Detail předmětu
Wireless Communication Theory
FEKT-NTRKAk. rok: 2017/2018
Předmět se věnuje teoretickým aspektům moderní rádiové komunikace. Důraz je kladen na pochopení principů činnosti komunikačních systémů. Studenti si výrazně prohloubí znalosti v oblasti zpracování signálů v rádiových komunikacích, zejména algoritmů pro detekci signálů či reprezentaci v signálovém prostoru.
Studenti se blíže seznámí s principy přenosu v únikovém kanálu, přenosu informace metodou rozprostřeného spektra, systémů OFDM a z nich odvozených. Studenti také získají znalosti v oblasti pokročilých principů kódování - turbo kódů či LDPC kódů. Během cvičení si studenti prakticky ověří teoretické poznatky formou simulací v prostředí MATLAB.
Jazyk výuky
angličtina
Počet kreditů
6
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Nabízen zahraničním studentům
Všech fakult
Výsledky učení předmětu
Absolvent předmětu je schopen:
- vyjádřit komunikační signál v signálovém prostoru
- vybrat vhodný typ filtru pro potlačení mezisymbolových přeslechů
- diskutovat metodu detekce pomocí bayesova detektoru
- vysvětlit principy modulačních technik
- vytvořit program v prostředí MATLAB simulující principy teorie rádiové komunikace
- znázornit strukturu modulátoru a demodulátoru OFDM
- vypočítat výstup blokového časo-prostorového kodéru
- vyjádřit komunikační signál v signálovém prostoru
- vybrat vhodný typ filtru pro potlačení mezisymbolových přeslechů
- diskutovat metodu detekce pomocí bayesova detektoru
- vysvětlit principy modulačních technik
- vytvořit program v prostředí MATLAB simulující principy teorie rádiové komunikace
- znázornit strukturu modulátoru a demodulátoru OFDM
- vypočítat výstup blokového časo-prostorového kodéru
Prerekvizity
Student, který si zapíše předmět, by měl být schopen vysvětlit základní pojmy z oblasti pravděpodobnosti a statistiky, matematicky popsat základní analogové a číslicové modulační techniky, vytvořit jednoduchý program v prostředí MATLAB, vypočítat odezvu lineárních systémů na jednoduchý vstupní signál, diskutovat základní pojmy a metody z oblasti teorie signálů a systémů
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Metody vyučování zahrnují přednášky a cvičení na počítači v simulačním software MATLAB.
Způsob a kritéria hodnocení
až 15 bodů za počítačová cvičení
až 15 bodů za písemný test během semestru
až 70 bodů za zkoušku
až 15 bodů za písemný test během semestru
až 70 bodů za zkoušku
Osnovy výuky
Přednášky:
1. Rádiový komunikační systém, rádiové komunikační signály, komplexní obálka
2. Kapacita kanálu, teorie informace
3. Mezisymbolové přeslechy, tvarování signálových prvků, filtr přijímače a vysílače
4. Detekce rádiových signálů, testování hypotéz, kriteria, kanál AWGN
5. PSK, BPSK, DPSK, mnohostavová PSK, QPSK, OQPSK
6. MQAM, MSK, GMSK, CPM - modulace, demodulace, praktické aplikace
7. Systémy s rozprostřeným spektrem I - DSSS, FHSS, rozprostírací posloupnosti
8. Systémy s rozprostřeným spektrem II - přijímač Rake, synchronizace, aplikace
9. Charakteristiky kanálů, vyrovnavače, nelineární kanály, UWB komunikace
10. OFDM - princip, modulace pomocí IFFT, cyklické prodloužení a ortogonalita, aplikace v systémech IEEE 802.11a,g. UW-OFDM a SC-FDMA, aplikace v LTE
