Detail předmětu

Teorie sdělování

FEKT-LTSDAk. rok: 2015/2016

Předmět se věnuje principům, metodám a vlastnostem sdělovacích systémů. Zaměřuje se především na moderní digitální systémy a modulační metody. Studenti si však také prohloubí znalosti o analogových modulacích, jejich parametrech a metodách implementace. Získané teoretické znalosti z přednášek jsou prakticky ověřovány v rámci laboratorních cvičení měřením s pomocí speciálně navržených přípravků a dále v počítačových cvičeních na modelech sestavených v prostředí MATLAB-SIMULINK. V rámci cvičení odborného základu se studenti na praktických příkladech naučí počítat základní parametry potřebné pro návrh sdělovacích systémů.

Jazyk výuky

čeština

Počet kreditů

6

Garant předmětu

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- rozpoznat základní typy binárních signálů, vypočítat a načrtnout jejich spektrum a popsat principy a vlastnosti nejpoužívanějších linkových kódů,
- vyjmenovat jednotlivé bloky digitálního komunikačního systému (sdělovací soustavy) a vysvětlit jejich funkce,
- popsat model kanálu s aditivním bílým Gaussovým šumem, definovat bitovou chybovost, vypočítat pravděpodobnost chybného příjmu binárního signálu v základním a v přeloženém pásmu, v případě rušení aditivním bílým Gaussovým šumem,
- popsat principy, definovat základní parametry a vyjmenovat vlastnosti základních i moderních modulačních metod,
- vysvětlit princip vzniku mezisymbolových přeslechů (ISI) a Nyquistovy strategie nulových ISI v okamžicích vzorkování, nakreslit a popsat kmitočtové charakteristiky tvarovacích filtrů s umocněným kosinusovým a Gaussovským spektrem,
- popsat obecný princip ekvalizace přenosové funkce kanálu, vysvětlit funkci adaptivních ekvalizérů a ekvalizérů s rozhodovací zpětnou vazbou (DFE),
- vysvětlit princip a důležitost taktové synchronizace ve sdělovacích systémech, vysvětlit účel skramblování, navrhnout schéma zapojení jednoduchého, samostatně synchronizovaného skrambleru,
- popsat princip zpětného a dopředného zabezpečení přenosu proti chybám, vysvětlit obecný princip prokládání, popsat metodu blokového a konvolučního prokládání,
- vysvětlit rozdíl mezi přirozeným a uniformním vzorkováním, důvod vzniku tzv. aperturového zkreslení a metody jeho potlačení,
- popsat princip šířkové a polohové impulzové modulace a modulace hustotou impulzů,
- vysvětlit rozdíl mezi rovnoměrným a nerovnoměrným kvantováním, vypočítat výkon kvantizačního šumu, nakreslit převodní charakteristiky kompresoru a expandoru,
- popsat principy a vyjmenovat základní vlastnosti impulzových kódovaných modulací (PCM, DPCM, DM, SDM),
- vysvětlit principy základních metod multiplexování signálů a mnohonásobného přístupu ke společnému přenosovému médiu,
- popsat a navrhnout ortogonální kmitočtový multiplex, definovat jeho základní parametry a vyjmenovat jeho charakteristické vlastnosti a příklady použití v praxi,
- popsat základní typy intenzitních modulací používaných v optoelektronice,
- definovat a vypočítat základní veličiny požívané v teorii informace (množství informace, entropie, redundance, vzájemná informace, kapacita kanálu), vysvětlit princip trellis kódované modulace.

Prerekvizity

Student, který si zapíše předmět, by měl znát základní definice a charakteristiky signálů a systémů se spojitým a diskrétním časem, včetně matematického popisu a reprezentace v kmitočtové oblasti, znát hustoty a distribuční funkce základních druhů rozdělení pravděpodobnosti, mít přehled o vzorkování a filtraci signálů. Student by také měl umět derivovat, integrovat, počítat s logaritmy a komplexními čísly, řešit lineární rovnice, pracovat s goniometrickými funkcemi a používat software MATLAB. Obecně jsou požadovány znalosti z matematiky a fyziky na úrovni bakalářského studia a je vhodné, aby studenti absolvovali předmět Analýza signálů a soustav (KASS).

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a dále počítačová a laboratorní cvičení. V počítačových cvičeních je využíván software Matlab. Laboratorní cvičení probíhají s pomocí speciálně vytvořených přípravků, generátorů Agilent 33220A a osciloskopů Tektronix TDS 2002. Student zpracovává zadání pěti samostatných prací.

Způsob a kritéria hodnocení

Výsledné hodnocení závisí na celkovém součtu bodů získaných za samostatné práce, laboratorní cvičení, počítačová cvičení a písemnou zkoušku. Student může získat:
- až 25 bodů za 5 samostatných prací zadaných na konci každého tutoriálu,
- až 5 bodů za laboratorní cvičení, přičemž body student získává za správně naměřené výsledky a formulované závěry v odevzdaném protokolu,
- až 5 bodů za počítačová cvičení, přičemž body student získává za správně provedené úkoly,
- až 65 bodů za zkoušku, která je povinná, má písemnou formu a k jejímu složení jsou připuštěni pouze studenti, kteří předtím získali zápočet. Pokud má zkoušející problém vyhodnotit odevzdaný výstup písemné zkoušky, může studentovi ústně položit doplňující otázky.
Zápočet je udělen těm studentům, kteří absolvovali laboratorní a počítačová cvičení a v řádném termínu odevzdali všech 5 vypracovaných zadání samostatných prací.

