Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Digital signal processing in telecommunications
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETE-2-207-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia II stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Electronics and Telecommunications
Semestr:
2
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Angielski
Forma studiów:
Stacjonarne
Strona www:
 
Prowadzący moduł:
prof. dr hab. inż. Zieliński Tomasz (tzielin@agh.edu.pl)
Treści programowe zapewniające uzyskanie efektów uczenia się dla modułu zajęć

Practical DSP algorithms typically used in Software Defined Radio (SDR) receivers are discussed and their software implementations written in Matlab and Python computer languages are analyzed.

Opis efektów uczenia się dla modułu zajęć
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Powiązania z KEU Sposób weryfikacji i oceny efektów uczenia się osiągniętych przez studenta w ramach poszczególnych form zajęć i dla całego modułu zajęć
Wiedza: zna i rozumie
M_W001 Student knows and understands definitions and concepts used in software defined telecommunications. ETE2A_W02, ETE2A_W01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W002 Student knows and understands basic algorithms used for digital analysis and processing telecommunication signals. ETE2A_W02, ETE2A_W05 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_W003 Student knows how to implement in software basic algorithms for digital analysis and processing RF signals. ETE2A_W02, ETE2A_W05 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Umiejętności: potrafi
M_U001 Student can use known methods and algorithms for analysis and processing telecommunication signals. ETE2A_U05, ETE2A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U002 Student can implement basic algorithms of telecommunication signal processing in Matlab language. ETE2A_U05, ETE2A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
M_U003 Student can estimate computational complexity of applied signal processing algorithms. ETE2A_U05, ETE2A_U01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Student understands necessity of permanent self-education. ETE2A_K01 Wykonanie ćwiczeń laboratoryjnych
Liczba godzin zajęć w ramach poszczególnych form zajęć:
SUMA (godz.)
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
60 30 0 0 30 0 0 0 0 0 0 0
Matryca kierunkowych efektów uczenia się w odniesieniu do form zajęć i sposobu zaliczenia, które pozwalają na ich uzyskanie
Kod MEU Student, który zaliczył moduł zajęć zna i rozumie/potrafi/jest gotów do Forma zajęć dydaktycznych
Wykład
Ćwicz. aud
Ćwicz. lab
Ćw. proj.
Konw.
Zaj. sem.
Zaj. prakt
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Wiedza
M_W001 Student knows and understands definitions and concepts used in software defined telecommunications. + - - - - - - - - - -
M_W002 Student knows and understands basic algorithms used for digital analysis and processing telecommunication signals. + - - - - - - - - - -
M_W003 Student knows how to implement in software basic algorithms for digital analysis and processing RF signals. + - - - - - - - - - -
Umiejętności
M_U001 Student can use known methods and algorithms for analysis and processing telecommunication signals. - - - + - - - - - - -
M_U002 Student can implement basic algorithms of telecommunication signal processing in Matlab language. - - - + - - - - - - -
M_U003 Student can estimate computational complexity of applied signal processing algorithms. - - - + - - - - - - -
Kompetencje społeczne
M_K001 Student understands necessity of permanent self-education. + - - + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 120 godz
Punkty ECTS za moduł 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 30 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 30 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (30h):

LECTURES (30h)

The module consists of lectures (30 h) and project exercises (30 h). Practical DSP algorithms typically used in Software Defined Radio (SDR) receivers are discussed and their software implementations written in Matlab and Python computer languages are analyzed. Recorded real signals are processed as examples. Complete digital receivers of analog FM/RDS and digital DAB+ radios are shown and discussed.

