In dieser Bachelorarbeit wird eine LTE Cell Search Procedure auf Basis von SDR entwickelt, um eine Synchronisation mit einem LTE-System in Zeit und Frequenz zu erreichen. Dabei werden mehrere Verarbeitungsblöcke implementiert, die zur LTE Cell Search Procedure gehören. Diese beinhalten die Erkennung des Integer Frequency Offsets (IFO), Primary Synchronisation Signals (PSS), Fractional Frequency Offset (FFO) und des Secondary Synchronisation Signals (SSS). Die Arbeit umfasst eine Literaturrecherche, die Implementierung der Verarbeitungsblöcke, die Simulation verschiedener Szenarien, statistische Analysen und die Anwendung auf ein gemessenes LTE-Signal. Sie liefert Antworten auf spezifische Forschungsfragen zur Effizienz, zum Einfluss des SNR und des CFO, sowie zur Eignung für reale LTE-Systeme. Darüber hinaus wird ein Ausblick auf mögliche Anwendungen im Kontext von 5G NR, WLAN und Erweiterungen gegeben.:Kurzfassung.................................... III Abbildungsverzeichnis .............................. VII Tabellenverzeichnis................................ VIII Codeverzeichnis.................................. IX Abkürzungsverzeichnis .............................. X Symbolverzeichnis ................................ XIV 1. Einleitung................................... 1 1.1. Forschungsfragen ............................ 1 1.2. Untersuchungsdesign .......................... 2 2. Grundlagen .................................. 3 2.1. Zadoff-Chu (ZC)-Sequenzen ...................... 3 2.2. Maximum Length (M)-Sequenzen................... 5 2.3. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM) ................ 7 2.4. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM): Kanal und Equalization............................... 10 2.5. Orthogonal Frequency-Division Multiplexing (OFDM): Carrier Frequency Offset (CFO).......................... 11 2.6. Carrier Frequency Offset (CFO)-Erkennung ................... 14 2.7. Short Time Fourier Transform (STFT) und Spektrogramm ......... 16 2.8. Software Defined Radio (SDR) .................... 17 2.9. 3rd Generation Partnership Project (3GPP)-Long Term Evolution (LTE).................................. 18 3. Praktische Untersuchung ........................... 23 3.1. Simulationsumgebung ......................... 27 3.2. Software Defined Radio (SDR)-basierte Long Term Evolution (LTE)- Messung................................. 29 3.3. Integer Carrier Frequency Offset (IFO)-Erkennung ............ 30 3.4. Primary Synchronization Signal (PSS)-Erkennung .............. 38 3.5. Fractional Carrier Frequency Offset (FFO)-Erkennung ........ 44 3.6. Secondary Synchronization Signal (SSS)-Erkennung ............ 49 3.7. Simulation der gesamten Implementierung .................... 57 4. Zusammenfassung und Ausblick ....................... 62 Literaturverzeichnis................................ 65

Auf dem Weg der genetischen Information stellt die Translation der RNA in eine Aminosäuresequenz den letzten Schritt dar. In Chloroplasten, den grünen Organellen der Pflanzenzellen, findet ein Großteil der Regulation der Genexpression auf Ebene der Initiation dieses Schrittes statt. Eine Vielzahl von Eigenschaften der RNA und von Faktoren, die an die RNA binden, entfalten einen Einfluss auf diesen Schritt. Bisher unvollständig aufgeklärt ist die Rolle einer konservierten Nukleotidsequenz in der untranslatierten Region der RNA -- der Shine-Dalgarno-Sequenz. Diese stellt in Bakterien, wie z.B. E. coli als Ribosomenbindestelle sicher, dass Ribosomen den Anfang der zu translatierenden Sequenz zuverlässig erkennen. Im Rahmen dieser Arbeit wurden diverse DNA-Konstrukte in Plastiden von Tabak eingebracht. Hierzu zählten Konstrukte, die sowohl eine erhöhte Anzahl von Ribosomenbindestellen enthielten als auch vermehrte Startpunkte der Translation. Zusätzlich wurden