Das Frühjahrssemester 2021 findet bis auf Weiteres online statt. Ausnahmen: Veranstaltungen, die nur mit Präsenz vor Ort durchführbar sind. Bitte beachten Sie die Informationen der Dozierenden.

Suchergebnis: Katalogdaten im Frühjahrssemester 2015

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.
Communication
Kernfächer
Diese Fächer sind besonders Empfohlen, um sich in "Communications" zu vertiefen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0111-00LCommunication Electronics Information W6 KP2V + 2UQ. Huang
KurzbeschreibungElectronics for communications systems, with emphasis on realization. Low noise amplifiers, modulators and demodulators, transmit amplifiers and oscillators are discussed in the context of wireless communications. Wireless receiver, transmitter and frequency synthesizer will be described. Importance of and trade offs among sensitivity, linearity and selectivity are discussed extensively.
LernzielFoundation course for understanding modern electronic circuits for communication applications. We learn how theoretical communications principles are reduced to practice using transistors, switches, inductors, capacitors and resistors. The harsh environment such communication electronics will be exposed to and the resulting requirements on the sensitivity, linearity and selectivity help explain the design trade offs encountered in every circuit block found in a modern transceiver.
InhaltAccounting for more than two trillion dollars per year, communications is one of the most important drivers for advanced economies of our time. Wired networks have been a key enabler to the internet age and the proliferation of search engines, social networks and electronic commerce, whereas wireless communications, cellular networks in particular, have liberated people and increased productivity in developed and developing nations alike. Integrated circuits that make such communications devices light weight and affordable have played a key role in the proliferation of communications.
This course introduces our students to the key components that realize the tangible products in electronic form. We begin with an introduction to wireless communications, and describe the harsh environment in which a transceiver has to work reliably. In this context we highlight the importance of sensitivity or low noise, linearity, selectivity, power consumption and cost, that are all vital to a competitive device in such applications.
We shall review bipolar and MOS devices from a designer's prospectives, before discussing basic amplifier structures - common emitter/source, common base/gate configurations, their noise performance and linearity, impedance matching, and many other things one needs to know about a low noise amplifier.
We will discuss modulation, and the mixer that enables its implementation. Noise and linearity form an inseparable part of the discussion of its design, but we also introduce the concept of quadrature demodulator, image rejection, and the effects of mismatch on performance.
When mixers are used as a modulator the signals they receive are usually large and the natural linearity of transistors becomes insufficient. The concept of feedback will be introduced and its function as an improver of linearity studied in detail.
Amplifiers in the transmit path are necessary to boost the power level before the signal leaves an integrated circuit to drive an even more powerful amplifier (PA) off chip. Linearized pre-amplifiers will be studied as part of the transmitter.
A crucial part of a mobile transceiver terminal is the generation of local oscillator signals at the desired frequencies that are required for modulation and demodulation. Oscillators will be studied, starting from stability criteria of an electronic system, then leading to criteria for controlled instability or oscillation. Oscillator design will be discussed in detail, including that of crystal controlled oscillators which provide accurate time base.
An introduction to phase-locked loops will be made, illustrating how it links a variable frequency oscillator to a very stable fixed frequency crystal oscillator, and how phase detector, charge pump and programmable dividers all serve to realize an agile frequency synthesizer that is very stable in each frequency synthesized.
SkriptScript with slides and notes is available.
Voraussetzungen / BesonderesThe course Analog Integrated Circuits is recommended as preparation for this course.
227-0418-00LAlgebra and Error Correcting Codes Information W6 KP4GH.‑A. Loeliger
KurzbeschreibungThe course is an introduction to error correcting codes covering both classical algebraic codes and modern iterative decoding. The course is also an introduction to "abstract" algebra and some of its applications in coding and signal processing.
LernzielThe course is an introduction to error correcting codes covering both classical algebraic codes and modern iterative decoding. The course is also an introduction to "abstract" algebra and some of its applications in coding and signal processing.
InhaltCoding: coding and modulation, linear codes, Hamming space codes, Euclidean space codes, trellises and Viterbi decoding, convolutional codes, factor graphs and message passing algorithms, low-density parity check codes, turbo codes, polar codes, Reed-Solomon codes.
Algebra: groups, rings, homomorphisms, ideals, fields, finite fields, vector spaces, polynomials, Chinese Remainder Theorem.
SkriptLecture Notes (english)
227-0420-00LInformation Theory II Information W6 KP2V + 2US. M. Moser
KurzbeschreibungThis course builds on Information Theory I. It introduces additional topics in single-user communication, connections between Information Theory and Statistics, and Network Information Theory.
LernzielThe course has two objectives: to introduce the students to the key information theoretic results that underlay the design of communication systems and to equip the students with the tools that are needed to conduct research in Information Theory.
InhaltDifferential entropy, maximum entropy, the Gaussian channel and water filling, the entropy-power inequality, Sanov's Theorem, Fisher information, the broadcast channel, the multiple-access channel, Slepian-Wolf coding, and the Gelfand-Pinsker problem.
Skriptn/a
LiteraturT.M. Cover and J.A. Thomas, Elements of Information Theory, second edition, Wiley 2006
227-0436-00LDigital Communication and Signal Processing Information W6 KP2V + 2UA. Wittneben
KurzbeschreibungA comprehensive presentation of modern digital modulation, detection and synchronization schemes and relevant aspects of signal processing enables the student to analyze, simulate, implement and research the physical layer of advanced digital communication schemes. The course both covers the underlying theory and provides problem solving and hands-on experience.
LernzielDigital communication systems are characterized by ever increasing requirements on data rate, spectral efficiency and reliability. Due to the huge advances in very large scale integration (VLSI) we are now able to implement extremely complex digital signal processing algorithms to meet these challenges. As a result the physical layer (PHY) of digital communication systems has become the dominant function in most state-of-the-art system designs. In this course we discuss the major elements of PHY implementations in a rigorous theoretical fashion and present important practical examples to illustrate the application of the theory. In Part I we treat discrete time linear adaptive filters, which are a core component to handle multiuser and intersymbol interference in time-variant channels. Part II is a seminar block, in which the students develop their analytical and experimental (simulation) problem solving skills. After a review of major aspects of wireless communication we discuss, simulate and present the performance of novel cooperative and adaptive multiuser wireless communication systems. As part of this seminar each students has to give a 15 minute presentation and actively attends the presentations of the classmates. In Part III we cover parameter estimation and synchronization. Based on the classical discrete detection and estimation theory we develop maximum likelihood inspired digital algorithms for symbol timing and frequency synchronization.
InhaltPart I: Linear adaptive filters for digital communication
• Finite impulse response (FIR) filter for temporal and spectral shaping
• Wiener filters
• Method of steepest descent
• Least mean square adaptive filters

Part II: Seminar block on cooperative wireless communication
• review of the basic concepts of wireless communication
• multiuser amplify&forward relaying
• performance evaluation of adaptive A&F relaying schemes and student presentations

Part III: Parameter estimation and synchronization
• Discrete detection theory
• Discrete estimation theory
• Synthesis of synchronization algorithms
• Frequency estimation
• Timing adjustment by interpolation
SkriptLecture notes.
Literatur[1] Oppenheim, A. V., Schafer, R. W., "Discrete-time signal processing", Prentice-Hall, ISBN 0-13-754920-2.
[2] Haykin, S., "Adaptive filter theory", Prentice-Hall, ISBN 0-13-090126-1.
[3] Van Trees, H. L., "Detection , estimation and modulation theory", John Wiley&Sons, ISBN 0-471-09517-6.
[4] Meyr, H., Moeneclaey, M., Fechtel, S. A., "Digital communication receivers: synchronization, channel estimation and signal processing", John Wiley&Sons, ISBN 0-471-50275-8.
Voraussetzungen / BesonderesFormal prerequisites: none
Recommended: Communication Systems or equivalent
227-0438-00LFundamentals of Wireless Communication Information
Findet dieses Semester nicht statt.
W6 KP2V + 2UH. Bölcskei
KurzbeschreibungThe class focuses on fundamental communication-theoretic aspects of modern wireless communication systems. The main topics covered are the system-theoretic characterization of wireless channels, the principle of diversity, information theoretic aspects of communication over fading channels, and the basics of multi-user communication theory and cellular systems.
LernzielAfter attending this lecture, participating in the discussion sessions, and working on the homework problem sets, students should be able to
- understand the nature of the fading mobile radio channel and its implications for the design of communication systems
- analyze existing communication systems
- apply the fundamental principles to new wireless communication systems, especially in the design of diversity techniques and coding schemes
InhaltThe goal of this course is to study the fundamental principles of wireless communication, enabling students to analyze and design current and future wireless systems. The outline of the course is as follows:

Wireless Channels
What differentiates wireless communication from wired communication is the nature of the communication channel. Motion of the transmitter and the receiver, the environment, multipath propagation, and interference render the channel model more complex. This part of the course deals with modeling issues, i.e., the process of finding an accurate and mathematically tractable formulation of real-world wireless channels. The model will turn out to be that of a randomly time-varying linear system. The statistical characterization of such systems is given by the scattering function of the channel, which in turn leads us to the definition of key propagation parameters such as delay spread and coherence time.

Diversity
In a wireless channel, the time varying destructive and constructive addition of multipath components leads to signal fading. The result is a significant performance degradation if the same signaling and coding schemes as for the (static) additive white Gaussian noise (AWGN) channel are used. This problem can be mitigated by diversity techniques. If several independently faded copies of the transmitted signal can be combined at the receiver, the probability of all copies being lost--because the channel is bad--decreases. Hence, the performance of the system will be improved. We will look at different means to achieve diversity, namely through time, frequency, and space. Code design for fading channels differs fundamentally from the AWGN case. We develop criteria for designing codes tailored to wireless channels. Finally, we ask the question of how much diversity can be obtained by any means over a given wireless channel.

Information Theory of Wireless Channels
Limited spectral resources make it necessary to utilize the available bandwidth to its maximum extent. Information theory answers the fundamental question about the maximum rate that can reliably be transmitted over a wireless channel. We introduce the basic information theoretic concepts needed to analyze and compare different systems. No prior experience with information theory is necessary.

Multiple-Input Multiple-Output (MIMO) Wireless Systems
The major challenges in future wireless communication system design are increased spectral efficiency and improved link reliability. In recent years the use of spatial (or antenna) diversity has become very popular, which is mostly due to the fact that it can be provided without loss in spectral efficiency. Receive diversity, that is, the use of multiple antennas on the receive side of a wireless link, is a well-studied subject. Driven by mobile wireless applications, where it is difficult to deploy multiple antennas in the handset, the use of multiple antennas on the transmit side combined with signal processing and coding has become known under the name of space-time coding. The use of multiple antennas at both ends of a wireless link (MIMO technology) has been demonstrated to have the potential of achieving extraordinary data rates. This chapter is devoted to the basics of MIMO wireless systems.

Cellular Systems: Multiple Access and Interference Management
This chapter deals with the basics of multi-user communication. We start by exploring the basic principles of cellular systems and then take a look at the fundamentals of multi-user channels. We compare code-division multiple-access (CDMA) and frequency-division multiple access (FDMA) schemes from an information-theoretic point of view. In the course of this comparison an important new concept, namely that of multiuser diversity, will emerge. We conclude with a discussion of the idea of opportunistic communication and by assessing this concept from an information-theoretic point of view.
SkriptLecture notes will be handed out during the lectures.
LiteraturA set of handouts covering digital communication basics and mathematical preliminaries is available on the website. For further reading, we recommend
- J. M. Wozencraft and I. M. Jacobs, "Principles of Communication Engineering," Wiley, 1965
- A. Papoulis and S. U. Pillai, "Probability, Random Variables, and Stochastic Processes," McGraw Hill, 4th edition, 2002
- G. Strang, "Linear Algebra and its Applications," Harcourt, 3rd edition, 1988
- T.M. Cover and J. A. Thomas, "Elements of Information Theory," Wiley, 1991
Voraussetzungen / BesonderesThis class will be taught in English. The oral exam will be in German (unless you wish to take it in English, of course).

A prerequisite for this course is a working knowledge in digital communications, random processes, and detection theory.
227-0558-00LPrinciples of Distributed Computing Information W6 KP2V + 2U + 1AR. Wattenhofer
KurzbeschreibungWe study the fundamental issues underlying the design of distributed systems: communication, coordination, fault-tolerance, locality, parallelism, self-organization, symmetry breaking, synchronization, uncertainty. We explore essential algorithmic ideas and lower bound techniques.
LernzielDistributed computing is essential in modern computing and communications systems. Examples are on the one hand large-scale networks such as the Internet, and on the other hand multiprocessors such as your new multi-core laptop. This course introduces the principles of distributed computing, emphasizing the fundamental issues underlying the design of distributed systems and networks: communication, coordination, fault-tolerance, locality, parallelism, self-organization, symmetry breaking, synchronization, uncertainty. We explore essential algorithmic ideas and lower bound techniques, basically the "pearls" of distributed computing. We will cover a fresh topic every week.
InhaltDistributed computing models and paradigms, e.g. message passing, shared memory, synchronous vs. asynchronous systems, time and message complexity, peer-to-peer systems, small-world networks, social networks, sorting networks, wireless communication, and self-organizing systems.

Distributed algorithms, e.g. leader election, coloring, covering, packing, decomposition, spanning trees, mutual exclusion, store and collect, arrow, ivy, synchronizers, diameter, all-pairs-shortest-path, wake-up, and lower bounds
SkriptAvailable. Our course script is used at dozens of other universities around the world.
LiteraturLecture Notes By Roger Wattenhofer. These lecture notes are taught at about a dozen different universities through the world.

Distributed Computing: Fundamentals, Simulations and Advanced Topics
Hagit Attiya, Jennifer Welch.
McGraw-Hill Publishing, 1998, ISBN 0-07-709352 6

Introduction to Algorithms
Thomas Cormen, Charles Leiserson, Ronald Rivest.
The MIT Press, 1998, ISBN 0-262-53091-0 oder 0-262-03141-8

Disseminatin of Information in Communication Networks
Juraj Hromkovic, Ralf Klasing, Andrzej Pelc, Peter Ruzicka, Walter Unger.
Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2005, ISBN 3-540-00846-2

Introduction to Parallel Algorithms and Architectures: Arrays, Trees, Hypercubes
Frank Thomson Leighton.
Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, CA, 1991, ISBN 1-55860-117-1

Distributed Computing: A Locality-Sensitive Approach
David Peleg.
Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), 2000, ISBN 0-89871-464-8
Voraussetzungen / BesonderesCourse pre-requisites: Interest in algorithmic problems. (No particular course needed.)
252-0407-00LCryptography Information W7 KP3V + 2U + 1AU. Maurer
KurzbeschreibungFundamentals and applications of cryptography. Cryptography as a mathematical discipline: reductions, constructive cryptography paradigm, security proofs. The discussed primitives include cryptographic functions, pseudo-randomness, symmetric encryption and authentication, public-key encryption, key agreement, and digital signature schemes. Selected cryptanalytic techniques.
LernzielThe goals are:
(1) understand the basic theoretical concepts and scientific thinking in cryptography;
(2) understand and apply some core cryptographic techniques and security proof methods;
(3) be prepared and motivated to access the scientific literature and attend specialized courses in cryptography.
InhaltSee course description.
Skriptyes.
Voraussetzungen / BesonderesFamiliarity with the basic cryptographic concepts as treated for
example in the course "Information Security" is required but can
in principle also be acquired in parallel to attending the course.
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0116-00LVLSI I: von Architektur zu hochintegrierter Schaltung und FPGA Information W7 KP5GH. Kaeslin, N. Felber
KurzbeschreibungDiese erste Lehrveranstaltung aus einer dreisemestrigen Vorlesungsreihe befasst sich mit dem Entwurf von Algorithmen und leistungsfähigen Hardware-Architekturen im Hinblick auf ihre Realisierung als ASIC oder mit FPGAs. Im Zentrum steht der Front-End Design mit HDLs sowie automatischer Synthese zur Erzeugung funktionssicherer Schaltungen.
LernzielHochintegrierte Schaltungen (VLSI chips), Anwendungsspezifische Integrierte Schaltungen (ASIC) sowie Field-Programmable Gate-Arrays (FPGA) verstehen. Ihren inneren Aufbau kennen und passende Einsatzgebiete identifizieren können. Beherrschen des Front-End Designs vom Architekturentwurf bis zu Netzlisten auf Gatterniveau. Modellierung und Simulation von Digitalschaltungen mit VHDL oder SystemVerilog. Gewährleisten des korrekten Verhaltens mithilfe von Simulation, Testbenches, und Assertions. Einsatz automatischer Synthesewerkzeuge zur Erzeugung funktionssicherer VLSI und FPGA Schaltungen. Sammeln von praktischen Erfahrungen mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL sowie mit industriellen Werzeugen zur Entwurfsautomatisierung (EDA).
InhaltDie Lehrveranstaltung befasst sich mit Systemaspekten beim Entwurf von hochintegrierten Schaltungen (VLSI) und mit komplexen programmierbaren Bausteinen (FPGA). Behandelt werden:
- Übersicht über Entwurfsmethoden und Fabrikationstiefen.
- Abstraktionsniveaus der Schaltungsmodellierung.
- Aufbau und Konfiguration kommerzieller feldprogrammierbarer Bausteine.
- Design Flows für VLSI und FPGA.
- Spezialisierte und general purpose Architekturen im Vergleich.
- Erarbeiten von Architekturen zu gegebenen Algorithmen.
- Optimierung von Durchsatz, Schaltungsgrösse und Energieeffizienz mithilfe von Architekturumformungen.
- Hardware-Beschreibungssprachen und zugrundeliegende Konzepte.
- VHDL und SystemVerilog im Vergleich.
- VHDL (IEEE Norm 1076) zur Schaltungssimulation und -synthese.
- Das dazu passende neunwertige Logik-System (IEEE Norm 1164).
- Register-Transfer-Level (RTL) Synthese und ihre Grenzen.
- Baublöcke digitaler VLSI Schaltungen.
- Techniken zur funktionalen Verifikation und ihre Grenzen.
- Modulare, weitgehend wiederverwendbare Testbenches.
- Assertion-basierte Verifikation.
- Evaluation synchroner und asynchroner Schaltungstechniken.
- Ein Plädoyer für synchrone Schaltungstechnik.
- Periodische Ereignisse und das Anceau Diagramm.
- Fallstudien und Beispiele, Vergleich von ASICs mit Mikroprozessoren, DSPs und FPGAs.

In den Übungen wird eine digitale Schaltung in VHDL modelliert und eine Testbench für Simulationszwecke geschrieben. Anschliessend werden Netzlisten für VLSI-Schaltungen und FPGAs synthetisiert. Es gelangt ausschliesslich kommerzielle Software führender Anbieter zur Anwendung.
SkriptLehrbuch und alle weiteren Unterlagen in englischer Sprache.
LiteraturH. Kaeslin: "Top-Down Digital VLSI Design, from Architectures to Gate-Level Circuits and FPGAs", Elsevier, 2014, ISBN 9780128007303.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Grundkenntnisse in Digitaltechnik.

