Návrh Školení

• Výstupy tohoto kurzu Po absolvování tohoto kurzu by student měl být schopen řešit řadu aktuálně otevřených výzkumných problémů v oblasti komunikačního inženýrství, protože by měl mít alespoň následující dovednosti:

• Mapovat a manipulovat s komplikovanými matematickými výrazy, které se často objevují v literatuře komunikačního inženýrství. • Schopnost používat programovací schopnosti nabízené v MATLAB za účelem reprodukce výsledků simulací z jiných článků nebo se k těmto výsledkům alespoň přiblížit.

• Vytvořte simulační modely vlastních nápadů.

• Efektivně využívat získané simulační dovednosti ve spojení s výkonnými MATLAB schopnostmi k navrhování optimalizovaných MATLAB kódů z hlediska doby běhu kódu a zároveň šetřit paměťový prostor.

• Identifikujte klíčové parametry simulace daného komunikačního systému, extrahujte je z modelu systému a prostudujte dopad těchto parametrů na výkon uvažovaného systému.

• Struktura kurzu

Materiál poskytnutý v tomto kurzu je extrémně korelovaný. Nedoporučuje se, aby student navštěvoval úroveň, pokud ji nenavštěvuje a hluboce nerozumí její předchozí úrovni, aby byla zajištěna kontinuita získaných znalostí. Kurz je strukturován do tří úrovní od úvodu do programování MATLAB až po úroveň kompletní simulace systému následovně.

Úroveň 1: Komunikační matematika s MATLAB lekcemi 01-06

Po absolvování této části bude student schopen vyhodnotit složité matematické výrazy a snadno sestavit vhodné grafy pro různé reprezentace dat, jako jsou grafy v časové a frekvenční oblasti; BER vykresluje vyzařovací diagramy antény…atd.

Základní koncepty

1. Pojem simulace 2. Význam simulace v komunikačním inženýrství 3. MATLAB jako simulační prostředí 4. O maticové a vektorové reprezentaci skalárních signálů v komunikační matematice 5. Matrix a vektorové reprezentace komplexních signálů v základním pásmu v MATLABu

MATLAB Desktop

6. Panel nástrojů 7. Okno příkazů 8. Pracovní prostor 9. Historie příkazů

Deklarace proměnných, vektorů a matic

10. MATLAB předdefinované konstanty 11. Uživatelsky definované proměnné 12. Pole, vektory a matice 13. Ruční zadávání matice 14. Definice intervalu 15. Lineární prostor 16. Logaritmický prostor 17. Pravidla pro pojmenování proměnných

Speciální matrice

18. Matice jedniček 19. Matice nul 20. Matice identity

Element-moudrá a maticová manipulace

21. Přístup ke konkrétním prvkům 22. Modifikace prvků 23. Selektivní eliminace prvků (Matrix zkrácení) 24. Přidávání prvků, vektorů nebo matic (Matrix zřetězení) 25. Nalezení indexu prvku uvnitř vektoru nebo matice 26 Matrix přetváření 27. Matrix zkrácení 28. Matrix zřetězení 29. Překlápění zleva doprava a zprava doleva

Unární maticové operátory

30. Operátor součtu 31. Operátor očekávání 32. Operátor Min 33. Operátor Max 34. Operátor sledování 35. Matrix determinant |.| 36. Matrix inverzní 37. Matrix transponovat 38. Matrix Hermitian 39. …atd

Binární maticové operace

40. Aritmetické operace 41. Relační operace 42. Logické operace

Komplexní čísla v MATLAB

43. Komplexní reprezentace signálů propustného pásma v základním pásmu a RF up-konverze, matematický přehled 44. Tvoření komplexních proměnných, vektorů a matic 45. Komplexní exponenciály 46. Operátor reálné části 47. Operátor imaginární části 48. Konjugovaný operátor (.) * 49. Absolutní operátor |.| 50. Argument nebo fázový operátor

MATLAB vestavěné funkce

51. Vektory vektorů a matice matice 52. Funkce druhé odmocniny 53. Funkce znaménka 54. Funkce "zaokrouhlení na celé číslo" 55. "Funkce nejbližšího dolního celého čísla" 56. "Funkce nejbližšího horního celého čísla" 57. Funkce faktoriální funkce 58. Logaritmické funkce (exp, ln,log10, log2) 59. Goniometrické funkce 60. Hyperbolické funkce 61. Funkce Q(.) 62. Funkce erfc(.) 63. Besselovy funkce Jo (.) 64. Funkce Gama funkce 65. Diff, příkazy mod

Polynomy v MATLAB

66. Polynomy v MATLAB 67. Racionální funkce 68. Polynomiální derivace 69. Polynomiální integrace 70. Polynomiální násobení

Grafy v lineárním měřítku

71. Vizuální znázornění spojitých časově spojitých amplitudových signálů 72. Vizuální znázornění schodišťových aproximovaných signálů 73. Vizuální znázornění diskrétního času – signály s diskrétní amplitudou

Logaritmické grafy 74. dB-dekády grafy (BER) 75. dekády-dB grafy (Bode grafy, frekvenční odezva, spektrum signálu) 76. dekády-dekády grafy 77. dB-lineární grafy

