Detail předmětu

Implementace komunikačních systémů

FEKT-MKC-IKSAk. rok: 2020/2021

Předmět se věnuje problematice softwarové implementace přijímačů a vysílačů signálů s jednou i s více nosnými. Důraz je kladen jak na teoretický popis jednotlivých algoritmů zpracování komunikačních signálů v RF transceiverech (změna vzorkovacího kmitočtu, filtrace , synchronizace, ekvalizace, atd.), tak zejména na jejich praktickou softwarovou implementaci s využitím dostupného hardware (celočíselná aritmetika, analýza parametrů vysílaného signálu, atd.). Během počítačových cvičení si studenti na reálných signálech analogových (např. FM rádio) i digitálních (např. OFDM dle WiFi IEEE 802.11a, FSK, QPSK/QAM) systémů prakticky vyzkouší softwarovou implementaci různých algoritmů vysílače/přijímače.

Výsledky učení předmětu

Absolvent předmětu je schopen: (a) převést reálná čísla do reprezentace s pevnou řádovou čárkou a zpět; (b) sestavit program implementující základní stavební bloky rádiového vysílače s jednou nosnou a s více nosnými; (c) sestavit program umožňující demodulaci rádiového signálu QAM/QPSK/OFDM přijímaného pomocí softwarově definovaného přijímače, včetně synchronizace signálu a jednoduché ekvalizace kanálu; (d) diskutovat nutnost a možná řešení změny vzorkovacího kmitočtu signálů v rádiových transceiverech; (e) vysvětlit výhody a činnost algoritmu CORDIC a jeho aplikace v rádiových transceiverech.

Prerekvizity

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

Doporučená nebo povinná literatura

REED, J.H., Software Radio: A Modern Approach to Radio Engineering, Prentice Hall, 2002. (EN)
TRETTER, S.A., Communication System Design Using DSP Algorithms, Springer, 2008. (EN)
BEHROUZ, F. -B., Signal Processing Techniques for Software Radios, LuLu publishing, 2008. (EN)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování zahrnují přednášky a praktická cvičení na počítači s využitím signálů reálných komunikačních systémů zaznamenaných softwarově definovanými transceivery.

Způsob a kritéria hodnocení

až 30 bodů za cvičení (body student získává za samostatné vypracování jednotlivých úloh ve cvičení)
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

Osnovy výuky

1. Architektury vysílačů a přijímačů, pásmové vzorkování, koncept softwarového a softwarově definovaného rádia.
2. Reprezentace čísel, aritmetika v pevné řádové čárce, algoritmus CORDIC.
3. Hardwarové/softwarové prostředky pro implementaci komunikačních systémů.
4. Hodnocení kvality komunikačních signálů - EVM, ACPR, vektorová analýza.
5. Celočíselná změna vzorkovacího kmitočtu - interpolace a decimace.
6. Neceločíselná interpolace signálu, Farrow interpolátor.
7. Číslicové filtry a jejich efektivní implementace v FPGA, FIR a CIC filtry.
8. Základní stavební bloky komunikačních systémů - přímá číslicová syntéza, směšovače, metody číslicové demodulace FM signálu.
9. Algoritmy pro časovou a frekvenční synchronizaci systémů s jednou (QAM) a s více nosnými (OFDM), synchronizace nosné.
10. Ekvalizace komunikačních signálů.
11. Efektivní implementace FFT - radix 2/4, DIT/DIF, mixed/split-radix.
12. Vlastnosti reálných RF front-endů, IQ nesymetrie, nelinearity zesilovače, fázový šum, softwarové kompenzační techniky
13. QR dekompozice a její aplikace v rádiových komunikačních systémech, singulární dekompozice pro MIMO systémy.

Cíl

Cílem předmětu je seznámit studenty se základními koncepty a algoritmy nezbytnými pro implementaci moderních rádiových transceiverů, s důrazem na jejich softwarovou implementaci. Cílem počítačových cvičení je pak získat praktické zkušenosti s implementací modulátorů a demodulátorů signálů s jednou i s více nosnými (OFDM), včetně řešení algoritmů synchronizace symbolů a ekvalizace kanálu.

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

Počítačová cvičení jsou povinná.

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MKC-EKT magisterský navazující, 1. ročník, letní semestr, 5 kreditů, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Cvičení na poč.

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor

eLearning