Prüfungen:
Schriftlich im Anschluss an das Vorlesungssemester (FS). Prüfungsaufgaben sind in Englisch vorgegeben, Antworten werden auf Deutsch oder Englisch akzeptiert.

Weiterführende Informationen:
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/vlsi1.en.html
227-0148-00LVLSI III: Test and Fabrication of VLSI Circuits Information W6 KP4GN. Felber, H. Kaeslin
KurzbeschreibungDie letzte der drei Lehrveranstaltungen behandelt die Herstellung von integrierten Schaltungen (IC) in CMOS Technologie, die dabei möglicherweise auftretenden Defekte, sowie vor allem Verfahren und Werkzeuge zum Erkennen von Entwurfsfehlern und Fabrikationsdefekten.
LernzielBeherrschen von Methoden, Software-Werkzeugen und Apparaturen zum testgerechten Entwurf von VLSI Schaltungen, zum Prüfen fabrizierter digitaler ICs, sowie zur physikalischen Analyse im Fehlerfall. Grundwissen über moderne Halbleitertechnologien.
InhaltDiese letzte von drei Vorlesungen geht auf CMOS Fabrikationstechnologie, die Prüfung, die physikalische Analyse und Verpackungstechnik von VLSI Schaltungen ein. Künftige Entwicklungsmöglichkeiten der Mikro- und Nanoelektronik werden ebenfalls aufgezeigt. Behandelt werden:
- Auswirkung von Fabrikationsfehlern.
- Abstraktion vom physikalischen Fehlermodell zu solchen auf Transistor- und Gatterniveau.
- Fehlersimulation an grossen ASICs.
- Erzeugung effizienter Testvektoren.
- Verbesserung der Testbarkeit durch eingebaute Testmechanismen.
- Aufbau und Einsatz von IC-Testern.
- Physikalische Analyse von Bauelementen.
- Verpackungsprobleme und Lösungen.
- Heutige Nanometer CMOS Fabrikationsprozesse (HKMG).
- Optische und post-optische Photolithographie.
- Mögliche Alternativen zur CMOS Technik und MOSFETs.
- Entwicklungsrichtungen für den Schaltungsentwurf.
- Industrielle Planungsgrundlagen für die Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie (ITRS).

In den Übungen werden Softwaretools und ASIC-Testgeräte eingesetzt zur Verifikation der Schaltungen nach deren Fabrikation - so weit vorhanden des eigenen ICs aus der Semesterarbeit im 7. Semester. Physikalische Analysemethoden mit professionellem Equipment (AFM, DLTS) vervollständigen die Ausbildung.
SkriptEnglischsprachiges Vorlesungsskript.

Sämtliche Unterlagen in englischer Sprache.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Grundkenntnisse in digitaler Schaltungstechnik.

Weiterführende Informationen:
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/vlsi3.en.html
227-0216-00LControl Systems II Information W6 KP4GR. Smith
KurzbeschreibungIntroduction to basic and advanced concepts of modern feedback control.
LernzielIntroduction to basic and advanced concepts of modern feedback control.
InhaltThis course is designed as a direct continuation of the course "Regelsysteme" (Control Systems). The primary goal is to further familiarize students with various dynamic phenomena and their implications for the analysis and design of feedback controllers. Simplifying assumptions on the underlying plant that were made in the course "Regelsysteme" are relaxed, and advanced concepts and techniques that allow the treatment of typical industrial control problems are presented. Topics include control of systems with multiple inputs and outputs, control of uncertain systems (robustness issues), limits of achievable performance, and controller implementation issues.
SkriptThe slides of the lecture are available to download
LiteraturSkogestad, Postlethwaite: Multivariable Feedback Control - Analysis and Design. Second Edition. John Wiley, 2005.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites:
Control Systems or equivalent
227-0366-00LIntroduction to Computational Electromagnetics Information W6 KP4GC. Hafner, J. Leuthold, J. Smajic
KurzbeschreibungAn overview over the most prominent methods for the simulation of electromagnetic fields is given This includes domain methods such as finite differences and finite elements, method of moments, and boundary methods. Both time domain and frequency domain techniques are considered.
LernzielOverview of numerical methods for the simulation of electromagnetic fields and hands-on experiments with selected methods.
InhaltOverview of concepts of the main numerical methods for the simulation of electromagnetic fields: Finite Difference Method, Finite Element Method, Transmission Line Matrix Method, Matrix Methods, Multipole Methods, Image Methods, Method of Moments, Integral Equation Methods, Beam Propagation Method, Mode Matching Technique, Spectral Domain Analysis, Method of Lines. Applications: Problems in electrostatic and magnetostatic, guided waves and free-space propagation problems, antennas, resonators, inhomogeneous transmissionlLines, nanotechnic, optics etc.
SkriptDownload from: http://alphard.ethz.ch/hafner/Vorles/lect.htm
Voraussetzungen / BesonderesFirst half of the semester: lectures; second half of the semester: exercises in form of small projects
227-0434-00LHarmonic Analysis: Theory and Applications in Advanced Signal Processing Information W6 KP2V + 2UH. Bölcskei
KurzbeschreibungThis course is an introduction to the field of applied harmonic analysis with emphasis on applications in signal processing such as transform coding, inverse problems, imaging, signal recovery, and inpainting. We will consider theoretical, applied, and algorithmic aspects.
LernzielThis course is an introduction to the field of applied harmonic analysis with emphasis on applications in signal processing such as transform coding, inverse problems, imaging, signal recovery, and inpainting. We will consider theoretical, applied, and algorithmic aspects.
InhaltFrame theory: Frames in finite-dimensional spaces, frames for Hilbert spaces, sampling theorems as frame expansions

Spectrum-blind sampling: Sampling of multi-band signals with known support set, density results by Beurling and Landau, unknown support sets, multi-coset sampling, the modulated wideband converter, reconstruction algorithms

Sparse signals and compressed sensing: Uncertainty principles, recovery of sparse signals with unknown support set, recovery of sparsely corrupted signals, orthogonal matching pursuit, basis pursuit, the multiple measurement vector problem

High-dimensional data and dimension reduction: Random projections, the Johnson-Lindenstrauss Lemma, the Restricted Isometry Property, concentration inequalities, covering numbers, Kashin widths
SkriptLecture notes, problem sets with documented solutions.
LiteraturS. Mallat, ''A wavelet tour of signal processing: The sparse way'', 3rd ed., Elsevier, 2009

I. Daubechies, ''Ten lectures on wavelets'', SIAM, 1992

O. Christensen, ''An introduction to frames and Riesz bases'', Birkhäuser, 2003

K. Gröchenig, ''Foundations of time-frequency analysis'', Springer, 2001

M. Elad, ''Sparse and redundant representations -- From theory to applications in signal and image processing'', Springer, 2010
Voraussetzungen / BesonderesThe course is heavy on linear algebra, operator theory, and functional analysis. A solid background in these areas is beneficial. We will, however, try to bring everybody on the same page in terms of the mathematical background required, mostly through reviews of the mathematical basics in the discussion sessions. Moreover, the lecture notes contain detailed material on the advanced mathematical concepts used in the course. If you are unsure about the prerequisites, please contact C. Aubel or H. Bölcskei.
227-0441-00LMobile Communications: Technology and Quality of Service Information W6 KP4GM. Kuhn
KurzbeschreibungBased on an introduction to wireless communications, the lecture course covers: WLAN and cellular networks, PHY technologies, MAC schemes, mechanisms supporting QoS in wireless networks, QoS measurements and evaluation, benchmarking.
LernzielIntroduction to mobile wireless communications, including characteristics of the wireless channel, PHY layer technologies (for example MIMO, OFDM etc.) and MAC layer schemes; comparison of different cellular standards; definition of QoS and support of QoS in wireless networks; understanding QoS measurements, their evaluation and benchmarking in cellular networks.
Inhalt- Introduction
- Wireless channel, propagation of electromagnetic waves, antenna structures
- Mobile communication, modulation techniques, OFDM, MIMO
- Wireless networks (cellular networks, access networks)
- Wireless standards (e.g. UMTS, LTE, IEEE 802.11)
- Services in wireless networks
- Quality of service (QoS) in wireless networks (definitions, Key Performance Indicators, mechanisms used to support QoS)
- QoS measurements (e.g. voice quality, coverage, delay) and their statistical evaluation
- Benchmarking (methodology, statistical methods and models)


Weekly exercises included in the lecture
SkriptLecture slides are available.
LiteraturWill be announced in the lecture.
Voraussetzungen / BesonderesEnglish
227-0456-00LHigh Frequency and Microwave Electronics I Information
Findet dieses Semester nicht statt.
W6 KP4GC. Bolognesi
KurzbeschreibungUnderstanding of basic building blocks of microwave electronics technology, with a focus on active semiconductor devices.
LernzielUnderstanding the fundamentals of microwave electronics technology, with emphasis on active components.
InhaltIntroduction, microstrip transmission lines, matching, semiconductors, pn-junction, noise, PIN-diode and applications, Schottky diodes and detectors, bipolar transistors and heterojunction bipolar transistors, MESFET physics and properties, high-electron mobility transistors, microwave amplifiers.
SkriptScript: Mikrowellentechnik and Mikrowellenelektronik, by Werner Bächtold
(In German).
Voraussetzungen / BesonderesThe lectures will be held in English.
227-0468-00LAnalog Signal Processing and Filtering Information
Suitable for Master Students as well as Doctoral Students.

This course will be offered in Autumn Semester from HS 2015 on.
It won't be offered in Spring 2016 anymore.
W6 KP2V + 2UH. Schmid
KurzbeschreibungThis lecture provides a wide overview over analogue (mostly integrated) filters (continuous-time and discrete-time), amplifiers, and sigma-delta converters, and gives examples with sensor interfaces and class-D audio drivers. All circuits are treated using a signal-flow view. The lecture is suitable for both analog and digital designers.
LernzielThis lecture provides a wide overview over analogue (mostly integrated) filters (continuous-time and discrete-time), amplifiers, and sigma-delta converters, and gives examples with sensor interfaces and class-D audio drivers. All these circuits are treated using a signal-flow view. The lecture is suitable for both analog and digital designers. The way the exam is done allows for the different interests of the two groups.

The learning goal is that the students can apply signal-flow graphs and can understand the signal flow in such circuits and systems (including non-ideal effects) well enough to enable them to gain an understanding of further circuits and systems by themselves.
InhaltAt the beginning, signal-flow graphs in general and driving-point signal-flow graphs in particular are introduced. We will use them during the whole term to analyze circuits and understand how signals propagate through them. The theory and CMOS implementation of active Filters is then discussed in detail using the example of Gm-C filters. Theory and implementation of opamps, current conveyors, and inductor simulators follow. The link to the practical design of circuits and systems is done with an overview over different quality measures and figures of merit used in scientific literature and datasheets. Finally, an introduction to switched-capacitor filters and circuits is given, including sensor read-out amplifiers, correlated double sampling, and chopping. These topics form the basis for the longest part of the lecture: the discussion of sigma-delta A/D and D/A converters, which are portrayed as mixed analog-digital (MAD) filters in this lecture.
SkriptThe base for these lectures are lecture notes and two or three published scientific papers. From these papers we will together develop the technical content.

Details: http://people.ee.ethz.ch/~hps/asfwiki/

Some material is protected by password; students from ETHZ who are interested can write to haschmid@ethz.ch to ask for the password even if they do not attend the lecture.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Recommended (but not required): Stochastic models and signal processing, Communication Electronics, Analog Integrated Circuits, Transmission Lines and Filters.

Knowledge of the Laplace Transform (transfer functions, poles and zeros, bode diagrams, stability criteria ...) and of the main properties of linear systems is necessary.
227-0478-00LAcoustics II Information W6 KP4GK. Heutschi
KurzbeschreibungAdvanced knowledge of the functioning and application of electro-acoustic transducers.
LernzielAdvanced knowledge of the functioning and application of electro-acoustic transducers.
InhaltElectrical, mechanical and acoustical analogies. Transducers, microphones and loudspeakers, acoustics of musical instruments, sound recording, sound reproduction, digital audio.
Skriptavailable
227-0678-00LSprachverarbeitung II Information
"Sprachverarbeitung II" findet im Frühjahr 2015 zum letzten Mal statt.
W6 KP2V + 2UB. Pfister
KurzbeschreibungInterdisziplinäre Ansätze zur Sprachsynthese und -erkennung
(aufbauend auf Vorlesung Sprachverarbeitung I)
LernzielIn diesem Kurs werden ausgewählte Konzepte und interdisziplinäre Lösungsansätze behandelt, die heute in der Sprachsynthese und in der Spracherkennung erfolgreich eingesetzt werden.
InhaltGrundlagen zur Darstellung und Anwendung linguistischen Wissens: Einführung in die Theorie der formalen Sprachen, Chomsky-Hierarchie, das Wortproblem, endliche Automaten, Parsing.
Sprachsynthese: Analyse natürlicher Sprache (Wörter und Sätze), Lexika, Grammatik für natürliche Sprache; Produktion der abstrakten Darstellung der Aussprache (Lautfolge, Akzente, Sprechgruppen). Zudem wird das ETH-Sprachsynthesesystem SVOX erläutert.
Spracherkennung: Der statistische Ansatz mit Hidden-Markov-Modellen wird eingehend behandelt: Grundlegende HMM-Algorithmen (Forward-, Viterbi- und Baum-Welch-Algorithmus), Implementationsprobleme, HMM-Training, Ganz- vs. Teilwortmodellierung, Einzelworterkenner, Erkennung kontinuierlicher Sprache, statistische und regelbasierte Beschreibung von Wortfolgen.
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:
Sprachverarbeitung I.
227-1032-00LNeuromorphic Engineering II Information W6 KP5GT. Delbrück, G. Indiveri, S.‑C. Liu
KurzbeschreibungDiese Vorlesung lehrt die Basis des analogen Chip-Design und Chip-Layout mit Betonung auf Neuromorphe Schaltungen, welche im Herbstsemester in der Vorlesung "Neuromorphic Engineering I" eingeführt werden.
LernzielDiese Vorlesung mit Übungen ermöglicht den Teilnehmern, selbst neuromorphe Schaltungen zu entwerfen und herstellen zu lassen.
InhaltEs werden verschiedene Computerprogramme vorgestellt und benutzt, die zur Simulation, zum Entwurf und zur Entwurfsverifikation von neuromorphen Schaltungen geeignet sind. Anhand von Beispielen wird aufgezeigt, worauf beim Schaltungsentwurf zu achten ist. Nützliche und notwendige Schaltungen werden erklärt und zur Verfügung gestellt. Es werden verschiedenen CMOS-Prozesse erläutert und gezeigt, wie man sie benutzen kann. Gegen Ende des Semesters kann jeder Student eine eigene Schaltung konzipieren und herstellen lassen.
LiteraturS.-C. Liu et al.: Analog VLSI Circuits and Principles; Software-Dokumentation.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: dass die Studenten bereits über die Grundkenntnisse der neuromorphen Schaltungstechnik verfügen, die sie sich am besten in der Vorlesung "Neuromorphic Engineering I" im vorangehenden Herbstsemester erwerben.
252-0526-00LStatistical Learning Theory Information W4 KP2V + 1UJ. M. Buhmann
KurzbeschreibungThe course covers advanced methods of statistical learning :
PAC learning and statistical learning theory;variational methods and optimization, e.g., maximum entropy techniques, information bottleneck, deterministic and simulated annealing; clustering for vectorial, histogram and relational data; model selection; graphical models.
LernzielThe course surveys recent methods of statistical learning. The fundamentals of machine learning as presented in the course "Introduction to Machine Learning" are expanded and in particular, the theory of statistical learning is discussed.
Inhalt# Boosting: A state-of-the-art classification approach that is sometimes used as an alternative to SVMs in non-linear classification.
# Theory of estimators: How can we measure the quality of a statistical estimator? We already discussed bias and variance of estimators very briefly, but the interesting part is yet to come.
# Statistical learning theory: How can we measure the quality of a classifier? Can we give any guarantees for the prediction error?
# Variational methods and optimization: We consider optimization approaches for problems where the optimizer is a probability distribution. Concepts we will discuss in this context include:

* Maximum Entropy
* Information Bottleneck
* Deterministic Annealing

# Clustering: The problem of sorting data into groups without using training samples. This requires a definition of ``similarity'' between data points and adequate optimization procedures.
# Model selection: We have already discussed how to fit a model to a data set in ML I, which usually involved adjusting model parameters for a given type of model. Model selection refers to the question of how complex the chosen model should be. As we already know, simple and complex models both have advantages and drawbacks alike.
# Reinforcement learning: The problem of learning through interaction with an environment which changes. To achieve optimal behavior, we have to base decisions not only on the current state of the environment, but also on how we expect it to develop in the future.
Skriptno script; transparencies of the lectures will be made available.
LiteraturDuda, Hart, Stork: Pattern Classification, Wiley Interscience, 2000.

Hastie, Tibshirani, Friedman: The Elements of Statistical Learning, Springer, 2001.

L. Devroye, L. Gyorfi, and G. Lugosi: A probabilistic theory of pattern recognition. Springer, New York, 1996
Voraussetzungen / BesonderesRequirements:

basic knowledge of statistics, interest in statistical methods.

It is recommended that Introduction to Machine Learning (ML I) is taken first; but with a little extra effort Statistical Learning Theory can be followed without the introductory course.
227-0120-00LCommunication Networks Information W6 KP4GB. Plattner, B. L. H. Ager, P. Georgopoulos, K. A. Hummel, L. Vanbever
KurzbeschreibungThe students will understand the fundamental concepts of communication networks, with a focus on computer networking. They will learn to identify relevant mechanisms that are used in networks, and will see a reasonable set of examples implementing such mechanisms, both as seen from an abstract perspective and with hands-on, practical experience.
LernzielThe students will understand the fundamental concepts of communication networks, with a focus on computer networking. They will learn to identify relevant mechanisms that are used to networks work, and will see a reasonable set of examples implementing such mechanisms, both as seen from an abstract perspective and with hands-on, practical experience.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: A layered model of communication systems (represented by the OSI Reference Model) has previously been introduced.
252-0286-00LSystem Construction Information
Findet dieses Semester nicht statt.
The course will be offered again in the autumn semester 2015.
W4 KP2V + 1Ukeine Angaben
KurzbeschreibungMain goal is teaching knowledge and skills needed for building custom operating systems and runtime environments. Relevant topics are studied at the example of sufficiently simple systems that have been built at our Institute in the past, ranging from purpose-oriented single processor real-time systems up to generic system kernels on multi-core hardware.
LernzielThe lecture's main goal is teaching of knowledge and skills needed for building custom operating systems and runtime environments.