2D polární grafy 78. (vyzařovací diagramy planární antény)

3D grafy

79. 3D vyzařovací diagramy 80. Kartézské parametrické grafy

Volitelná sekce (poskytována na základě požadavku studentů)

81. Symbolická derivace a numerická diferenciace v MATLAB 82. Symbolická a numerická integrace v MATLAB 83. MATLAB nápověda a dokumentace

MATLAB souborů

84. MATLAB soubory skriptů 85. MATLAB funkční soubory 86. MATLAB datové soubory 87. Lokální a globální proměnné

Smyčky, řízení toku podmínek a rozhodování v MATLAB

88. Smyčka for end 89. Smyčka while end 90. Podmínka if end 91. Podmínky konce if else 92. Příkaz switch case end 93. Iterace, konvergující chyby, vícerozměrné součtové operátory

Vstupní a výstupní zobrazovací příkazy

94. Příkaz input(' ') 95. příkaz disp 96. příkaz fprintf 97. Message box msgbox

Úroveň 2: Provoz signálů a systémů (24 hodin) Lekce 07-14

Hlavní cíle této části jsou následující

• Generovat náhodné testovací signály, které jsou nezbytné pro testování výkonu různých komunikačních systémů

• Integrace mnoha elementárních signálových operací může být integrována za účelem implementace jediné funkce zpracování komunikace, jako jsou kodéry, randomizéry, prokládače, generátory rozprostíracího kódu…atd. na vysílači i jejich protějšky na přijímacím terminálu.

• Propojte tyto bloky správně, abyste dosáhli komunikační funkce

• Simulace deterministických, statistických a polonáhodných vnitřních a venkovních úzkopásmových kanálových modelů

Generování komunikačních testovacích signálů

98. Generování náhodné binární sekvence 99. Generování náhodného celého čísla Sekvence 100. Import a čtení textových souborů 101. Čtení a přehrávání zvukových souborů 102. Import a export obrázků 103. Obrázek jako 3D matice 104. RGB do šedé stupnice transformace 105. Sériový bitový tok 2D obrazu ve stupních šedi 106. Sub-framing obrazových signálů a rekonstrukce

Úprava a manipulace se signálem

107. Amplitudové škálování (zesílení, útlum, normalizace amplitudy… atd.) 108. Posun DC úrovně 109. Časové škálování (komprese času, zředění) 110. Časový posun (časové zpoždění, časový posun, kruhový časový posun vlevo a vpravo) 111. Měření energie signálu 112. Energetická a výkonová normalizace 113. Energetické a výkonové škálování 114. Sériová-paralelní a paralelní-sériová konverze 115. Multiplexování a demultiplexování

Digitalizace analogových signálů

116. Vzorkování v časové oblasti signálů v základním pásmu spojitého časového pásma v MATLAB 117. Amplitudové kvantování analogových signálů 118. PCM kódování kvantovaných analogových signálů 119. Převod desítkové soustavy na binární a binární na desítkovou soustavu 120. Tvarování impulsů 121. Výpočet adekvátní šířky pulsu 122. Volba počtu vzorků na puls

123. Konvoluce pomocí příkazů conv a filter 124. Autokorelace a vzájemná korelace časově omezených signálů 125. Operace Fast Fourier Transform (FFT) a IFFT 126. Zobrazení spektra signálu v základním pásmu 127. Vliv vzorkovací frekvence a správné frekvence okno 128. Vztah mezi konvolucí, korelací a operacemi FFT 129. Filtrování ve frekvenční oblasti, pouze filtrování dolní propustí

Pomocné Communications funkce

130. Randomizéry a de-randomizéry 131. Punktury a depunktury 132. Kodéry a dekodéry 133. Interleavery a de-interleavery

Modulátory a demodulátory

134. Schémata digitální modulace základního pásma v MATLAB 135. Vizuální reprezentace digitálně modulovaných signálů

Modelování a simulace kanálů

136. Mathematical modelování vlivu kanálu na přenášený signál

• Sčítání – aditivní kanály bílého Gaussova šumu (AWGN) • Násobení v časové oblasti – kanály s pomalým slábnutím, Dopplerův posun v kanálech vozidla • Násobení ve frekvenční doméně – frekvenčně selektivní kanály se slábnutím • Konvoluce v časové oblasti – impulsní odezva kanálu

Příklady deterministických kanálových modelů

137. Ztráta cesty volného prostoru a ztráta cesty závislá na prostředí 138. Kanály periodického blokování

Statistická charakterizace společných stacionárních a kvazistacionárních vícecestných únikových kanálů

139. Generování rovnoměrně rozloženého RV 140. Generování skutečné hodnoty Gaussova distribuovaného RV 141. Generování komplexního Gaussova distribuovaného RV 142. Generování Rayleighova distribuovaného RV 143. Generování Riceova distribuovaného RV 144. Generování Lognormálně distribuovaného RV 145. Generování libovolné distribuované RV 146. Aproximace neznámé funkce hustoty pravděpodobnosti (PDF) RV histogramem 147. Numerický výpočet kumulativní distribuční funkce (CDF) RV 148. Reálná a komplexní aditivní bílá Gaussova šumové (AWGN) kanály

