Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Radio programowalne w praktyce
Tok studiów:
2014/2015
Kod:
ITE-1-615-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Teleinformatyka
Semestr:
6
Profil kształcenia:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
Forma i tryb studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Osoba odpowiedzialna:
prof. dr hab. inż. Zieliński Tomasz (tzielin@agh.edu.pl)
Osoby prowadzące:
dr inż. Bułat Jarosław (kwant@agh.edu.pl)
Wszołek Jacek (jwszolek@kt.agh.edu.pl)
Krótka charakterystyka modułu

Podstawy programowania radiowych odbiorników telekomunikacyjnych w technologii Software Defined Radio.

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 Ma podstawową wiedzę w zakresie implementacji programowej algorytmów analizy i przetwarzania sygnałów radiowych. TE1A_W06, TE1A_W05 Zaliczenie laboratorium
M_W002 Zna i rozumie działanie podstawowych algorytmów wykorzystywanych w radiu programowalnym do analizy i przetwarzania sygnałów telekomunikacyjnych. TE1A_W01, TE1A_W05 Zaliczenie laboratorium
M_W003 Zna i rozumie podstawowe pojęcia używane w cyfrowym radiu programowalnym. TE1A_W01, TE1A_W05 Zaliczenie laboratorium
Umiejętności
M_U001 Potrafi ocenić złożoność obliczeniową wykorzystywanych algorytmów przetwarzania sygnałów radiowych. TE1A_U08, TE1A_U09 Zaliczenie laboratorium
M_U002 Potrafi stosować poznane metody i algorytmy w analizie i przetwarzaniu sygnałów radiowych. TE1A_U08, TE1A_U09 Zaliczenie laboratorium
M_U003 Potrafi implementować podstawowe algorytmy przetwarzania sygnałów radiowych w językach C/C++ i Matlab. TE1A_U08, TE1A_U09 Zaliczenie laboratorium
Kompetencje społeczne
M_K001 Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kwalifikacji zawodowych w zakresie zmieniającej się szybko transmisji programowalnej. TE1A_K01 Zaliczenie laboratorium
Matryca efektów kształcenia w odniesieniu do form zajęć
Kod EKM Student, który zaliczył moduł zajęć wie/umie/potrafi Forma zajęć
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Inne
E-learning
Wiedza
M_W001 Ma podstawową wiedzę w zakresie implementacji programowej algorytmów analizy i przetwarzania sygnałów radiowych. + - - - - - - - - - -
M_W002 Zna i rozumie działanie podstawowych algorytmów wykorzystywanych w radiu programowalnym do analizy i przetwarzania sygnałów telekomunikacyjnych. + - - - - - - - - - -
M_W003 Zna i rozumie podstawowe pojęcia używane w cyfrowym radiu programowalnym. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Potrafi ocenić złożoność obliczeniową wykorzystywanych algorytmów przetwarzania sygnałów radiowych. - - + - - - - - - - -
M_U002 Potrafi stosować poznane metody i algorytmy w analizie i przetwarzaniu sygnałów radiowych. - - + - - - - - - - -
M_U003 Potrafi implementować podstawowe algorytmy przetwarzania sygnałów radiowych w językach C/C++ i Matlab. - - + - - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kwalifikacji zawodowych w zakresie zmieniającej się szybko transmisji programowalnej. + - + - - - - - - - -
Treść modułu zajęć (program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład:

Zajęcia w ramach modułu składają się z wykładu (30 godzin) oraz ćwiczeń laboratoryjnych (30 godzin), prowadzonych w językach C/C++ i Matlab. Szczegółowo omawiane są na nich konkretne algorytmy wchodzące w skład programowej realizacji transmisji radiowej (Software Defined Radio) oraz pokazywane odpowiadające im programy. W wyniku ich złożenia powstaje odbiornik urządzenia, działającego w czasie rzeczywistym. W tej edycji modułu w trakcie laboratorium studenci wspólnie udoskonalają i rozbudowują istniejący program kompletnego odbiornika radia cyfrowego DAB+ (https://sdr.kt.agh.edu.pl/sdrdab-decoder), stworzony przez kolegów ze starszych lat.

