• A
  • A
  • A
  • АБB
  • АБB
  • АБB
  • А
  • А
  • А
  • А
  • А
Обычная версия сайта
Магистратура 2020/2021

Основы физического уровня: лаборатория по аналоговым и цифровым методам

Статус: Курс по выбору (Науки о данных)
Направление: 01.04.02. Прикладная математика и информатика
Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль
Формат изучения: без онлайн-курса
Преподаватели: Жилин Игорь Витальевич, Крещук Алексей Андреевич
Прогр. обучения: Науки о данных
Язык: русский
Кредиты: 4

Программа 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

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

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
  • Иметь представление о протоколах систем связи
  • Знать и уметь реализовать простейший цифровой радиомодем
  • Знать типы и принципы синхронизации в цифровых системах связи
  • Знать основы цифровой модуляции
  • Знать принципы помехоустойчивого кодирования и уметь применять коды коррекции ошибок на практике
Содержание учебной дисциплины

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

Элементы контроля

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

Промежуточная аттестация

  • Промежуточная аттестация (2 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
Список литературы

Список литературы

Рекомендуемая основная литература

  • Обработка изображений и цифровая фильтрация, Хуанга, Т., 1979
  • Цифровая обработка сигналов : учеб. для вузов, Сергиенко, А. Б., 2006
  • Цифровая обработка сигналов в базисе программируемых логических интегральных схем : учеб. пособие, Строгонов, А. В., 2018
  • Цифровая обработка сигналов для инженеров и технических специалистов : практическое рук., Лэй, Э., 2007
  • Цифровая обработка сигналов, Афанасьев, А. А., 2017
  • Цифровая обработка сигналов, Оппенгейм, А., 2007
  • Цифровая обработка сигналов. Моделирование в MATLAB, Солонина, А. И., 2008

Рекомендуемая дополнительная литература

  • Freescale Manuals, Dsp Family Manual, & Assembler Reference Manual. (n.d.). Other References: The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing, By Steven W. Smith, Ph.D. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.ABD51CAF
  • Other References: The Scientist and Engineer’s Guide to Digital Signal Processing, By Steven W. Smith, Ph.D Freescale Manuals: DSP56000 Family Manual, Assembler Reference Manual. (n.d.). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.AAA91FDE
  • Голинко, И., Кулаков, Г., & Ковриго, Ю. (2014). Методы Расчета Оптимальных Настроек Систем Управления По Каналу Возмущения. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.1075E509
  • Залогин, Н., Калинин, В., & Скнаря, А. (2011). Активная Локация С Использованием Широкополосных Хаотических Сигналов. Радиоэлектроника. Наносистемы. Информационные Технологии, (1). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsclk&AN=edsclk.15390552
  • Зиновьев, Е., Османов, К., Жилин, А., Виноградов, Ю., & Алмазов, И. (2013). Обоснование Одномоментного Применения Частотно-Модулированного Сигнала И Раневых Покрытий В Комплексном Лечении Донорских Ран После Аутодермопластики. Фундаментальные Исследования, (12–3). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsclk&AN=edsclk.15641059
  • Секретова, Л., & Чернышев, Н. (2011). Цифровой Модем Для Сети Isdn. Успехи Современного Естествознания, (7). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsclk&AN=edsclk.14738463
  • Сенин, А., & Чернавский, С. (2012). 77-30569/290967 Исследование Помехоустойчивости Системы Связи С Частотно-Модулированным Сигналом При Наличии Рассогласования В Индексе Модуляции Для Случая Когерентного Приема. НАУКА И ОБРАЗОВАНИЕ: ЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ, (01). Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsclk&AN=edsclk.15050374
  • Цыбульник, А., & Лешко, Н. (2015). Адаптивный Прием Частотно-Модулированных Сигналов С Неизвестным Законом Модуляции. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.9344D5A9
  • Шабалдин, Е. Д., Смолин, Г. К., Уткин, В. И., & Зарубин, А. П. (2017). Метрология и электрические измерения : учебное пособие. Russia, Europe: РГППУ. Retrieved from http://search.ebscohost.com/login.aspx?direct=true&site=eds-live&db=edsbas&AN=edsbas.FD929F4F