward and inverse kinematics of multiple degree of freedom manipulators, velocity kinematics, motion planning, trajectory generation, sensing, vision, and control. It’s a requirement for the Robotics Vertiefung and for the Masters in Mechatronics and Microsystems.
LernzielRobotics is often viewed from three perspectives: perception (sensing), manipulation (affecting changes in the world), and cognition (intelligence). Robotic systems integrate aspects of all three of these areas. This course provides an introduction to the theory of robotics, and covers the fundamentals of the field, including rigid motions, homogeneous transformations, forward and inverse kinematics of multiple degree of freedom manipulators, velocity kinematics, motion planning, trajectory generation, sensing, vision, and control. This course is a requirement for the Robotics Vertiefung and for the Masters in Mechatronics and Microsystems.
InhaltAn introduction to the theory of robotics, and covers the fundamentals of the field, including rigid motions, homogeneous transformations, forward and inverse kinematics of multiple degree of freedom manipulators, velocity kinematics, motion planning, trajectory generation, sensing, vision, and control.
Skriptavailable.
Voraussetzungen / BesonderesThe course will be taught in English.
151-0620-00LEmbedded MEMS Lab Information W5 KP3PK. Chikkadi, S. Blunier, C. Hierold
KurzbeschreibungPraktischer Kurs: Die Teilnehmer lernen die Einzelprozessschritte zur Herstellung eines MEMS (Micro Electro Mechanical System) kennen und führen diese in Reinräumen selbständig durch. Sie erlernen ausserdem die Anforderungen für die Arbeit in Reinräumen. Die Prozessierung und Charakterisierung wird in einem Abschlussbericht dokumentiert und ausgewertet. Beschränkte Platzzahl
LernzielDie Teilnehmer lernen die Einzelprozessschritte zur Herstellung eines MEMS (Micro Electro Mechanical System) kennen. Sie führen diese in Laboren und Reinräumen selbständig durch. Die Teilnehmer erlernen ausserdem die speziellen Anforderungen (Sauberkeit, Sicherheit, Umgang mit Geräten und gefährlichen Chemikalien) für die Arbeit in Reinräumen und Laboren. Die gesamte Herstellung, Prozessierung und Charakterisierung wird in einem Abschlussbericht dokumentiert und ausgewertet.
InhaltUnter Anleitung werden die Einzelprozessschritte der Mikrosystem- und Siliziumprozesstechnik zur Herstellung eines Beschleunigungssensors durchgeführt:
-Photolithographie, Trockenätzen, Nassätzen, Opferschichtätzung, Kritische-Punkt-Trocknung, diverse Reinigungsprozesse
- Aufbau- und Verbindungstechnik am Beispiel der elektrischen Verbindung von MEMS und elektronischer Schaltung in einem Gehäuse
- Funktionstest und Charakterisierung des MEMS
- Schriftliche Dokumentation und Auswertung der gesamten Herstellung, Prozessierung und Charakterisierung
SkriptEin Skript wird an der erste Veranstaltung verteilt.
LiteraturDas Skript ist ausreichend für die erfolgreiche Teilnahme des Praktikums.
Voraussetzungen / BesonderesDie Teilnahme an allen hier aufgeführten Veranstaltungen ist Pflicht.
Beschränkte Platzzahl, sehen Sie den englischen Text:

Participating students are required to provide proof that they have personal accident insurance prior to the start of the laboratory classes of the course.

This master's level course is limited to 15 students per semester for safety and efficiency reasons.
If there are more than 15 students registered, we regret to restrict access to this course by the following rules:

Priority 1: master students of the master's program in "Micro and Nanosystems"

Priority 2: master students of the master's program in "Mechanical Engineering" with a specialization in Microsystems and Nanoscale Engineering (MAVT-tutors Profs Daraio, Dual, Hierold, Koumoutsakos, Nelson, Norris, Park, Poulikakos, Pratsinis, Stemmer), who attended the bachelor course "151-0621-00L Microsystems Technology" successfully.

Priority 3: master students, who attended the bachelor course "151-0621-00L Microsystems Technology" successfully.

Priority 4: all other students (PhD, bachelor, master) with a background in silicon or microsystems process technology.

If there are more students in one of these priority groups than places available, we will decide by drawing lots.
Students will be notified at the first lecture of the course (introductory lecture) as to whether they are able to participate.

The course is offered in autumn and spring semester.
151-0911-00LIntroduction to PlasmonicsW4 KP2V + 1UD. J. Norris
KurzbeschreibungThis course provides fundamental knowledge of surface plasmon polaritons and discusses their applications in plasmonics.
LernzielElectromagnetic oscillations known as surface plasmon polaritons have many unique properties that are useful across a broad set of applications in biology, chemistry, physics, and optics. The field of plasmonics has arisen to understand the behavior of surface plasmon polaritons and to develop applications in areas such as catalysis, imaging, photovoltaics, and sensing. In particular, metallic nanoparticles and patterned metallic interfaces have been developed to utilize plasmonic resonances. The aim of this course is to provide the basic knowledge to understand and apply the principles of plasmonics. The course will strive to be approachable to students from a diverse set of science and engineering backgrounds.
InhaltFundamentals of Plasmonics
- Basic electromagnetic theory
- Optical properties of metals
- Surface plasmon polaritons on surfaces
- Surface plasmon polariton propagation
- Localized surface plasmons

Applications of Plasmonics
- Waveguides
- Extraordinary optical transmission
- Enhanced spectroscopy
- Sensing
- Metamaterials
SkriptClass notes and handouts
LiteraturS. A. Maier, Plasmonics: Fundamentals and Applications, 2007, Springer
Voraussetzungen / BesonderesPhysics I, Physics II
363-0389-00LTechnology and Innovation ManagementW3 KP2GS. Brusoni
KurzbeschreibungThis course focuses on the analysis of innovation as a pervasive process that cut across organizational and functional boundaries. It looks at the sources of innovation, at the tools and techniques that organizations deploy to routinely innovate, and the strategic implications of technical change.
LernzielThis course intends to enable all students to:

- understand the core concepts necessary to analyze how innovation happens

- master the most common methods and tools organizations deploy to innovate

- develop the ability to critically evaluate the innovation process, and act upon the main obstacles to innovation
InhaltThis course looks at technology and innovation management as a process. Continuously, organizations are faced with a fundamental decision: they have to allocate resources between well-known tasks that reliably generate positive results; or explore new ways of doing things, new technologies, products and services. The latter is a high risk choice. Its rewards can be high, but the chances of success is small.
How do firms organize to take these decisions? What kind of management skills are necessary to take them? What kind of tools and methods are deployed to sustain managerial decision-making in highly volatile environments? These are the central questions on which this course focuses, relying on a combination of lectures, case-based discussion, guest speakers, simulations and group work.
SkriptSlides will be available on the TIMGROUP website.
LiteraturReadings will be available on the TIMGROUP website.
Voraussetzungen / BesonderesNo specific background in economics or management is required.
Energy and Power Electronics
Kernfächer
Diese Fächer sind besonders empfohlen, um sich in "Energy and Power Electronics" zu vertiefen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0247-00LPower Electronic Systems IW6 KP4GJ. W. Kolar
KurzbeschreibungBasics of the switching behavior, gate drive and snubber circuits of power semiconductors are discussed. Soft-switching and resonant DC/DC converters are analyzed in detail and high frequency loss mechanisms of magnetic components are explained. Space vector modulation of three-phase inverters is introduced and the main power components are designed for typical industry applications.
LernzielDetailed understanding of the principle of operation and modulation of advanced power electronics converter systems, especially of zero voltage switching and zero current switching non-isolated and isolated DC/DC converter systems and three-phase voltage DC link inverter systems. Furthermore, the course should convey knowledge on the switching frequency related losses of power semiconductors and inductive power components and introduce the concept of space vector calculus which provides a basis for the comprehensive discussion of three-phase PWM converters systems in the lecture Power Electronic Systems II.
InhaltBasics of the switching behavior and gate drive circuits of power semiconductor devices and auxiliary circuits for minimizing the switching losses are explained. Furthermore, zero voltage switching, zero current switching, and resonant DC/DC converters are discussed in detail; the operating behavior of isolated full-bridge DC/DC converters is detailed for different secondary side rectifier topologies; high frequency loss mechanisms of magnetic components of converter circuits are explained and approximate calculation methods are presented; the concept of space vector calculus for analyzing three-phase systems is introduced; finally, phase-oriented and space vector modulation of three-phase inverter systems are discussed related to voltage DC link inverter systems and the design of the main power components based on analytical calculations is explained.
SkriptLecture notes and associated exercises including correct answers, simulation program for interactive self-learning including visualization/animation features.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Introductory course on power electronics.
227-0517-00LElectrical Drive Systems IIW6 KP4GP. Steimer, G. Scheuer, C. A. Stulz
KurzbeschreibungIn Antriebssysteme II werden die wichtigsten Umrichtertopologien erläutert. Es werden passive Gleichrichter und aktive Wechselrichter, insbesondere der 3-Punkt-Pulsumrichters mit seinen Schalt- und Transferfunktionen, vertieft betrachtet. Darauf aufbauend wird die Anwendung dieser Bausteine auf der Netz- wie auch auf der Motorseite genauer erläutert.
LernzielDie Studierenden erwerben ein vertieftes Verständnis in Bezug auf die Auslegung der Hauptkomponenten eines kompletten Antriebssystemes, der wesentlichen Interaktionen mit dem Netz bzw. der elektrischen Maschine sowie der dazugehörigen Regelung.
InhaltUmrichtertopologien (Schalter oder Zellen basiert), höherpulsige Diodengleichrichter; Systemaspekte Transformer und elektrische Maschine; 3-Punkt-Pulsumrichter und seine Schalt- und Transferfunktionen; Netzrückwirkungen; Direct Torque Control (DTC) von pulsumrichtergespeisten elektrischen Maschinen; Repetition Common Mode Spannungen und Ströme; Reflexion beim Einsatz von Leistungskabeln, Isolations- und Lagerbeanspruchung.
SkriptVorlesungsskript, Arbeitsblätter. Firmendokumentation, Fachexkursionen.
LiteraturVorlesungsskript, Fachexkursion.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Elektrische Antriebssysteme I (empfohlen), Grundlagen in Elektrotechnik, Leistungselektronik, Automatik und Mechatronik.
227-0526-00LPower System Analysis Information W6 KP4GG. Andersson
KurzbeschreibungZiel dieser Vorlesung ist das Verständnis der stationären und dynamischen, bei der elektrischen Energieübertragung auftretenden Vorgänge. Die Herleitung der stationären Modelle der Komponenten des elektrischen Netzes, die Aufstellung der mathematischen Gleichungssysteme, deren spezielle Charakteristiken und Lösungsmethoden stehen im Vordergrund.
LernzielZiel dieser Vorlesung ist das Verständnis der stationären und dynamischen, bei der elektrischen Energieübertragung auftretenden Vorgänge. Die Herleitung der stationären Modelle der Komponenten des elektrischen Netzes, die Aufstellung der mathematischen Gleichungssysteme, deren spezielle Charakteristiken und Lösungsmethoden stehen im Vordergrund.
InhaltDas elektrische Energieübertragungssystem, das netzleittechnische System, Anforderungen an elektrische Energieübertragungsnetze (Versorgungstechnisch, betrieblich, wirtschaftlich), Netzplanung und Betriebsführung, Modelle der N-Tor-Netz- komponenten (Leitung, Kabel, Shunts, Transformator), Bezogene Grössen (p.u.), Modelldarstellung der N-Tor-Komponenten, Lineare Darstellung des Netzes, Lineare und nicht-lineare Netzberechnung (Newton- Raphson), Nicht-lineare Lastflussrechnung (Problemformulierung, Problemlösungsmethoden), Dreiphasige und verallgemeinerte Kurzschlussberechnung, Weiterführende Anwendungen der Lastflussrechnung. Einführung in die Neztstabilität.
SkriptVorlesung wird durch WWW-Autorensystem unterstützt.
227-0567-00LDesign of Power Electronic SystemsW6 KP4GF. Krismer
KurzbeschreibungComplete design process: from given specifications to a complete power electronic system; selection / design of suitable passive power components; static and dynamic properties of power semiconductors; optimized EMI filter design; heat sink optimization; additional circuitry, e.g. gate driver; system optimization.
LernzielBasic knowledge of design and optimization of a power electronic system; furthermore, lecture and exercises thoroughly discuss key subjects of power electronics that are important with respect to a practical realization, e.g. how to select suitable power components, how to determine switching losses, calculation of high frequency losses, EMI filter design and realization, thermal considerations.
InhaltComplete design process: from given specifications to a complete power electronic system.
Selection and / or design of suitable passive power components: specific properties, parasitic components, tolerances, high frequency losses, thermal considerations, reliability.
Static and dynamic characteristics of power semiconductors.
Optimized design of the EMI filter.
Thermal characterization of the converter, optimized heat sink design.
Additional circuitry: gate driver, measurement, control.
Converter start up: typical sequence of events, circuitry required.
Overall system optimization: identifying couplings between different components of the considered power electronic system, optimization targets and issues.
SkriptLecture notes and subsidiary exercises including correct answers.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Introductory course on power electronics.
227-0731-00LPower Market I - Portfolio and Risk Management Information W6 KP4GD. Reichelt, G. A. Koeppel
KurzbeschreibungPortfolio und Risiko Management für Energieversorgungsunternehmen, Europäischer Strommarkt und -handel, Terminkontrakte, Preisabsicherung, Optionen und Derivate, Kennzahlen für das Risikomanagement, finanztechnische Modellierung von Kraftwerken, grenzüberschreitender Stromhandel, Systemdienstleistungen, Regelenergiemarkt, Bilanzgruppenmodell, Strategieentwicklung und Positionierung
LernzielErwerb von umfassenden Kenntnissen über die weltweite Liberalisierung der Strommärkte, den internationalen Stromhandel sowie die Funktion von Strombörsen. Verstehen der Finanzprodukte (Derivate) basierend auf dem Strompreis. Abbilden des Portfolios aus physischer Produktion, Verträgen und Finanzprodukten. Beurteilen von Strategien zur Absicherung des Marktpreisrisikos. Beherrschen der Methoden und Werkzeuge des Risiko Managements.
Inhalt1. Europäischer Strommarkt und –handel
1.1. Einführung Stromhandel
1.2. Entwicklung des Marktes
1.3. Energiewirtschaft
1.4. Spothandel und OTC-Handel
1.5. Strombörse EEX

2. Marktmodell
2.1. Marktplatz und Organisation
2.2. Bilanzgruppenmodell / Ausgleichsenergie
2.3. Systemdienstleistungen
2.4. Regelenergiemarkt
2.5. Grenzüberschreitender Handel
2.6. Kapazitätsauktionen

3. Portfolio und Risiko Management
3.1. Portfoliomanagement 1 (Einführung)
3.2. Terminkontrakte (EEX Futures)
3.3. Risk Management 1 (m2m, VaR, hpfc, Volatilität, cVaR)
3.4. Risk Management 2 (PaR)
3.5. Vertragsbewertung (HPFC)
3.6. Portfoliomanagement 2
3.7. Risk Management 3 (Energiegeschäft)