Konstrukte hergestellt, die die Situation von mehreren zu translatierenden Regionen in der RNA nachstellten. Es konnte festgestellt werden, dass plastidäre Ribosomen die strangaufwärts gelegenen Translationsstartpunkte bevorzugen -- im Gegensatz zu E. coli, wo alle Startpunkte gleichmäßig genutzt wurden. Hierdurch zeigten die prokaryotischen Ribosomen aus Chloroplasten, die sich aus bakteriellen Systemen ableiten, Eigenschaften von eukaryotischen Ribosomen. Ein zweites Teilprojekt dieser Arbeit beschäftigte sich mit der Inkompatibilität von Chloroplasten mit dem Kerngenom. In Kreuzungen von Arten der Gattung Pelargonium fielen Kombinationen auf, bei denen die Tochterpflanzen bleiche Blattbereiche bis hin zu vollständig weißen Pflanzen zeigten. Dieses Phänomen wird als Bastardbleichheit bezeichnet. In der Gattung Pelargonium werden Chloroplasten von beiden Elternteilen an die Tochterpflanzen vererbt. Da das Phänomen der Bastardbleichheit nur in einem der Plastiden vorkommt, nicht jedoch im anderen in der gleichen Pflanze, muss von einem Effekt ausgegangen werden, der von Plastiden ausgeht. Die Interaktionen zwischen Zellkern und Chloroplasten sind offensichtlich stark gestört. Zur detaillierten Untersuchung dieses Effekts wurde die Nukleotidsequenz von drei Chloroplastengenomen aufgeklärt. Es konnte eine Reihe von Sequenzunterschieden der Genome ermittelt werden. Aus diesen wurde eine Reihe von Unterschieden beobachtet, die einen solchen Effekt zur Folge haben können. Aus diesen Unterschieden wurde eine Reihe von potentiellen Kandidatengenen zusammengestellt, die in weiteren Arbeiten auf ihre Rolle in der Entstehung der Bastardbleichheit untersucht werden. / Chloroplasts are the green organelles of plants with a evolutionary prokaryotic background. During evolution chloroplasts established translation initiation as the major step in regulation of gene expression. A vast number of factors, e.g. sequence elements, secondary structures or RNA binding proteins, influences the regulation of translation initiation. A conserved sequence – Shine-Dalgarno sequence – can be identified both in prokaryotes as well as chloroplasts. In prokaryotes this sequence provides a faithful means for positioning of the ribosome to the start codon. Due to lower conservation of Shine-Dalgarno sequences the role of this sequence in translation initiation is not completely understood. We designed a series of constructs that contain different arrangements of these sequences in the 5’ UTR resulting in an increased number of potential ribosome binding sites or translation initiation sites. Additionally we constructed a series of 5’ UTRs that resembled polycistronic transcripts. The results showed a dramatic effect of the different constructs on the translation efficiency of the reporter protein. It could be shown that numerous translation initiation sites increase translation efficiency, whereas increased numbers of ribosome binding sites do not. Additionally it could be shown, that plastidic ribosomes preferentially initiate on 5’ translations initiation sites in contrast to prokaryotic ribosomes that recognize initiation sites equally. This illustrates that plastidic ribosomes in contrast to prokaryotic ribosomes show a scanning like mechanism. Hence plastidic ribosomes gained some eukaryotic properties during evolution. A second project was dealing with hybrid variegation. This phenomenon is based on plastid-nuclear genome incompatibility. Due to biparental plastid inheritance in Pelargonium hybrids may show chimeric phenotypes with bleached (incompatible) and green (compatible) sectors. This points to the plastome as cause for the hybrid variegation. To this end the nucleotide sequence of three plastid genomes was determined and an array of candidate genes causing the incompatibility could be compiled.