WYKŁADY

1. Szczegółowa analiza wszystkich modułów nadajnika i odbiornika radia cyfrowego DAB+ (Digital Audio Broadcasting). Dokładnie są omawiane programy, dotyczące praktycznych aspektów następujących zagadnień, m.in.: transmisja cyfrowa OFDM na wielu nośnych, (de)modulacja DQPSK, synchronizacja czasowa (symbolowa, ramkowa) i częstotliwościowa (nośnej, przetwornika A/C), generowanie funkcji sin()/cos(), skrambling, przeplot czasowy i częstotliwościowy, kodowanie korekcyjne: CRC, splotowe, Reeda-Solomona, fire kody (16 godz.).

2. Szersze omówienie najważniejszych zagadnień związanych z technologią SDR, m.in. konwersja częstotliwości, szybka, polifazowa zmiana częstotliwości próbkowania sygnałów, wybrane algorytmy synchronizacji, algorytmy identyfikacji i korekcji kanału (8 godz.).

3. Sprzęt (ASIC, FPGA, DSP, PC, GPU) i oprogramowanie dla radia programowalnego (open source Linrad, GNU Radio, military CORBA, JTRS) (4 godz.).

4. Radio kognitywne (2 godz.).

Ćwiczenia laboratoryjne:

ĆWICZENIA LABORATORYJNE

W module prowadzone są zajęcia laboratoryjne (komputerowe), w trakcie których studenci piszą programy w językach C/C++ i Matlab (tylko testy) dla poszczególnych modułów radia programowalnego SDR (Software Defined Radio). Moduły te są ze sobą integrowane, w wyniku czego powstaje działający, programowy odbiornik radiowy. W tej edycji modułu jest udoskonalany już istniejący odbiornik radia cyfrowego DAB+, stworzony przez studentów z poprzednich lat: https://sdr.kt.agh.edu.pl/sdrdab-decoder. Treści zajęć laboratoryjnych ugruntowują i rozszerzają wiedzę dotyczącą technologii SDR oraz radia DAB+, przekazywaną podczas wykładów. Podczas laboratorium są wykorzystywane platformy sprzętowe SDR oraz środowiska programowe SDR, m.in. open source.

Przykładowe tematy mini-projektów laboratoryjnych – do wyboru (liczba osób):

1. Poprawa algorytmu automatycznej regulacji wzmocnienia AGC (2).
2. Implementacja szybszego dekodera kodu splotowego niż algorytm Viterbiego, np. twarde dekodowanie, algorytm BCJR (4).
3. Napisanie programu nadajnika testowego sygnału DAB+ na karcie USRP (2).
4. Poprawa synchronizacji czasowej: wybór najlepszego fragmentu CP (Cyclic Prefix) do estymacji częstotliwości nośnej, wyznaczenie i zastosowanie korektora czasowego TEQ (Time EQualizer), jeśli jest to wskazane (4) .
5. Poprawa synchronizacji czasowej dla słabych sygnałów, wykorzystującej symbol NULL Reference (2).
6. Analiza skuteczności algorytmów estymacji SNR. Przygotowanie danych syntetycznych do testów (różne: SNR, fc/fs, przesunięcie, …) (3)
7. Poprawa estymacji częstotliwości nośnej (szybciej, dokładniej, odporniej na szum) (2).
8. Poprawa estymacji częstotliwości próbkowania (szybciej, dokładniej, odporniej na szum) (2).
9. Poprawa dekodowania informacji FIC (Fast Info Channel) przy niższym SNR (2)
10. Optymalizacja użycia kodera Reeda-Solomona (ON/OFF w zależności od wcześniejszych błędów: CRC, firecode).
11. Auto-skanowanie sygnału DAB/DAB+ (dla różnych krajów) (1).
12. Poprawa dekodowania X-PAD TEXT (1).
13. Dekodowanie X-PAD IMAGE (4).
14. Ułamkowe przepróbkowywanie sygnału audio (na podstawie estymacji zajętości bufora) (2).
15. Migracja z programu GStreamer do programu faad2+PulseAudio (2-4).
16. Optymalizacja przepróbkowania sygnału audio – użycie instrukcji wektorowych CPU (SSE/NEON) (2).