4. Energie & Finance I
4.1. Optionen 1 – Grundlagen
4.2. Optionen 2 – Absicherungsstrategien
4.3. Einführung Derivate (Swaps, Cap, Floor, Collar)
4.4. Finanztechnische Modellierung von Kraftwerken
4.5. Wasserkraft und Handel
4.6. Anreizregulierung

5. Strategie
5.1. Strategische Positionierung
5.2. Beispiele Strategieentwicklung
5.3. Gruppenarbeit
SkriptHandouts mit den Folien der Vorlesung
Voraussetzungen / Besonderes1 Exkursion pro Semester, 2 Case Studies, externe Referaten für ausgewählte Themen
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0101-00LZeitdiskrete und statistische SignalverarbeitungW6 KP4GH.‑A. Loeliger
KurzbeschreibungDer Kurs vermittelt Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung mit Betonung auf Anwendungen in der Nachrichtentechnik: zeitdiskrete lineare Filter, Egalisation, DFT, zeitdiskrete stochastische Prozesse, Grundbegriffe der Entscheidungs- und Schätztheorie, LMMSE-Schätzung und -Filterung, LMS-Algorithmus, Viterbi-Algorithmus.
LernzielDer Kurs vermittelt mathematische Grundlagen der digitalen Signalverarbeitung mit Betonung auf Anwendungen in der Nachrichtentechnik. Die zwei zentralen Themenkreise sind "Linearität" und "Wahrscheinlichkeitsmodelle". Im ersten Teil wird das Verständnis von zeitdiskreten linearen Filtern vertieft. Im zweiten Teil werden zunächst die Grundlagen der Wahrscheinlichkeitsrechnung vertieft und zeitdiskrete stochastische Prozesse eingeführt. Nach einer Einführung in die Grundbegriffe der Entscheidungs- und Schätztheorie werden sodann praktische Verfahren wie LMMSE-Schätzung und -Filterung, der LMS-Algorithmus und der Viterbi-Algorithmus behandelt.
InhaltZeitdiskrete lineare Systeme und die z-Transformation.
Zeitdiskret und zeitkontinuierlich: hin und her.
Digitale Filter.
DFT.
Grundbegriffe der Wahrscheinlichkeitstheorie.
Zeitdiskrete stochastische Prozesse.
Grundbegriffe der Entscheidungs- und Schätztheorie.
Lineare Schätzung und Filterung.
Wiener-Filter.
LMS-Algorithmus.
Viterbi-Algorithmus.
SkriptVorlesungsskript.
227-0121-00LKommunikationssystemeW6 KP4GA. Wittneben
KurzbeschreibungInformationstheorie, Signalraumanalyse, Basisbandübertragung, Passbandübertragung, Systembeispiel und Kanal, Sicherungsschicht, MAC, Beispiele Layer 2, Layer 3, Internet
LernzielZiel der Vorlesung ist die Einführung der wichtigsten Konzepte und Verfahren, die in modernen digitalen Kommunikationssystemen Anwendung finden, sowie eine Übersicht über bestehende und zukünftige Systeme.
InhaltEs werden die untersten drei Schichten des OSI-Referenzmodells behandelt: die Bitübertragungsschicht, die Sicherungsschicht mit dem Zugriff auf das Übertragungsmedium und die Vermittlung. Die wichtigsten Begriffe der Informationstheorie werden eingeführt. Anschliessend konzentrieren sich die Betrachtungen auf die Verfahren der Punkt-zu-Punkt-Übertragung, welche sich mittels der Signalraumdarstellung elegant und kohärent behandeln lassen. Den Methoden der Fehlererkennung und –korrektur, sowie Protokollen für die erneute Übermittlung gestörter Daten wird Rechnung getragen. Auch der Vielfachzugriff bei geteiltem Übertragungsmedium wird diskutiert. Den Abschluss bilden Algorithmen für das Routing in Kommunikationsnetzen und der Flusssteuerung.

Die Anwendung der grundlegenden Verfahren wird ausführlich anhand von bestehenden und zukünftigen drahtlosen und drahtgebundenen Systemen erläutert.
SkriptVorlesungsfolien
Literatur[1] Simon Haykin, Communication Systems, 4. Auflage, John Wiley & Sons, 2001
[2] Andrew S. Tanenbaum, Computernetzwerke, 3. Auflage, Pearson Studium, 2003
[3] M. Bossert und M. Breitbach, Digitale Netze, 1. Auflage, Teubner, 1999
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Signal- und Systemtheorie I
227-0225-00LLinear System TheoryW6 KP5GJ. Lygeros
KurzbeschreibungThe class is intended to provide a comprehensive overview of the theory of linear dynamical systems, their use in control, filtering, and estimation and their applications to areas ranging from avionics to systems biology.
LernzielBy the end of the class students should be comfortable with the fundamental results in linear system theory and the mathematical tools used to derive them.
Inhalt- Rings, fields and linear spaces, normed linear spaces and inner product spaces.
- Ordinary differential equations, existence and uniqueness of solutions.
- Continuous and discrete time, time varying linear systems. Time domain solutions. Time invariant systems treated as a special case.
- Controllability and observability, canonical forms, Kalman decomposition. Time invariant systems treated as a special case.
- Stability and stabilization, observers, state and output feedback, separation principle.
- Realization theory.
SkriptF.M. Callier and C.A. Desoer, "Linear System Theory", Springer-Verlag, 1991.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Control systems (227-0216-00 or equivalent) and sufficient mathematical maturity.
227-0523-00LEisenbahn-Systemtechnik IW6 KP4GM. Meyer
KurzbeschreibungKonzepte, Merkmale und Zusammenhänge der Elemente von Traktionsfahrzeugen sowie Zusammenspiel mit der Infrastruktur
- Zugförderungsaufgaben und Fahrzeugarten
- Fahrdynamik
- Bahnstromversorgung
- Antriebsstrang und Hilfsbetriebeversorgung
- Kommunikations- und Zugsicherungssysteme
- Drehgestelle, Bremsen
- Betriebsleitung und Unterhalt
Lernziel* Allgemeiner Überblick über die Rahmenbedingungen und Teilgebiete von Eisenbahnsystemen

* Spezifische Kenntnisse der Konzepte, Merkmale und Zusammenhänge der mechanischen und elektrischen Systeme mit Fokus auf der System- und Fahrzeugintegration sowie dem „Zusammenspiel“ mit der Infrastruktur
- Physikalische Grundlagen
- Antriebsstrang: Konzepte, Auslegungskriterien, Elemente im Überblick
- Hilfsbetriebeversorgung: Konzepte und Auslegung
- Leittechnik, Kommunikations- und Zugsicherungssysteme
- Bahnstromversorgung: Konzepte, Merkmale, Ausführungsbeispiele, Systemintegration
- Elektrische Systemkompatibilität

* Verständnis der Abhängigkeiten mit thematisch benachbarten Gebieten wie zB. Antriebstechnik, Leistungselelektronik, Regelungstechnik, Lauftechnik, mechanische Festigkeit, Kommunikationstechnik, Betriebsführung und Verkehrsplanung

* Einblick in die Aktivitäten der Schweizerischen Industriebetriebe (Hersteller) und Bahnbetreiber

* Begeisterung des Ingenieurnachwuchses für die berufliche Tätigkeit im Bereich Schienenverker und Schienenfahrzeuge
InhaltEST I (Frühjahrsemester) - Begriffen, Grundlagen, Merkmale

