Rok akademicki: 2012/2013 Kod: ITE s Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: -

Transkrypt

1 Nazwa modułu: Radio programowalne w praktyce Rok akademicki: 2012/2013 Kod: ITE s Punkty ECTS: 3 Wydział: Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji Kierunek: Teleinformatyka Specjalność: - Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: - Język wykładowy: Polski Profil kształcenia: Ogólnoakademicki (A) Semestr: 6 Strona www: Osoba odpowiedzialna: Zieliński Tomasz (tzielin@agh.edu.pl) Osoby prowadzące: Bułat Jarosław (kwant@agh.edu.pl) Wszołek Jacek (jwszolek@kt.agh.edu.pl) Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Powiązania z EKK Sposób weryfikacji efektów kształcenia (forma zaliczeń) Wiedza M_W001 Zna i rozumie podstawowe pojęcia używane w cyfrowym radiu programowalnym. TE1A_W01, TE1A_W05 M_W002 Zna i rozumie działanie podstawowych algorytmów wykorzystywanych w radiu programowalnym do analizy i przetwarzania sygnałów telekomunikacyjnych. TE1A_W01, TE1A_W05 M_W003 Ma podstawową wiedzę w zakresie implementacji programowej algorytmów analizy i przetwarzania TE1A_W05, TE1A_W06 Umiejętności M_U001 Potrafi stosować poznane metody i algorytmy w analizie i przetwarzaniu M_U002 Potrafi implementować podstawowe algorytmy przetwarzania sygnałów radiowych w językach C/C++ i Matlab. M_U003 Potrafi ocenić złożoność obliczeniową wykorzystywanych algorytmów przetwarzania 1 / 5

2 Kompetencje społeczne M_K001 Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kwalifikacji zawodowych. TE1A_K01 Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć Wykład audytoryjne laboratoryjne projektowe Konwersatori um seminaryjne praktyczne terenowe warsztatowe Inne E-learning Wiedza M_W001 M_W002 M_W003 Umiejętności M_U001 M_U002 M_U003 Zna i rozumie podstawowe pojęcia używane w cyfrowym radiu programowalnym. Zna i rozumie działanie podstawowych algorytmów wykorzystywanych w radiu programowalnym do analizy i przetwarzania sygnałów telekomunikacyjnych. Ma podstawową wiedzę w zakresie implementacji programowej algorytmów analizy i przetwarzania Potrafi stosować poznane metody i algorytmy w analizie i przetwarzaniu sygnałów radiowych. Potrafi implementować podstawowe algorytmy przetwarzania sygnałów radiowych w językach C/C++ i Matlab. Potrafi ocenić złożoność obliczeniową wykorzystywanych algorytmów przetwarzania Kompetencje społeczne M_K001 Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kwalifikacji zawodowych / 5

3 Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć) Wykład w ramach modułu składają się z wykładu (30 godzin) oraz ćwiczeń laboratoryjnych (30 godzin), prowadzonych w językach C/C++ i Matlab. Omawiane są na nich konkretne algorytmy wchodzące w skład programowej realizacji transmisji radiowej oraz pokazywane odpowiadające im programy. W wyniku ich złożenia powstaje urządzenie działające w czasie rzeczywistym. WYKŁADY 1. Wprowadzenie do transmisji cyfrowej: architektura i elementy składowe systemu. Podstawy projektowania radia programowalnego: wejście analogowe, budżet połączenia, obliczanie współczynnika C/N nośnej do szumu. 2. Wieloszybkościowe przetwarzanie sygnałów: struktury polifazowe i przepróbkowywanie sygnałów. 3. Cyfrowe generowanie sygnałów, architektura CORDIC, tablice lookup, aproksymacja. 4. Sygnały RF i ich widma, próbkowanie, pod-próbkowanie, filtracja, przesuwanie częstotliwości. 5. Modulacja i demodulacja. 6. Filtry i struktury adaptacyjne, pętla PLL. 7. Synchronizacja i śledzenie częstotliwości i fazy nośnej. 8. Synchronizacja czasowa ramkowa i bitowa. 9. Korekcja kanału. 10. Podejmowanie decyzji, miękkie decyzje. 11. Kodowanie i dekodowanie kanałowe, algorytm Viterbiego. Informacja o kodowaniu i dekodowaniu źródłowym. 12. Inteligentne anteny, formowanie wiązki radiowej, systemy MIMO, różnorodność systemów nadajnik/odbiornik. 13. Przykład: analiza programu radia cyfrowego DAB (Digital Audio Broadcasting). 14. Sprzęt (ASIC, FPGA, DSP, PC, GPU) i oprogramowanie dla radia programowalnego (open source Linrad, GNU Radio, military CORBA, JTRS). 15. Radio kognitywne. laboratoryjne ĆWICZENIA LABORATORYJNE W module prowadzone są zajęcia laboratoryjne (komputerowe), w trakcie których studenci piszą programy w językach C/C++ i Matlab dla poszczególnych modułów radia programowalnego. Moduły te są ze sobą integrowane, w wyniku czego powstaje działający, programowy odbiornik radiowy. Treści zajęć laboratoryjnych ugruntowują i rozszerzają wiedzę przekazywaną podczas wykładów. Podczas laboratorium będą wykorzystywane platformy sprzętowe SDR oraz środowiska programowe SDR, m.in. open source. Sposób obliczania oceny końcowej 1. Aby uzyskać pozytywną ocenę końcową niezbędne jest uzyskanie pozytywnej zarówno oceny z ćwiczeń laboratoryjnych oraz kolokwium z wykładu. 2. Ocena końcowa jest oceną zaliczenia laboratorium, podniesioną lub obniżoną 0,5 oceny jeśli wynik z kolokwium jest więcej niż o jedną ocenę różny od wyniku z laboratorium. Obliczamy osobno średnią 3 / 5