The lecture intends to supplement more abstract views of software construction, and to contribute to a better understanding of "how it really works" behind the scenes.
InhaltCase Study 1: Embedded System
- Safety-critical and fault-tolerant monitoring system
- Based on an auto-pilot system for helicopters

Case Study 2: Multi-Processor Operating System
- Universal operating system for symmetric multiprocessors
- Shared memory approach
- Based on Language-/System Codesign (Active Oberon / A2)

Case Study 3: Custom designed Single-Processor System
- RISC Single-processor system designed from scratch
- Hardware on FPGA
- Graphical workstation OS and compiler (Project Oberon)

Case Study 4: Custom-designed Multi-Processor System
- Special purpose heterogeneous system on a chip
- Masssively parallel hard- and software architecture based on message passing
- Focus: dataflow based applications
SkriptPrinted lecture notes will be delivered during the lecture. Slides will also be available from the lecture homepage.
Computers and Networks
Kernfächer
Diese Fächer sind besonders Empfohlen, um sich in "Computers and Networks" zu vertiefen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0558-00LPrinciples of Distributed Computing Information W6 KP2V + 2U + 1AR. Wattenhofer
KurzbeschreibungWe study the fundamental issues underlying the design of distributed systems: communication, coordination, fault-tolerance, locality, parallelism, self-organization, symmetry breaking, synchronization, uncertainty. We explore essential algorithmic ideas and lower bound techniques.
LernzielDistributed computing is essential in modern computing and communications systems. Examples are on the one hand large-scale networks such as the Internet, and on the other hand multiprocessors such as your new multi-core laptop. This course introduces the principles of distributed computing, emphasizing the fundamental issues underlying the design of distributed systems and networks: communication, coordination, fault-tolerance, locality, parallelism, self-organization, symmetry breaking, synchronization, uncertainty. We explore essential algorithmic ideas and lower bound techniques, basically the "pearls" of distributed computing. We will cover a fresh topic every week.
InhaltDistributed computing models and paradigms, e.g. message passing, shared memory, synchronous vs. asynchronous systems, time and message complexity, peer-to-peer systems, small-world networks, social networks, sorting networks, wireless communication, and self-organizing systems.

Distributed algorithms, e.g. leader election, coloring, covering, packing, decomposition, spanning trees, mutual exclusion, store and collect, arrow, ivy, synchronizers, diameter, all-pairs-shortest-path, wake-up, and lower bounds
SkriptAvailable. Our course script is used at dozens of other universities around the world.
LiteraturLecture Notes By Roger Wattenhofer. These lecture notes are taught at about a dozen different universities through the world.

Distributed Computing: Fundamentals, Simulations and Advanced Topics
Hagit Attiya, Jennifer Welch.
McGraw-Hill Publishing, 1998, ISBN 0-07-709352 6

Introduction to Algorithms
Thomas Cormen, Charles Leiserson, Ronald Rivest.
The MIT Press, 1998, ISBN 0-262-53091-0 oder 0-262-03141-8

Disseminatin of Information in Communication Networks
Juraj Hromkovic, Ralf Klasing, Andrzej Pelc, Peter Ruzicka, Walter Unger.
Springer-Verlag, Berlin Heidelberg, 2005, ISBN 3-540-00846-2

Introduction to Parallel Algorithms and Architectures: Arrays, Trees, Hypercubes
Frank Thomson Leighton.
Morgan Kaufmann Publishers Inc., San Francisco, CA, 1991, ISBN 1-55860-117-1

Distributed Computing: A Locality-Sensitive Approach
David Peleg.
Society for Industrial and Applied Mathematics (SIAM), 2000, ISBN 0-89871-464-8
Voraussetzungen / BesonderesCourse pre-requisites: Interest in algorithmic problems. (No particular course needed.)
227-0678-00LSprachverarbeitung II Information
"Sprachverarbeitung II" findet im Frühjahr 2015 zum letzten Mal statt.
W6 KP2V + 2UB. Pfister
KurzbeschreibungInterdisziplinäre Ansätze zur Sprachsynthese und -erkennung
(aufbauend auf Vorlesung Sprachverarbeitung I)
LernzielIn diesem Kurs werden ausgewählte Konzepte und interdisziplinäre Lösungsansätze behandelt, die heute in der Sprachsynthese und in der Spracherkennung erfolgreich eingesetzt werden.
InhaltGrundlagen zur Darstellung und Anwendung linguistischen Wissens: Einführung in die Theorie der formalen Sprachen, Chomsky-Hierarchie, das Wortproblem, endliche Automaten, Parsing.
Sprachsynthese: Analyse natürlicher Sprache (Wörter und Sätze), Lexika, Grammatik für natürliche Sprache; Produktion der abstrakten Darstellung der Aussprache (Lautfolge, Akzente, Sprechgruppen). Zudem wird das ETH-Sprachsynthesesystem SVOX erläutert.
Spracherkennung: Der statistische Ansatz mit Hidden-Markov-Modellen wird eingehend behandelt: Grundlegende HMM-Algorithmen (Forward-, Viterbi- und Baum-Welch-Algorithmus), Implementationsprobleme, HMM-Training, Ganz- vs. Teilwortmodellierung, Einzelworterkenner, Erkennung kontinuierlicher Sprache, statistische und regelbasierte Beschreibung von Wortfolgen.
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:
Sprachverarbeitung I.
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0116-00LVLSI I: von Architektur zu hochintegrierter Schaltung und FPGA Information W7 KP5GH. Kaeslin, N. Felber
KurzbeschreibungDiese erste Lehrveranstaltung aus einer dreisemestrigen Vorlesungsreihe befasst sich mit dem Entwurf von Algorithmen und leistungsfähigen Hardware-Architekturen im Hinblick auf ihre Realisierung als ASIC oder mit FPGAs. Im Zentrum steht der Front-End Design mit HDLs sowie automatischer Synthese zur Erzeugung funktionssicherer Schaltungen.
LernzielHochintegrierte Schaltungen (VLSI chips), Anwendungsspezifische Integrierte Schaltungen (ASIC) sowie Field-Programmable Gate-Arrays (FPGA) verstehen. Ihren inneren Aufbau kennen und passende Einsatzgebiete identifizieren können. Beherrschen des Front-End Designs vom Architekturentwurf bis zu Netzlisten auf Gatterniveau. Modellierung und Simulation von Digitalschaltungen mit VHDL oder SystemVerilog. Gewährleisten des korrekten Verhaltens mithilfe von Simulation, Testbenches, und Assertions. Einsatz automatischer Synthesewerkzeuge zur Erzeugung funktionssicherer VLSI und FPGA Schaltungen. Sammeln von praktischen Erfahrungen mit der Hardwarebeschreibungssprache VHDL sowie mit industriellen Werzeugen zur Entwurfsautomatisierung (EDA).
InhaltDie Lehrveranstaltung befasst sich mit Systemaspekten beim Entwurf von hochintegrierten Schaltungen (VLSI) und mit komplexen programmierbaren Bausteinen (FPGA). Behandelt werden:
- Übersicht über Entwurfsmethoden und Fabrikationstiefen.
- Abstraktionsniveaus der Schaltungsmodellierung.
- Aufbau und Konfiguration kommerzieller feldprogrammierbarer Bausteine.
- Design Flows für VLSI und FPGA.
- Spezialisierte und general purpose Architekturen im Vergleich.
- Erarbeiten von Architekturen zu gegebenen Algorithmen.
- Optimierung von Durchsatz, Schaltungsgrösse und Energieeffizienz mithilfe von Architekturumformungen.
- Hardware-Beschreibungssprachen und zugrundeliegende Konzepte.
- VHDL und SystemVerilog im Vergleich.
- VHDL (IEEE Norm 1076) zur Schaltungssimulation und -synthese.
- Das dazu passende neunwertige Logik-System (IEEE Norm 1164).
- Register-Transfer-Level (RTL) Synthese und ihre Grenzen.
- Baublöcke digitaler VLSI Schaltungen.
- Techniken zur funktionalen Verifikation und ihre Grenzen.
- Modulare, weitgehend wiederverwendbare Testbenches.
- Assertion-basierte Verifikation.
- Evaluation synchroner und asynchroner Schaltungstechniken.
- Ein Plädoyer für synchrone Schaltungstechnik.
- Periodische Ereignisse und das Anceau Diagramm.
- Fallstudien und Beispiele, Vergleich von ASICs mit Mikroprozessoren, DSPs und FPGAs.

In den Übungen wird eine digitale Schaltung in VHDL modelliert und eine Testbench für Simulationszwecke geschrieben. Anschliessend werden Netzlisten für VLSI-Schaltungen und FPGAs synthetisiert. Es gelangt ausschliesslich kommerzielle Software führender Anbieter zur Anwendung.
SkriptLehrbuch und alle weiteren Unterlagen in englischer Sprache.
LiteraturH. Kaeslin: "Top-Down Digital VLSI Design, from Architectures to Gate-Level Circuits and FPGAs", Elsevier, 2014, ISBN 9780128007303.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Grundkenntnisse in Digitaltechnik.

Prüfungen:
Schriftlich im Anschluss an das Vorlesungssemester (FS). Prüfungsaufgaben sind in Englisch vorgegeben, Antworten werden auf Deutsch oder Englisch akzeptiert.

Weiterführende Informationen:
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/vlsi1.en.html
227-0126-00LAdvanced Topics in Networked Embedded Systems Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Number of participants limited to 12.
W2 KP1SO. Saukh, J. Beutel, L. Thiele
KurzbeschreibungThe seminar will cover advanced topics in networked embedded systems. A particular focus are cyber-physical systems and sensor networks in various application domains.
LernzielThe goal is to get a deeper understanding on leading edge technologies in the discipline, on classes of applications, and on current as well as future research directions.
InhaltThe seminar enables Master students, PhDs and Postdocs to learn about latest breakthroughs in wireless sensor networks, networked embedded systems and devices, and energy-harvesting in several application domains, including environmental monitoring, tracking, smart buildings and control. Participants are requested to actively participate in the organization and preparation of the seminar.
227-0198-00LWearable Systems II: Design and Implementation Information W6 KP4GG. Tröster
KurzbeschreibungIntegrationskonzepte und -Technologien mobiler Computer in der Kleidung.
Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG
neue Substrate (eTextile, Smart Textile), organisches Material (Folien)
Leistung und Energie in Wearable Systemen.
Ökonomische Randbedingungen
Bewertung und Konzeption von Forschungsinstitutionen, -Projekten und -Anträgen
LernzielUm Wearable Computer auch kommerziell erfolgreich in Kleidung integrieren zu können, sind neben innovativen Aufbau- und Kommunikationstechnologien auch ökonomische und ethische Aspekte zu berücksichtigen.

Wir werden folgende Themen behandeln:
> Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG, ...
> Aufbautechnologien: neue Substrate (eTextiles, Smart Textile), organisches Material (Folien),
> Leistung und Energie in mobilen Systemen.
> Privatheit

Mit einem Businessplan wollen wir die Kommerzialisierung unserer 'Wearable Computers' durchexerzieren.

Die Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzept auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden.
InhaltUm Wearable Computer auch kommerziell erfolgreich in Kleidung integrieren zu können, sind neben innovativen Aufbau- und Kommunikationstechnologien auch ökonomische und ethische Aspekte zu berücksichtigen.

Wir werden folgende Themen behandeln:
> Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG, ...
> Aufbautechnologien: neue Substrate (eTextiles, Smart Textile), organisches Material (Folien),
> Leistung und Energie in mobilen Systemen.
> Privatheit

Mit einem Businessplan wollen wir die Kommerzialisierung unserer 'Wearable Computers' durchexerzieren.

Die Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzepte auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden.
SkriptFür die Kommunikation steht ein wiki-System zur Verfügung; darin enthalten sind Manuskript und Unterlagen zu den Lektionen.
http://www.ife.ee.ethz.ch/education/wearable_systems_2/
LiteraturWird in den Vorlesungsunterlagen zur Verfügung gestellt
Voraussetzungen / BesonderesDie Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzepte auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden.

Es sind keine speziellen Voraussetzungen erforderlich, auch nicht der Besuch der Veranstaltung 'Wearable Systems 1'
227-0420-00LInformation Theory II Information W6 KP2V + 2US. M. Moser
KurzbeschreibungThis course builds on Information Theory I. It introduces additional topics in single-user communication, connections between Information Theory and Statistics, and Network Information Theory.
LernzielThe course has two objectives: to introduce the students to the key information theoretic results that underlay the design of communication systems and to equip the students with the tools that are needed to conduct research in Information Theory.
InhaltDifferential entropy, maximum entropy, the Gaussian channel and water filling, the entropy-power inequality, Sanov's Theorem, Fisher information, the broadcast channel, the multiple-access channel, Slepian-Wolf coding, and the Gelfand-Pinsker problem.
Skriptn/a
LiteraturT.M. Cover and J.A. Thomas, Elements of Information Theory, second edition, Wiley 2006
227-0436-00LDigital Communication and Signal Processing Information W6 KP2V + 2UA. Wittneben
KurzbeschreibungA comprehensive presentation of modern digital modulation, detection and synchronization schemes and relevant aspects of signal processing enables the student to analyze, simulate, implement and research the physical layer of advanced digital communication schemes. The course both covers the underlying theory and provides problem solving and hands-on experience.
LernzielDigital communication systems are characterized by ever increasing requirements on data rate, spectral efficiency and reliability. Due to the huge advances in very large scale integration (VLSI) we are now able to implement extremely complex digital signal processing algorithms to meet these challenges. As a result the physical layer (PHY) of digital communication systems has become the dominant function in most state-of-the-art system designs. In this course we discuss the major elements of PHY implementations in a rigorous theoretical fashion and present important practical examples to illustrate the application of the theory. In Part I we treat discrete time linear adaptive filters, which are a core component to handle multiuser and intersymbol interference in time-variant channels. Part II is a seminar block, in which the students develop their analytical and experimental (simulation) problem solving skills. After a review of major aspects of wireless communication we discuss, simulate and present the performance of novel cooperative and adaptive multiuser wireless communication systems. As part of this seminar each students has to give a 15 minute presentation and actively attends the presentations of the classmates. In Part III we cover parameter estimation and synchronization. Based on the classical discrete detection and estimation theory we develop maximum likelihood inspired digital algorithms for symbol timing and frequency synchronization.
InhaltPart I: Linear adaptive filters for digital communication
• Finite impulse response (FIR) filter for temporal and spectral shaping
• Wiener filters
• Method of steepest descent
• Least mean square adaptive filters

Part II: Seminar block on cooperative wireless communication
• review of the basic concepts of wireless communication
• multiuser amplify&forward relaying
• performance evaluation of adaptive A&F relaying schemes and student presentations

Part III: Parameter estimation and synchronization
• Discrete detection theory
• Discrete estimation theory
• Synthesis of synchronization algorithms
• Frequency estimation
• Timing adjustment by interpolation
SkriptLecture notes.
Literatur[1] Oppenheim, A. V., Schafer, R. W., "Discrete-time signal processing", Prentice-Hall, ISBN 0-13-754920-2.
[2] Haykin, S., "Adaptive filter theory", Prentice-Hall, ISBN 0-13-090126-1.
[3] Van Trees, H. L., "Detection , estimation and modulation theory", John Wiley&Sons, ISBN 0-471-09517-6.
[4] Meyr, H., Moeneclaey, M., Fechtel, S. A., "Digital communication receivers: synchronization, channel estimation and signal processing", John Wiley&Sons, ISBN 0-471-50275-8.
Voraussetzungen / BesonderesFormal prerequisites: none
Recommended: Communication Systems or equivalent
227-0559-00LSeminar in Distributed Computing Information W2 KP2SR. Wattenhofer
KurzbeschreibungIn this seminar participating students present and discuss recent research papers in the area of distributed computing. The seminar consists of algorithmic as well as systems papers in distributed computing theory, peer-to-peer computing, ad hoc and sensor networking, or multi-core computing.
LernzielIn the last two decades, we have experienced an unprecedented growth in the area of distributed systems and networks; distributed computing now encompasses many of the activities occurring in today's computer and communications world. This course introduces the basics of distributed computing, highlighting common themes and techniques. We study the fundamental issues underlying the design of distributed systems: communication, coordination, synchronization, uncertainty. We explore essential algorithmic ideas and lower bound techniques.

In this seminar, students present the latest work in this domain.