1. Introduction to digital transmission: transmitter and receiver elements. Design principles of software defined radio (SDR) transmission.
2. Digital oscillators: CORDIC architecture, lookup tables, signal approximation. Multi-rate signal processing: polyphase structures and fast signal re-sampling. (FM)
3. RF signals and their frequency spectra, signal under/over sampling, frequency filtering, frequency up/down conversion. Modulation and demodulation. Application of complex-value numbers. (FM and DAB+)
4. Carrier recovery. Adaptive elements: PLL and Costas loops. Synchronization and tracking carrier phase and carrier frequency (FM/RDS). Correction of intermediate frequency offset (DAB+).
5. Timing recovery. Symbol synchronization (RDS) and frame synchronization (DAB+).
6. Channel recovery (estimation) and correction of its influence (ADSL, TETRA, DAB+).
7. Bit recovery. Channel coding and decoding, Viterbi algorithm, soft and hard decisions. (DAB+).
8. Audio source coding examples. MP2/MP3, AAC i HE-AAC v2 (DAB+).
9. Radio FM – synthesis of transmitted digital signal.
10. Radio FM – complete FM radio software receiver.
11. Radio FM – software RDS receiver.
12. Radio DAB+ – frame synchronization in time, carrier and ADC synchronization in frequency.
13. Radio DAB+ – channel coding.
14. Radio DAB+ – logical bit interpretation and decoding.

Ćwiczenia projektowe (30h):

PROJECT EXERCISES (30h)

Students write programs in Matlab and Python for dedicated modules of the FM/RDS radio receiver. All modules are integrated together giving as a result a software FM/RDS decoder of radio signals. The receiver works:
- off-line in Matlab (with recorded files),
- in real-time in Python (with RTLSDR USB stick).

Pozostałe informacje
Metody i techniki kształcenia:
  • Wykład: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Ćwiczenia projektowe: Studenci wykonują zadany projekt samodzielnie, bez większej ingerencji prowadzącego. Ma to wykształcić poczucie odpowiedzialności za pracę w grupie oraz odpowiedzialności za podejmowane decyzje.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

One additional possibility of project evaluation during the session.
Colloquium after lectures can take only students who have passed the project laboratory.

Zasady udziału w zajęciach:
  • Wykład:
    – Obecność obowiązkowa: Nie
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Ćwiczenia projektowe:
    – Obecność obowiązkowa: Tak
    – Zasady udziału w zajęciach: Studenci wykonują prace praktyczne mające na celu uzyskanie kompetencji zakładanych przez syllabus. Ocenie podlega sposób wykonania projektu oraz efekt końcowy.
Sposób obliczania oceny końcowej:

1. Positive final evaluation of project exercises is required.
2. Project mark is calculated using the following formulae:
if mean=>4.71 then OK:=5.0 else
if mean=>4.21 then OK:=4.5 else
if mean=>3.71 then OK:=4.0 else
if mean=>3.21 then OK:=3.5 else OK:=3
3. The project mark is repeated as a final course result (final student evaluation).
4. Positive evaluation of the project can be obtained also during one additional date in examination session. But this possibility is only for students having no less than 40% of the project finished.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

More intensive work upon the project at home.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Basic knowledge of digital signal processing, digital communication systems and programming in Matlab.

Zalecana literatura i pomoce naukowe:

1. Signal Processing Techniques for Software Radios, B. Farhang-Boroujeny, 2008, 2010 (Matlab).
2. 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).
3. Software Defined Radio using MATLAB & Simulink and the RTLSDR. Stewart, Robert W., et al., Strathclyde Academic Media, 2015. http://www.desktopsdr.com/
4. 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.
5. Contemporary Communication System Using Matlab, J. Proakis, M. Salehi, Cengage Learning 2012 (Matlab).
6. Multirate Filtering for Digital Signal Processing: Matlab Applications, L. Milic, IGI Global 2009 (Matlab).
7. Multirate Signal Processing for Communication Systems, F. Harris, Prentice Hall 2004.

Publikacje naukowe osób prowadzących zajęcia związane z tematyką modułu:

1. 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.
2. 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.
3. 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.
4. Tomasz Zieliński, “Cyfrowe przetwarzanie sygnałów: od teorii do zastosowań”, WKŁ, Warszawa 2005, 2007, 2009, 2014.
5. Tomasz Zieliński (red.), “Cyfrowe przetwarzanie sygnałów w telekomunikacji”. PWN, Warszawa 2014.

Informacje dodatkowe:

During project exercises RTL-SDR USB radio-frequency receivers of Realtek company are used.