1 Einführung:
1.1 Geschichte und Struktur des Bahnsystems
1.2 Fahrdynamik

2 Vollbahnfahrzeuge:
2.1 Antriebs- und Energieversorgungsystem
2.2 Hilfsbetriebe und Komfortanlagen
2.3 Mechanik: Kasten, Drehgestell, Antriebsarten, Lauftechnik, Adhäsion
2.4 Bremsen
2.5 Steuerung und Regelung

3 Infrastruktur:
3.1 Fahrweg
3.2 Bahnstromversorgung
3.3 Signalanlagen, Zugsicherung

4 Betrieb:
4.1 Interoperabilität, Normen und Zulassung
4.2 RAMS, LCC
4.3 Anwendungsbeispiele

Voraussichtlich ein oder zwei Gastreferate

Geplante Exkursionen:
Betriebszentrale SBB, Zürich Flughafen
Reparatur und Unterhalt, SBB Zürich Altstetten
Fahrzeugfertigung, Stadler Bussnang
SkriptAbgabe der Unterlagen (gegen eine Schutzgebühr) zu Beginn des Semesters
Voraussetzungen / BesonderesKleine Exkursion zu Herstellern und Betreibern

Referenten:
Dr. Markus Meyer, Emkamatik GmbH
Dr. Rolf Gutzwiller, EduRail GmbH

Voraussichtlich ein oder zwei Gastreferate von anderen Referenten

Voraussetzungen (empfohlen):
- Grundlagen Elektrotechnik
- Grundlagen Leistungselektronik
- Grundlagen Elektrische Maschinen
227-0618-00LModeling, Characterization and Reliability of Power SemiconductorsW6 KP4GM. P. M. Ciappa
KurzbeschreibungThis lecture provides theoretical and experimental knowledge on the techniques for the characterization and numerical modeling of power semiconductors, as well on the related built-in reliability strategies.
LernzielThe students shall get acquainted with the most important concepts and techniques for characterization, numerical modeling and built-in reliability of modern power semiconductor devices. This knowledge is intended to provide the future engineer with the theoretical background and tools for the design of dependable power devices and systems.
InhaltThis lecture consists of a theoretical part (50%) and of laboratory exercises and demonstrations (50%).
The theoretical part covers the basic techniques and procedures for characterization, modeling and built-in reliability of modern power semiconductor devices with special attention to MOS and IGBT. The starting part on technology provides an overview on the main device families and includes a review of the most relevant application-oriented aspects of the device physics, thermal management, and packaging. The second section deals with the basic experimental characterization techniques for the definition of the semiconductor material properties, electrical characteristics, safe operating area, and junction temperature of the devices. The following section introduces the basic principles for electrical, thermal, and electro-thermal simulation of power semiconductors by Technology Computed Aided Design (TCAD) and compact modeling. Finally, procedures are methods are presented to implement efficient built-in reliability programs targeted on power semiconductors. They include failure physics, dedicated failure analysis techniques, accelerated testing, defect screening, and lifetime modeling.
During the laboratory activities, selections of the experimental techniques presented in the lecture are demonstrated on the base of realistic examples. Furthermore, schematic power devices will be simulated by the students with advanced TCAD tools and circuit simulators.
SkriptHandouts to the lecture (approx. 250 pp.)
LiteraturEiichi Ohno: "Introduction to Power Electronics"
B. Murari et al.: "Smart Power ICs"
B. J. Baliga: "Physics Modern Power Devices"
S. K. Ghandi: "Semiconductor Power Devices"
227-0697-00LIndustrial Process ControlW4 KP3GG. Maier, A. Horch
KurzbeschreibungEinführung in die Prozessleittechnik und ihre Anwendung in der Prozessindustrie und der Energieerzeugung.
LernzielKenntniss der Prozessleittechnik und ihrer Anwendung in der Industrie und der Energieerzeugung.
InhaltEinführung in die Prozessleittechnik: Systemarchitektur, Datenhaltung, Kommunikation (Feldbusse), Prozessvisualisierung, Engineering etc.
Analyse- und Entwurfverfahren der Steuerungstechnik: Endlicher Automat, Petri-Netzen, Entscheidungstabellen, Drive-Control und objekt-orientierte Funktionsgruppenmethodik, RT-UML.
Engineering: Anwendungsprogrammierung in IEC 61131-3 (Funktionspläne, Ablaufsteuerungen und strukturierter Text); Prozessvisualisierung und -bedienung; Engineering-Integration vom Sensor, Verkabelung, Anordnungsplanung, Funktion, Visualisierung, Diagnose bis zur Dokumentation; Industrie-Standards (u.a. OPC, Profibus).
Weiterführende Themen: Ergonomie, Sicherheit (IEC61508) und Verfügbarkeit, Überwachung und Diagnose.
Konkrete Beispiele aus den Anwendungsbereichen Prozessindustrie, Kraftwerksleittechnik und Zeitungsdruck.
SkriptDie Folien sind als .PDF Dateien verfügbar, siehe "Lernmaterialien" (nur für eingeschriebene Studentinnen und Studenten)
Voraussetzungen / BesonderesÜbungen: Dienstag 15-16 (z.T. schon ab 14, ca. 1.5 Wochenstunden)

