Основы физического уровня: лаборатория по аналоговым и цифровым методам

Магистратура 2019/2020

Статус: Курс по выбору (Науки о данных)

Направление: 01.04.02. Прикладная математика и информатика

Кто читает: Кафедра технологий моделирования сложных систем

Где читается: Факультет компьютерных наук

Когда читается: 1-й курс, 2, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Прогр. обучения: Науки о данных

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 60

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Технологии программно-определяемого радио (SDR) позволяют свести разработку устройств радиосвязи к программированию. При выполнении этого курса вы превратите свой компьютер в рацию с помощью программно-определяемого приёмо-передатчика. Данный курс покрывает работу с аналоговыми сигналами. Цифровые сигналы рассматриваются в следующем курсе. Современные системы связи и хранения данных в своей основе используют среды, по которым всё ещё распространяются аналоговые величины: амплитуды радиоволн, намагниченности жестких дисков и другие. В данном курсе кратко описано, какие они, как много и чего в них общего, какие есть отличия, какие перспективы развития, как сформировать сигнал, чтобы его передать и принять.

Цель освоения дисциплины

Целью дисциплины является дать студентам представление о принципах работы современных цифровых устройств связи
Целью дисциплины является дать студентам представление о принципах работы современных устройств связи

Планируемые результаты обучения

Знать принципы работы гетеродинного приёмника/передатчика
Знать принципы и свойства аналоговой модуляции
Знать устройство и программый интерфейс цифрового приемопередатчика Adalm Pluto
Иметь понятие о цифровом представлении сигналов, общих чертах и отличиях от аналогового представления, о методах обработки сигналов
Знать и уметь реализовать демодулятор аналогового ЧМ сигнала
Иметь представление о цифровой фильтрации, уметь пользоваться цифровыми фильтрами
Знать и уметь реализовать приемник аналогового ЧМ сигнала
Знать и уметь реализовать передатчик аналогового ЧМ сигнала
Знать основы цифровой модуляции
Знать типы и принципы синхронизации в цифровых системах связи
Знать принципы помехоустойчивого кодирования и уметь применять коды коррекции ошибок на практике
Знать и уметь реализовать простейший цифровой радиомодем
Иметь представление о протоколах систем связи

Содержание учебной дисциплины

Принципы аналоговой передачи радиосигналов
Используемые для передачи и хранения данных среды. Необходимость модуляции сигнала для его передачи. Аналоговая модуляция. Частотная модуляция, фазовая модуляция, амплитудная модуляция. Формирование сигнала, в том числе формирование спектра. Принципы работы гетеродинного приёмника и передатчика.
Полудуплексный цифровой модем
Реализация протокола и двунаправленной передачи цифровой информации
Первичная настройка приемопередатчика
Ознакомление с устройством лабораторного цифрового приемопередатчика Adalm Pluto, подключение его к персональному компьютеру.
Элементарная Цифровая обработка сигналов
Представление аналоговых сигналов как цифровых. Теорема Котельникова. Математические операции, требуемые для демодуляции.
Приём частотно-модулированного сигнала
Приём ЧМ модуляции при аналоговой фильтрации полосы одного канала
Прием аналогового сигнала с цифровой фильтрацией полосы
Применение цифрового фильтра для создания приемника, полоса цифрового захвата которого превышает рабочую полосу аналогового сигнала, с последующей фильтрацией и понижением частоты дискретизации цифровыми методами.
Основы цифровой фильтрации
Ознакомление с принципами построения цифровых фильтров, построение фильтров для использования в цифровом приемнике
Основы цифровой модуляции
Фазовая и амплитудная модуляции. Спектр модулированного сигнала.
Передача аналогового сигнала с цифровой фильтрацией полосы
Использование знаний, полученных при построении приемника, для формирования спектра цифровыми методами и передачи модулированного сигнала
Протоколы передачи данных
Понятие о протоколах. Подтверждение получения сообщений. Множественный доступ. Случайный множественный доступ. Протокол ALOHA.
Симплексный цифровой модем
Реализация цифровых передатчика и приёмника и однонаправленная передача цифрового сигнала
Коды, исправляющие ошибки
Исправление ошибок. Блоковые коды. Линейные коды. Коды с малой плотностью проверок (LDPC). Мажоритарный алгоритм декодирования.
Синхронизация
Частотная синхронизация. Символьная синхронизация. Блоковая синхронизация. Сигналы, используемые для синхронизации. Последовательность максимальной длины (М-последовательность), линейная частотная модуляция (ЛЧМ).
Первичная настройка приемопередатчика
Ознакомление с устройством лабораторного цифрового приемопередатчика Adalm Pluto, подключение его к персональному компьютеру.

Элементы контроля

домашнее задание
Студент должен предоставить программную реализацию ЧМ-радиоприемника, работающую с использованием программно-определяемого приемопередатчика Adalm Pluto.
домашнее задание
Студент должен предоставить программную реализацию ЧМ-радиопередатчика, работающую с использованием программно-определяемого приемопередатчика Adalm Pluto.
домашнее задание
Студент должен реализовать дополнительный функционал радиоприемника: детекцию наличия сигнала, частотную синхронизацию и временную синхронизацию.
домашнее задание
Студент должен предоставить программную модель цифрового модема, включающую синхронизацию, модуляцию и кодирование.
домашнее задание
Студент должен предоставить реализацию симплексного цифрового модема работающую с использованием программно-определяемого приемопередатчика Adalm Pluto.
домашнее задание
Студент должен предоставить реализацию дуплексного цифрового модема работающую с использованием программно-определяемого приемопередатчика Adalm Pluto.
экзамен
Дисциплина не состоялась. Экзамена не будет.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.1 * домашнее задание + 0.1 * домашнее задание + 0.1 * домашнее задание + 0.1 * домашнее задание + 0.1 * домашнее задание + 0.1 * домашнее задание + 0.4 * экзамен

Программа дисциплины