Seminar language: English
InhaltDifferent each year. For details see: www.disco.ethz.ch/courses.html
SkriptSlides of presentations will be made available.
LiteraturPapers.
The actual paper selection can be found on www.disco.ethz.ch/courses.html.
252-0407-00LCryptography Information W7 KP3V + 2U + 1AU. Maurer
KurzbeschreibungFundamentals and applications of cryptography. Cryptography as a mathematical discipline: reductions, constructive cryptography paradigm, security proofs. The discussed primitives include cryptographic functions, pseudo-randomness, symmetric encryption and authentication, public-key encryption, key agreement, and digital signature schemes. Selected cryptanalytic techniques.
LernzielThe goals are:
(1) understand the basic theoretical concepts and scientific thinking in cryptography;
(2) understand and apply some core cryptographic techniques and security proof methods;
(3) be prepared and motivated to access the scientific literature and attend specialized courses in cryptography.
InhaltSee course description.
Skriptyes.
Voraussetzungen / BesonderesFamiliarity with the basic cryptographic concepts as treated for
example in the course "Information Security" is required but can
in principle also be acquired in parallel to attending the course.
252-0408-00LCryptographic Protocols Information W5 KP2V + 2UU. Maurer, M. Hirt
KurzbeschreibungThe course presents a selection of hot research topics in cryptography. The choice of topics varies and may include provable security, interactive proofs, zero-knowledge protocols, secret sharing, secure multi-party computation, e-voting, etc.
LernzielIndroduction to a very active research area with many gems and paradoxical
results. Spark interest in fundamental problems.
InhaltThe course presents a selection of hot research topics in cryptography. The choice of topics varies and may include provable security, interactive proofs, zero-knowledge protocols, secret sharing, secure multi-party computation, e-voting, etc.
Skriptthe lecture notes are in German, but they are not required as the entire
course material is documented also in other course material (in english).
Voraussetzungen / BesonderesA basic understanding of fundamental cryptographic concepts
(as taught for example in the course Information Security or
in the course Cryptography) is useful, but not required.
851-0734-00LRecht der InformationssicherheitW2 KP2VU. Widmer
KurzbeschreibungEinführung in das Recht der Informationssicherheit für Nicht-Juristen bzw. angehende Entscheidträger von Unternehmen und Behörden, welche sich mit Fragen der Informationssicherheit zu befassen haben (CIO, COO, CEOs). Die Vorlesung behandelt die rechtlichen Aspekte der Sicherheit von ICT-Infrastrukturen und Netzen (Internet) und der transportierten und verarbeiteten Informationen.
LernzielLernziel ist das Erkennen der Bedeutung und der Ziele der Informationssicherheit und der rechtlichen Rahmenbedingungen, die Kenntnis des rechtlichen Instrumentariums für einen effizienten Schutz von Infrastrukturen und schützenswerten Rechtsgütern sowie die Analyse von allfälligen Regelungslücken und möglicher Massnahmen. Für den Besuch der Vorlesung braucht es keine juristischen Vorkenntnisse.
InhaltEs werden aktuelle branchenspezifische und sektorübergreifende Themen aus dem Spannungsfeld zwischen Technik und Recht aus den Bereichen Datenschutzrecht, Computerdelikte, gesetzliche Geheimhaltungspflichten, Fernmeldeüberwachung (Internet), elektronische Signatur, Haftungsrecht etc. behandelt.
SkriptPowerpoint-Slides, welche entweder zu Vorlesungsbeginn jeweils abrufbar sind oder in der Vorlesung in Papierform abgegeben werden.
LiteraturAuf weiterführende Literatur wird jeweils in der Vorlesung hingewiesen werden.
Electronics and Photonics
Kernfächer
Diese Fächer sind besonders Empfohlen, um sich in "Electronics and Photonics" zu vertiefen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0111-00LCommunication Electronics Information W6 KP2V + 2UQ. Huang
KurzbeschreibungElectronics for communications systems, with emphasis on realization. Low noise amplifiers, modulators and demodulators, transmit amplifiers and oscillators are discussed in the context of wireless communications. Wireless receiver, transmitter and frequency synthesizer will be described. Importance of and trade offs among sensitivity, linearity and selectivity are discussed extensively.
LernzielFoundation course for understanding modern electronic circuits for communication applications. We learn how theoretical communications principles are reduced to practice using transistors, switches, inductors, capacitors and resistors. The harsh environment such communication electronics will be exposed to and the resulting requirements on the sensitivity, linearity and selectivity help explain the design trade offs encountered in every circuit block found in a modern transceiver.
InhaltAccounting for more than two trillion dollars per year, communications is one of the most important drivers for advanced economies of our time. Wired networks have been a key enabler to the internet age and the proliferation of search engines, social networks and electronic commerce, whereas wireless communications, cellular networks in particular, have liberated people and increased productivity in developed and developing nations alike. Integrated circuits that make such communications devices light weight and affordable have played a key role in the proliferation of communications.
This course introduces our students to the key components that realize the tangible products in electronic form. We begin with an introduction to wireless communications, and describe the harsh environment in which a transceiver has to work reliably. In this context we highlight the importance of sensitivity or low noise, linearity, selectivity, power consumption and cost, that are all vital to a competitive device in such applications.
We shall review bipolar and MOS devices from a designer's prospectives, before discussing basic amplifier structures - common emitter/source, common base/gate configurations, their noise performance and linearity, impedance matching, and many other things one needs to know about a low noise amplifier.
We will discuss modulation, and the mixer that enables its implementation. Noise and linearity form an inseparable part of the discussion of its design, but we also introduce the concept of quadrature demodulator, image rejection, and the effects of mismatch on performance.
When mixers are used as a modulator the signals they receive are usually large and the natural linearity of transistors becomes insufficient. The concept of feedback will be introduced and its function as an improver of linearity studied in detail.
Amplifiers in the transmit path are necessary to boost the power level before the signal leaves an integrated circuit to drive an even more powerful amplifier (PA) off chip. Linearized pre-amplifiers will be studied as part of the transmitter.
A crucial part of a mobile transceiver terminal is the generation of local oscillator signals at the desired frequencies that are required for modulation and demodulation. Oscillators will be studied, starting from stability criteria of an electronic system, then leading to criteria for controlled instability or oscillation. Oscillator design will be discussed in detail, including that of crystal controlled oscillators which provide accurate time base.
An introduction to phase-locked loops will be made, illustrating how it links a variable frequency oscillator to a very stable fixed frequency crystal oscillator, and how phase detector, charge pump and programmable dividers all serve to realize an agile frequency synthesizer that is very stable in each frequency synthesized.
SkriptScript with slides and notes is available.
Voraussetzungen / BesonderesThe course Analog Integrated Circuits is recommended as preparation for this course.
227-0146-00LAnalog-to-Digital Converters Information W6 KP2V + 2UQ. Huang, T. Burger
KurzbeschreibungThis course provides a thorough treatment of integrated data conversion systems from system level specifications and trade-offs, over architecture choice down to circuit implementation.
LernzielData conversion systems are substantial sub-parts of many electronic systems, e.g. the audio conversion system of a home-cinema systems or the base-band front-end of a wireless modem. Data conversion systems usually determine the performance of the overall system in terms of dynamic range and linearity. The student will learn to understand the basic principles behind data conversion and be introduced to the different methods and circuit architectures to implement such a conversion. The conversion methods such as successive approximation or algorithmic conversion are explained with their principle of operation accompanied with the appropriate mathematical calculations, including the effects of non-idealties in some cases. After successful completion of the course the student should understand the concept of an ideal ADC, know all major converter architectures, their principle of operation and what governs their performance.
Inhalt- Introduction: information representation and communication; abstraction, categorization and symbolic representation; basic conversion algorithms; data converter application; tradeoffs among key parameters; ADC taxonomy.
- Dual-slope & successive approximation register (SAR) converters: dual slope principle & converter; SAR ADC operating principle; SAR implementation with a capacitive array; range extension with segmented array.
- Algorithmic & pipelined A/D converters: algorithmic conversion principle; sample & hold stage; pipe-lined converter; multiplying DAC; flash sub-ADC and n-bit MDAC; redundancy for correction of non-idealties, error correction.
- Performance metrics and non-linearity: ideal ADC; offset, gain error, differential and integral non-linearities; capacitor mismatch; impact of capacitor mismatch on SAR ADC's performance.
- Flash, folding an interpolating analog-to-digital converters: flash ADC principle, thermometer to binary coding, sparkle correction; limitations of flash converters; the folding principle, residue extraction; folding amplifiers; cascaded folding; interpolation for folding converters; cascaded folding and interpolation.
- Noise in analog-to-digital converters: types of noise; noise calculation in electronic circuit, kT/C-noise, sampled noise; noise analysis in switched-capacitor circuits; aperture time uncertainty and sampling jitter.
- Delta-sigma A/D-converters: linearity and resolution; from delta-modulation to delta-sigma modulation; first-oder delta-sigma modulation, circuit level implementation; clock-jitter & SNR in delta-sigma modulators; second-order delta-sigma modulation, higher-order modulation, design procedure for a single-loop modulator.
- Digital-to-analog converters: introduction; current scaling D/A converter, current steering DAC, calibration for improved performance.
SkriptHandouts of the slides will be distributed.
Literatur- B. Razavi, Principles of Data Conversion System Design, IEEE Press, 1994
- M. Gustavsson et. al., CMOS Data Converters for Communications, Springer, 2010
- R.J. van de Plassche, CMOS Integrated Analog-to-Digital and Digital-to-Analog Converters, Springer, 2010
Voraussetzungen / BesonderesIt is highly recommended to attend the course "Analog Integrated Circuits" of Prof. Huang as a preparation for this course.
227-0148-00LVLSI III: Test and Fabrication of VLSI Circuits Information W6 KP4GN. Felber, H. Kaeslin
KurzbeschreibungDie letzte der drei Lehrveranstaltungen behandelt die Herstellung von integrierten Schaltungen (IC) in CMOS Technologie, die dabei möglicherweise auftretenden Defekte, sowie vor allem Verfahren und Werkzeuge zum Erkennen von Entwurfsfehlern und Fabrikationsdefekten.
LernzielBeherrschen von Methoden, Software-Werkzeugen und Apparaturen zum testgerechten Entwurf von VLSI Schaltungen, zum Prüfen fabrizierter digitaler ICs, sowie zur physikalischen Analyse im Fehlerfall. Grundwissen über moderne Halbleitertechnologien.
InhaltDiese letzte von drei Vorlesungen geht auf CMOS Fabrikationstechnologie, die Prüfung, die physikalische Analyse und Verpackungstechnik von VLSI Schaltungen ein. Künftige Entwicklungsmöglichkeiten der Mikro- und Nanoelektronik werden ebenfalls aufgezeigt. Behandelt werden:
- Auswirkung von Fabrikationsfehlern.
- Abstraktion vom physikalischen Fehlermodell zu solchen auf Transistor- und Gatterniveau.
- Fehlersimulation an grossen ASICs.
- Erzeugung effizienter Testvektoren.
- Verbesserung der Testbarkeit durch eingebaute Testmechanismen.
- Aufbau und Einsatz von IC-Testern.
- Physikalische Analyse von Bauelementen.
- Verpackungsprobleme und Lösungen.
- Heutige Nanometer CMOS Fabrikationsprozesse (HKMG).
- Optische und post-optische Photolithographie.
- Mögliche Alternativen zur CMOS Technik und MOSFETs.
- Entwicklungsrichtungen für den Schaltungsentwurf.
- Industrielle Planungsgrundlagen für die Weiterentwicklung der Halbleitertechnologie (ITRS).

In den Übungen werden Softwaretools und ASIC-Testgeräte eingesetzt zur Verifikation der Schaltungen nach deren Fabrikation - so weit vorhanden des eigenen ICs aus der Semesterarbeit im 7. Semester. Physikalische Analysemethoden mit professionellem Equipment (AFM, DLTS) vervollständigen die Ausbildung.
SkriptEnglischsprachiges Vorlesungsskript.

Sämtliche Unterlagen in englischer Sprache.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Grundkenntnisse in digitaler Schaltungstechnik.

Weiterführende Informationen:
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/vlsi3.en.html
227-0159-00LQuantum Transport in Nanoscale Devices Information W6 KP2V + 2UM. Luisier
KurzbeschreibungThis class offers an introduction into quantum transport theory, a rigorous approach to electron transport at the nanoscale. It covers different topics such as bandstructure, Wave Function and Non-equilibrium Green's Function formalisms, and electron interactions with their environment. Matlab exercises accompany the lectures where students learn how to develop their own transport simulator.
LernzielThe continuous scaling of electronic devices has given rise to structures whose dimensions do not exceed a few atomic layers. At this size, electrons do not behave as particle any more, but as propagating waves and the classical representation of electron transport as the sum of drift-diffusion processes fails. The purpose of this class is to explore and understand the displacement of electrons through nanoscale device structures based on state-of-the-art quantum transport methods and to get familiar with the underlying equations by developing his own nanoelectronic device simulator.
InhaltThe following topics will be addressed:
- Introduction to quantum transport modeling
- Bandstructure representation and effective mass approximation
- Open vs closed boundary conditions to the Schrödinger equation
- Comparison of the Wave Function and Non-equilibrium Green's Function formalisms as solution to the Schrödinger equation
- Self-consistent Schödinger-Poisson simulations
- Quantum transport simulations of resonant tunneling diodes and quantum well nano-transistors
- Top-of-the-barrier simulation approach to nano-transistor
- Electron interactions with their environment (phonon, roughness, impurity,...)
- Multi-band transport models
SkriptLecture slides are distributed every week and can be found at
http://www.iis.ee.ethz.ch/stud_area/vorlesungen/electransport.en.html
LiteraturRecommended textbook: "Electronic Transport in Mesoscopic Systems", Supriyo Datta, Cambridge Studies in Semiconductor Physics and Microelectronic Engineering, 1997
Voraussetzungen / BesonderesBasic knowledge of semiconductor device physics and quantum mechanics
227-0456-00LHigh Frequency and Microwave Electronics I Information
Findet dieses Semester nicht statt.
W6 KP4GC. Bolognesi
KurzbeschreibungUnderstanding of basic building blocks of microwave electronics technology, with a focus on active semiconductor devices.
LernzielUnderstanding the fundamentals of microwave electronics technology, with emphasis on active components.
InhaltIntroduction, microstrip transmission lines, matching, semiconductors, pn-junction, noise, PIN-diode and applications, Schottky diodes and detectors, bipolar transistors and heterojunction bipolar transistors, MESFET physics and properties, high-electron mobility transistors, microwave amplifiers.
SkriptScript: Mikrowellentechnik and Mikrowellenelektronik, by Werner Bächtold
(In German).
Voraussetzungen / BesonderesThe lectures will be held in English.
227-0198-00LWearable Systems II: Design and Implementation Information W6 KP4GG. Tröster
KurzbeschreibungIntegrationskonzepte und -Technologien mobiler Computer in der Kleidung.
Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG
neue Substrate (eTextile, Smart Textile), organisches Material (Folien)
Leistung und Energie in Wearable Systemen.
Ökonomische Randbedingungen
Bewertung und Konzeption von Forschungsinstitutionen, -Projekten und -Anträgen
LernzielUm Wearable Computer auch kommerziell erfolgreich in Kleidung integrieren zu können, sind neben innovativen Aufbau- und Kommunikationstechnologien auch ökonomische und ethische Aspekte zu berücksichtigen.

Wir werden folgende Themen behandeln:
> Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG, ...
> Aufbautechnologien: neue Substrate (eTextiles, Smart Textile), organisches Material (Folien),
> Leistung und Energie in mobilen Systemen.
> Privatheit

Mit einem Businessplan wollen wir die Kommerzialisierung unserer 'Wearable Computers' durchexerzieren.

Die Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzept auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden.
InhaltUm Wearable Computer auch kommerziell erfolgreich in Kleidung integrieren zu können, sind neben innovativen Aufbau- und Kommunikationstechnologien auch ökonomische und ethische Aspekte zu berücksichtigen.

Wir werden folgende Themen behandeln:
> Textile Sensoren: Dehnung, Druck, Temperatur; EKG, EMG, ...
> Aufbautechnologien: neue Substrate (eTextiles, Smart Textile), organisches Material (Folien),
> Leistung und Energie in mobilen Systemen.
> Privatheit

Mit einem Businessplan wollen wir die Kommerzialisierung unserer 'Wearable Computers' durchexerzieren.

Die Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzepte auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden.
SkriptFür die Kommunikation steht ein wiki-System zur Verfügung; darin enthalten sind Manuskript und Unterlagen zu den Lektionen.
http://www.ife.ee.ethz.ch/education/wearable_systems_2/
LiteraturWird in den Vorlesungsunterlagen zur Verfügung gestellt
Voraussetzungen / BesonderesDie Veranstaltung findet - unterstützt durch ein wiki-System - als Seminar statt, in dem unter dem Aspekt 'Konzeption eines Forschungsprojektes' die genannten Themen behandelt werden. Ensprechend der ETH-Initiative 'Critical Thinking' werden wir Implementierungskonzepte auch in Bezug auf ihren sozialen und wissenschafdtlichen Kontext analysieren. Dabei wechseln sich Präsentationen, Workshops und Diskussionen ab. Anstelle einer mündlichen Prüfung kann eine schriftliche Arbeit in Form eines Forschungsplans verfasst werden.

Es sind keine speziellen Voraussetzungen erforderlich, auch nicht der Besuch der Veranstaltung 'Wearable Systems 1'
151-0172-00LDevices and Systems Information W5 KP4GC. I. Roman, A. Hierlemann
KurzbeschreibungThe students are introduced to the fundamentals and physics of microelectronic devices as well as to microsystems in general (MEMS). They will be able to apply this knowledge for system research and development and to assess and apply principles, concepts and methods from a broad range of technical and scientific disciplines for innovative products.
LernzielThe students are introduced to the fundamentals and physics of microelectronic devices as well as to microsystems in general (MEMS), basic electronic circuits for sensors, RF-MEMS, chemical microsystems, BioMEMS and microfluidics, magnetic sensors and optical devices, and in particular to the concepts of Nanosystems (focus on carbon nanotubes), based on the respective state-of-research in the field. They will be able to apply this knowledge for system research and development and to assess and apply principles, concepts and methods from a broad range of technical and scientific disciplines for innovative products.
InhaltIntroduction to semiconductors, MOSFET transistors
Basic electronic circuits for sensors and microsystems
Transducer Fundamentals
Chemical sensors and biosensors, microfluidics and bioMEMS
RF MEMS
Magnetic Sensors, optical Devices
Nanosystem concepts
Skripthandouts
227-0150-00LAdvanced System-on-chip Design: Integrated Parallel Computing Architectures Information W6 KP4GL. Benini
KurzbeschreibungThe course will cover Digital System-on-Chip architectures: multi-cores, many-cores, GP-GPUs and heterogeneous platforms, with an in-depth view on design tools and methods targeting advanced nanometer-scale technology and system integration options.
LernzielTo provide an in-depth understanding of the links and dependencies between architectures and their silicon implementation and to get an
exposure to state-of-the-art methodologies for designing complex integrated systems using advanced technologies. Practical experience will also be gained through projects assigned on specific topics.
InhaltThe course will cover Digital System-on-Chip architectures, design tools and methods, with an in-depth view on design challenges related to advanced silicon technology and state-of-the-art system integration options (novel storage options, three-dimensional integration, advanced system packaging). The emphasis will be on programmable parallel architectures, namely, multi and many- cores, GPUs, vector accelerators, heterogeneous platforms, and the complex design choices required to achieve scalability and energy proportionality. The course will cover not only circuit, logic and microarchitecture design, but it will also delve into system design, touching on hardware-software tradeoffs and full-system analysis and optimization taking into account non-functional constraints and quality metrics, such as power consumption, thermal dissipation, reliability and variability.
SkriptSlides will be provided to accompany lectures
LiteraturD. Patterson, J. Hennessy, Computer Architecture, Fifth Edition: A Quantitative Approach (The Morgan Kaufmann Series in Computer Architecture and Design), 2011.

D. Patterson, J. Hennessy, Computer Organization and Design, Fifth Edition: The Hardware/Software Interface (The Morgan Kaufmann Series in Computer Architecture and Design), 2013.
Voraussetzungen / BesonderesKnowledge of digital design at the level of "Design of Digital Circuits SS12" is required.

Knowledge of basic VLSI design at the level of "VLSI I: Architectures of VLSI Circuits" is required
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
151-0620-00LEmbedded MEMS Lab Information
Number of participants limited to 15.
W5 KP3PK. Chikkadi, S. Blunier
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.
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 vor der Veranstaltung verteilt (während der Informationsveranstaltung).
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 attend all scheduled lectures and meetings of the course.