Der Stoff wird am PC mittels realer Beispiele vertieft, u.a. Anwendungsprogrammierung in IEC 61131-3. Es werden so weit wie möglich die Werkzeuge eingesetzt, die auch in der Industrie verwendet werden.
227-0707-00LOptimization Methods for Engineers Information W3 KP2GC. Hafner
KurzbeschreibungErste Semesterhälfte: Einführung in die wichtigsten Methoden der numerischen Optimierung mit Schwerpunkt auf stochastische Verfahren wie genetische Algorithmen, evolutionäre Strategien, etc.
Zweite Semesterhälfte: Jeder Teilnehmer implementiert ein ausgewähltes Optimierungsverfahren und wendet es auf ein praktisches Problem an.
LernzielNumerische Optimierung spielt eine zunehmende Rolle sowohl bei der Entwicklung technischer Produkte als auch bei der Entwicklung numerischer Methoden. Die Studenten sollen lernen, geeignete Verfahren auszuwählen, weiter zu entwickeln und miteinander zu kombinieren um so praktische Probleme effizient zu lösen.
InhaltTypische Optimierungsprobleme und deren Tücken werden skizziert. Bekannte deterministische Suchalgorithmen, Verfahren der kombinatorische Minimierung und evolutionäre Algorithmen werden vorgestellt und miteinander verglichen. Da Optimierungsprobleme im Ingenieurbereich oft sehr komplex sind, werden Wege zur Entwicklung neuer, effizienter Verfahren aufgezeigt. Solche Verfahren basieren oft auf einer Verallgemeinerung oder einer Kombination von bekannten Verfahren. Zur Veranschaulichung werden aus dem breiten Anwendungsbereich numerischer Optimierungsverfahren verschiedenartigste praktische Probleme herausgegriffen
SkriptPDF File siehe http://alphard.ethz.ch/hafner/Vorles/lect.htm
Voraussetzungen / BesonderesVorlesung 1. Semesterhälfte, Übungen in Form kleiner Projekte in der 2. Semesterhälfte, Präsentation der Resultate in der letzten Semesterwoche.
227-0759-00LInternational Business Management for Engineers Information W3 KP2VW. Hofbauer
KurzbeschreibungGlobalization of markets increases global competition and requires enterprises to continuously improve their performance to sustainably survive. Engineers substantially contribute to the success of an enterprise provided they understand and follow fundamental international market forces, economic basics and operational business management.
LernzielThe goal of the lecture is to get a basic understanding of international market mechanisms and their consequences for a successful enterprise. Students will learn by practical examples how to analyze international markets, competition as well as customer needs and how they convert into a successful portfolio an enterprise offers to the global market. They will understand the basics of international business management, why efficient organizations and effective business processes are crucial for the successful survival of an enterprise and how all this can be implemented.
InhaltThe first part of the course provides an overview about the development of international markets, the expected challenges and the players in the market. The second part is focusing on the economic aspects of an enterprise, their importance for the long term success and how to effectively manage an international business. Based on these fundamentals the third part of the course explains how an innovative product portfolio of a company can be derived from considering the most important external factors and which consequences in respect of product innovation, competitive product pricing, organization and business processes emerge. Each part of the course includes practical examples to demonstrate the procedure.
SkriptA script is provided for this lecture.
Voraussetzungen / BesonderesThe lecture will be held in three blocks each of them on a Saturday. Each block will focus on one of the three main topics of the course. Between the blocks the students will work on specific case studies to deepen the subject matter. About two weeks after the third block a written examination will be conducted.
151-0563-01LDynamic Programming and Optimal Control Information W4 KP3GR. D'Andrea
KurzbeschreibungIntroduction to Dynamic Programming and Optimal Control.
LernzielCovers the fundamental concepts of Dynamic Programming & Optimal Control.
InhaltDynamic Programming Algorithm; Deterministic Systems and Shortest Path Problems; Infinite Horizon Problems, Bellman Equation; Deterministic Continuous-Time Optimal Control.
LiteraturDynamic Programming and Optimal Control by Dimitri P. Bertsekas, Vol. I, 3rd edition, 2005, 558 pages, hardcover.
Voraussetzungen / BesonderesRequirements: Knowledge of advanced calculus, introductory probability theory, and matrix-vector algebra.
Systems and Control
Kernfächer
Diese Fächer sind besonders empfohlen, um sich in "Systems and Control" zu vertiefen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0225-00LLinear System TheoryW6 KP5GJ. Lygeros
KurzbeschreibungThe class is intended to provide a comprehensive overview of the theory of linear dynamical systems, their use in control, filtering, and estimation and their applications to areas ranging from avionics to systems biology.
LernzielBy the end of the class students should be comfortable with the fundamental results in linear system theory and the mathematical tools used to derive them.
Inhalt- Rings, fields and linear spaces, normed linear spaces and inner product spaces.
- Ordinary differential equations, existence and uniqueness of solutions.
- Continuous and discrete time, time varying linear systems. Time domain solutions. Time invariant systems treated as a special case.
- Controllability and observability, canonical forms, Kalman decomposition. Time invariant systems treated as a special case.
- Stability and stabilization, observers, state and output feedback, separation principle.
- Realization theory.
SkriptF.M. Callier and C.A. Desoer, "Linear System Theory", Springer-Verlag, 1991.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Control systems (227-0216-00 or equivalent) and sufficient mathematical maturity.
227-0697-00LIndustrial Process ControlW4 KP3GG. Maier, A. Horch
KurzbeschreibungEinführung in die Prozessleittechnik und ihre Anwendung in der Prozessindustrie und der Energieerzeugung.
LernzielKenntniss der Prozessleittechnik und ihrer Anwendung in der Industrie und der Energieerzeugung.
InhaltEinführung in die Prozessleittechnik: Systemarchitektur, Datenhaltung, Kommunikation (Feldbusse), Prozessvisualisierung, Engineering etc.
Analyse- und Entwurfverfahren der Steuerungstechnik: Endlicher Automat, Petri-Netzen, Entscheidungstabellen, Drive-Control und objekt-orientierte Funktionsgruppenmethodik, RT-UML.
Engineering: Anwendungsprogrammierung in IEC 61131-3 (Funktionspläne, Ablaufsteuerungen und strukturierter Text); Prozessvisualisierung und -bedienung; Engineering-Integration vom Sensor, Verkabelung, Anordnungsplanung, Funktion, Visualisierung, Diagnose bis zur Dokumentation; Industrie-Standards (u.a. OPC, Profibus).
Weiterführende Themen: Ergonomie, Sicherheit (IEC61508) und Verfügbarkeit, Überwachung und Diagnose.
Konkrete Beispiele aus den Anwendungsbereichen Prozessindustrie, Kraftwerksleittechnik und Zeitungsdruck.
SkriptDie Folien sind als .PDF Dateien verfügbar, siehe "Lernmaterialien" (nur für eingeschriebene Studentinnen und Studenten)
Voraussetzungen / BesonderesÜbungen: Dienstag 15-16 (z.T. schon ab 14, ca. 1.5 Wochenstunden)

Der Stoff wird am PC mittels realer Beispiele vertieft, u.a. Anwendungsprogrammierung in IEC 61131-3. Es werden so weit wie möglich die Werkzeuge eingesetzt, die auch in der Industrie verwendet werden.
151-0563-01LDynamic Programming and Optimal Control Information W4 KP3GR. D'Andrea
KurzbeschreibungIntroduction to Dynamic Programming and Optimal Control.
LernzielCovers the fundamental concepts of Dynamic Programming & Optimal Control.
InhaltDynamic Programming Algorithm; Deterministic Systems and Shortest Path Problems; Infinite Horizon Problems, Bellman Equation; Deterministic Continuous-Time Optimal Control.
LiteraturDynamic Programming and Optimal Control by Dimitri P. Bertsekas, Vol. I, 3rd edition, 2005, 558 pages, hardcover.
Voraussetzungen / BesonderesRequirements: Knowledge of advanced calculus, introductory probability theory, and matrix-vector algebra.
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0102-00LDiskrete Ereignissysteme Information W6 KP4GR. Wattenhofer
KurzbeschreibungEinführung in Diskrete Ereignissysteme (DES). Zuerst studieren wir populäre Modelle für DES. Im zweiten Teil analysieren wir DES, aus einer Average-Case und einer Worst-Case Sicht. Stichworte: Automaten und Sprachen, Spezifikationsmodelle, Stochastische DES, Worst-Case Ereignissysteme, Verifikation, Netzwerkalgebra.
LernzielOver the past few decades the rapid evolution of computing, communication, and information technologies has brought about the proliferation of new dynamic systems. A significant part of activity in these systems is governed by operational rules designed by humans. The dynamics of these systems are characterized by asynchronous occurrences of discrete events, some controlled (e.g. hitting a keyboard key, sending a message), some not (e.g. spontaneous failure, packet loss).

The mathematical arsenal centered around differential equations that has been employed in systems engineering to model and study processes governed by the laws of nature is often inadequate or inappropriate for discrete event systems. The challenge is to develop new modeling frameworks, analysis techniques, design tools, testing methods, and optimization processes for this new generation of systems.

