В результате освоения дисциплины обучающиеся должны

Цель дисциплины

Познакомить обучающихся с основами моделирования и прототипирования цифровой беспроводной связи с применением программно-определяемого радио

Задачи дисциплины

· Разъяснение места и роли программно-определяемого радио в моделировании и проектировании цифровых радиосистем;

· Ознакомление с внутренним строением программно-определяемого радио;

· Приобретение обучающимися основных принципов работы с программно-определяемыми радиосистемами;

· Знакомство с инструментами моделирования математических систем Matlab/Simulink и GNU Radio.

2. Место дисциплины (модуля) в структуре образовательной программы бакалавриата

(магистратуры)

Дисциплина относится к факультативной в образовательном процессе МФТИ.

Для изучения дисциплины требуются следующие знания:

· Общая теория связи и теория информации;

· Основы цифровой обработки сигналов;

· Базовые навыки программирования;

· Теория функций комплексных переменных;

· Гармонический анализ.

В результате освоения дисциплины обучающиеся должны

знать:

· Принципы организации работы программно-определяемого радио, в том числе его строение;

· Основные методы построения моделирования и проектирования цифровой и аналоговой беспроводной связи;

· Основы цифровой обработки сигналов в радиосистемах;

· Виды аналоговой и цифровой модуляции сигналов;

· Алгоритмы синхронизации в цифровых системах.

уметь:

· Применять полученные теоретические знания при моделировании систем радиосвязи;

· Моделировать алгоритмы обработки сигналов в программных комплексах Matlab и GNU Radio.

владеть:

● Базовыми теоретическими и экспериментальными методами организации беспроводной цифровой связи на базе программно-определяемого радио.

● Актуальным инструментарием для реализации методов беспроводной связи

3. Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам) с указанием отведенного на них количества академических часов и видов учебных занятий

3.1 Разделы дисциплины (модуля) и трудоемкости по видам учебных занятий

1.1 Содержание дисциплины (модуля), структурированное по темам (разделам)

Семестр: 7 (Осенний)

1. Знакомство с программно-определяемыми радиосистемами.

Структура программно-определяемых радиосистем. Теоретические основы приема и передачи сигналов. Знакомство с используемым программным обеспечением. Построение системы сканирования радиоэфира. Наблюдение сигналов. Изучение эффектов рассинхронизации частоты приемника и передатчика.

2. Аналоговая система связи. Амплитудная модуляция.

Наблюдение амплитудно-модулированного сигнала. Изучение методов модуляций DSB-LC и DSB-SC. Принцип частотного разделения каналов (Frequency-Division Multiplexing – FDM). Формирование I/Q отсчетов амплитудно-модулированного сигнала. Построение системы передачи данных на основе амплитудной модуляции c использованием двух частотно разделённых каналов. Построение DSB-LC приемника и передатчика в среде моделирования MatLab / GNU Radio.

3. Аналоговая система связи. Частотную модуляцию (Frequency Modulation – FM).

Наблюдение FM сигнала. Изучение параметров FM сигналов. Методы формирования комплексной огибающей сигнала. Демодуляция FM сигнала. Создание модели FM приемника и передатчика в среде моделирования MatLab / GNU Radio. Демодуляция сигнала.

4. Концепция цифровых систем связи.

Изучение методов цифровой модуляции сигналов. Амплитудно-фазовая модуляция (Amplitude Phase Shift Keying – APSK). Фазовая модуляция (Phase Shift Keying – PSK). Частотная модуляция (Frequency Shift Keying – FSK). Структура приемника цифровых систем связи. Синхронизация несущей. Восстановление символьной синхронизации. Создание модели приёмника и передатчика на базе дифференциальной двоичной фазовой манипуляции (Differential Binary Phase Shift Keying – DBPSK) в среде моделирования Matlab / GNU Radio.

5. Системы связи с расширением спектра методом прямой последовательности.

Рассмотрение методов расширения спектра при помощи прямой последовательности и псевдослучайной перестройки рабочей частоты. Создание модели DSSS приемника и передатчика в среде моделирования Matlab / GNU Radio.

6. Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM).

Концепция OFDM сигналов в стандартах связи IEEE 802.11. Обработка сигнала при помощи быстрого преобразования Фурье. Базовые понятия синхронизации OFDM сигналов. Создание модели передатчика в MatLab или GNU Radio, анализ принятого сигнала.