Opcjonalne zadania:

17. Odbiornik w wersji File2File powinien synchronizować się na kilku pierwszych ramkach DAB, co zwiększy jego odporność na zakłócenia (2).
18. Implementacja istniejącego odbiornika na procesorze ARM (RaspberyPI v2/3).
19. Poprawa modułów, które obecnie nie przechodzą Unit Testów (2).
20. Poprawa GUI (wizualizacja widma, SNR, błedów, …) (4).

Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 100 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w wykładach 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 20 godz
Udział w ćwiczeniach laboratoryjnych 30 godz
Przygotowanie sprawozdania, pracy pisemnej, prezentacji, itp. 20 godz
Pozostałe informacje
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Ocena końcowa jest przepisaną oceną zaliczenia ćwiczeń laboratoryjnych/projektowych.
2. Jeżeli pozytywną ocenę z ww. ćwiczeń uzyskano w pierwszym terminie, to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5 stopnia.
3. Zaliczenie laboratorium można uzyskać w jednym terminie poprawkowym (podczas sesji).

Wymagania wstępne i dodatkowe:

Wymagana znajomość cyfrowego przetwarzania sygnałów oraz programowania w językach C/C++ i Matlab.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Technologie radia kognitywnego, H. Bogucka, PWN 2013.
2. A Digital Communication Laboratory – Implementing a Software-Defined Acoustic Modem. Lee C. Potter, Yang Yang, Matlab Courseware 2015, https://www.mathworks.com/academia/courseware/digital-communication-laboratory.html, licencja CC, darmowe pobranie PDF-a, możliwość wydruku.
3. Software Defined Radio using MATLAB, Simulink and the RTLSDR. Stewart, Robert W., et al., Strathclyde Academic Media, 2015. http://www.desktopsdr.com/, darmowy PDF (!)
4. Podstawy cyfrowych systemów telekomunikacyjnych. K. Wesołowski, WKŁ 2004.
5. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji. Podstawy. Multimedia. Transmisja. T.P. Zieliński, P. Korohoda, R. Rumian (red.), PWN 2014, cz. III „Transmisja”, str. 805-965.
6. Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań, T.P. Zieliński, WKŁ 2005, 2007, 2009, 2014, „Modem ADSL”, str.740-786.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. Zieliński T.P.: „Cyfrowe przetwarzanie sygnałów. Od teorii do zastosowań”, 832 str., Wydaw-nictwa Komunikacji i Łączności, Warszawa 2005, 2007, 2009, 2014.
2. 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 2014.
3. Jarosław Bułat, Tomasz P. Zieliński i inni, “Zrób to sam”: komputerowy odbiornik RTL-SDR radia cyfrowego DAB+, Przegląd Telekomunikacyjny, Wiadomości Telekomunikacyjne, 2015, vol. 88, nr 8–9, s. 1384–1395.
4. Grzegorz Cisek, Tomasz P. Zieliński, „Frequency Domain Multipath Fading Channel Simulator Integrated with OFDM Transmitter for E-UTRAN Baseband Traffic Generator”, European Signal Processing Conference EUSIPCO-2017, Kos, Grecja, 2017.
5. Łukasz Zbydniewski, Tomasz P. Zieliński, Paweł Turcza, „Influence of time-frequency tiling on BER performance in discrete wavelet multitone PLC power line transmission”. IEEE International Symposium on Power Line Communications and Its Applications ISPLC-2009, Dresden, Germany, 2009, str. 182–187.
6. Zielinski T.P.: “Joint Time-Frequency Resolution of Signal Analysis with Gabor Transform“, IEEE Trans. on Instrumentation and Measurement, vol. 50, no. 5, pp.1436-1444, IF=1.79 (2014), 2001.
7. 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. 919-920, IF=1.79 (2014), 1992.

Informacje dodatkowe:

Brak