In this lecture we give an introduction to discrete event systems. We start out the course by studying popular models of discrete event systems, such as automata and Petri nets. In the second part of the course we analyze discrete event systems. We first examine discrete event systems from an average-case perspective: we model discrete events as stochastic processes, and then apply Markov chains and queuing theory for an understanding of the typical behavior of a system. In the last part of the course we analyze discrete event systems from a worst-case perspective using the theory of online algorithms and adversarial queuing.
Inhalt1. Introduction
2. Automata and Languages
3. Smarter Automata
4. Specification Models
5. Stochastic Discrete Event Systems
6. Worst-Case Event Systems
7. Network Calculus
SkriptAvailable
Literatur[bertsekas] Data Networks
Dimitri Bersekas, Robert Gallager
Prentice Hall, 1991, ISBN: 0132009161

[borodin] Online Computation and Competitive Analysis
Allan Borodin, Ran El-Yaniv.
Cambridge University Press, 1998

[boudec] Network Calculus
J.-Y. Le Boudec, P. Thiran
Springer, 2001

[cassandras] Introduction to Discrete Event Systems
Christos Cassandras, Stéphane Lafortune.
Kluwer Academic Publishers, 1999, ISBN 0-7923-8609-4

[fiat] Online Algorithms: The State of the Art
A. Fiat and G. Woeginger

[hochbaum] Approximation Algorithms for NP-hard Problems (Chapter 13 by S. Irani, A. Karlin)
D. Hochbaum

[schickinger] Diskrete Strukturen (Band 2: Wahrscheinlichkeitstheorie und Statistik)
T. Schickinger, A. Steger
Springer, Berlin, 2001

[sipser] Introduction to the Theory of Computation
Michael Sipser.
PWS Publishing Company, 1996, ISBN 053494728X
227-0447-00LImage Analysis and Computer Vision Information W6 KP3V + 1UG. Székely, O. Göksel, L. Van Gool
KurzbeschreibungLight and perception. Digital image formation. Image enhancement and feature extraction. Unitary transformations. Color and texture. Image segmentation and deformable shape matching. Motion extraction and tracking. 3D data extraction. Invariant features. Specific object recognition and object class recognition.
LernzielOverview of the most important concepts of image formation, perception and analysis, and Computer Vision. Gaining own experience through practical computer and programming exercises.
InhaltThe first part of the course starts off from an overview of existing and emerging applications that need computer vision. It shows that the realm of image processing is no longer restricted to the factory floor, but is entering several fields of our daily life. First it is investigated how the parameters of the electromagnetic waves are related to our perception. Also the interaction of light with matter is considered. The most important hardware components of technical vision systems, such as cameras, optical devices and illumination sources are discussed. The course then turns to the steps that are necessary to arrive at the discrete images that serve as input to algorithms. The next part describes necessary preprocessing steps of image analysis, that enhance image quality and/or detect specific features. Linear and non-linear filters are introduced for that purpose. The course will continue by analyzing procedures allowing to extract additional types of basic information from multiple images, with motion and depth as two important examples. The estimation of image velocities (optical flow) will get due attention and methods for object tracking will be presented. Several techniques are discussed to extract three-dimensional information about objects and scenes. Finally, approaches for the recognition of specific objects as well as object classes will be discussed and analyzed.
SkriptCourse material Script, computer demonstrations, exercises and problem solutions
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites:
Basic concepts of mathematical analysis and linear algebra. The computer exercises are based on Linux and C.
The course language is English.
227-0526-00LPower System Analysis Information W6 KP4GG. Andersson
KurzbeschreibungZiel dieser Vorlesung ist das Verständnis der stationären und dynamischen, bei der elektrischen Energieübertragung auftretenden Vorgänge. Die Herleitung der stationären Modelle der Komponenten des elektrischen Netzes, die Aufstellung der mathematischen Gleichungssysteme, deren spezielle Charakteristiken und Lösungsmethoden stehen im Vordergrund.
LernzielZiel dieser Vorlesung ist das Verständnis der stationären und dynamischen, bei der elektrischen Energieübertragung auftretenden Vorgänge. Die Herleitung der stationären Modelle der Komponenten des elektrischen Netzes, die Aufstellung der mathematischen Gleichungssysteme, deren spezielle Charakteristiken und Lösungsmethoden stehen im Vordergrund.
InhaltDas elektrische Energieübertragungssystem, das netzleittechnische System, Anforderungen an elektrische Energieübertragungsnetze (Versorgungstechnisch, betrieblich, wirtschaftlich), Netzplanung und Betriebsführung, Modelle der N-Tor-Netz- komponenten (Leitung, Kabel, Shunts, Transformator), Bezogene Grössen (p.u.), Modelldarstellung der N-Tor-Komponenten, Lineare Darstellung des Netzes, Lineare und nicht-lineare Netzberechnung (Newton- Raphson), Nicht-lineare Lastflussrechnung (Problemformulierung, Problemlösungsmethoden), Dreiphasige und verallgemeinerte Kurzschlussberechnung, Weiterführende Anwendungen der Lastflussrechnung. Einführung in die Neztstabilität.
SkriptVorlesung wird durch WWW-Autorensystem unterstützt.
227-0689-00LSystem IdentificationW4 KP2V + 1UR. Smith
KurzbeschreibungTheory and techniques for the identification of dynamic models from experimentally obtained system input-output data.
LernzielTo provide a series of practical techniques for the development of dynamical models from experimental data, with the emphasis being on the development of models suitable for feedback control design purposes. To provide sufficient theory to enable the practitioner to understand the trade-offs between model accuracy, data quality and data quantity.
InhaltIntroduction to modeling: Black-box and grey-box models; Parametric and non-parametric models; ARX, ARMAX (etc.) models.

Predictive, open-loop, black-box identification methods. Time and frequency domain methods. Subspace identification methods.

Optimal experimental design, Cramer-Rao bounds, input signal design.

Parametric identification methods. On-line and batch approaches.

Closed-loop identification strategies. Trade-off between controller performance and information available for identification.
Literatur"System Identification; Theory for the User" Lennart Ljung, Prentice Hall (2nd Ed), 1999.

"Dynamic system identification: Experimental design and data analysis", GC Goodwin and RL Payne, Academic Press, 1977.
Voraussetzungen / BesonderesControl systems (227-0216-00L) or equivalent.
227-0945-00LCell and Molecular Biology for EngineersW6 KP4GC. Frei
KurzbeschreibungThe course gives an introduction into cellular and molecular biology, specifically for students with a background in engineering. The focus will be on the basic organization of eukaryotic cells, molecular mechanisms and cellular functions. Textbook knowledge will be combined with results from recent research and technological innovations in biology.
LernzielAfter completing this course, engineering students will be able to apply their previous training in the quantitative and physical sciences to modern biology. Students will also learn the principles how biological models are established, and how these models can be tested.
InhaltLectures will include the following topics: DNA, chromosomes, RNA, protein, genetics, gene expression, membrane structure and function, vesicular traffic, cellular communication, energy conversion, cytoskeleton, cell cycle, cellular growth, apoptosis, autophagy, cancer, development and stem cells.

In addition, three journal clubs will be held, where one/two publictions will be discussed. For each journal club, students (alone or in groups of up to three students) have to write a summary and discussion of the publication. These written documents will be graded, and count as 25% for the final grade.
SkriptScripts of all lectures will be available.
Literatur"Molecular Biology of the Cell" (5th edition) by Alberts, Johnson, Lewis, Raff, Roberts, and Walter.
376-1219-00LRehabilitation Engineering II: Rehabilitation of Sensory and Vegetative Functions Information W3 KP2VR. Riener, R. Gassert
KurzbeschreibungRehab. Engineering is the application of science and technology to ameliorate the handicaps of individuals with disabilities to reintegrate them into society.The goal is to present classical and new rehabilitation engineering principles applied to compensate or enhance motor, sensory, and cognitive deficits. Focus is on the restoration and treatment of the human sensory and vegetative system.
LernzielProvide knowledge on the anatomy and physiology of the human sensory system, related dysfunctions and pathologies, and how rehabilitation engineering can provide sensory restoration and substitution.
InhaltIntroduction, problem definition, overview
Rehabilitation of visual function
- Anatomy and physiology of the visual sense
- Technical aids (glasses, sensor substitution)
- Retina and cortex implants
Rehabilitation of hearing function
- Anatomy and physiology of the auditory sense
- Hearing aids
- Cochlea Implants
Rehabilitation and use of kinesthetic and tactile function
- Anatomy and physiology of the kinesthetic and tactile sense
- Tactile/haptic displays for motion therapy (incl. electrical stimulation)
- Role of displays in motor learning
Rehabilitation of vestibular function
- Anatomy and physiology of the vestibular sense
- Rehabilitation strategies and devices (e.g. BrainPort)
Rehabilitation of vegetative Functions
- Cardiac Pacemaker
- Phrenic stimulation, artificial breathing aids
- Bladder stimulation, artificial sphincter
Brain stimulation and recording
- Deep brain stimulation for patients with Parkinson, epilepsy, depression
- Brain-Computer Interfaces
LiteraturIntroductory Books:

An Introduction to Rehabilitation Engineering. R. A. Cooper, H. Ohnabe, D. A. Hobson (Eds.). Taylor & Francis, 2007.