Participating students are required to provide proof that they have personal accident insurance prior to the start of the laboratory portion 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.
227-0158-00LSemiconductor Transport Theory and Monte Carlo Device Simulation Information W4 KP2V + 1UF. Bufler, A. Schenk
KurzbeschreibungZum einen wird die Halbleitertransporttheorie einschliesslich der dafür notwendigen Quantenmechanik behandelt. Zum anderen wird die Boltzmann-Gleichung mit den stochastischen Methoden der Monte Carlo
Simulation gelöst. Die Uebungen betreffen u.a. TCAD-Simulationen von MOSFETs. Die Thematik umfasst
daher theoretische Physik, Numerik und praktische Anwendungen.
LernzielEinerseits soll der Brückenschlag zwischen der mikroskopischen Physik und deren konkreter Anwendung in der Bauelementsimulation aufgezeigt werden, andererseits steht die Vermittlung der dabei zum Einsatz kommenden numerischen Techniken im Vordergrund.
InhaltQuantentheoretische Grundlagen I (Zustandsvektoren, Schrödinger- und Heisenbergbild). Bandstruktur (Bloch-Theorem, eindimensionales periodisches Potential, Zustandsdichte). Pseudopotentialtheorie (Kristallsymmetrien, reziprokes Gitter, Brillouinzone). Semiklassische Transporttheorie (Boltzmann-Transportgleichung [BTG], Streuprozesse, linearer Transport). Monte Carlo Methode (Monte Carlo Simula- tion als Lösungsmethode der BTG, Algorithmus, Erwartungswerte). Implementationsaspekte des Monte Carlo Algorithmus (Diskretisierung der Brillouinzone. Selbststreu- ung nach Rees, Acceptance-Rejection Methode, etc.). Bulk Monte Carlo Simulation (Geschwindigkeits-Feld-Kurven, Teilchengeneration, Energieverteilungen, Transportparameter). Monte Carlo Bauelementesimulation (ohmsche Randbedingungen, MOSFET-Simulation). Quantentheoretische Grundlagen II. (Grenzen der semiklassischen Transporttheorie, quantenmechanische Ableitung der BTG, Markov-Limes).
SkriptVorlesungsskript
227-0366-00LIntroduction to Computational Electromagnetics Information W6 KP4GC. Hafner, J. Leuthold, J. Smajic
KurzbeschreibungAn overview over the most prominent methods for the simulation of electromagnetic fields is given This includes domain methods such as finite differences and finite elements, method of moments, and boundary methods. Both time domain and frequency domain techniques are considered.
LernzielOverview of numerical methods for the simulation of electromagnetic fields and hands-on experiments with selected methods.
InhaltOverview of concepts of the main numerical methods for the simulation of electromagnetic fields: Finite Difference Method, Finite Element Method, Transmission Line Matrix Method, Matrix Methods, Multipole Methods, Image Methods, Method of Moments, Integral Equation Methods, Beam Propagation Method, Mode Matching Technique, Spectral Domain Analysis, Method of Lines. Applications: Problems in electrostatic and magnetostatic, guided waves and free-space propagation problems, antennas, resonators, inhomogeneous transmissionlLines, nanotechnic, optics etc.
SkriptDownload from: http://alphard.ethz.ch/hafner/Vorles/lect.htm
Voraussetzungen / BesonderesFirst half of the semester: lectures; second half of the semester: exercises in form of small projects
227-0376-00LZuverlässigkeit von Schaltungen und SystemenW4 KP2V + 1UU. Sennhauser, M. Held
KurzbeschreibungZuverlässigkeit und Verfügbarkeit sind grundlegend für sichere und nachhaltige Produkte der Kommunikations-, Energie- und Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt und der Elektronik. Sie werden als stochastische und physikalische Prozesse beschrieben und müssen bezüglich Funktionalität, Umweltverträglichkeit und Kosten optimiert werden. Die notwendigen Grundlagen werden vermittelt.
LernzielVermittlung der Grundlagen und Methoden der Systemtechnik zur Entwicklung zuverlässiger Bauteile, Geräte und Systeme.
InhaltQualitätssicherung technischer Systeme (Übersicht); Einführung in stochastische Prozesse; Zuverlässigkeitsanalysen; Entwurf und Untersuchung störungstoleranter Strukturen; Wahl und Qualifikation von Bauteilen; Instandhaltbarkeitsanalysen (Übersicht); Entwicklungsricht- linien für Zuverlässigkeit, Instandhaltbarkeit und Software-Qualität; Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitsanalysen reparierbarer Systeme (Übersicht), Zuverlässigkeitsprüfungen (Übersicht).
SkriptEin Skript wird abgegeben.
LiteraturZuverlässigkeit von Geräten und Systemen, Springer Verlag 1997
227-0468-00LAnalog Signal Processing and Filtering Information
Suitable for Master Students as well as Doctoral Students.

This course will be offered in Autumn Semester from HS 2015 on.
It won't be offered in Spring 2016 anymore.
W6 KP2V + 2UH. Schmid
KurzbeschreibungThis lecture provides a wide overview over analogue (mostly integrated) filters (continuous-time and discrete-time), amplifiers, and sigma-delta converters, and gives examples with sensor interfaces and class-D audio drivers. All circuits are treated using a signal-flow view. The lecture is suitable for both analog and digital designers.
LernzielThis lecture provides a wide overview over analogue (mostly integrated) filters (continuous-time and discrete-time), amplifiers, and sigma-delta converters, and gives examples with sensor interfaces and class-D audio drivers. All these circuits are treated using a signal-flow view. The lecture is suitable for both analog and digital designers. The way the exam is done allows for the different interests of the two groups.

The learning goal is that the students can apply signal-flow graphs and can understand the signal flow in such circuits and systems (including non-ideal effects) well enough to enable them to gain an understanding of further circuits and systems by themselves.
InhaltAt the beginning, signal-flow graphs in general and driving-point signal-flow graphs in particular are introduced. We will use them during the whole term to analyze circuits and understand how signals propagate through them. The theory and CMOS implementation of active Filters is then discussed in detail using the example of Gm-C filters. Theory and implementation of opamps, current conveyors, and inductor simulators follow. The link to the practical design of circuits and systems is done with an overview over different quality measures and figures of merit used in scientific literature and datasheets. Finally, an introduction to switched-capacitor filters and circuits is given, including sensor read-out amplifiers, correlated double sampling, and chopping. These topics form the basis for the longest part of the lecture: the discussion of sigma-delta A/D and D/A converters, which are portrayed as mixed analog-digital (MAD) filters in this lecture.
SkriptThe base for these lectures are lecture notes and two or three published scientific papers. From these papers we will together develop the technical content.

Details: http://people.ee.ethz.ch/~hps/asfwiki/

Some material is protected by password; students from ETHZ who are interested can write to haschmid@ethz.ch to ask for the password even if they do not attend the lecture.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites: Recommended (but not required): Stochastic models and signal processing, Communication Electronics, Analog Integrated Circuits, Transmission Lines and Filters.

Knowledge of the Laplace Transform (transfer functions, poles and zeros, bode diagrams, stability criteria ...) and of the main properties of linear systems is necessary.
227-0659-00LIntegrated Systems Seminar Information W1 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 Vortrag auf Englisch zu präsentieren. Der Besuch des Seminars ermöglicht, einen Überblick über aktuelle Probleme der Nanoelektronik und Bio-Elektromagnetik zu bekommen.
InhaltDas Seminar befasst sich mit aktuellen Themen des Designs von digitalen integrierten Schaltungen, der physikalischen Charakterisierung in der Nanoelektronik und der Bio-Elektromagnetik Simulation.

Die Studiernden lernen Einführung in professionelles Literaturstudium, Präsentationstechnik, Planung und Erstellung eines wissenschaftlichen Vortrages.
SkriptPräsentationsunterlagen
Literaturmit dem Betreuer zu diskutieren
227-0662-00LOrganic and Nanostructured Optics and Electronics Information W6 KP4GV. Wood
KurzbeschreibungThis course examines the optical and electronic properties of excitonic materials that can be leveraged to create thin-film light emitting devices and solar cells. Laboratory sessions provide students with experience in synthesis and optical characterization of nanomaterials as well as fabrication and characterization of thin film devices.
LernzielGain the knowledge and practical experience to begin research with organic or nanostructured materials and understand the key challenges in this rapidly emerging field.
Inhalt0-Dimensional Excitonic Materials (organic molecules and colloidal quantum dots)

Energy Levels and Excited States (singlet and triplet states, optical absorption and luminescence).

Excitonic and Polaronic Processes (charge transport, Dexter and Förster energy transfer, and exciton diffusion).

Devices (photodetectors, solar cells, and light emitting devices).
LiteraturLecture notes and reading assignments from current literature to be posted on website.
Voraussetzungen / BesonderesCourse grade will be based on a final project.
227-0664-00LTechnology and Policy of Electrical Energy StorageW4 KP2GV. Wood, T. Schmidt
Kurzbeschreibung
LernzielThe students will learn of the complexity involved in battery research, design, production, as well as in investment, economics and policy making around batteries. Students from technical disciplines will gain insights into policy, while students from social science backgrounds will gain insights into technology.
InhaltWith the global emphasis on decreasing CO2 emissions, achieving fossil fuel independence, and integrating renewables on the electric grid, developing and implementing energy storage solutions for electric mobility and grid stabilization represent a key technology and policy challenge. The class will focus on lithium ion batteries since they are poised to enter a variety of markets where policy decisions will affect their production, adoption, and usage scenarios. The course considers the interplay between technology, economics, and policy.
SkriptMaterials will be made available on the website.
LiteraturMaterials will be made available on the website.
Voraussetzungen / BesonderesStrong interest in energy and technology policy.
Energy and Power Electronics
Kernfächer
Diese Fächer sind besonders Empfohlen, um sich in "Energy and Power Electronics" zu vertiefen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0528-00LPower System Dynamics and Control Information W6 KP4GG. Andersson, M. Zima
KurzbeschreibungDynamische Vorgänge im Netz, Turbinen- und Spannungsregelung, Stabilität, Leitungsschutz.
LernzielDynamische Vorgänge im Netz, Turbinen- und Spannungsregelung, Stabilität, Leitungsschutz.
InhaltDynamische Eigenschaften von elektrischen Maschinen, Netzen, Verbrauchern und der damit verbundenen Systeme, Modelle von Kraftwerken und Turbinen, Turbinenregelung, Frequenz-Leistungsregelung, Ener- gieaustausch in Netzen, Modell der Synchronmaschine am Netz, Zweiachsentheorie, transientes Modell, Blockdiagramm, Verhalten der Maschine bei grossen Störungen, transiente Stabilität, Flächenkriterium, Modell für kleine Störungen, Spannungsregelung und statische Stabilität, Charakteristik von Schutzsystemen (Selek- tivität, Zuverlässigkeit, Reservefunktion, Wirtschaftlichkeit), Schutzprinzipien, Leitungsschutz, Distanzschutz, Erdrückleitung, Einfluss der Fehlerimpedanz, Einspeiseverhältnisse, Auslösecharakteristiken und Staffelung, Differentialschutz, Phasenvergleichsschutz, Richtungsvergleichschutz, digitale Schutzapparate, Algorithmen, Fehlerortung, intelligente Alarmverarbeitung, Anwendung von Expertensystemen.
SkriptAutographie, Literaturauszüge.
227-0248-00LPower Electronic Systems II Information W6 KP4GJ. W. Kolar
KurzbeschreibungThis course details structures, operating ranges, and control concepts of modern power electronic systems to provide a deeper understanding of power electronic circuits and power components. Most recent concepts of high switching frequency AC/DC converters and AC/AC matrix inverters are presented. Simulation exercises, implemented in GeckoCIRCUITS, are used to consolidate the concepts discussed.
LernzielThe objective of this course is to convey knowledge of structures, operating ranges, and control concepts of modern power electronic systems. Further objectives are: to know most recent concepts and operation modes of high switching frequency AC/DC converters and AC/AC matrix inverters; to develop a deeper understanding of multi-pulse power converter circuits, transformers, and electromechanical energy converters; and to understand in-depth details of power electronic systems. Simulation exercises, implemented in the electric circuit simulator GeckoCIRCUITS, are used to consolidate the presented theoretical concepts.
InhaltConverter dynamics and control: State Space Averaging, transfer functions, controller design, impact of the input filter on the converter transfer functions.
Performance data of single-phase and three-phase systems: effect of different loss components on the efficiency characteristics, linear and non-linear single phase loads, power flow of general three-phase systems, space vector calculus.
Modeling and control of three-phase PWM rectifiers: system characterization using rotating coordinates, control structure, transfer functions, operation with symmetrical and unsymmetrical mains voltages.
Scaling laws of transformers and electromechanical actuators.
Drives with permanent magnet synchronous machines: basic function, modeling, field-oriented control.
Unidirectional AC/DC converters and AC/AC converters: voltage and current DC link converters, indirect and direct matrix converters.
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.
227-0529-00LSmartGrids: System Optimization of Smart and Liberalized Electric Power Systems Information W6 KP4GR. Bacher
KurzbeschreibungModel based optimization of SmartGrids systems considering Physics, Economics and Legislation; Optimality conditions and solutions; Lagrange-Multipliers and market prices; Price incentives in case of restrictions and grid constraints; Transmission grid congestions and implicit auctions; Security of supply with high variability + market requirements; Electricity market and SmartGrids system models.
Lernziel- Understanding the legal, physical and market based framework for Smart Grid based electric power systems.
- Understanding the theory of mathematical optimization models and algorithms for a secure and market based operation of Smart Power Systems.
- Gaining experience with the formulation, implementation and computation of constrained optimization problems for Smart Grid and market based electricity systems.
Inhalt- Legal conditions for the regulation and operation of electric power systems (CH, EU).
- Physical laws and constraints in electric power systems.
- Special characteristics of the good "electricity".
- Optimization as mathematical tool for analyzing network based electric power systems.
- Types of optimization problems, optimality conditions and optimization methods.
- Various electricity market models, their advantages and disadvantages.
- SmartGrids: The new energy system and compatibility issues with traditional market models.
SkriptText book is continuously updated and distributed to students.
LiteraturClass text book contains active hyperlinks related to back ground material.
Voraussetzungen / BesonderesMotivation, Active participation (discussions). Numerical analysis, power system basics and modeling, optimization basics
227-0207-00LNonlinear Systems and Control Information
Voraussetzung: Control Systems (227-0103-00L)
W6 KP4GE. Gallestey Alvarez, P. F. Al Hokayem
KurzbeschreibungVermittlung von den Grundlagen für die Modellierung und Analyse von Nichtlineare Systeme,sowie eine Übersicht der verschiedene nichtlinearen Reglerentwurfsmethoden.
LernzielDie Studenten kennen die unterschiede zwischen lineare und nichtlineare Systeme, die Mathematische Grundlagen für deren Modellierung und Analyse, und kene auch die verschiedene Möglichkeiten, einen Regler für das nichtlineares System zu entwerfen.
InhaltFast alle in der Praxis auftretenden Regelprobleme zeichnen sich durch einen mehr oder weniger ausgeprägten nichtlinearen Charakter aus. In manchen Fällen genügt die Anwendung linearer Regelverfahren. In vielen anderen Fällen kann befriedigendes Regelverhalten lediglich durch Einsatz nichtlinearer Methoden erreicht werden. In den vergangenen Jahrzehnten sind auf dem Gebiet der nichtlinearen Regelung ausgereifte Methoden zur Bearbeitung praktischer nichtlinearer Regelungsprobleme entwickelt worden.
Diese Vorlesung versteht sich als Einführung in das Gebiet der nichtlinearen Systemen und Regelung. Es werden keine Grundkenntnisse in nichtlinearer Regelung vorausgesetzt. Es wird aber angenommen, dass die Hörer mit Grundkonzepten der linearen Regelung vertraut sind, wie sie zum Beispiel im Kernfach "Regelsysteme" vermittelt werden.
SkriptEin Skript in englischer Sprache wird während der Vorlesung auf dem Homepage zur Verfügung gestellt.
LiteraturH.K. Khalil: Nonlinear Systems, Prentice Hall, 2001.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Regelsysteme oder äquivalente Vorlesung.
227-0518-00LEnergiewandler der Mechatronik Information W6 KP4GU. Bikle, A. Colotti, L. Küng
KurzbeschreibungKenntnis der relevanten Zielparameter beim Designprozess von elektrischen Maschinen. Verständnis und Anwendung von Methoden, die bei der Designoptimierung eingesetzt werden.
LernzielKenntnis der relevanten Zielparameter beim Designprozess von elektrischen Maschinen. Verständnis und Anwendung von Methoden, die bei der Designoptimierung eingesetzt werden.
InhaltDas Einsatzgebiet der Elektrischen Maschinen reicht vom Uhrenantrieb über Motoren für Elektrowerkzeuge, Industrie- antriebe und Fahrzeuge bis zu den Genera- toren für die Energieerzeugung.
Ausgehend von den allgemeinen Grundlagen des Maschinendesigns werden für zwei ausgewählte Typen von elektrischen Maschinen Zielparameter hergeleitet und Optimierungsaufgaben behandelt. Rechnergestützte Methoden werden dabei eingesetzt wie: Finite Elemente oder Simulationen. Weiter werden praxisrelevante Modelle vorgestellt aus der höheren Elektrotechnik, sowie den direkt mitbeteiligten Fachgebieten wie Mechanik, Strömungstechnik/Kühlung, Isolationstechnik. Der Vorlesungsstoff wird in den Übungen anhand von praktischen Beispielen vertieft.
Integrierter Bestandteil der Vorlesung ist eine Industrieexkursion zur Veranschau- lichung in der Praxis.
SkriptManuskript zur Vorlesung; Arbeits- und Übungsblätter; Optimierungssoftware.
LiteraturReferenzen im Skript aufgeführt.
227-0536-00LMultiphysics Simulations for Power Systems Information W3 KP2V + 1UJ. Smajic
KurzbeschreibungThe goals of this course are a) understanding the fundamentals of the electromagnetic, thermal, mechanical, and coupled field simulations and b) performing effective simulations of primary equipment of electric power systems. The course is understood complementary to 227-0537-00L "Technology of Electric Power System Components", but can also be taken separately.
LernzielThe student should learn the fundamentals of the electromagnetic, thermal, mechanical, and coupled fields simulations necessary for modern product development and research based on virtual prototyping. She / he should also learn the theoretical background of the finite element method (FEM) and its application to low- and high-frequency electromagnetic field simulation problems. The practical exercises of the course should be done by using one of the commercially available field simulation software (Infolytica, ANSYS, and / or COMSOL). After completing the course the student should be able to properly and efficiently use the software to simulate practical design problems and to understand and interpret the obtained results.
Inhalt1. Elektromagnetic Fields and Waves: Simulation Aspects (1 lecture, 2 hours)
a. Short review of the governing equations
b. Boundary conditions
c. Initial conditions
d. Linear and nonlinear material properties
e. Coupled fields (electro-mechanical and electro-thermal coupling)

2. Finite Element Method for elektromagnetic simulations (5 lectures and 3 exercises, 16 hours)
a. Scalar-FEM in 2-D (electrostatic, magnetostatic, eddy-currents, etc.)
b. Vector-FEM in 3-D (3-D eddy-currents, wave propagation, etc.)
c. Numerical aspects of the analysis (convergence, linear solvers, preconditioning, mesh quality, etc.)
d. Matlab code for 2-D FEM for learning and experimenting

3. Practical applications (5 lectures and 5 exercises, 20 hours)
a. Dielectric analysis of high-voltage equipment
b. Nonlinear quasi-electrostatic analysis of surge arresters
c. Eddy-currents analysis of power transformers
d. Electromagnetic analysis of electric machines
e. Very fast transients in gas insulated switchgears (GIS)
f. Electromagnetic compatibility (EMC)
227-0537-00LTechnology of Electric Power System Components Information W6 KP4GC. Franck
KurzbeschreibungGrundlagen der Technologie wichtiger Komponenten der elektrischen Energieübertragungs- und -verteilsysteme (Primärtechnologie).
LernzielAm Ende der Vorlesung können die Studierenden die Primärkomponenten elektrischer Energiesysteme benennen und erklären warum und wo diese eingesetzt werden. Für die wichtigsten Komponenten können die Studierenden die Funktionsweise detailliert beschreiben und wichtige Grössen berechnen und abschätzen.
InhaltGrundlegende physikalische und ingenieurstechnische Aspekte beim Führen von Strom und Spannung zum Transport und der Verteilung elektrischer Energie. Technologiedimensionierend sind hierbei neben den elektrischen Grössen oft auch mechanische, thermische, chemische, umwelt- und materialtechnische und natürlich wirtschftliche Aspekte.
In der Vorlesung werden die wichtigsten traditionellen Komponenten besprochen, aber auch neuere Trends in der Energietechnik sowie die Auslegung der Komponenten mittels Simulation behandelt.
Die Vorlesungseinheiten werden teilweise von externen Experten (Entwickler oder Anwender der Komponenten) gehalten.
Es findet je eine Exkursion in ein EVU und ein Industrieunternehmen statt.