Osnovy výuky

1. Sdělovací soustava. Signály ve sdělovacích systémech (se spojitým a diskrétním časem). Základní typy binárních signálů. Linkové kódy. Rušivé signály. Příjem zarušeného signálu.
2. Amplitudové a kmitočtové modulace a klíčování. Fázová modulace a klíčování. Problémy spojené s přenosem BPSK.
3. Moderní systémy klíčování (QPSK, 8PSK, OK-QPSK, MSK, FFSK, GMSK, pi/4-DQPSK, MQAM). Mezisymbolové přeslechy a jejich potlačení. Ekvalizéry. Synchronizace. Skramblery. Způsoby protichybového zabezpečení.
4. Impulzové nekódované modulace (PAM, PWM, PDM, PPM). Číslicové vyjádření analogových signálů. Kvantování. Impulzové kódované modulace (PCM, DPCM, DM, SDM). Signály mnohokanálových soustav. Ortogonální kmitočtový multiplex.
5. Modulace v optoelektronice. Působení rušivých signálů v přeloženém pásmu. Přenos informace sdělovacím kanálem. Kódování. Trellis kódovaná modulace.

Učební cíle

Cílem předmětu je poskytnout studentům základní informace o signálech, metodách, principech a parametrech sdělovacích systémů, zejména digitálních, a dále o jevech, které mají vliv na chybovost či rychlost přenosu informací.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Laboratorní a počítačová cvičení jsou povinná. Zmeškaná, řádně omluvená cvičení, lze po domluvě s příslušným vyučujícím nahradit. Povinné je rovněž vypracování a včasné odevzdání všech 5 zadání samostatných prací.

Základní literatura

DOBEŠ J., ŽALUD V. Moderní radiotechnika. 1. vyd., Praha : BEN, 2006. 768 s. ISBN 80-7300-132-2 (CS)

Doporučená literatura

HAYKIN S., MOHER M. Introduction to Analog & Digital Communications. 2nd ed., New Jersey (USA) : John Wiley & Sons, 2007. 515 p. ISBN 0-471-43222-9 (EN)
PROAKIS J. G. Digital Communications. 4th ed., New York (USA) : McGraw-Hill, 2001. 1002 p. ISBN 0-07-232111-3 (EN)
HSU H. P. Schaum's Outline of Theory and Problems of Analog and Digital Communications. 2nd ed., New York (USA) : McGraw-Hill, 2003. 331 p. ISBN 0-07-140228-4 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-ML magisterský navazující

    obor ML-TIT , 1. ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-ML1 magisterský navazující

    obor ML1-TIT , 1. ročník, zimní semestr, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Základní pojmy teorie sdělování a přenosu dat.
Sdělovací systémy se zaměřením na digitální modulace. Klasifikace modulačních technik.
Diskrétní kódované modulace v základním pásmu.
Formáty signálů pro reprezentaci digitálních dat. Intersymbolové interference (ISI) a jejich potlačování.
Filtrace digitálních dat. Maximalizace poměru signál-šum.
Diskrétní modulace s nosnými vlnami dvojstavové a vícestavové.
Geometrická reprezentace modulovaných signálů. Hlavní skupiny digitálních modulací.
Modulace BFSK, BPSK, D-BPSK.
Modulace MPSK, QPSK, D-QPSK, O-QPSK, pi/4 - QPSK.
Modulace CPM (CPFSK, MSK, GMSK). Modulace M-QAM.
Modulační formáty s více nosnými vlnami MCM, ortogonální kmitočtový multiplex OFDM.
Techniky obnovy referenční nosné vlny a časování symbolů u digitálních modulací.
Techniky zobrazování signálů diskrétních modulací. Porovnání jednotlivých modulací.

Cvičení odborného základu

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Přenosová a modulační rychlost. Signály a jejich spektra.
PCM, DPCM, DM.
Formáty digitálních dat, vlastnosti v čase a ve spektru.
ASK, BFSK, DPSK.
Písemka (10 bodů). Klíčovací techniky I.
Klíčovací techniky II.

Cvičení na počítači

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Přenos dat v základním pásmu.
Modulace BPSK.
Čtyřstavové fázové klíčování (QPSK).
Modulace MSK a GMSK.
Datová komunikace pomocí modemu.
Přezkoušení a zápočtové práce.

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

Přenos dat v základním pásmu.
Modulace BPSK.
Čtyřstavové fázové klíčování (QPSK).
Modulace MSK a GMSK.
Datová komunikace pomocí modemu.
Přezkoušení a zápočtové práce.