Detail předmětu

Software radio

FEKT-NSWRAk. rok: 2015/2016

Předmět se věnuje problematice implementace rádiových přijímačů a vysílačů dle konceptu tzv. softwarového rádia. Důraz je kladen jak na teoretický popis jednotlivých subsystémů a algoritmů komunikačního řetězce, tak na jejich efektivní implementaci v moderních programovatelých obvodech FPGA. Studenti si prohloubí znalosti v oblasti zpracování signálů s konkrétními aplikacemi v oblasti rádiových komunikací. V rámci cvičení si studenti prakticky vyzkouší implementaci teoretických principů v reálném hardwaru.

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- popsat základní hardwarové prostředky vhodné pro implementaci softwarového rádia
- vypočítat reprezentaci reálných čísel v různých číselných formátech s pevnou řádovou čárkou
- sestavit program pro obvod FPGA implementující základní stavební bloky rádiového vysílače
- zvolit architekturu pro implementaci FIR filtru s ohledem na požadavky pro implementaci v obvodu FPGA
- popsat algoritmus pro bit loading v systémech OFDM
- diskutovat možná řešení interpolace a decimace signálů v softwarových transceiverech
- vysvětlit činnost algoritmu CORDIC a jeho aplikace v softwarovém rádiu

Prerekvizity

Student, který si zapíše předmět, by měl být schopen: - sestavit jednoduchý program v prostředí MATLAB - navrhnout jednoduchý filtr typu FIR - matematicky popsat signály základních číslicových modulací (PSK, QAM) - diskutovat základní pojmy z oblasti zpracování signálů - diskutovat výhody a nevýhody komunikačních technologií

Doporučená nebo povinná literatura

KENNINGTON, P.B., RF and baseband techniques for software defined radio, Artech House, 2005 (EN)
REED, J.H., Software Radio: A Modern Approach to Radio Engineering, Prentice Hall, 2002 (EN)
ŽALUD, V., Softwarové a kognitivní rádio (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači s použitím vývojových kitů s obvody FPGA. Student odevzdává samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

až 30 bodů za cvičení (body student získává za vypracování jednotlivých úloh a zpracování stručných protokolů)
až 70 bodů za zkoušku (písemná část 50 bodů+ústní část 20 bodů)
Zkouška má povinnou písemnou část a nepovinnou ústní část. Pro postup do ústní části je nutné získat v písemné části alespoň 20 bodů.

Jazyk výuky

čeština, angličtina

Osnovy výuky

Přednášky:

1. Koncept softwarového rádia, architektury vysílačů a přijímačů, pásmové vzorkování
2. Reprezentace čísel, aritmetika v pevné řádové čárce, algoritums CORDIC
3. Algoritmy FFT, knihovna DSP lib, vektorová signálová analýza
4. Hardwarové prostředky pro implementaci softwarového rádia - DSP, FPGA
5. Softwarové prostředky pro simulaci a implementaci v FPA a DSP, Core gererator, System generator, úvod do VHDL
6. Změna vzorkovacího kmitočtu, CIC filtry
7. Neceločíselná interpolace signálu, Farrow interpolátor
8. Číslicové filtry a jejich efektivní implementace v FPGA
9. Základní bloky pro DSP v obvodech FPGA, frekvenční syntéza, směšovače
10. Algoritmy pro synchronizaci a ekvalizaci v softwarovém rádiu
11. Zpracování signálu v systémech OFDM
12. Od softwarového ke kognitivnímu rádiu, dynamická alokace spektra


Počítačová cvičení:

1. analýza reálného komunikačního signálu pomocí vektorového analyzátoru
2. Vývojové prostředí System generator pro FPGA Xilinx – základní bloky (aritmetika, DDS, filtry)
3. Vývojové prostředí System generator pro FPGA Xilinx – FM demodulace
4. Vývojové prostředí Code Composer Studio pro DSP - Implementace OFDM modulátoru
5. Kosimulace MATLAB-FPGA
6. Vývojové prostředí Xilinx ISE, IP CoreGen, filtry
7. BPSK modulátor v obvodu FPGA
8. Digitální filtry a bloky DSP48
9. Softwarově definované rádio USRP N200, GNU radio

Cíl

Cílem předmětu je seznámit studenty s konceptem a praktickým použitím principu softwarového rádia. Cílem počítačových cvičení je získat praktické zkušenosti s implementací základních částí komunikačního řetězce. Studenti budou seznámeni s dostupnými softwarovými prostředky pro implementaci metod zpracování signálů v programovatelných logických obvodech.

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

Počítačová cvičení jsou povinná.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-MN magisterský navazující

    obor MN-TIT , 1. ročník, letní semestr, 7 kreditů, volitelný mimooborový
    obor MN-EST , 1. ročník, letní semestr, 7 kreditů, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení na počítači

52 hod., povinná

Vyučující / Lektor

eLearning