11. Synchronizace a ekvalizace v OFDM, systémy MB-OFDM a MC-CDMA
12. Blokové a konvoluční kódy, cyklické kódy, turbo kódy, sřetězené kódy, LDPC kódy
13. MIMO systémy, časově prostorové kódování, singulární dekompozice, Alamoutiho kód, TCM
Počítačová cvičení:
1. Komplexní obálka
2. Mezisymbolové přeslechy
3. Optimální přijímač
4. Synchronizace
5. Princip CDMA
6. OFDM - princip
7. Rádiový kanál a nelinearita
8. RF komunikační řetězec
9. OFDM II - vliv RF parametrů
10. principy UWB komunikace
11. Kódování
12. Zápočet, náhradní cvičení
1. Rádiový komunikační systém, rádiové komunikační signály, komplexní obálka
2. Kapacita kanálu, teorie informace
3. Mezisymbolové přeslechy, tvarování signálových prvků, filtr přijímače a vysílače
4. Detekce rádiových signálů, testování hypotéz, kriteria, kanál AWGN
5. PSK, BPSK, DPSK, mnohostavová PSK, QPSK, OQPSK
6. MQAM, MSK, GMSK, CPM - modulace, demodulace, praktické aplikace
7. Systémy s rozprostřeným spektrem I - DSSS, FHSS, rozprostírací posloupnosti
8. Systémy s rozprostřeným spektrem II - přijímač Rake, synchronizace, aplikace
9. Charakteristiky kanálů, vyrovnavače, nelineární kanály, UWB komunikace
10. OFDM - princip, modulace pomocí IFFT, cyklické prodloužení a ortogonalita, aplikace v systémech IEEE 802.11a,g. UW-OFDM a SC-FDMA, aplikace v LTE
11. Synchronizace a ekvalizace v OFDM, systémy MB-OFDM a MC-CDMA
12. Blokové a konvoluční kódy, cyklické kódy, turbo kódy, sřetězené kódy, LDPC kódy
13. MIMO systémy, časově prostorové kódování, singulární dekompozice, Alamoutiho kód, TCM
Počítačová cvičení:
1. Komplexní obálka
2. Mezisymbolové přeslechy
3. Optimální přijímač
4. Synchronizace
5. Princip CDMA
6. OFDM - princip
7. Rádiový kanál a nelinearita
8. RF komunikační řetězec
9. OFDM II - vliv RF parametrů
10. principy UWB komunikace
11. Kódování
12. Zápočet, náhradní cvičení
Učební cíle
Teorie rádiové komunikace si klade za cíl seznámit studenty s rádiovým komunikačním řetězcem, vyjádřením informace signálem, detekcí aditivně rušených signálů, metodami potlačení mezisymbolových přeslechů, pokročilými technikami kódování, charakteristikami únikových kanálů, amplitudovým a fázovým klíčováním, vlastnostmi modulačních systémů typu OFDM, CDMA a UWB.
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
počítačová cvičení jsou povinná
Základní literatura
HAYKIN, S. Digital Communications, John Wiley & sons, 1998, 597 s., ISBN 0-471-62947-2. (EN)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
39 hod., nepovinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Moderní rádiový komunikační systém. Rádiový kanál, jeho kmitočtová omezenost, aditivní rušení, útlum šířením, únik.
Rádiové komunikační signály. Kmitočtová účinnost, psd, chybovost a poměr E/N, energetická účinnost, kapacita kanálu. Ekvivalence BP a LP. Linkové kódy. Komplexní obálka.
Detekce signálů. Testování hypotéz, kriteria. Kanál AWGN. Antipodální signály. Příjem binárního signálu. Modely rušivých signálů.
Mezisymbolové přeslechy. Tvarování signálových prvků. Filtr přijímače, filtr vysílače. Vyrovnavače. Vícesymbolová detekce.
Únik. Charakteristiky kanálů, klasifikace. Rozdělení obálek. Diversitní techniky.
PSK, BPSK, DPSK, mnohostavová PSK. Časové průběhy, psd, konstelační diagramy, modulace, demodulace, pravděpodobnost chyby.
