Detail předmětu
Teorie sdělování
FEKT-MKC-TSDAk. rok: 2025/2026
Předmět se věnuje principům, metodám a vlastnostem 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 laboratorních cvičení měřením s pomocí speciálně navržených přípravků a dále v počítačových cvičeních na modelech sestavených v prostředí MATLAB-SIMULINK. V rámci cvičení odborného základu se studenti na praktických příkladech naučí počítat základní parametry potřebné pro návrh sdělovacích systémů.
Jazyk výuky
Počet kreditů
Garant předmětu
Zajišťuje ústav
Vstupní znalosti
Pravidla hodnocení a ukončení předmětu
- až 6 bodů za všechny samostané práce z tutoriálů,
- až 2 body za řešení úkolů z počítačového cvičení,
- až 2 body za vypracování protokolu z laboratorního cvičení,
- až 20 bodů ze dvou kontrolních testů,
- až 70 bodů za zkoušku, která je povinná, má písemnou formu a k jejímu složení jsou připuštěni pouze studenti, kteří předtím získali zápočet. Pokud má zkoušející problém vyhodnotit odevzdaný výstup písemné zkoušky, může studentovi ústně položit doplňující otázky.
Zápočet je udělen pouze těm studentům, kteří do konce výukové části semestru odevzdají všechny zadané samostatné práce a absolvují počítačové a laboratorní cvičení.
Laboratorní a počítačové cvičení jsou povinná. Povinné je také vypracování a odevzdání všech zadaných samostatných prací a absolvování dvou kontrolních testů. Zmeškaná, řádně omluvená cvičení, lze po domluvě s příslušným vyučujícím nahradit, nejpozději v zápočtovém týdnu.
Učební cíle
Absolvent předmětu je schopen:
- rozpoznat základní typy binárních signálů, vypočítat a načrtnout jejich spektrum, vypočítat modulační a přenosovou rychlost, popsat principy a vlastnosti nejpoužívanějších linkových kódů,
- vyjmenovat jednotlivé bloky digitálního komunikačního systému (sdělovací soustavy) a vysvětlit jejich funkce,
- popsat model kanálu s aditivním bílým Gaussovým šumem, definovat bitovou chybovost, vypočítat pravděpodobnost chybného příjmu binárního signálu v základním a v přeloženém pásmu, v případě rušení aditivním bílým Gaussovým šumem,
- popsat principy, definovat základní parametry a vyjmenovat vlastnosti základních i moderních modulačních metod,
- 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,
- popsat obecný princip ekvalizace přenosové funkce kanálu, vysvětlit funkci adaptivních ekvalizérů a ekvalizérů s rozhodovací zpětnou vazbou (DFE),
- vysvětlit princip a důležitost taktové synchronizace ve sdělovacích systémech, vysvětlit účel skramblování, navrhnout schéma zapojení jednoduchého, samostatně synchronizovaného skrambleru,
- popsat princip zpětného a dopředného zabezpečení přenosu proti chybám, vysvětlit obecný princip prokládání, popsat metodu blokového a konvolučního prokládání,
- vysvětlit rozdíl mezi přirozeným a uniformním vzorkováním, důvod vzniku tzv. aperturového zkreslení a metody jeho potlačení,
- popsat princip šířkové a polohové impulzové modulace a modulace hustotou impulzů,
- vysvětlit rozdíl mezi rovnoměrným a nerovnoměrným kvantováním, vypočítat výkon kvantizačního šumu, nakreslit převodní charakteristiky kompresoru a expandoru,
- popsat principy a vyjmenovat základní vlastnosti impulzových kódovaných modulací (PCM, DPCM, DM, SDM),
- vysvětlit principy základních metod multiplexování signálů a mnohonásobného přístupu ke společnému přenosovému médiu,
- popsat a navrhnout ortogonální kmitočtový multiplex, definovat jeho základní parametry a vyjmenovat jeho charakteristické vlastnosti a příklady použití v praxi,
- popsat základní typy intenzitních modulací používaných v optoelektronice,
- kategorizovat jednotlivé systémy digitálních účastnických vedení, vysvětlit princip zvyšování jejich přenosové kapacity, nakreslit a popsat blokové schéma ADSL přípojky, nakreslit rozdělení kmitočtového pásma ADSL, vysvětlit princip vzniku přeslechů na blízkém a vzdáleném konci,
- definovat a vypočítat základní veličiny požívané v teorii informace (množství informace, entropie, redundance, vzájemná informace, kapacita kanálu), vysvětlit princip mřížkové kódované modulace (TCM).