DIe Dissertationsschrift enthält mehrere teils in wissenschaftlichen Journals veröffentlichte Studien, die im Rahmen der kumulativen Dissertation entstanden. Im Fokus dieser Studien und der vorliegenden Dissertationsschrift steht die Untersuchung und Rekonstruktion Quartärer Umweltveränderungen in terrestrischen Ökosystemen. Dabei wurden Äolianit-paläobodensequenzen untersucht, anhand derer mithilfe von fossilen Gastropoden und deren stabilen Isotopensignalen Umweltinformationen abgeleitet werden.:TABLE OF CONTENT ACKNOWLEDGEMENT ABSTRACT KURZFASSUNG TABLE OF CONTENT 1 INTRODUCTION 1.1 RELEVANCE AND OBJECTIVE OF STUDYING FOSSIL GASTROPODS IN QUATERNARY DEPOSITS 1.2 MAJOR RESEARCH QUESTIONS AND METHODOLOGICAL APPROACH 1.3 STUDY SITES 1.4 REFERENCES 2 QUATERNARY GASTROPOD FAUNAS ON THE EASTERN CANARY ISLANDS AND INDICATIONS OF ENVIRONMENTAL CHANGES 2.1 INTRODUCTION 2.2 GEOGRAPHICAL SETTING 2.3 METHODS 2.4 RESULTS 2.5 DISCUSSION 2.6 CONCLUSIONS 2.7 ACKNOWLEDGEMENT 2.8 REFERENCES 2.9 SUPPLEMENTARY MATERIAL 3 QUATERNARY GASTROPOD FAUNAS IN SOUTHERN CAUCASIA AND INDICATIONS ON ENVIRONMENTAL CHANGES 3.1 INTRODUCTION 3.2 STUDY AREA 3.3 METHODS 3.4 RESULTS 3.5 DISCUSSION 3.6 CONCLUSION 3.7 ACKNOWLEDGEMENT REFERENCES 3.9 SUPPLEMENTARY MATERIAL 4 MALACOLOGICAL INVESTIGATIONS ON EASTERN CANARY SEDIMENT ARCHIVES –STABLE ISOTOPE INTERPRETATION IN AN OZEANIC SETTING 4.1 INTRODUCTION 4.2 GEOGRAPHICAL SETTING AND STATE OF KNOWLEDGE 4.3 METHODS 4.4 RESULTS 4.5 DISCUSSION 4.6 CONCLUSIONS 4.7 ACKNOWLEDGEMENT 4.8 REFERENCES 4.9 SUPPLEMENTARY MATERIAL 5 MALACOLOGICAL INVESTIGATIONS AT SOUTH CAUCASIAN SEDIMENT ARCHIVES –STABLE ISOTOPE INTERPRETATION IN A CONTINENTAL SETTING 5.1 INTRODUCTION 5.2 GEOGRAPHICAL SETTING AND STATE OF KNOWLEDGE 5.3 METHODS 5.3.1 Fieldwork 5.3.2 Laboratory Analyses 5.4 RESULTS 5.6 CONCLUSION 5.7 REFERENCES 5.8 SUPPLEMENTARY MATERIAL 6 SUMMARY AND SYNTHESIS 6.1 COMPARATIVE CONSIDERATION OF THE DIFFERENT SETTINGS 6.2 MAJOR CONCLUSIONS 6.3 PERSPECTIVE 6.4 REFERENCES

Komplexe Muster neuronaler Aktivität entstehen während der Sharp-wave Ripples (SWRs) im Hippocampus und während der Up States im Neokortex (Zuständen mit hoher Aktivität). Sequenzen von Verhalten, die in der Vergangenheit erlebt wurden, werden während des komplexen Musters abgespielt. Die zugrunde liegenden Mechanismen sind nicht gründlich erforscht: Wie können kleine synaptische Veränderungen die großflächige Netzwerkaktivität während des Gedächtnisabrufes und der Gedächtniskonsolidierung kontrollieren? Im ersten Teil dieser Abhandlung wird die Hypothese aufgestellt, dass eine schwache synaptische Konnektivität zwischen Hebbschen Assemblies von der bereits vorhandenen rekurrenten Konnektivität gefördert wird. Diese Hypothese wird auf folgende Weise geprüft: die vorwärts gekoppelten Assembly-Sequenzen werden in neuronale Netzwerke eingebettet, mit einem Gleichgewicht zwischen exzitatorischer und inhibitorischer Aktivität. Simulationen und analytische Berechnungen haben gezeigt, dass rekurrente Verbindungen innerhalb der Assemblies zu einer schnelleren Signalverstärkung führen, was eine Reduktion der notwendigen Verbindungen zwischen den Assemblies zur Folge hat. Diese Aktivität kann entweder von kleinen sensorisch ähnlichen Inputs hervorgerufen werden oder entsteht spontan infolge von Aktivitätsschwankungen. Globale -- möglicherweise neuromodulatorische -- Änderungen der neuronalen Erregbarkeit können daher die Netzwerkzustände steuern, die Gedächnisabruf und die Konsolidierung begünstigen. Der zweite Teil der Arbeit geht der Herkunft der SWRs nach, die in vitro beobachtet wurden. Neueste Studien haben gezeigt, dass SWR-ähnliche Erscheinungen durch optogenetische Stimulation der Subpopulationen von inhibitorischen Neuronen hervorgerufen werden können (Schlingloff et al., 2014). Um diese Ergebnisse zu erklären wird ein de-inhibierendes Schaltkreis-Modell diskutiert, das die beobachteten Populationsausbrüche generieren kann. Die Auswirkungen der pharmakologischen GABAergischen Modulatoren auf die SWR-Häufigkeit werden in vitro untersucht. Die gewonnenen Ergebnisse wurden in Rahmen des Schaltkreis-Modells analysiert. Insbesondere wird den folgenden Fragen nachgegangen: Wie unterdrückt Gabazine, ein GABA_A-Rezeptor-Antagonist, die Entwicklung von SWRs? Wird das Zeitintervall zwischen SWRs durch die Dynamik der GABA_B Rezeptoren moduliert? / Complex