Moduł oferowany także w ramach programów studiów:
Informacje ogólne:
Nazwa:
Radio programowalne w praktyce
Tok studiów:
2019/2020
Kod:
IETP-1-623-s
Wydział:
Informatyki, Elektroniki i Telekomunikacji
Poziom studiów:
Studia I stopnia
Specjalność:
-
Kierunek:
Elektronika i Telekomunikacja
Semestr:
6
Profil:
Ogólnoakademicki (A)
Język wykładowy:
Polski
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

Podstawy programowania radiowych odbiorników telekomunikacyjnych w technologii Software Defined Radio na przykładzie radia DAB+.

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 Ma podstawową wiedzę w zakresie implementacji programowej algorytmów analizy i przetwarzania sygnałów radiowych. ETP1A_W01, ETP1A_W10 Wykonanie projektu
M_W002 Zna i rozumie działanie podstawowych algorytmów wykorzystywanych w radiu programowalnym do analizy i przetwarzania sygnałów telekomunikacyjnych. ETP1A_W01, ETP1A_W10 Wykonanie projektu
M_W003 Zna i rozumie podstawowe pojęcia używane w cyfrowym radiu programowalnym. ETP1A_W01, ETP1A_W10 Wykonanie projektu
Umiejętności: potrafi
M_U001 Potrafi ocenić złożoność obliczeniową wykorzystywanych algorytmów przetwarzania sygnałów radiowych. ETP1A_U06, ETP1A_U07 Wykonanie projektu
M_U002 Potrafi stosować poznane metody i algorytmy w analizie i przetwarzaniu sygnałów radiowych. ETP1A_U06, ETP1A_U07 Wykonanie projektu
M_U003 Potrafi implementować podstawowe algorytmy przetwarzania sygnałów radiowych w językach C/C i Matlab. ETP1A_U09, ETP1A_U07, ETP1A_U11 Wykonanie projektu
Kompetencje społeczne: jest gotów do
M_K001 Rozumie potrzebę ciągłego dokształcania się i podnoszenia kwalifikacji zawodowych w zakresie zmieniającej się szybko transmisji programowalnej. ETP1A_K01 Wykonanie projektu
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 15 0 0 45 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 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. + - - + - - - - - - -
Nakład pracy studenta (bilans punktów ECTS)
Forma aktywności studenta Obciążenie studenta
Sumaryczne obciążenie pracą studenta 90 godz
Punkty ECTS za moduł 3 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 60 godz
przygotowanie projektu, prezentacji, pracy pisemnej, sprawozdania 20 godz
Samodzielne studiowanie tematyki zajęć 10 godz
Szczegółowe treści kształcenia w ramach poszczególnych form zajęć (szczegółowy program wykładów i pozostałych zajęć)
Wykład (15h):

Zajęcia w ramach modułu składają się z wykładu (15 godzin) oraz ćwiczeń projektowych (45 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 ćwiczeń projektowych 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 (10 godz.).
2. Omówienie najważniejszych zagadnień związanych z technologią SDR, m.in. wybrane algorytmy synchronizacji, algorytmy identyfikacji i korekcji kanału (3 godz.).
3. Sprzęt (ASIC, FPGA, DSP, PC, GPU) i oprogramowanie dla radia programowalnego (open source Linrad, GNU Radio, military CORBA, JTRS) (1 godz.).
4. Radio kognitywne (1 godz.).

Ćwiczenia projektowe (45h):

W module są prowadzone ćwiczenia projektowe (komputerowe), w trakcie których
studenci piszą programy w językach C/C++ (docelowe) 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 i opisany na stronie: https://sdr.kt.agh.edu.pl/sdrdabdecoder.
Treści ćwiczeń projektowych ugruntowują i rozszerzają wiedzę dotyczącą technologii SDR oraz radia DAB+, przekazywaną podczas wykładów. Podczas ćwiczeń projektowych są wykorzystywane platformy sprzętowe SDR oraz środowiska programowe SDR, m.in. open source. Przykładowo RTL-SDR, USRP.
Przykładowe tematy ćwiczeń projektowych – do wyboru (w nawiasie jest podana 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).

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:

Zaliczenie ćwiczeń projektowych można uzyskać w jednym terminie poprawkowym (podczas sesji).

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. Ocena końcowa jest przepisaną oceną zaliczenia ćwiczeń projektowych (wykonania projektu).
2. Jeżeli pozytywną ocenę z ww. ćwiczeń uzyskano w pierwszym terminie, to ocena końcowa jest podnoszona o 0.5 stopnia.

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

Intensywniejsza praca nad projektem w domu.

Wymagania wstępne i dodatkowe, z uwzględnieniem sekwencyjności modułów :

Wymagana znajomość cyfrowego przetwarzania sygnałów, podstaw telekomunikacji cyfrowej 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., Wydawnictwa 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