Detail předmětu

Theory of Communications

FEKT-MPA-TOCAk. rok: 2024/2025

Předmět se zabývá základními principy, metodami a vlastnostmi 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 počítačových cvičeních na modelech sestavených v prostředí MATLAB-SIMULINK. Studenti si také osvojí anglickou terminologii a získají novou slovní zásobu z této oblasti.

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

4

Garant předmětu

Nabízen zahraničním studentům

Všech fakult

Vstupní znalosti

Student, který si zapíše předmět, by měl mít znalosti anglického jazyka odpovídající minimálně středně pokročilé úrovni (B1 – intermediate). Dále 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 počítat s logaritmy, řešit lineární rovnice, pracovat s goniometrickými funkcemi a mět používat software MATLAB. Obecně jsou požadovány znalosti z matematiky a fyziky na úrovni bakalářského studia.

Pravidla hodnocení a ukončení předmětu

Student může získat dohromady až 100 bodů. (Až 10 bodů za vypracování úkolů z počítačových cvičení, až 90 bodů ze závěrečného počítačového testu v eLearningu.)
Účast na počítačových cvičeních je povinná stejně jako vypracování zadaných úkolů z těchto cvičení.

Učební cíle

Cílem předmětu je prostřednictvím odborných přednášek v anglickém jazyce naučit studenty základní principy, na nichž jsou založeny moderní komunikační technologie a zároveň je obeznámit s anglickou terminologií, slovní zásobou a specifiky anglických odborných textů z této oblasti.
Absolvent předmětu je schopen v anglickém jazyce:
- popsat principy a vlastnosti nejpoužívanějších linkových kódů,
- vyjmenovat jednotlivé bloky digitálního komunikačního systému (sdělovací soustavy) a vysvětlit jejich funkce,
- vypočítat modulační a přenosovou rychlost, určit minimální potřebnou šířku pásma pro přenos sdělovacího signálu,
- vysvětlit model kanálu s aditivním bílým Gaussovým šumem, vypočítat bitovou chybovost a pravděpodobnost chybného příjmu binárního signálu, v případě rušení aditivním bílým Gaussovým šumem,
- popsat principy, definovat základní parametry a vyjmenovat vlastnosti základních i moderních modulačních metod,
- popsat základní typy intenzitních modulací používaných v optoelektronice,
- vysvětlit rozdíl mezi rovnoměrným a nerovnoměrným kvantováním, vypočítat výkon kvantizačního šumu, potřebný počet bitů A/D převodníku, nakreslit převodní charakteristiky kompresoru a expandoru,
- popsat principy a vyjmenovat základní vlastnosti impulzových modulací,
- 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,
- vysvětlit princip a důležitost taktové synchronizace ve sdělovacích systémech, vysvětlit účel skramblování,
- popsat princip zpětného a dopředného zabezpečení přenosu proti chybám, vysvětlit princip a účel prokládání dat,
- popsat obecný princip ekvalizace přenosové funkce kanálu a vysvětlit funkci adaptivních ekvalizérů,
- vysvětlit principy základních metod multiplexování signálů a mnohonásobného přístupu ke společnému přenosovému médiu, popsat dva základní principy systémů s rozprostřeným spektrem,
- popsat ortogonální kmitočtový multiplex, definovat jeho základní parametry a vyjmenovat jeho charakteristické vlastnosti a příklady použití v praxi,
- definovat a vypočítat základní veličiny požívané v teorii informace (množství informace, entropie, redundance, vzájemná informace, kapacita kanálu), vysvětlit princip mřížkově kódované modulace (TCM).

Základní literatura

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)

Doporučená literatura

GITLIN, R. D.; HAYES, J. F.; WEINSTEIN, S. B. Data Communications Principles. New York (USA) : Plenum Press, 1992. 733 p. ISBN 0-306-43777-5 (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)
SKLAR, B. Digital Communications. 2nd ed. Upper Saddle River (USA) : Prentice Hall, 2003. 1080 p. ISBN 0-13-084788-7 (EN)
XIONG, F. Digital Modulation Techniques. 1st ed. Norwood (USA) : Artech House, 2000. 653 p. ISBN 0-89006-970-0 (EN)

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPA-CAN magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program MPA-TEC magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPAD-CAN magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinný
  • Program MPAJ-TEC magisterský navazující 1 ročník, letní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-MEL magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný
  • Program MPC-TIT magisterský navazující 0 ročník, letní semestr, volitelný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Signály ve sdělovacích systémech. Základní typy binárních signálů. Modulační a přenosová rychlost.
2. Linkové kódy. Minimální potřebná šířka pásma přenosového kanálu. Obecné schéma digitálního sdělovacího systému.
3. Působení šumu ve sdělovacích systémech. Model kanálu s aditivním, bílým, Gaussovým šumem. Pravděpodobnost chybného příjmu. Přizpůsobený filtr. Korelační přijímač.
4. Amplitudová, kmitočtová a fázová modulace.
5. Amplitudové, kmitočtové a fázové klíčování.
6. Základní vlastnosti a parametry modulačních systémů, klíčování QPSK, 8PSK, O-QPSK, MSK, FFSK, GMSK.
7. Klíčování pi/4-DQPSK, 8PSK, MQAM, CAP.
8. Působení šumu v přeloženém pásmu. Modulace v optoelektronice.
9. Základní impulzové modulace. Číslicové vyjádření analogového signálu. Kvantování.
10. Potlačení mezisymbolových interferencí. Synchronizace. Skramblování.
11. Způsoby protichybového zabezpečení. Prokládání. Ekvalizace přenosové charakteristiky kanálu.
12. Multiplexování a mnohonásobný přístup. Systémy s rozprostřeným spektrem. Ortogonální kmitočtový multiplex.
13. Základní pojmy z teorie informace. Kapacita přenosového kanálu. Mřížkově kódovaná modulace (TCM).

Cvičení na počítači

12 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Osnova

1. Přenosový kanál s aditivním bílým normálním šumem.
2. Přizpůsobený filtr a korelační přijímač.
3. Základní klíčovací techniky (ASK, FSK, PSK).
4. Princip kvadraturních modulací (QPSK, 16QAM).
5. Impulzové modulace (DM, ADM, SDM, PCM).
6. Mnohonásobný přístup s rozprostřeným spektrem s přímým rozprostřením pseudonáhodnou kódovou posloupností.