4 arytmetyczną z wszystkich ocen zaliczenia laboratorium oraz kolokwium z wykładu. 3. Wyznaczmy ocenę końcową na podstawie zależności: if sr>4.75 then OK:=5.0 else if sr>4.25 then OK:=4.5 else if sr>3.75 then OK:=4.0 else if sr>3.25 then OK:=3.5 else OK:=3 4. Jeżeli pozytywną ocenę z ćwiczeń i kolokwium uzyskano w pierwszym terminie oraz ocena końcowa jest mniejsza niż 5.0 to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5. Wymagania wstępne i dodatkowe Znajomość cyfrowego przetwarzania sygnałów oraz programowania w językach C/C++ i Matlab. Zalecana literatura i pomoce naukowe 1. Software Radio: A Modern Approach to Radio Engineering, Jeffrey H. Reed, Prentice Hall Software Defined Radio: Enabling Technologies, ed. W. H.W. Tuttlebee, Wiley Telecommunication Breakdown or How I learned to Stop Worrying and Love the Digital Radio, C. R. Johnson, W. A. Sethares, Prentice Hall 2003 (Matlab). 4. Software Receiver Design: Build Your Own Digital Communication System in Five Easy Steps, C.R. Johnson, W.A. Sethares, A.G. Klein, Cambridge University Press 2011 (Matlab). 5. Signal Processing Techniques for Software Radios, B. Farhang-Boroujeny, 2008, 2010 (Matlab). 6. Contemporary Communication System Using Matlab, J. Proakis, M. Salehi, Cengage Learning 2012 (Matlab). 7. Sample Rate Conversion in Software Configurable Radios, Tim Hentschel, Artech House Multirate Filtering for Digital Signal Processing: Matlab Applications, L. Milic, IGI Global 2009 (Matlab). 9. Multirate Signal Processing for Communication Systems, F. Harris, Prentice Hall Technologie radia kognitywnego, H. Bogucka, PWN Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu 1.Zieliński T.P.: Od teorii do cyfrowego przetwarzania sygnałów, 576 str. Wydział EAIiE-AGH, Kraków 2002, Zieliński T.P.: Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań, 832 str., Wydaw-nictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2005, 2007, 2009, Szyper M., Zielinski T.P., Sroka R.: Spectral Analysis of Nonstationary Signals in the System with Wide Phase Modulation, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, vol. 41, no. 6, pp , IF=1.79 (2014), Zielinski T.P.: Joint Time-Frequency Resolution of Signal Analysis with Gabor Transform, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, vol. 50, no. 5, pp , IF=1.79 (2014), Wielgat R., Zieliński T.P., Woźniak T., Grabias S., Król D.: Automatic Recognition of Pathological Phoneme Production, Folia Phoniatrica et Logopedica, vol. 2008, no. 6, str , IF=0.655 (2006), IF=1.439 (2007), Bułat J., Duda K., Socha M., Turcza P., Zieliński T.P., Duplaga M.: Computational Tasks in Computer- Assisted Transbronchial Biopsy, Future Generation Computer Systems (Elsevier), vol. 26, iss. 3, str , IF 2.229, K. Duda, L. B. Magalas, M. Majewski, T. P. Zieliński: DFT based Estimation of Damped Oscillation s Parameters in Low frequency Mechanical Spectroscopy, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, str , IF (2011), IF (5-cio letni), Skalski A., Socha M., Zieliński T.P., Duplaga M.: Virtual colonoscopy technical aspects, pp in Colonoscopy (ed. Paul Miskovitz), InTech, Rijeka Zieliński T.P., Duda K.: Frequency and Damping Estimation Methods An Overview, Metrology and Measurement Systems: Quaterly of Polish Academy of Sciences, vol. 18, no. 4, str , IF=0.587 (2010), IF=0.982 (2012), Skalski A., Kos A., Zieliński T.P.: Using ASM in CT data segmentation for prostate radiotherapy, pp in Computer Vision and Graphics (ed. Bolc L.), Lecture Notes in Computer Science, Springer, Berlin Duda K., Zielinski T.P.: Efficacy of the Frequency and Damping Estimation of a Real-Value Sinusoid, IEEE Instrumentation and Measurement Magazine, vol. 16, iss. 2, pp , IF=0.556, (2012), IF=0.828 (5-cio letni), April Zieliński T.P., Korohoda P., Rumian R. (redakcja całości): Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji: podstawy, multimedia, transmisja, autorstwo 131 stron, współautorstwo 87 stron, PWN, Warszawa / 5

5 13.Wiśniewski M., Zieliński T.P.: Joint Application of Audio Spectral Envelope and Tonality Index in an E- Asthma Monitoring System, IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, vol. 19, no. 4, pp , IF=2.072 (2013), Informacje dodatkowe Brak Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS) Forma aktywności studenta Udział w wykładach Samodzielne studiowanie tematyki zajęć Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. Sumaryczne obciążenie pracą studenta Punkty ECTS za moduł Obciążenie studenta 30 godz 15 godz 30 godz 10 godz 85 godz 3 ECTS 5 / 5