Die Vorlesung "Multiphysics Simulations for Power Systems 227-0536-00L" ist mit diesem Kurs aufeinander abgestimmt und ist als Ergänzung gedacht.
Skriptja
LiteraturZusätzliche Literatur wird über das elektronische Lehrdokumentensystem zur Verfügung gestellt.
Voraussetzungen / BesonderesInhalte der Vorlesung "Elektrische Energiesysteme" werden vorausgesetzt. Vorlesung "Hochspannungstechnik" wird empfohlen.
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0376-00LZuverlässigkeit von Schaltungen und SystemenW4 KP2V + 1UU. Sennhauser, M. Held
KurzbeschreibungZuverlässigkeit und Verfügbarkeit sind grundlegend für sichere und nachhaltige Produkte der Kommunikations-, Energie- und Medizintechnik, der Luft- und Raumfahrt und der Elektronik. Sie werden als stochastische und physikalische Prozesse beschrieben und müssen bezüglich Funktionalität, Umweltverträglichkeit und Kosten optimiert werden. Die notwendigen Grundlagen werden vermittelt.
LernzielVermittlung der Grundlagen und Methoden der Systemtechnik zur Entwicklung zuverlässiger Bauteile, Geräte und Systeme.
InhaltQualitätssicherung technischer Systeme (Übersicht); Einführung in stochastische Prozesse; Zuverlässigkeitsanalysen; Entwurf und Untersuchung störungstoleranter Strukturen; Wahl und Qualifikation von Bauteilen; Instandhaltbarkeitsanalysen (Übersicht); Entwicklungsricht- linien für Zuverlässigkeit, Instandhaltbarkeit und Software-Qualität; Zuverlässigkeits- und Verfügbarkeitsanalysen reparierbarer Systeme (Übersicht), Zuverlässigkeitsprüfungen (Übersicht).
SkriptEin Skript wird abgegeben.
LiteraturZuverlässigkeit von Geräten und Systemen, Springer Verlag 1997
227-0730-00LPower Market II - Modeling and Strategic Positioning Information W6 KP4GD. Reichelt, G. A. Koeppel
KurzbeschreibungModell zur Bewertung von Optionen, Analyse der Sensitivitäten, Delta- und gammaneutrales Hedging eines Optionsportfolios, Modellierung von Kraftwerken in einem Portfolio von Verträgen, Bewertung mit der DCF-Methode im Vergleich zu Real Optionen.
LernzielModell zur Bewertung von Optionen, Analyse der Sensitivitäten, Delta- und gammaneutrales Hedging eines Optionsportfolios, Modellierung von Kraftwerken in einem Portfolio von Verträgen, Bewertung mit der DCF-Methode im Vergleich zu Real Optionen.
Inhalt5. Optionen und Derivate

6. Hedging Strategien
6.1 Delta and gamma-neutrales Hedging
6.2 Replizierendes Portfolio
6.3 Optionsstrategien

7. Finance und Bewertung
7.1 Bewertung von Anlagen, Kraftwerken und Netzen
7.2 Realoptionen

8. Commodities
8.1 Handel mit Commodities
8.2 Emissionshandel
8.3 Herkunftsnachweise

9. Marketing & Sales
9.1 Strukturierte Produkte
9.2 Marketing
SkriptHandouts - all material in English
Voraussetzungen / Besonderes2-tägige Exkursion, Referate von Vertretern aus der Wirtschaft
227-0221-00LModel Predictive Control Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Eintrag auf Einschreibeliste erforderlich (siehe "Besonderes").
W6 KP4GM. Morari
KurzbeschreibungSystem complexity and demanding performance render traditional control inadequate. Applications from the process industry to the communications sector increasingly use MPC. The last years saw tremendous progress in this interdisciplinary area. The course first gives an overview of basic concepts and then uses them to derive MPC algorithms. There are exercises and invited speakers from industry.
LernzielIncreased system complexity and more demanding performance requirements have rendered traditional control laws inadequate regardless if simple PID loops are considered or robust feedback controllers designed according to some H2/infinity criterion. Applications ranging from the process industries to the automotive and the communications sector are making increased use of Model Predictive Control (MPC), where a fixed control law is replaced by on-line optimization performed over a receding horizon. The advantage is that MPC can deal with almost any time-varying process and specifications, limited only by the availability of real-time computer power.
In the last few years we have seen tremendous progress in this interdisciplinary area where fundamentals of systems theory, computation and optimization interact. For example, methods have emerged to handle hybrid systems, i.e. systems comprising both continuous and discrete components. Also, it is now possible to perform most of the computations off-line thus reducing the control law to a simple look-up table.
The first part of the course is an overview of basic concepts of system theory and optimization, including hybrid systems and multi-parametric programming. In the second part we show how these concepts are utilized to derive MPC algorithms and to establish their properties. On the last day, speakers from various industries talk about a wide range of applications where MPC was used with great benefit.
There will be exercise sessions throughout the course where the students can test their understanding of the material. We will make use of the MPC Toolbox for Matlab that is distributed by MathWorks.
InhaltTentative Program

Day 1: Linear Systems I
Fundamentals of linear system theory – Review (system representations, poles, zeros, stability, controllability & observability, stochastic system descriptions, modeling of noise).

Day 2: Linear Systems II
Optimal control and filtering for linear systems (linear quadratic regulator, linear observer, Kalman Filter, separation principle, Riccati Difference Equation).

Days 3 and 4: Basics on Optimization
Fundamentals of optimization (linear programming, quadratic programming, mixed integer linear/quadratic programming, duality theory, KKT conditions, constrained optimization solvers).
Exercises.

Day 5: Introduction to MPC
MPC – concept and formulation, finite horizon optimal control, receding horizon control, stability and feasibility, computation.
Exercises.

Day 6: Numerical methods for MPC
Unconstrained Optimization, Constrained Optimization, Software applications

Day 7: Practical Aspects, Explicit & Hybrid MPC
- Reference tracking and soft constraints
- Explicit solution to MPC for linear constrained systems. Motivation. Introduction to (multi)-parametric programming through a simple example. Multi-parametric linear and quadratic programming: geometric algorithm. Formulation of MPC for linear constrained systems as a multi-parametric linear/quadratic program. A brief introduction to Multi-parametric Toolbox.
- MPC for discrete-time hybrid systems. Introduction to hybrid systems. Models of hybrid systems (MLD, DHA, PWA, etc.). Equivalence between different models. Modelling using HYSDEL. MLD systems. MPC based on MILP/MIQP. Explicit solution: mpMILP. Short introduction into dynamic programming (DP). Computation of the explicit MPC for PWA systems based on DP. Exercises.

Day 8: Applications
Invited speakers from industry and academia, different case studies

Day 9
Design exercise
SkriptScript / lecture notes will be provided.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites:
One semester course on automatic control, Matlab, linear algebra.

ETH students:
As participation is limited, a reservation (e-mail: bolleal@control.ee.ethz.ch) is required. Please give information on your "Studienrichtung", semester, institute, etc.
After your reservation has been confirmed, please register online at www.mystudies.ethz.ch.

Interested persons from outside ETH:
It is not possible/needed to enrol as external auditor for this course. Please contact Alain Bolle to register for the course (bolleal@control.ee.ethz.ch).

We have only a limited number of places in the course, it is "first come, first served"!
227-0708-00LDiagnostik, Mess- und Prüftechnik in der Hochspannungstechnologie Information E-0 KP2SH.‑J. Weber
KurzbeschreibungDiskussion von verschiedenen Diagnostikmethoden zur Beurteilung von Isolationssystemen von energietechnischen Betriebsmitteln und Subsystemen. Selbständige Durchführung von messtechnischen Versuchen im Labor mit Hoch- und Niederspannungen. Kennenlernen der wichtigsten Prüfverfahren und internationalen Prüfvorschriften. Methoden zur Kalibrierung und Instandhaltung von Hochspannungsmessmitteln.
Lernzielsiehe oben
SkriptHandouts
Literatur- M. Beyer, W. Boeck, K. Möller, W. Zaengl: Hochspannungstechnik, Springer-Verlag, 1986
- A. Küchler: Hochspannungstechnik, Springer, Berlin, 3. Auflage, 2009
227-0516-01LElektrische Antriebssysteme I Information W6 KP4GP. Steimer, A. Omlin, C. A. Stulz
KurzbeschreibungIn Antriebssysteme I wird ein komplettes elektrisches Antriebssystem mit seinen Hauptkomponenten untersucht. Dazu gehören die elektrische Maschine, die Leistungshalbleiter, der Leistungsteil des Umrichters und die Regelung des gesamten Antriebssystems. Bei den Maschinen liegt das Schwergewicht auf der heute weit verbreiteten Asynchronmaschine, aber auch andere Antriebskonzepte werden behandelt.
LernzielDie Studierenden verstehen ein komplettes Antriebssystem mit seinen Hauptkomponenten wie elektrische Maschine, Leistungsteil des Umrichters und dazugehörige Regelung.
InhaltRepetition der Grundlagen (Mechanik, Magnetkreis); Drehfeldmaschinen (Asynchronmaschine und Synchronmaschine, stationäre und dynamsiche Betrachtung); Gleichstrommaschinen (inkl. Universalmotor); Leistungshalbleiter; Umrichtertopologien; Pulsmustererzeugung; Regelung (z.B. feldorientierte Regelung); Traktionseinsatz; Implementierung einer Regelung auf einem Mikroprozessorsystem.
SkriptSkript wird abgegegeben (hardcopy und elektronisch)
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzung: Kenntnisse die im Fach "Leistungselektronik" (HS) vermittelt werden.

Exkursion zu ABB Leistungselektronik und Mittelspannungsantriebe
151-0160-00LNuclear Energy SystemsW4 KP2V + 1US. Hirschberg, H.‑M. Prasser, I. Günther-Leopold, W. Hummel, T. Williams, P. K. Zuidema
KurzbeschreibungKernenergie und Nachhaltigkeit, Kernbrennstoffherstellung, Energie- und Stoffbilanzen von Kernkraftwerken, Brennstoffwirtschaft, Handhabung abgebrannten Brennstoffs, Wiederaufarbeitung, Entsorgung radioaktiver Abfälle, Auswirkungen radioaktiver Freisetzungen auf die Umwelt.
LernzielDie Studenten erhalten einen Überblick über die physikalischen Grundlagen, die technologischen Prozesse und die Entwicklungstrends in Bereich der gesamten nukleare Energieumwandlungskette. Sie werden in die Lage versetzt, die Potentiale und Risiken der Einbettung der Kernenergie in ein komplexes Energiesystem einzuschätzen.
InhaltMetoden zur Ermittlung der Nachhaltigkeit von Energiesystemen werden beschrieben, mit Hilfe derer die Nachhaltigkeit der Kernenergie im Vergleich zu anderen Energieumwandlungstechnologien untersucht wird. Der Umwelteinfluss des Kernenergiesystems als Ganzes wird diskutiert, spezielle Aufmerksamkeit wird auf die CO2-Emissionen, die CO2-Reduktionskosten sowie die Radioaktivitätsfreisetzungen aus dem Betrieb der Kraftwerke, der Brennstoffkette und dem Endlager gelegt. Die Materialbilanzen unterschiedlicher Varianten des Brennstoffzyklus werden betrachtet. Es wird ein Überblick über den geologischen Ursprung von Kernbrennstoffvorkommen gegeben, Methoden des Uranbergbaus, der Urangewinnung aus dem Erz, der Anreicherung und der Brennelementfertigung werden beschrieben. Desweiteren wird die Wiederaufarbeitung abgebrannter Brennelemente einschliesslich der modernen Verfahren der Tiefentrennung hochaktiver Abfälle und andere Methoden der Minimierung von Menge und Radiotoxizität des nuklearen Abfalls betrachtet. Das Projekt für ein Endlager radioaktiver Abfälle in der Schweiz wird vorgestellt.
SkriptVorlesungsunterlagen werden verteilt.
376-1217-00LRehabilitation Engineering I: Motor Functions Information W3 KP2V + 1UR. Riener
Kurzbeschreibung“Rehabilitation engineering” is the application of science and technology to ameliorate the handicaps of individuals with disabilities in order to reintegrate them into society. The goal of this lecture is to present classical and new rehabilitation engineering principles and examples applied to compensate or enhance especially motor deficits.
LernzielProvide theoretical and practical knowledge of principles and applications used to rehabilitate individuals with motor disabilities.
Inhalt“Rehabilitation” is the (re)integration of an individual with a disability into society. Rehabilitation engineering is “the application of science and technology to ameliorate the handicaps of individuals with disability”. Such handicaps can be classified into motor, sensor, and cognitive (also communicational) disabilities. In general, one can distinguish orthotic and prosthetic methods to overcome these disabilities. Orthoses support existing but affected body functions (e.g., glasses, crutches), while prostheses compensate for lost body functions (e.g., cochlea implant, artificial limbs). In case of sensory disorders, the lost function can also be substituted by other modalities (e.g. tactile Braille display for vision impaired persons).

The goal of this lecture is to present classical and new technical principles as well as specific examples applied to compensate or enhance mainly motor deficits. Modern methods rely more and more on the application of multi-modal and interactive techniques. Multi-modal means that visual, acoustical, tactile, and kinaesthetic sensor channels are exploited by displaying the patient with a maximum amount of information in order to compensate his/her impairment. Interaction means that the exchange of information and energy occurs bi-directionally between the rehabilitation device and the human being. Thus, the device cooperates with the patient rather than imposing an inflexible strategy (e.g., movement) upon the patient. Multi-modality and interactivity have the potential to increase the therapeutical outcome compared to classical rehabilitation strategies.
In the 1 h exercise the students will learn how to solve representative problems with computational methods applied to exoprosthetics, wheelchair dynamics, rehabilitation robotics and neuroprosthetics.
SkriptLecture notes will be distributed at the beginning of the lecture (1st session)
LiteraturIntroductory Books

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.

Control of Movement for the Physically Disabled. Eds.: D. Popovic, T. Sinkjaer. Springer Verlag London, 2000.

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

Biomechanics and Neural Control of Posture and Movement. Eds.: J.M. Winters, P.E. Crago. Springer New York, 2000.

Selected Journal Articles

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

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.

Colombo, G., Jörg, M., Jezernik, S. (2002) Automatisiertes Lokomotionstraining auf dem Laufband. Automatisierungstechnik at, vol. 50, pp. 287-295.

Cooper, R. (1993) Stability of a wheelchair controlled by a human. IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering 1, pp. 193-206.

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

Leifer, L. (1981): Rehabilitive robotics, Robot Age, pp. 4-11

Platz, T. (2003): Evidenzbasierte Armrehabilitation: Eine systematische Literaturübersicht, Nervenarzt, 74, pp. 841-849

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., Fuhr, T., Schneider, J. (2002) On the complexity of biomechanical models used for neuroprosthesis development. International Journal of Mechanics in Medicine and Biology 2, pp. 389-404.

Riener, R. (1999) Model-based development of neuroprostheses for paraplegic patients. Royal Philosophical Transactions: Biological Sciences 354, pp. 877-894.
Voraussetzungen / BesonderesTarget Group:
Students of higher semesters and PhD students of
- D-MAVT, D-ITET, D-INFK
- Biomedical Engineering
- Medical Faculty, University of Zurich
Students of other departments, faculties, courses are also welcome
227-0117-00LHochspannungstechnik Information W6 KP4GC. Franck, U. Straumann
KurzbeschreibungVerstehen der grundlegenden Phänomene und Prinzipien, welche im Zusammenhang mit sehr hohen elektrischen Feldstärken auftreten. Diese Kenntnisse werden auf Dimensionierungen von Betriebsmitteln elektrischer Energieübertragungssysteme angewendet. Heute übliche Methoden der Computermodellierung werden vorgestellt und im Rahmen einer Übung verwendet.
LernzielDie Studierenden haben Kenntnis der grundlegenden Phänomene und Prinzipien, welche im Zusammenhang mit sehr hohen elektrischen Feldstärken auftreten. Sie verstehen die unterschiedlichen Mechanismen, die zum Versagen von Isolationssystemen führen und können Versagens-Kriterien zur Beurteilung von Hochspannungskomponenten anwenden. Sie sind in der Lage, Schwachstellen von Isolationssystemen zu identifizieren und Möglichkeiten zu deren Behebung zu nennen. Zudem kennen sie die gängigen Isolationssysteme und deren Dimensionierung in der Praxis.
Inhalt- Diskussion der für die Hochspannungstechnik relevanten Feldgleichungen
- analytische und numerische Lösung dieser Feldgleichungen, sowie Herleitung der wichtigen Ersatzschaltbilder zur Beschreibung von Feldern und Verlusten in Isolationen
- Einführung in die Gasphysik
- Mechanismus des Durchschlags in gasförmigen, flüssigen und festen Isolierungen, sowie in Isolationssystemen
- Methoden zur rechnerischen Bestimmung der elektrischen Festigkeit von gasförmigen, flüssigen und festen Isolierungen
- Anwendung der Erkenntnisse an Hochspannungskomponenten
- Exkursion zu Herstellern von Hochspannungskomponenten
- Projektarbeit zum Kennenlernen der Benutzung von Computeranwendungen im Bereich der Hochspannungstechnik
SkriptVorlesungsunterlagen
LiteraturA. Küchler, Hochspannungstechnik, Springer Berlin, 3. Auflage, 2009 (ISBN: 978-3540784128)
227-0524-00LEisenbahn-Systemtechnik II Information W6 KP4GM. Meyer
KurzbeschreibungKonzepte, Merkmale und Zusammenhänge der Elemente von Traktionsfahrzeugen mit Fokus auf der System- und Fahrzeugintegration sowie dem "Zusammenspiel" mit der Infrastruktur
- Bahnstromversorgung
- Antriebsstrang und Hilfsbetriebeversorgung
- Kommunikations- und Zugsicherungssysteme
- Elektrische Systemkompatibilität
Lernziel* Allgemeiner Überblick über die Rahmenbedingungen und Teilgebiete von Eisenbahnsystemen

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

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

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

* Begeisterung des Ingenieurnachwuchses für die berufliche Tätigkeit im Bereich Schienenverker und Schienenfahrzeuge
InhaltET II (Frühjahrsemester) - Traktion, Bahnstrom, Signalisierung und Zugsicherung, Elektrische Systemkompatibilität

Traktionsausrüstung
1.1 Systemkonzepte, Topologien, Auswahlkriterien
1.2 Traktionsstromrichter, Steuerung, Regelung und Schutz
1.3 Fahrmotor, Getriebe
1.4 Hochspannungsausrüstung, inkl. Störstromfilter und Haupttransformator, Erdkonzepte
1.5 Hilfsbetriebe, Kühlung,
1.6 Energieverbrauch

Kommunikations- und Zugsicherungssysteme
2.1 Zugbeeinflussung
2.2 European Train Control System (ETCS)
2.3 Automatisierung