QPSK, OQPSK. Časové průběhy, psd, konstelační diagramy, modulace, demodulace. Synchronizace nosné, taktová synchronizace.
MSK. Psd a šířka spektra, modulace, demodulace, pravděp. chyby, synchronizace.
CPM. Popis, trellis, psd, modulace, demodulace, synchronizace.
QAM. Psd, detekce a pravěp. chyby, modulace a demodulace. Typy konstelací. Synchronizace. TCM (8-PSK, 16QAM).
OFDM. Princip, modulace pomocí IFFT. Cyklické prodloužení a ortogonalita. Rozložení okamžitých amplitud modulovaného signálu.
Systémy s rozprostřeným spektrem 1. Direct Sequence. Potlačení cizího signálu. Zisk. Přijímač Rake. Diversita. Kmitočtové skákání.
Systémy s rozprostřeným spektrem 2. Rozprostírací posloupnosti, jejich druhy a vlastnosti. Synchronizace. Sériové a paralelní zachycení. Sledování.
Časově prostorové kódování. UWB.
Rádiové komunikační signály. Kmitočtová účinnost, psd, chybovost a poměr E/N, energetická účinnost, kapacita kanálu. Ekvivalence BP a LP. Linkové kódy. Komplexní obálka.
Detekce signálů. Testování hypotéz, kriteria. Kanál AWGN. Antipodální signály. Příjem binárního signálu. Modely rušivých signálů.
Mezisymbolové přeslechy. Tvarování signálových prvků. Filtr přijímače, filtr vysílače. Vyrovnavače. Vícesymbolová detekce.
Únik. Charakteristiky kanálů, klasifikace. Rozdělení obálek. Diversitní techniky.
PSK, BPSK, DPSK, mnohostavová PSK. Časové průběhy, psd, konstelační diagramy, modulace, demodulace, pravděpodobnost chyby.
QPSK, OQPSK. Časové průběhy, psd, konstelační diagramy, modulace, demodulace. Synchronizace nosné, taktová synchronizace.
MSK. Psd a šířka spektra, modulace, demodulace, pravděp. chyby, synchronizace.
CPM. Popis, trellis, psd, modulace, demodulace, synchronizace.
QAM. Psd, detekce a pravěp. chyby, modulace a demodulace. Typy konstelací. Synchronizace. TCM (8-PSK, 16QAM).
OFDM. Princip, modulace pomocí IFFT. Cyklické prodloužení a ortogonalita. Rozložení okamžitých amplitud modulovaného signálu.
Systémy s rozprostřeným spektrem 1. Direct Sequence. Potlačení cizího signálu. Zisk. Přijímač Rake. Diversita. Kmitočtové skákání.
Systémy s rozprostřeným spektrem 2. Rozprostírací posloupnosti, jejich druhy a vlastnosti. Synchronizace. Sériové a paralelní zachycení. Sledování.
Časově prostorové kódování. UWB.
Cvičení na počítači
26 hod., povinná
Vyučující / Lektor
Osnova
Simulace signálů v základním pásmu.
Simulace rámcové synchronisace.
Simulace signálu a šumu v přeloženém pásmu.
Simulace úniku a diversitního příjmu.
Simulace klíčovaných signálů jejich průchodu kanálem a demodulace. Fázové klíčování.
Simulace klíčovaných signálů jejich průchodu kanálem a demodulace. QPSK. MQAM
Simulace klíčovaných signálů jejich průchodu kanálem a demodulace. OFDM. CDMA.
Simulace rámcové synchronisace.
Simulace signálu a šumu v přeloženém pásmu.
Simulace úniku a diversitního příjmu.
Simulace klíčovaných signálů jejich průchodu kanálem a demodulace. Fázové klíčování.
Simulace klíčovaných signálů jejich průchodu kanálem a demodulace. QPSK. MQAM
Simulace klíčovaných signálů jejich průchodu kanálem a demodulace. OFDM. CDMA.