patterns of neural activity appear during up-states in the neocortex and sharp-wave ripples (SWRs) in the hippocampus, including sequences that resemble those during prior behavioral experience. The mechanisms underlying this replay are not well understood. How can small synaptic footprints engraved by experience control large-scale network activity during memory retrieval and consolidation? In the first part of this thesis, I hypothesise that sparse and weak synaptic connectivity between Hebbian assemblies are boosted by pre-existing recurrent connectivity within them. To investigate this idea, sequences of assemblies connected in a feedforward manner are embedded in random neural networks with a balance of excitation and inhibition. Simulations and analytical calculations show that recurrent connections within assemblies allow for a fast amplification of signals that indeed reduces the required number of inter-assembly connections. Replay can be evoked by small sensory-like cues or emerge spontaneously by activity fluctuations. Global--potentially neuromodulatory--alterations of neuronal excitability can switch between network states that favor retrieval and consolidation. The second part of this thesis investigates the origin of the SWRs observed in in-vitro models. Recent studies have demonstrated that SWR-like events can be evoked after optogenetic stimulation of subpopulations of inhibitory neurons (Schlingloff et al., 2014; Kohus et al., 2016). To explain these results, a 3-population model is discussed as a hypothetical disinhibitory circuit that could generate the observed population bursts. The effects of pharmacological GABAergic modulators on the SWR incidence in vitro are analysed. The results are discussed in the light of the proposed disinhibitory circuit. In particular, how does gabazine, a GABA_A receptor antagonist, suppress the generation of SWRs? Another explored question is whether the slow dynamics of GABA_B receptors is modulating the time scale of the inter-event intervals.

Wie regulatorische Sequenzen die Genexpression steuern, ist von grundlegender Bedeutung für die Erklärung von Phänotypen in Gesundheit und Krankheit. Die Funktion regulatorischer Sequenzen muss letztlich in ihrer genomischen Umgebung und in entwicklungs- oder gewebespezifischen Zusammenhängen verstanden werden. Da dies eine technische Herausforderung ist, wurden bisher nur wenige regulatorische Elemente in vivo charakterisiert. Hier verwenden wir Induktion von Cas9 und multiplexed-sgRNAs, um hunderte von Mutationen in Enhancern/Promotoren und 3′ UTRs von 16 Genen in C. elegans zu erzeugen. Wir quantifizieren die Auswirkungen von Mutationen auf Genexpression und Physiologie durch gezielte RNA- und DNA-Sequenzierung. Bei der Anwendung unseres Ansatzes auf den 3′ UTR von lin-41, bei der wir hunderte von Mutanten erzeugen, stellen wir fest, dass die beiden benachbarten Bindungsstellen für die miRNA let-7 die lin-41-Expression größtenteils unabhängig voneinander regulieren können, mit Hinweisen auf eine mögliche kompensatorische Interaktion. Schließlich verbinden wir regulatorische Genotypen mit phänotypischen Merkmalen für mehrere Gene. Unser Ansatz ermöglicht die parallele Analyse von genregulatorischen Sequenzen direkt in Tieren. / How regulatory sequences control gene expression is fundamental for explaining phenotypes in health and disease. The function of regulatory sequences must ultimately be understood within their genomic environment and development- or tissue-specific contexts. Because this is technically challenging, few regulatory elements have been characterized in vivo. Here, we use inducible Cas9 and multiplexed guide RNAs to create hundreds of mutations in enhancers/promoters and 3′ UTRs of 16 genes in C. elegans. We quantify the impact of mutations on expression and physiology by targeted RNA sequencing and DNA sampling. When applying our approach to the lin-41 3′ UTR, generating hundreds of mutants, we find that the two adjacent binding sites for the miRNA let-7 can regulate lin-41 expression largely independently of each other, with indications of a compensatory interaction. Finally, we map regulatory genotypes to phenotypic traits for several genes. Our approach enables parallel analysis of gene regulatory sequences directly in animals.

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