Studijní opory
Základní literatura
DOBEŠ, J.; ŽALUD, V. Moderní radiotechnika. 1. vyd., Praha : BEN, 2006. 768 s. ISBN 80-7300-132-2 (CS)
Doporučená literatura
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)
PROAKIS, J. G. Digital Communications. 4th ed., New York (USA) : McGraw-Hill, 2001. 1002 p. ISBN 0-07-232111-3 (EN)
Zařazení předmětu ve studijních plánech
- Program MKC-TIT magisterský navazující 1 ročník, zimní semestr, povinný
Typ (způsob) výuky
Přednáška
Vyučující / Lektor
Osnova
2. Linkové kódy. Minimální potřebná šířka pásma přenosového kanálu. Obecné schéma digitálního sdělovacího systému. Technické prostředky pro přenos signálu.
3. Působení šumu ve sdělovacích systémech. Model kanálu s aditivním bílým Gaussovým šumem. Pravděpodobnost chybného příjmu. Přizpůsobený filtr. Korelační přijímač.
4. Modulace s harmonickou nosnou vlnou, analogové modulace AM , FM a PM.
5. Základní klíčovací techniky (ASK, FSK, BPSK), obnova nosné při demodulaci BPSK, klíčování DPSK.
6. Základní vlastnosti a parametry modulačních systémů. Modulace QPSK, O-QPSK, MSK, FFSK, GMSK a porovnání jejich spekter.
7. Modulace π/4-DQPSK, 8PSK, MQAM, CAP. Číslicový kvadraturní demodulátor.
8. Mezisymbolové přeslechy a tvarovací filtry. Ekvalizéry: adaptivní, DFE, Viterbiho. Přiklad ekvalizace rádiového kanálu.
9. Detektor přechodů, synchronizátor Early-late gate, skramblery, způsoby protichybového zabezpečení, prokládání: blokové, konvoluční. Modulace PAM, PWM, PPM.
10. Číslicové vyjádření analogových signálů. Modulace PCM, kvantování, kompresní charakteristiky, DPCM, DM, SDM. Simulační modely impulzových modulací.
11. Multiplexy FDM, TDM, CDM. Mnohonásobné přístupy FDMA, TDMA, ALOHA. Systémy s rozprostřeným spektrem. Ortogonální kmitočtový multiplex.
12. Modulace v optoelektronice. Úzkopásmový šum a jeho matematický popis. Odstup signál-šum u AM a FM. Pravděpodobnost chybného příjmu u ASK, FSK, BPSK a DPSK.
13. Množství informace, entropie, redundance, přenesená informace, kapacita kanálu, Shannon-Hartleyův teorém. Huffmanovo kódování, konvoluční kódování, mřížkově kódovaná modulace (TCM).
Cvičení odborného základu
Vyučující / Lektor
Osnova
2. Příklady na výpočet parametrů AM signálů, odvození spektra AM, příklady demodulace součinovým demodulátorem.
3. Příklady na výpočet parametrů FM a PM signálů, stereofonní multiplex.
4. Ukázky a matematický popis digitálních modulací, parametry QAM.
5. Výpočet parametrů PAM, PWM, dynamika A/D převodníku, kvantizační šum, přetížení kodéru DM, porovnání PCM a DPCM.
6. Výpočet pravděpodobnosti chybného příjmu, příklady z teorie informace.
Cvičení na počítači
Vyučující / Lektor
Osnova
2. Přijímač s přizpůsobeným filtrem a korelační přijímač.
3. Základní klíčovací techniky (ASK, FSK a PSK).
4. Digitální kvadraturní modulace a demodulace QPSK a 16QAM.
5. Impulzové modulace a demodulace DM, ADM, SDM a PCM.
6. Vysílače a přijímače systémů DS-SS a FH-SS.
Laboratorní cvičení
Vyučující / Lektor
Osnova
2. Metody snižující pravděpodobnost chybného příjmu.
3. Kódování dat pro přenos.
4. Skrambler/ deskrambler.
5. Základní klíčovací techniky.
6. Náhradní cvičení.