Principles of Neural Science. E. R. Kandel, J. H. Schwartz, T. M Jessell (Eds.). Mc Graw Hill, New York, 2000.

Force and Touch Feedback for Virtual Reality. G. C. Burdea (Ed.). Wiley, New York, 1996 (available on NEBIS).

Human Haptic Perception, Basics and Applications. M. Grunwald (Ed.). Birkhäuser, Basel, 2008.

The Sense of Touch and Its Rendering, Springer Tracts in Advanced Robotics 45, A. Bicchi et al.(Eds). Springer-Verlag Berlin, 2008.

Interaktive und autonome Systeme der Medizintechnik - Funktionswiederherstellung und Organersatz. Herausgeber: J. Werner, Oldenbourg Wissenschaftsverlag 2005.

Neural prostheses - replacing motor function after desease or disability. Eds.: R. Stein, H. Peckham, D. Popovic. New York and Oxford: Oxford University Press.

Advances in Rehabilitation Robotics - Human-Friendly Technologies on Movement Assistance and Restoration for People with Disabilities. Eds: Z.Z. Bien, D. Stefanov (Lecture Notes in Control and Information Science, No. 306). Springer Verlag Berlin 2004.

Intelligent Systems and Technologies in Rehabilitation Engineering. Eds: H.N.L. Teodorescu, L.C. Jain (International Series on Computational Intelligence). CRC Press Boca Raton, 2001.


Selected Journal Articles and Web Links:

Abbas, J., Riener, R. (2001) Using mathematical models and advanced control systems techniques to enhance neuroprosthesis function. Neuromodulation 4, pp. 187-195.

Bach-y-Rita P., Tyler M., and Kaczmarek K (2003). Seeing with the brain. International journal of human-computer-interaction, 15(2):285-295.

Burdea, G., Popescu, V., Hentz, V., and Colbert, K. (2000): Virtual reality-based orthopedic telerehabilitation, IEEE Trans. Rehab. Eng., 8, pp. 430-432
Colombo, G., Jörg, M., Schreier, R., Dietz, V. (2000) Treadmill training of paraplegic patients using a robotic orthosis. Journal of Rehabilitation Research and Development, vol. 37, pp. 693-700.

Hayward, V. (2008): A Brief Taxonomy of Tactile Illusions and
Demonstrations That Can Be Done In a Hardware Store. Brain Research Bulletin, Vol 75, No 6, pp 742-752

Krebs, H.I., Hogan, N., Aisen, M.L., Volpe, B.T. (1998): Robot-aided neurorehabilitation, IEEE Trans. Rehab. Eng., 6, pp. 75-87

Levesque. V. (2005). Blindness, technology and haptics. Technical report, McGill University. Available at: http://www.cim.mcgill.ca/~vleves/docs/VL-CIM-TR-05.08.pdf

Quintern, J. (1998) Application of functional electrical stimulation in paraplegic patients. NeuroRehabilitation 10, pp. 205-250.

Riener, R., Nef, T., Colombo, G. (2005) Robot-aided neurorehabilitation for the upper extremities. Medical & Biological Engineering & Computing 43(1), pp. 2-10.

Riener, R. (1999) Model-based development of neuroprostheses for paraplegic patients. Royal Philosophical Transactions: Biological Sciences 354, pp. 877-894.

The vOICe. http://www.seeingwithsound.com.

VideoTact, ForeThought Development, LLC. http://my.execpc.com/?dwysocki/videotac.html
Voraussetzungen / BesonderesTarget Group:
Students of higher semesters and PhD students of
- D-MAVT, D-ITET, D-INFK, D-HEST
- Biomedical Engineering, Robotics, Systems and Control
- Medical Faculty, University of Zurich
Students of other departments, faculties, courses are also welcome
151-0573-00LSystemmodellierungW4 KP2V + 2UE. Shafai
KurzbeschreibungMethoden der theoretischen und experimentellen Modellbildung für regelungstechnische Zwecke. Anwendungsbeispiele aus Mechatronik, Energie- und Verfahrenstechnik. Analyse von linearen und nichtlinearen Systemen (Stabilität, Steuerbarkeit/Beobachtbarkeit, Modellskalierung und Ordnungsreduktion, Chaos, exakte Linearisiering etc.). Versuchsplanung und Parameteridentifikation für ”grey-box” Modelle.
LernzielVermitteln der Grundkenntnisse der Modellbildung in der Regelungstechnik. Analyse und Optimierung linearer und nichtlinearer Systeme. Parameteridentifikation. Erfahrungen sammeln an konkreten Fallstudien.
InhaltMethoden der theoretischen und experimentellen Modellbildung für regelungstechnische Zwecke. Anwendungsbeispiele aus den Bereichen Mechatronik, Energietechnik und Verfahrenstechnik. Analyse von linearen und nichtlinearen Systemen (Normierung, Linearisierung, Stabilität, Steuerbarkeit / Beobachtbarkeit, Modellskalierung und Ordnungsreduktion, Chaos, exakte Linearisiering etc.). Modellordnungsreduktion. Versuchsplanung und Parameteridentifikation für "grey-box" Modelle (“least-squares" Verfahren). Die Übungen werden in Teams gelöst. Eine grössere Fallstudie wird bearbeitet.
SkriptDas Skript in englischer Sprache wird in der ersten Lektion verkauft.
LiteraturEine Literaturliste ist im Skript enthalten.
151-0601-00LTheory of Robotics and MechatronicsW4 KP3GP. Korba, S. Stoeter, B. Nelson
KurzbeschreibungThis course provides an introduction and covers the fundamentals of the field, including rigid motions, homogeneous transformations, forward and inverse kinematics of multiple degree of freedom manipulators, velocity kinematics, motion planning, trajectory generation, sensing, vision, and control. It’s a requirement for the Robotics Vertiefung and for the Masters in Mechatronics and Microsystems.
LernzielRobotics is often viewed from three perspectives: perception (sensing), manipulation (affecting changes in the world), and cognition (intelligence). Robotic systems integrate aspects of all three of these areas. This course provides an introduction to the theory of robotics, and covers the fundamentals of the field, including rigid motions, homogeneous transformations, forward and inverse kinematics of multiple degree of freedom manipulators, velocity kinematics, motion planning, trajectory generation, sensing, vision, and control. This course is a requirement for the Robotics Vertiefung and for the Masters in Mechatronics and Microsystems.
InhaltAn introduction to the theory of robotics, and covers the fundamentals of the field, including rigid motions, homogeneous transformations, forward and inverse kinematics of multiple degree of freedom manipulators, velocity kinematics, motion planning, trajectory generation, sensing, vision, and control.
Skriptavailable.
Voraussetzungen / BesonderesThe course will be taught in English.
151-0563-01LDynamic Programming and Optimal Control Information W4 KP3GR. D'Andrea
KurzbeschreibungIntroduction to Dynamic Programming and Optimal Control.
LernzielCovers the fundamental concepts of Dynamic Programming & Optimal Control.
InhaltDynamic Programming Algorithm; Deterministic Systems and Shortest Path Problems; Infinite Horizon Problems, Bellman Equation; Deterministic Continuous-Time Optimal Control.
LiteraturDynamic Programming and Optimal Control by Dimitri P. Bertsekas, Vol. I, 3rd edition, 2005, 558 pages, hardcover.
Voraussetzungen / BesonderesRequirements: Knowledge of advanced calculus, introductory probability theory, and matrix-vector algebra.
151-0607-00LOptimal & Learning Control for Autonomous Robots Information
Findet dieses Semester nicht statt.
W4 KP3GJ. Buchli
KurzbeschreibungThe students will learn the fundamentals of optimal and learning control. They will learn how these fundamental ideas can be applied to real world problems encountered in autonomous and articulated robots.
LernzielAfter this lecture the students will have the understanding and tools to apply learning and optimal control to problems encountered in robotics and other fields.
Skriptslide handouts
LiteraturLiterature will be given in the lecture
Voraussetzungen / BesonderesCalculus, Basic Control Theory
401-0647-00LIntroduction to Mathematical Optimization Information W5 KP2V + 1UU.‑U. Haus, R. Zenklusen
KurzbeschreibungIntroduction to basic techniques and problems of mathematical optimization.
LernzielThe goal is to get a good understanding of some of the most important mathematical optimization techniques used to solve linear programs and basic combinatorial optimization problems.
InhaltTopics covered in this course include:
- Linear programming (simplex method, duality theory, shadow prices, ...).
- Basic combinatorial optimization problems (spanning trees, network flows, knapsack problem, ...).
LiteraturInformation about relevant literature will be given in the lecture.
Voraussetzungen / BesonderesThis course is meant for students who did not already attend the course "Mathematical Optimization", which is a more advance lecture covering similar topics and more.
401-3901-00LMathematical Optimization Information W11 KP4V + 2UR. Weismantel
KurzbeschreibungMathematical treatment of diverse optimization techniques.
LernzielAdvanced optimization theory and algorithms.
Inhalt1. Linear optimization: The geometry of linear programming, the simplex method for solving linear programming problems, Farkas' Lemma and infeasibility certificates, duality theory of linear programming.

