Course detail

Modern digital wireless communication

FEKT-DRE2Acad. year: 2020/2021

Speech signal and voice technologies
Promising methods of wireless communications. MIMO systems.
Communication Signals Theory
Sets of signals, mapping. Signal spaces. Orthonormal systems and their applications. Orthogonal spreading sequences. Orthogonality in UWB systems. Discrete-time random processes, digital simulations, complex random processes. Pseudo-random spreading sequences.
Spread Spectrum Digital Communications
Direct sequence spread spectrum signals. Optimal reception in AWGN channels, robustness, frequency diversity, multipath channel, Rake receiver, acquisition. Frequency hopping (SFH, FFH), time hopping.
Acquisition methods. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM). Code division multiplexing.
Code-division Multiple Access (CDMA), signatures, matched filter, chip matched filter. Multi-user interference (MUI), optimal detector, near-far problem.
Main interference in multi-user environment, asymptotic multi-user efficiency, MMSE detector, adaptive detectors, necessary a prior information and synchronization.
Wireless-Signal Processing
Synchronization, carrier recovery, phase estimation, Phase-locked loop (PLL), clock recovery, maximum likelihood (ML) algorithm, delay-locked loop (DLL).
Equalization, inter-symbol interference (ISI), zero forcing (ZF) equalizers, minimum mean square error (MMSE) equalizers, least squares (LS) equalizers, decision feedback (DF) equalizers, maximum likelihood sequence (MLSE) receivers.
Mobile Communications
Coexistence of mobile systems (Bluetooth, WiFi, UMTS, GSM). System WiMAX (IEEE 802.16), MATLAB modeling, solving the physical layer. Design of the system using signal level and a frequency plan.
Flarion (IEEE 802.20), description. FLASH OFDM, Cell interference averaging. Flexband, description.
Satellite Communications Tools and Methods
Satellite communication characteristics and methods. Noise, distances. Movements of satellites. Satellite systems architectures.
Free-Space Optical Communications.
Elements. Atmosphere. Stationary and statistical models. Reliability and availability. Selected applications.

Language of instruction

Czech

Number of ECTS credits

4

Mode of study

Not applicable.

Guarantor

prof. Ing. Milan Sigmund, CSc.

Department

Department of Radio Electronics (UREL)

Learning outcomes of the course unit

Deeper knowledges of wirelew-signal theory, spread spectrum systems, mobile systems, satellite systems and free space communications.

Prerequisites

Signal theory. Wireless communications theory.

Co-requisites

Not applicable.

Planned learning activities and teaching methods

Techning methods include lectures. Students have to write a single project/assignment during the course.

Assesment methods and criteria linked to learning outcomes

Requirements for completion of a course are specified by a regulation issued by the lecturer responsible for the course and updated for every.

Course curriculum

Voice technologies
Introduction to modern wireless communication systems
Communication Signals Theory
Spread Spectrum Digital Communications
Wireless-Signal Processing
Mobile Communications
Satellite Communications Tools and Methods
Free-Space Optical Communications.

Work placements

Not applicable.

Aims

The aim is to inform students about new methods of wireless communications.

Specification of controlled education, way of implementation and compensation for absences

The education is optional.

Recommended optional programme components

Not applicable.

Prerequisites and corequisites

Not applicable.

Basic literature

B. Vucetic and J. Yuan, Space-Time Coding. John Wiley & Sons, New York, 2003. (EN)
J. G. Proakis, Digital communications. 4-th ed. McGraw Hill, New York, 2001. (EN)
S. G. Glisic, Adaptive WCDMA. Theory and Pracice.John Wiley & Sons, New York, 2002. (EN)

Recommended reading

Not applicable.

Classification of course in study plans

  • Programme EKT-PP Doctoral

    branch PP-FEN , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PP-EST , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PP-MET , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PP-KAM , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PP-TLI , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PP-BEB , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch DP-TEE , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PP-SEE , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PP-MVE , 1 year of study, summer semester, elective specialised

  • Programme EKT-PK Doctoral

    branch PK-TLI , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PK-TEE , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PK-MET , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PK-FEN , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PK-SEE , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PK-KAM , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PP-BEB , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PK-MVE , 1 year of study, summer semester, elective specialised
    branch PK-EST , 1 year of study, summer semester, elective specialised

Type of course unit

 

Seminar

39 hod., optionally

Teacher / Lecturer

prof. Ing. Milan Sigmund, CSc.

Syllabus

Řečový signál a hlasové technologie.
Teorie radiokomunikačních signálů.
Nadějné metody v rádiové komunikaci. MIMO.
Množiny signálů s diskrétním časem a se spojitým časem, zobrazení. Prostory signálů. Úplné ortonormální systémy a jejich aplikace při zpracování a přenosu signálu. Ortogonální rozprostírací posloupnosti. Ortogonalita u signálů UWB. Diskrétní náhodné procesy a jejich počítačové modelování, komplexní náhodné procesy. Rozprostírací posloupnosti PN.
Systémy s rozprostřeným spektrem
Systémy s přímým rozprostřením, optimální příjem v AWGN kanálu, odolnost proti interferencím, frekvenční diverzita, vícecestné šíření, přijímač typu hrábě (Rake), počáteční kódová synchronizace. Systémy s frekvenčním skákáním (SFH, FFH), s časovým skákáním.
Metody počáteční kódové synchronizace přijímače signálu s přímým rozprostřením spektra. Základní třídění systémů s více nosnými – Ortogonální frekvenční multiplex (OFDM). Systémy pracující v kódovém multiplexu – CDM.
CDMA, signatury, přizpůsobený filtr, čipový přizpůsobený filtr.Multiuživatelská interference (MUI), optimální detektor, citlivost na výkonovou nevyváženost signálů multiplexu (near-far problem),
Dominantní interference v multiuživatelském prosředí, asymptotická multiuživatelská účinnost, dekorelující detektor, MMSE detektor, adaptivní detektory, nezbytné apriorní informace a synchronizace pro jednotlivé typy detektorů.
Zpracování radiokomunikačních signálů
Synchronizace, obnova nosné vlny, odhad fáze, PLL (Phase-Locked Loop), obnova časování symbolů, využití ML (Maximum Likelihood) algoritmu, DLL (Delay-Locked Loop).
Ekvalizace, ISI, ekvalizéry ZF (Zero Forcing), MMSE (Minimum Mean Square Error), LS Least Squares), DF (Decision Feedback), přijímač MLSE (Maximum Likelihood Sequence).
Mobilní komunikace
Koexistence mobilních systémů a její modelování v programu MATLAB (Bluetooth, WiFi, UMTS, GSM). Systém WiMAX (standard IEEE 802.16), popis možností řešení fyzické vrstvy. Základní body návrhu spojení z pohledu úrovní signálu a kmitočtového plánu.
Systém Flarion (standard IEEE 802.20), popis technického řešení. Princip FLASH OFDM, metody zprůměrování interferencí v buňce. Úvodní poznámky k systému Flexband, popis fyzické vrstvy.
Metody a nástroje družicové komunikace
Zvláštnosti družicových spojů a metody z nich vyplývající. Šumové poměry, vlivy vzdálenosti a pohybu družic, architektura družicových systémů.
Atmosférické optické spoje
Skladba spoje. Atmosférické přenosové prostředí. Stacionární a statistický model spoje. Spolehlivost a dostupnost atmosférických optických spojů. Vybrané aplikace.