Detail předmětu

Teorie sdělování

FEKT-MTSDAk. rok: 2019/2020

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.

Garant předmětu

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen:
- rozpoznat základní typy binárních signálů, vypočítat a načrtnout jejich spektrum, vypočítat modulační a přenosovou rychlost, 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 kvantovacího šumu, nakreslit převodní charakteristiky kompresoru a expandoru,
- popsat principy a vyjmenovat základní vlastnosti impulzových kódovaných modulací (PCM, DPCM, DM, ADM, 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 mřížkově 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. Práce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „pracovníka znalého pro samostatnou činnost“ dle Vyhl. 50/1978 Sb., kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Doporučená nebo povinná literatura

ČÍŽ R. Principy modulací a přenosu sdělovacích signálů pro integrovanou výuku VUT a VŠB-TUO. 1. vyd. Brno : Vysoké učení technické v Brně, 2014. 140 s. ISBN 978-80-214-5117-9. (CS)
DOBEŠ J., ŽALUD V. Moderní radiotechnika. 1. vyd., Praha : BEN, 2006. 768 s. ISBN 80-7300-132-2 (CS)
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)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a dále tři formy cvičení (počítačová, laboratorní a cvičení odborného základu). V počítačových cvičeních je využíván software Matlab. Laboratorní cvičení probíhají s pomocí speciálně vytvořených přípravků, generátorů Siglent SDG2042X a osciloskopů Keysight DSOX2012A. Ve cvičeních odborného základu jsou počítány příklady z oblasti sdělování a přenosu dat.

Způsob a kritéria hodnocení

Výsledné hodnocení závisí na celkovém součtu bodů získaných za laboratorní cvičení, cvičení odborného základu, počítačová cvičení a písemnou zkoušku. Student může získat:
- až 10 bodů za všechna laboratorní cvičení, přičemž body student postupně obdrží vždy na konci jednotlivých cvičení, kdy vyučující ověří správnost naměřených výsledků a formulovaných závěrů v odevzdaném protokolu,
- až 10 bodů za cvičení odborného základu podle výsledků písemné prověrky znalostí, která je obvykle na programu 5. cvičení,
- až 10 bodů za všechna počítačová cvičení, přičemž body student získává za správně provedené úkoly na jednotlivých cvičeních,
- až 70 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 všechna laboratorní cvičení a všechna cvičení odborného základu.

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

1. Signály ve sdělovacích systémech, příklady se signály, modulační a přenosová rychlost.
2. Modulační rychlost a šířka pásma kanálu, linkové kódy, sdělovací soustava.
3. Model kanálu s aditivním bílým šumem, přizpůsobený filtr, korelační přijímač.
4. Analogové modulace AM a FM, klíčování ASK a FSK, součinový demodulátor.
5. Modulace PM a klíčování BPSK, obnova nosné při demodulaci BPSK, klíčování DPSK.
6. Modulace QPSK, O-QPSK, MSK, FFSK, GMSK a porovnání jejich spekter.
7. Modulace π/4-DQPSK, 8PSK, MQAM, CAP, číslicový kvadraturní demodulátor.
8. Mezisymbolové přeslechy a tvarovací filtry. Ekvalizéry: adaptivní, DFE, Viterbiho. Přiklad ekvalizace rádiového kanálu.
9. Detektor přechodů, synchronizátor Early-late gate, skramblery, způsoby protichybového zabezpečení, prokládání: blokové, konvoluční. Modulace PAM, PWM, PDM, PPM.
10. Číslicové vyjádření analogových signálů. Modulace PCM, kvantování, kompresní charakteristiky, DPCM, DM, SDM. Simulační modely impulzových modulací.
11. Multiplexy FDM, TDM, CDM. Mnohonásobné přístupy FDMA, TDMA, ALOHA. Systémy s rozprostřeným spektrem. Ortogonální kmitočtový multiplex.
12. Modulace v optoelektronice. Úzkopásmový šum a jeho matematický popis. Odstup signál-šum u AM a FM. Pravděpodobnost chybného příjmu u ASK, FSK, BPSK a DPSK.
13. Množství informace, entropie, redundance, přenesená informace, kapacita kanálu, Shannon-Hartleyův teorém. Huffmanovo kódování, konvoluční kódování, TCM.

Cíl

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 cvičení a cvičení odborného základu (numerická) jsou povinná. Zmeškaná, řádně omluvená cvičení, lze po domluvě s příslušným vyučujícím nahradit, obvykle v zápočtovém týdnu.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-TIT , 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

  • Program IBEP-V magisterský navazující

    obor V-IBP , 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, zimní semestr, 6 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení odb. zák.

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Cvičení na poč.

13 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

13 hod., povinná

Vyučující / Lektor