2. Nonlinear optimization: Lagrange relaxation techniques, Newton method and gradient schemes for convex optimization.

3. Integer optimization: Ties between linear and integer optimization, total unimodularity, complexity theory, cutting plane theory.

4. Combinatorial optimization: Network flow problems, structural results and algorithms for matroids, matchings and, more generally, independence systems.
636-0007-00LComputational Systems BiologyW6 KP3V + 2UJ. Stelling
KurzbeschreibungStudy of fundamental concepts, models and computational methods for the analysis of complex biological networks. Topics: Systems approaches in biology, biology and reaction network fundamentals, modeling and simulation approaches (topological, probabilistic, stoichiometric, qualitative, linear / nonlinear ODEs, stochastic), and systems analysis (complexity reduction, stability, identification).
LernzielThe aim of this course is to provide an introductory overview of mathematical and computational methods for the modeling, simulation and analysis of biological networks.
InhaltBiology has witnessed an unprecedented increase in experimental data and, correspondingly, an increased need for computational methods to analyze this data. The explosion of sequenced genomes, and subsequently, of bioinformatics methods for the storage, analysis and comparison of genetic sequences provides a prominent example. Recently, however, an additional area of research, captured by the label "Systems Biology", focuses on how networks, which are more than the mere sum of their parts' properties, establish biological functions. This is essentially a task of reverse engineering. The aim of this course is to provide an introductory overview of corresponding computational methods for the modeling, simulation and analysis of biological networks. We will start with an introduction into the basic units, functions and design principles that are relevant for biology at the level of individual cells. Making extensive use of example systems, the course will then focus on methods and algorithms that allow for the investigation of biological networks with increasing detail. These include (i) graph theoretical approaches for revealing large-scale network organization, (ii) probabilistic (Bayesian) network representations, (iii) structural network analysis based on reaction stoichiometries, (iv) qualitative methods for dynamic modeling and simulation (Boolean and piece-wise linear approaches), (v) mechanistic modeling using ordinary differential equations (ODEs) and finally (vi) stochastic simulation methods.
LiteraturU. Alon, An introduction to systems biology. Chapman & Hall / CRC, 2006.

Z. Szallasi et al. (eds.), System modeling in cellular biology. MIT Press, 2006.
Fächer von allgemeinem Interesse
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0377-00LPhysik der Ausfälle und Ausfallanalyse elektronischer SchaltungenW3 KP2VU. Sennhauser
KurzbeschreibungDie Vermeidung von Ausfällen ist von zentraler Wichtigkeit bei Schaltungsentwurf, Materialauswahl und Herstellung. Die Vorlesung gibt eine Einführung in Aufbau und Eigenschaften der Materialien sowie deren Degradationsmechanismen. Zudem werden die Grundlagen der Ausfallanayse und der Instrumente vermittelt, Ausfälle demonstriert und an einem Beispiel eine typische Ausfallanalyse durchgeführt.
LernzielDie Teilnehmer kennen die Ursachen der Ausfälle elektronischer Schaltungen und Geräte, die Eigenschaften der Analysegeräte und das Vorgehen bei Ausfallanalysen
InhaltZusammenfassung der Grundbegriffe der Zuverlässigkeitstechnik und Ausfallanalyse; Physik der Ausfälle: Materialkunde, physikalische Prozesse und Ausfallmechanismen; Ausfallanalyse von ICs, PCBs, Opto-Elektronik, diskreten und anderen Bauteilen; Grundlagen und Eigenschaften der Analyseinstrumente; Anwendung und Umsetzung bei Schaltungsentwicklung und Zuverlässigkeitsanalysen
SkriptUmfangreiche Kopie der Vortragsfolien
363-0790-00LTechnology Entrepreneurship Information W2 KP2VU. Claesson, P. Baschera, F. Hacklin
KurzbeschreibungTechnology ventures are significantly changing the global economic picture. Technological skills increasingly need to be complemented by entrepreneurial understanding.
This course offers the fundamentals in theory and practice of entrepreneurship in new technology ventures. Main topics covered are success factors in the creation of new firms, including founding, financing and growing a venture.
LernzielThis course provides theory-grounded knowledge and practice-driven skills for founding, financing, and growing new technology ventures. A critical understanding of dos and don'ts is provided through highlighting and discussing real life examples and cases.
InhaltSee course website
SkriptLecture slides and case material
151-0317-00LVisualization, Simulation and Interaction - Virtual Reality IIW4 KP3GA. Kunz
KurzbeschreibungThis lecture provides deeper knowledge on the possible applications of virtual reality, its basic technolgy, and future research fields. The goal is to provide a strong knowledge on Virtual Reality for a possible future use in business processes.
LernzielVirtual Reality can not only be used for the visualization of 3D objects, but also offers a wide application field for small and medium enterprises (SME). This could be for instance an enabling technolgy for net-based collaboration, the transmission of images and other data, the interaction of the human user with the digital environment, or the use of augmented reality systems.
The goal of the lecture is to provide a deeper knowledge of today's VR environments that are used in business processes. The technical background, the algorithms, and the applied methods are explained more in detail. Finally, future tasks of VR will be discussed and an outlook on ongoing international research is given.
InhaltIntroduction into Virtual Reality; basisc of augmented reality; interaction with digital data, tangible user interfaces (TUI); basics of simulation; compression procedures of image-, audio-, and video signals; new materials for force feedback devices; intorduction into data security; cryptography; definition of free-form surfaces; digital factory; new research fields of virtual reality
SkriptThe handout is available in German and English.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites:
"Visualization, Simulation and Interaction - Virtual Reality I" is recommended.

Didactical concept:
The course consists of lectures and exercises.