Systemintegration
3.1 Bahnstromversorgung: Konzepte, Merkmale, Ausführungsbeispiele
3.2 Störstrom, Stabilität, Elektrische Systemkompatibilität


Exkursionen
Bombardier Transportation, Zürich
Grosse Bahnexkursion (2 Tage), u.a.:
- Energieversorgung
- Unterhalt
- Führerstandsfahrten
Voraussetzungen / BesonderesGrosse Exkursion zu Herstellern und Betreibern

Referenten:
Dr. Christian Gerster, Bombardier Transportation (Switzerland) AG
Dr. Rolf Gutzwiller, EduRail GmbH
Dr. Markus Meyer, Emkamatik GmbH

Voraussetzungen (empfohlen):
- Eisenbahn-Systemtechnik I
- Grundlagen Elektrotechnik
- Grundlagen Leistungselektronik
- Grundlagen Elektrische Maschinen
Systems and Control
Kernfächer
Diese Fächer sind besonders Empfohlen, um sich in "Systems and Control" zu vertiefen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
151-0566-00LRecursive Estimation Information W4 KP2V + 1UR. D'Andrea
KurzbeschreibungEstimation of the state of a dynamic system based on a model and observations in a computationally efficient way.
LernzielLearn the basic recursive estimation methods and their underlying principles.
InhaltIntroduction to state estimation; probability review; Bayes' theorem; Bayesian tracking; extracting estimates from probability distributions; Kalman filter; extended Kalman filter; particle filter; observer-based control and the separation principle.
SkriptLecture notes available on course website: http://www.idsc.ethz.ch/education/lectures/recursive-estimation.html
Voraussetzungen / BesonderesRequirements: Introductory probability theory and matrix-vector algebra.
227-0207-00LNonlinear Systems and Control Information
Voraussetzung: Control Systems (227-0103-00L)
W6 KP4GE. Gallestey Alvarez, P. F. Al Hokayem
KurzbeschreibungVermittlung von den Grundlagen für die Modellierung und Analyse von Nichtlineare Systeme,sowie eine Übersicht der verschiedene nichtlinearen Reglerentwurfsmethoden.
LernzielDie Studenten kennen die unterschiede zwischen lineare und nichtlineare Systeme, die Mathematische Grundlagen für deren Modellierung und Analyse, und kene auch die verschiedene Möglichkeiten, einen Regler für das nichtlineares System zu entwerfen.
InhaltFast alle in der Praxis auftretenden Regelprobleme zeichnen sich durch einen mehr oder weniger ausgeprägten nichtlinearen Charakter aus. In manchen Fällen genügt die Anwendung linearer Regelverfahren. In vielen anderen Fällen kann befriedigendes Regelverhalten lediglich durch Einsatz nichtlinearer Methoden erreicht werden. In den vergangenen Jahrzehnten sind auf dem Gebiet der nichtlinearen Regelung ausgereifte Methoden zur Bearbeitung praktischer nichtlinearer Regelungsprobleme entwickelt worden.
Diese Vorlesung versteht sich als Einführung in das Gebiet der nichtlinearen Systemen und Regelung. Es werden keine Grundkenntnisse in nichtlinearer Regelung vorausgesetzt. Es wird aber angenommen, dass die Hörer mit Grundkonzepten der linearen Regelung vertraut sind, wie sie zum Beispiel im Kernfach "Regelsysteme" vermittelt werden.
SkriptEin Skript in englischer Sprache wird während der Vorlesung auf dem Homepage zur Verfügung gestellt.
LiteraturH.K. Khalil: Nonlinear Systems, Prentice Hall, 2001.
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen: Regelsysteme oder äquivalente Vorlesung.
227-0216-00LControl Systems II Information W6 KP4GR. Smith
KurzbeschreibungIntroduction to basic and advanced concepts of modern feedback control.
LernzielIntroduction to basic and advanced concepts of modern feedback control.
InhaltThis course is designed as a direct continuation of the course "Regelsysteme" (Control Systems). The primary goal is to further familiarize students with various dynamic phenomena and their implications for the analysis and design of feedback controllers. Simplifying assumptions on the underlying plant that were made in the course "Regelsysteme" are relaxed, and advanced concepts and techniques that allow the treatment of typical industrial control problems are presented. Topics include control of systems with multiple inputs and outputs, control of uncertain systems (robustness issues), limits of achievable performance, and controller implementation issues.
SkriptThe slides of the lecture are available to download
LiteraturSkogestad, Postlethwaite: Multivariable Feedback Control - Analysis and Design. Second Edition. John Wiley, 2005.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites:
Control Systems or equivalent
227-0221-00LModel Predictive Control Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Eintrag auf Einschreibeliste erforderlich (siehe "Besonderes").
W6 KP4GM. Morari
KurzbeschreibungSystem complexity and demanding performance render traditional control inadequate. Applications from the process industry to the communications sector increasingly use MPC. The last years saw tremendous progress in this interdisciplinary area. The course first gives an overview of basic concepts and then uses them to derive MPC algorithms. There are exercises and invited speakers from industry.
LernzielIncreased system complexity and more demanding performance requirements have rendered traditional control laws inadequate regardless if simple PID loops are considered or robust feedback controllers designed according to some H2/infinity criterion. Applications ranging from the process industries to the automotive and the communications sector are making increased use of Model Predictive Control (MPC), where a fixed control law is replaced by on-line optimization performed over a receding horizon. The advantage is that MPC can deal with almost any time-varying process and specifications, limited only by the availability of real-time computer power.
In the last few years we have seen tremendous progress in this interdisciplinary area where fundamentals of systems theory, computation and optimization interact. For example, methods have emerged to handle hybrid systems, i.e. systems comprising both continuous and discrete components. Also, it is now possible to perform most of the computations off-line thus reducing the control law to a simple look-up table.
The first part of the course is an overview of basic concepts of system theory and optimization, including hybrid systems and multi-parametric programming. In the second part we show how these concepts are utilized to derive MPC algorithms and to establish their properties. On the last day, speakers from various industries talk about a wide range of applications where MPC was used with great benefit.
There will be exercise sessions throughout the course where the students can test their understanding of the material. We will make use of the MPC Toolbox for Matlab that is distributed by MathWorks.
InhaltTentative Program

Day 1: Linear Systems I
Fundamentals of linear system theory – Review (system representations, poles, zeros, stability, controllability & observability, stochastic system descriptions, modeling of noise).

Day 2: Linear Systems II
Optimal control and filtering for linear systems (linear quadratic regulator, linear observer, Kalman Filter, separation principle, Riccati Difference Equation).

Days 3 and 4: Basics on Optimization
Fundamentals of optimization (linear programming, quadratic programming, mixed integer linear/quadratic programming, duality theory, KKT conditions, constrained optimization solvers).
Exercises.

Day 5: Introduction to MPC
MPC – concept and formulation, finite horizon optimal control, receding horizon control, stability and feasibility, computation.
Exercises.

Day 6: Numerical methods for MPC
Unconstrained Optimization, Constrained Optimization, Software applications

Day 7: Practical Aspects, Explicit & Hybrid MPC
- Reference tracking and soft constraints
- Explicit solution to MPC for linear constrained systems. Motivation. Introduction to (multi)-parametric programming through a simple example. Multi-parametric linear and quadratic programming: geometric algorithm. Formulation of MPC for linear constrained systems as a multi-parametric linear/quadratic program. A brief introduction to Multi-parametric Toolbox.
- MPC for discrete-time hybrid systems. Introduction to hybrid systems. Models of hybrid systems (MLD, DHA, PWA, etc.). Equivalence between different models. Modelling using HYSDEL. MLD systems. MPC based on MILP/MIQP. Explicit solution: mpMILP. Short introduction into dynamic programming (DP). Computation of the explicit MPC for PWA systems based on DP. Exercises.

Day 8: Applications
Invited speakers from industry and academia, different case studies

Day 9
Design exercise
SkriptScript / lecture notes will be provided.
Voraussetzungen / BesonderesPrerequisites:
One semester course on automatic control, Matlab, linear algebra.

ETH students:
As participation is limited, a reservation (e-mail: bolleal@control.ee.ethz.ch) is required. Please give information on your "Studienrichtung", semester, institute, etc.
After your reservation has been confirmed, please register online at www.mystudies.ethz.ch.

Interested persons from outside ETH:
It is not possible/needed to enrol as external auditor for this course. Please contact Alain Bolle to register for the course (bolleal@control.ee.ethz.ch).

We have only a limited number of places in the course, it is "first come, first served"!
227-0224-00LStochastic Systems Information W4 KP2V + 1UF. Herzog
KurzbeschreibungWahrscheinlichkeit. Zufallsprozesse. Stochastische Differentialgleichungen. Stochastische Differenz Gleichungen, Ito. Kalman-Filter. Stochastische optimale Regelung. Anwendungen in Finanz-Problemen.
LernzielBeschreibung, Filterung und Optimierung von dynamischen stochastischen Systemen. Anwendungsgebiete aus Technik und Finanzmathematik werden anhand von Beispielen präsentiert.
Inhalt- Stochastische Prozesse
- Stochastische Differentialrechnung
- Stochastische Differentialgleichungen
- Diskrete stochastische Differenzengleichungen
- Stochastische Prozesse AR, MA, ARMA, ARMAX, GARCH
- Kalman Filter
- Stochastische optimale Regelung (diskret und kontinuierlich)
- Anwendungen auf dem Gebiet der Finanzmathematik und Technik
SkriptH. P. Geering u. a., Stochastic Systems, Institut für Mess- und Regeltechnik, 2007 und Unterlagen
227-0690-06LAdvanced Topics in Control (Spring 2015) Information
New topics are introduced every year.
W4 KP2V + 2UF. Dörfler
KurzbeschreibungThis class will introduce students to advanced, research level topics in the area of automatic control. Coverage varies from semester to semester, repetition for credit is possible, upon consent of the instructor. During the Spring Semester 2015 the class will concentrate on distributed systems and control.
LernzielThe intent is to introduce students to advanced research level topics in the area of automatic control. The course is jointly organized by Prof. R. D'Andrea, L. Guzzella, J. Lygeros, M. Morari, R. Smith, and F. Dörfler. Coverage and instructor varies from semester to semester. Repetition for credit is possible, upon consent of the instructor. During the Spring Semester 2015 the class will be taught by F. Dörfler and will focus on distributed systems and control.
InhaltDistributed control systems include large-scale physical systems, engineered multi-agent systems, as well as their interconnection in cyber-physical systems. Representative examples are the electric power grid, camera networks, and robotic sensor networks. The challenges associated with these systems arise due to their coupled, distributed, and large-scale nature, and due to limited sensing, communication, and control capabilities. This course covers modeling, analysis, and design of distributed control systems.

Topics covered in the course include:
- the theory of graphs (with an emphasis on algebraic and spectral graph theory);
- basic models of multi-agent and interconnected dynamical systems;
- continuous-time and discrete-time distributed averaging algorithms (consensus);
- coordination algorithms for rendezvous, formation, flocking, and deployment;
- applications in robotic coordination, coupled oscillators, social networks, sensor networks, electric power grids, epidemics, and positive systems.
SkriptA set of self-contained set of lecture nodes will be made available on the course website.
LiteraturRelevant papers and books will be made available through the course website.
Voraussetzungen / BesonderesControl systems (227-0216-00L), Linear system theory (227-0225-00L), or equivalents, as well as sufficient mathematical maturity.
Empfohlene Fächer
Diese Fächer sind eine Empfehlung. Sie können Fächer aus allen Vertiefungsrichtungen wählen. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
376-1217-00LRehabilitation Engineering I: Motor Functions Information W3 KP2V + 1UR. Riener
Kurzbeschreibung“Rehabilitation engineering” is the application of science and technology to ameliorate the handicaps of individuals with disabilities in order to reintegrate them into society. The goal of this lecture is to present classical and new rehabilitation engineering principles and examples applied to compensate or enhance especially motor deficits.
LernzielProvide theoretical and practical knowledge of principles and applications used to rehabilitate individuals with motor disabilities.
Inhalt“Rehabilitation” is the (re)integration of an individual with a disability into society. Rehabilitation engineering is “the application of science and technology to ameliorate the handicaps of individuals with disability”. Such handicaps can be classified into motor, sensor, and cognitive (also communicational) disabilities. In general, one can distinguish orthotic and prosthetic methods to overcome these disabilities. Orthoses support existing but affected body functions (e.g., glasses, crutches), while prostheses compensate for lost body functions (e.g., cochlea implant, artificial limbs). In case of sensory disorders, the lost function can also be substituted by other modalities (e.g. tactile Braille display for vision impaired persons).

The goal of this lecture is to present classical and new technical principles as well as specific examples applied to compensate or enhance mainly motor deficits. Modern methods rely more and more on the application of multi-modal and interactive techniques. Multi-modal means that visual, acoustical, tactile, and kinaesthetic sensor channels are exploited by displaying the patient with a maximum amount of information in order to compensate his/her impairment. Interaction means that the exchange of information and energy occurs bi-directionally between the rehabilitation device and the human being. Thus, the device cooperates with the patient rather than imposing an inflexible strategy (e.g., movement) upon the patient. Multi-modality and interactivity have the potential to increase the therapeutical outcome compared to classical rehabilitation strategies.
In the 1 h exercise the students will learn how to solve representative problems with computational methods applied to exoprosthetics, wheelchair dynamics, rehabilitation robotics and neuroprosthetics.
SkriptLecture notes will be distributed at the beginning of the lecture (1st session)
LiteraturIntroductory Books

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.

Control of Movement for the Physically Disabled. Eds.: D. Popovic, T. Sinkjaer. Springer Verlag London, 2000.

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

Biomechanics and Neural Control of Posture and Movement. Eds.: J.M. Winters, P.E. Crago. Springer New York, 2000.

Selected Journal Articles

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

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.

Colombo, G., Jörg, M., Jezernik, S. (2002) Automatisiertes Lokomotionstraining auf dem Laufband. Automatisierungstechnik at, vol. 50, pp. 287-295.

Cooper, R. (1993) Stability of a wheelchair controlled by a human. IEEE Transactions on Rehabilitation Engineering 1, pp. 193-206.

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

Leifer, L. (1981): Rehabilitive robotics, Robot Age, pp. 4-11

Platz, T. (2003): Evidenzbasierte Armrehabilitation: Eine systematische Literaturübersicht, Nervenarzt, 74, pp. 841-849

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., Fuhr, T., Schneider, J. (2002) On the complexity of biomechanical models used for neuroprosthesis development. International Journal of Mechanics in Medicine and Biology 2, pp. 389-404.

Riener, R. (1999) Model-based development of neuroprostheses for paraplegic patients. Royal Philosophical Transactions: Biological Sciences 354, pp. 877-894.
Voraussetzungen / BesonderesTarget Group:
Students of higher semesters and PhD students of
- D-MAVT, D-ITET, D-INFK
- Biomedical Engineering
- Medical Faculty, University of Zurich
Students of other departments, faculties, courses are also welcome
151-0104-00LUncertainty Quantification for Engineering & Life Sciences Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Findet dieses Semester nicht statt.
Number of participants limited to 40.
W4 KP3GP. Koumoutsakos
KurzbeschreibungQuantification of uncertainties in computational models pertaining to applications in engineering and life sciences. Exploitation of massively available data to develop computational models with quantifiable predictive capabilities. Applications of Uncertainty Quantification and Propagation to problems in mechanics, control, systems and cell biology.
LernzielThe course will teach fundamental concept of Uncertainty Quantification and Propagation (UQ+P) for computational models of systems in Engineering and Life Sciences. Emphasis will be placed on practical and computational aspects of UQ+P including the implementation of relevant algorithms in multicore architectures.
InhaltTopics that will be covered include: Uncertainty quantification under
parametric and non-parametric modelling uncertainty, Bayesian inference with model class assessment, Markov Chain Monte Carlo simulation, prior and posterior reliability analysis.
SkriptThe class will be largely based on the book: Data Analysis: A Bayesian Tutorial by Devinderjit Sivia as well as on class notes and related literature that will be distributed in class.
Literatur1. Data Analysis: A Bayesian Tutorial by Devinderjit Sivia
2. Probability Theory: The Logic of Science by E. T. Jaynes
3. Class Notes
Voraussetzungen / BesonderesFundamentals of Probability, Fundamentals of Computational Modeling
151-0532-00LNonlinear Dynamics and Chaos I Information W4 KP2V + 1UD. Karrasch, G. Haller
KurzbeschreibungBasic facts about nonlinear systems; stability and near-equilibrium dynamics; bifurcations; dynamical systems on the plane; non-autonomous dynamical systems; chaotic dynamics.
LernzielThis course is intended for Masters and Ph.D. students in engineering sciences, physics and applied mathematics who are interested in the behavior of nonlinear dynamical systems. It offers an introduction to the qualitative study of nonlinear physical phenomena modeled by differential equations or discrete maps. We discuss applications in classical mechanics, electrical engineering, fluid mechanics, and biology. A more advanced Part II of this class is offered every other year.
Inhalt(1) Basic facts about nonlinear systems: Existence, uniqueness, and dependence on initial data.

(2) Near equilibrium dynamics: Linear and Lyapunov stability

(3) Bifurcations of equilibria: Center manifolds, normal forms, and elementary bifurcations

(4) Nonlinear dynamical systems on the plane: Phase plane techniques, limit sets, and limit cycles.

(5) Time-dependent dynamical systems: Floquet theory, Poincare maps, averaging methods, resonance
SkriptThe class lecture notes will be posted electronically after each lecture. Students should not rely on these but prepare their own notes during the lecture.
Voraussetzungen / Besonderes- Prerequisites: Analysis, linear algebra and a basic course in differential equations.

- Exam: two-hour written exam in English.

- Homework: A homework assignment will be due roughly every other week. Hints to solutions will be posted after the homework due dates.
151-0641-00LIntroduction to Robotics and Mechatronics Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Number of participants limited to 60. COURSE IS FULLY BOOKED!

