Detail předmětu
Implementace komunikačních systémů
FEKT-MPC-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.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Výsledky učení předmětu
Prerekvizity
- 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
Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody
Způsob a kritéria hodnocení
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.
Osnovy výuky
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.
Učební cíle
Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky
Základní literatura
TRETTER, S.A., Communication System Design Using DSP Algorithms, Springer, 2008. (EN)
Elearning
Zařazení předmětu ve studijních plánech
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
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. Adaptivní metody v komunikačních systémech, dynamický přístup ke spektru
13. QR dekompozice a její aplikace v rádiových komunikačních systémech
Cvičení na počítači
Vyučující / Lektor
Osnova
4.-6. CORDIC algoritmus, implementace FM demodulátoru
7.-9. OFDM modem, simulace a implementace kompletního řetězce
10.-11. FSK modem v prostředí MATLAB
12.-13. Pasivní multistatický příjem, metoda TDOA
Elearning