The enrollment is only valid if an e-mail is sent to fullrich@ethz.ch with "IRM participation" in the subject. Enrollment is valid starting from September 2014. The order of enrollment will be considered according to the time your e-mail is sent.
W4 KP2V + 2UB. Nelson
KurzbeschreibungThe aim of this lecture is to expose students to the fundamentals of these systems. Over the course of these lectures, topics will include how to interface a computer with the real world, different types of sensors and their use, different types of actuators and their use.
LernzielThe aim of this lecture is to expose students to the fundamentals of these systems. Over the course of these lectures, topics will include how to interface a computer with the real world, different types of sensors and their use, different types of actuators and their use, and forward and inverse kinematics. Throughout the course students will periodically attend laboratory sessions and implement lessons learned during lectures on real mechatronic systems.
InhaltAn ever increasing number of mechatronic systems are finding their way into our daily lives. Mechatronic systems synergistically combine computer science, electrical engineering, and mechanical engineering. Robotics systems can be viewed as a subset of mechatronics that focuses on sophisticated control of moving devices. The aim of this lecture is to expose students to the fundamentals of these systems. Over the course of these lectures, topics will include how to interface a computer with the real world, different types of sensors and their use, different types of actuators and their use, and forward and inverse kinematics. Throughout the course students will periodically attend laboratory sessions and implement lessons learned during lectures on real mechatronic systems.
Voraussetzungen / BesonderesThe registration is limited to 60 students.
There are 4 credit points for this lecture.
The lecture will be held in English.
The students are expected to be familiar with C programming.
151-0854-00LAutonomous Mobile Robots Information W5 KP4GP. Furgale, M. Hutter, M. Rufli, D. Scaramuzza, R. Siegwart
KurzbeschreibungThe objective of this course is to provide the basics required to develop autonomous mobile robots and systems. Main emphasis is put on mobile robot locomotion and kinematics, envionmen perception, and probabilistic environment modeling, localizatoin, mapping and navigation. Theory will be deepened by exercises with small mobile robots and discussed accross application examples.
LernzielThe objective of this course is to provide the basics required to develop autonomous mobile robots and systems. Main emphasis is put on mobile robot locomotion and kinematics, envionmen perception, and probabilistic environment modeling, localizatoin, mapping and navigation.
SkriptThis lecture is enhanced by around 30 small videos introducing the core topics, and multiple-choice questions for continuous self-evaluation. It is developed along the TORQUE (Tiny, Open-with-Restrictions courses focused on QUality and Effectiveness) concept, which is ETH's response to the popular MOOC (Massive Open Online Course) concept.
LiteraturThis lecture is based on the Textbook:
Introduction to Autonomous Mobile Robots
Roland Siegwart, Illah Nourbakhsh, Davide Scaramuzza, The MIT Press, Second Edition 2011, ISBN: 978-0262015356
227-0529-00LSmartGrids: System Optimization of Smart and Liberalized Electric Power Systems Information W6 KP4GR. Bacher
KurzbeschreibungModel based optimization of SmartGrids systems considering Physics, Economics and Legislation; Optimality conditions and solutions; Lagrange-Multipliers and market prices; Price incentives in case of restrictions and grid constraints; Transmission grid congestions and implicit auctions; Security of supply with high variability + market requirements; Electricity market and SmartGrids system models.
Lernziel- Understanding the legal, physical and market based framework for Smart Grid based electric power systems.
- Understanding the theory of mathematical optimization models and algorithms for a secure and market based operation of Smart Power Systems.
- Gaining experience with the formulation, implementation and computation of constrained optimization problems for Smart Grid and market based electricity systems.
Inhalt- Legal conditions for the regulation and operation of electric power systems (CH, EU).
- Physical laws and constraints in electric power systems.
- Special characteristics of the good "electricity".
- Optimization as mathematical tool for analyzing network based electric power systems.
- Types of optimization problems, optimality conditions and optimization methods.
- Various electricity market models, their advantages and disadvantages.
- SmartGrids: The new energy system and compatibility issues with traditional market models.
SkriptText book is continuously updated and distributed to students.
LiteraturClass text book contains active hyperlinks related to back ground material.
Voraussetzungen / BesonderesMotivation, Active participation (discussions). Numerical analysis, power system basics and modeling, optimization basics
252-0526-00LStatistical Learning Theory Information W4 KP2V + 1UJ. M. Buhmann
KurzbeschreibungThe course covers advanced methods of statistical learning :
PAC learning and statistical learning theory;variational methods and optimization, e.g., maximum entropy techniques, information bottleneck, deterministic and simulated annealing; clustering for vectorial, histogram and relational data; model selection; graphical models.
LernzielThe course surveys recent methods of statistical learning. The fundamentals of machine learning as presented in the course "Introduction to Machine Learning" are expanded and in particular, the theory of statistical learning is discussed.
Inhalt# Boosting: A state-of-the-art classification approach that is sometimes used as an alternative to SVMs in non-linear classification.
# Theory of estimators: How can we measure the quality of a statistical estimator? We already discussed bias and variance of estimators very briefly, but the interesting part is yet to come.
# Statistical learning theory: How can we measure the quality of a classifier? Can we give any guarantees for the prediction error?
# Variational methods and optimization: We consider optimization approaches for problems where the optimizer is a probability distribution. Concepts we will discuss in this context include:

* Maximum Entropy
* Information Bottleneck
* Deterministic Annealing

# Clustering: The problem of sorting data into groups without using training samples. This requires a definition of ``similarity'' between data points and adequate optimization procedures.
# Model selection: We have already discussed how to fit a model to a data set in ML I, which usually involved adjusting model parameters for a given type of model. Model selection refers to the question of how complex the chosen model should be. As we already know, simple and complex models both have advantages and drawbacks alike.
# Reinforcement learning: The problem of learning through interaction with an environment which changes. To achieve optimal behavior, we have to base decisions not only on the current state of the environment, but also on how we expect it to develop in the future.
Skriptno script; transparencies of the lectures will be made available.
LiteraturDuda, Hart, Stork: Pattern Classification, Wiley Interscience, 2000.

Hastie, Tibshirani, Friedman: The Elements of Statistical Learning, Springer, 2001.

L. Devroye, L. Gyorfi, and G. Lugosi: A probabilistic theory of pattern recognition. Springer, New York, 1996
Voraussetzungen / BesonderesRequirements:

basic knowledge of statistics, interest in statistical methods.

It is recommended that Introduction to Machine Learning (ML I) is taken first; but with a little extra effort Statistical Learning Theory can be followed without the introductory course.
Fächer von allgemeinem Interesse
Diese Fächer sind für mehrere Vertiefungsrichtungen wählbar. Sprechen Sie mit Ihrem Tutor.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0708-00LDiagnostik, Mess- und Prüftechnik in der Hochspannungstechnologie Information Z0 KP2SH.‑J. Weber
KurzbeschreibungDiskussion von verschiedenen Diagnostikmethoden zur Beurteilung von Isolationssystemen von energietechnischen Betriebsmitteln und Subsystemen. Selbständige Durchführung von messtechnischen Versuchen im Labor mit Hoch- und Niederspannungen. Kennenlernen der wichtigsten Prüfverfahren und internationalen Prüfvorschriften. Methoden zur Kalibrierung und Instandhaltung von Hochspannungsmessmitteln.
Lernzielsiehe oben
SkriptHandouts
Literatur- M. Beyer, W. Boeck, K. Möller, W. Zaengl: Hochspannungstechnik, Springer-Verlag, 1986
- A. Küchler: Hochspannungstechnik, Springer, Berlin, 3. Auflage, 2009
151-0306-00LVisualization, Simulation and Interaction - Virtual Reality I Information W4 KP4GA. Kunz
KurzbeschreibungTechnologie der virtuellen Realität. Menschliche Faktoren, Erzeugung virtueller Welten, Beleuchtungsmodelle, Display- und Beschallungssysteme, Tracking, haptische/taktile Interaktion, Motion Platforms, virtuelle Prototypen, Datenaustausch, VR-Komplettsysteme, Augmented Reality; Kollaborationssysteme; VR und Design; Umsetzung der VR in der Industrie; Human COmputer Interfaces (HCI).
LernzielDie Studierenden erhalten einen Überblick über die virtuelle Realität, sowohl aus technischer als auch aus informationstechnologischer Sicht. Sie lernen unterschiedliche Software- und Hardwareelemente kennen sowie deren Einsatzmöglichkeiten im Geschäftsprozess. Die Studierenden entwickeln eine Kenntnis darüber, wo sich heute die virtuelle Realität nutzbringend einsetzen lässt und wo noch weiterer Forschungsbedarf besteht. Anhand konkreter Programme und Systeme erfahren die Teilnehmer den Umgang mit den erlernten neuen Technologien.
InhaltDiese Vorlesung gibt eine Einführung in die Technologie der virtuellen Realität als neues Tool zur Bewältigung komplexer Geschäftsprozesse. Es sind die folgenden Themen vorgesehen: Einführung und Geschichte der VR; Eingliederung der VR in die Produktentwicklung; Nutzen von VR für die Industrie; menschliche Faktoren als Grundlage der virtuellen Realität; Einführung in die Erzeugung (Modellierung) virtueller Welten; Beleuchtungsmodelle; Kollisionserkennung; Displaysysteme; Projektionssysteme; Beschallungssysteme; Trackingssysteme; Interaktionsgeräte für die virtuelle Umgebung; haptische und taktile Interaktion; Motion Platforms; Datenhandschuh; physikalisch basierte Simulation; virtuelle Prototypen; Datenaustausch und Datenkommunikation; VR-Komplettsysteme; Augmented Reality; Kollaborationssysteme; VR zur Unterstützung von Designaufgaben; Umsetzung der VR in der Industrie; Ausblick in die laufende Forschung im Bereich VR.

Lehrmodule:
- Geschichte der VR und Definition der wichtigsten Begriffe
- Einordnung der VR in Geschäftsprozesse
- Die Erzeugung virtueller Welten
- Geräte und Technologien für die immersive virtuelle Realität
- Anwendungen der VR in unterschiedlichsten Gebieten
SkriptDie Durchführung der Lehrveranstaltung erfolgt gemischt mit Vorlesungs- und Übungsanteilen.
Die Vorlesung kann auf Wunsch in Englisch erfolgen. Das Skript ist ebenfalls in Englisch verfügbar.
Skript, Handout; Kosten SFr.50.-
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
keine
Vorlesung geeignet für D-MAVT, D-ITET, D-MTEC und D-INF

Testat/ Kredit-Bedingungen/ Prüfung:
– Teilnahme an Vorlesung und Kolloquien
– Erfolgreiche Durchführung von Übungen in Teams
– Mündliche Einzelprüfung 30 Minuten
Studienarbeiten
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-1572-01LSemester Project (Nr 1) Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Please fill in the following form before registering: http://www.ee.ethz.ch/project_registration_form.
W8 KP20AProfessor/innen
KurzbeschreibungDie Studenarbeiten leitet die Studierenden zu selbstständigem wissenschaftlichen Arbeiten an. Mit einer Studienarbeit können die technischen, aber auch die sozialen Fähigkeiten gefördert werden. Die Studienarbeit umfasst einen Aufwand von min 280 Stunden und wird von einem Professor geleitet.
Lernziels.o.
227-1572-02LSemester Project (Nr 2) Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Please fill in the following form before registering: http://www.ee.ethz.ch/project_registration_form.
W8 KP20AProfessor/innen
KurzbeschreibungDie Studenarbeiten leitet die Studierenden zu selbstständigem wissenschaftlichen Arbeiten an. Mit einer Studienarbeit können die technischen, aber auch die sozialen Fähigkeiten gefördert werden. Die Studienarbeit umfasst einen Aufwand von min 280 Stunden und wird von einem Professor geleitet.
Lernziels.o.
Pflichtwahlfach Geistes-, Sozial- und Staatswissenschaften
» siehe Studiengang GESS-Pflichtwahlfächer
Industriepraktikum
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-1550-00LInternship in Industry Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Nur für Elektrotechnik und Informationstechnologie MSc.
Z0 KPexterne Veranstalter
KurzbeschreibungEs ist das Ziel der 12-wöchigen Praxis, Master-Studierenden die industriellen Arbeitsumgebungen näher zu bringen. Während dieser Zeit bietet sich ihnen die Gelegenheit, in aktuelle Projekte der Gastinstitution involviert zu werden.
Lernziels.o.
Master-Arbeit
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-1501-00LMaster's Thesis Information Belegung eingeschränkt - Details anzeigen
Admission only if A L L of the following apply:
a) bachelor program successfully completed;
b) acquired (if applicable) all credits from additional requirements for admission to master program;
c) successfully completed both semester projects.

Note: the conditions above are not applicable to incoming exchange students.

All students, please fill in the following form before registering: http://www.ee.ethz.ch/project_registration_form.
O30 KP68DProfessor/innen
KurzbeschreibungDie Masterarbeit bildet den Abschluss des Master-Studiengangs. Sie umfasst in einem Bericht die Ergebnisse eines sechsmonatigen Forschungsprojekts. Die Studierenden haben damit belegt, dass sie eine wissenschaftliche Arbeit über ein spezifisches Problem selbstständig ausführen können. Die Arbeit wird von einem Professor des D-ITET oder einem assoziierten Professor geleitet.
Lernziels.o.
Allgemein zugängliche Seminarien und Kolloquien
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0919-00LKnowledge-Based Image Interpretation Information Z0 KP2SG. Székely, L. Van Gool
KurzbeschreibungMit der Seminarreihe Wissensbasierte Bildinterpretation werden spezifische Themen präsentiert. Die Präsentationen finden sporadisch statt.
LernzielPräsentation und Diskussion von Beiträgen über institutseigene und auswärtige Arbeiten auf den Gebieten der Bildverarbeitung, der Computer Vision, virtuelle und erweiterte Realität und physikalische Simulation. Verfolgung der aktuellen Literatur.
InhaltPräsentation und Diskussion von Beiträgen über institutseigene und auswärtige Arbeiten auf den Gebieten der Bildverarbeitung, der Computer Vision, virtuelle und erweiterte Realität und physikalische Simulation. Verfolgung der aktuellen Literatur.
227-0920-00LSeminar in Systems and Control Information Z0 KP1SM. Morari, R. D'Andrea, J. Lygeros, R. Smith
KurzbeschreibungCurrent topics in Systems and Control presented mostly by external speakers from academia and industry.
Lernzielsee above
227-0950-00LAkustik Information Z0 KP0.5KK. Heutschi
KurzbeschreibungVorträge externer Referenten zu aktuellen Themen der Akustik.
Lernzielsiehe oben
227-0980-00LSeminar on Biomedical Magnetic Resonance Information Z0 KP2KK. P. Prüssmann, S. Kozerke, M. Rudin
KurzbeschreibungActuel developments and problems of magnetic resonance imaging (MRI)
LernzielGetting insight to advanced topics in Magnetic Resonance Imaging
227-0970-00LResearch Topics in Biomedical Engineering Information Z1 KP2KK. P. Prüssmann, M. Rudin, M. Stampanoni, K. Stephan, J. Vörös
KurzbeschreibungCurrent topics in Biomedical Engineering presented mostly by external speakers from academia and industry.
Lernzielsee above
227-0955-00LSeminar in Electromagnetics Information Z3 KP2KJ. Leuthold
KurzbeschreibungSelected topics of the current research activities of the IFH and closely related institutions are discussed.
LernzielHave an overview on the research activities of the IFH.
227-0708-00LDiagnostik, Mess- und Prüftechnik in der Hochspannungstechnologie Information Z0 KP2SH.‑J. Weber
KurzbeschreibungDiskussion von verschiedenen Diagnostikmethoden zur Beurteilung von Isolationssystemen von energietechnischen Betriebsmitteln und Subsystemen. Selbständige Durchführung von messtechnischen Versuchen im Labor mit Hoch- und Niederspannungen. Kennenlernen der wichtigsten Prüfverfahren und internationalen Prüfvorschriften. Methoden zur Kalibrierung und Instandhaltung von Hochspannungsmessmitteln.
Lernzielsiehe oben
SkriptHandouts
Literatur- M. Beyer, W. Boeck, K. Möller, W. Zaengl: Hochspannungstechnik, Springer-Verlag, 1986
- A. Küchler: Hochspannungstechnik, Springer, Berlin, 3. Auflage, 2009
252-4810-00LZISC Information Security Colloquium Information
Findet dieses Semester nicht statt.
Z0 KP2KS. Capkun, D. Basin, U. Maurer, A. Perrig, B. Plattner
KurzbeschreibungSeries of invited lectures about current topics in information security. Schedule according to announcement on the lecture web page.
Lernzielsee above
Auflagen-Lerneinheiten
Das untenstehende Lehrangebot gilt nur für MSc Studierende mit Zulassungsauflagen.
NummerTitelTypECTSUmfangDozierende
227-0101-AALZeitdiskrete und statistische Signalverarbeitung Information
Die Lerneinheit kann nur von MSc Studierenden mit Zulassungsauflagen belegt werden.
E-6 KP8RH.‑A. Loeliger
KurzbeschreibungGrundlagen 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 im Selbststudium 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-AALRegelsysteme Information
Die Lerneinheit kann nur von MSc Studierenden mit Zulassungsauflagen belegt werden.
E-6 KP8RM. 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.
SkriptVorlesungsunterlagen werden über Student Print on Demand (SPOD) für ca. CHF 11 verkauft. www.spod.ethz.ch

Übungsmaterial über die Regelsysteme Homepage www.control.ee.ethz.ch/~rs oder in den Übungen.
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 CHF 150.-, (Frühjahr 2010).
Voraussetzungen / BesonderesVoraussetzungen:
Signal- und Systemtheorie / MATLAB-Kenntnisse
227-0166-AALAnalog Integrated Circuits Information
Die Lerneinheit kann nur von MSc Studierenden mit Zulassungsauflagen belegt werden.
ACHTUNG: Die Lerneinheit wird ab HS 2015 nur noch im Herbst angeboten, die Prüfung nur noch im Winter.
E-6 KP8RQ. 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.
SkriptHandouts of slides. No script but an accompanying textbook is recommended.
LiteraturGray, Hurst, Lewis, Meyer, "Analysis and Design of Analog Integrated Circuits", 5th Ed. Wiley, 2010.
227-0117-AALHochspannungstechnik Information
Die Lerneinheit kann nur von MSc Studierenden mit Zulassungsauflagen belegt werden.
E-6 KP8RC. Franck
KurzbeschreibungVerstehen der grundlegenden Phänomene und Prinzipien, welche im Zusammenhang mit sehr hohen elektrischen Feldstärken auftreten. Diese Kenntnisse werden auf Dimensionierungen von Betriebsmitteln elektrischer Energieübertragungssysteme angewendet. Heute übliche Methoden der Computermodellierung werden vorgestellt und im Rahmen einer Übung verwendet.
LernzielDie Studierenden haben Kenntnis der grundlegenden Phänomene und Prinzipien, welche im Zusammenhang mit sehr hohen elektrischen Feldstärken auftreten. Sie verstehen die unterschiedlichen Mechanismen, die zum Versagen von Isolationssystemen führen und können Versagens-Kriterien zur Beurteilung von Hochspannungskomponenten anwenden. Sie sind in der Lage, Schwachstellen von Isolationssystemen zu identifizieren und Möglichkeiten zu deren Behebung zu nennen. Zudem kennen sie die gängigen Isolationssysteme und deren Dimensionierung in der Praxis.
Inhalt- Diskussion der für die Hochspannungstechnik relevanten Feldgleichungen
- analytische und numerische Lösung dieser Feldgleichungen, sowie Herleitung der wichtigen Ersatzschaltbilder zur Beschreibung von Feldern und Verlusten in Isolationen
- Einführung in die Gasphysik
- Mechanismus des Durchschlags in gasförmigen, flüssigen und festen Isolierungen, sowie in Isolationssystemen
- Methoden zur rechnerischen Bestimmung der elektrischen Festigkeit von gasförmigen, flüssigen und festen Isolierungen
- Anwendung der Erkenntnisse an Hochspannungskomponenten
- Exkursion zu Herstellern von Hochspannungskomponenten
- Projektarbeit zum Kennenlernen der Benutzung von Computeranwendungen im Bereich der Hochspannungstechnik
SkriptVorlesungsunterlagen
LiteraturA. Küchler, Hochspannungstechnik, Springer Berlin, 3. Auflage, 2009 (ISBN: 978-3540784128)