Charakteristika kanálu podle profilu zpoždění výkonu

149. Charakterizace kanálu jeho profilem zpoždění výkonu 150. Normalizace výkonu PDP 151. Extrahování impulsní odezvy kanálu z PDP 152. Vzorkování impulsní odezvy kanálu libovolnou vzorkovací frekvencí, nepřizpůsobené vzorkování a kvantování zpoždění 153. Problém neshody vzorkování kanálové impulsní odezvy úzkopásmových kanálů 154. Vzorkování PDP libovolnou vzorkovací frekvencí a kompenzací zlomkového zpoždění 155. Implementace několika modelů vnitřních a venkovních kanálů standardizovaných IEEE 156. (COST – SUI – Ultra Wide Band Channel Models… atd. .)

Úroveň 3: Simulace na úrovni propojení praktické komunikace. Systémy (30 hodin) Sezení 15.–24

Tato část kurzu se zabývá nejdůležitějším problémem pro studenty výzkumu, tedy jak simulací reprodukovat výsledky simulací jiných publikovaných článků.

Výkon bitové chybovosti schémat digitální modulace v základním pásmu

1. Porovnání výkonu různých schémat digitální modulace v základním pásmu v kanálech AWGN (Komplexní srovnávací studie prostřednictvím simulace k ověření teoretických vyjádření); bodové grafy, bitová chybovost

2. Porovnání výkonu různých schémat digitální modulace v základním pásmu v různých stacionárních a kvazistacionárních kanálech úniku; bodové grafy, bitová chybovost (Komplexní srovnávací studie prostřednictvím simulace k ověření teoretických výrazů)

3. Vliv kanálů Dopplerova posunu na výkon schémat digitální modulace v základním pásmu; bodové grafy, bitová chybovost

Helicopter-to-Satellite Communications

4. Příspěvek (1): Nízkonákladový hlasový a datový systém v reálném čase pro leteckou mobilní družicovou službu (AMSS) – Prohlášení o problému a analýza 5. Příspěvek (2): Časová rozmanitost předběžné detekce v kombinaci s přesným AFC pro družici vrtulníků [ 1]s – První navrhované řešení 6. Dokument (3): Schéma adaptivní modulace pro vrtulník-satelit Communications – Přístup ke zlepšení výkonu

Simulace systémů s rozprostřeným spektrem

1. Typická architektura systémů založených na rozprostřeném spektru 2. Systémy založené na rozprostřeném spektru s přímou sekvencí 3. Generátory pseudonáhodné binární sekvence (PBRS) • Generování sekvencí maximální délky • Generování zlatých kódů • Generování Walshových kódů

4. Systémy založené na rozprostřeném spektru s časovým přeskakováním 5. Bitová chybovost Výkon systémů založených na rozprostřeném spektru v kanálech AWGN • Vliv kódovací rychlosti r na výkon BER • Vliv délky kódu na výkon BER

6. Bitová chybovost systémů založených na rozprostřeném spektru ve vícecestných pomalých Rayleighových fadingových kanálech s nulovým Dopplerovým posunem 7. Analýza výkonnosti bitové chybovosti systémů založených na rozprostřeném spektru v prostředích s vysokou mobilitou slábnoucí 8. Analýza výkonnosti bitové chybovosti systémů založených na rozprostřeném spektru v přítomnosti víceuživatelského rušení 9. Přenos RGB obrazu přes systémy s rozprostřeným spektrem 10. Optické CDMA (OCDMA) systémy • Optické ortogonální kódy (OOC) • Výkonnostní limity OCDMA systémů; bitová chybovost výkon synchronních a asynchronních OCDMA systémů

Ultra širokopásmové SS systémy

Systémy založené na OFDM

11. Implementace systémů OFDM pomocí rychlé Fourierovy transformace 12. Typická architektura systémů na bázi OFDM 13. Výkonnost bitové chybovosti systémů OFDM v kanálech AWGN • Vliv kódovací rychlosti r na výkon BER • Vliv cyklické předpony na BER výkon • Vliv velikosti FFT a rozteče subnosných na výkon BER

14. Bitová chybovost systémů OFDM ve vícecestných pomalých Rayleigh fading kanálech s nulovým Dopplerovým posunem 15. Bitová chybovost systémů OFDM ve vícecestných pomalých Rayleigh fading kanálech s CFO 16. Odhad kanálu v OFDM systémech 17. Ekvalizace frekvenční domény v OFDM Systémy • Ekvalizér nulového vynucování • Ekvalizéry MMSE 18. Další běžné metriky výkonu v systémech založených na OFDM (poměr špičkového k průměrnému výkonu, poměr nosného k rušení… atd.) 19. Analýza výkonu systémů založených na OFDM v prostředí s vysokou mobilitou slábnoucí (jako simulační projekt sestávající ze tří článků) 20. Příspěvek (1): Zmírnění rušení mezi nosiči 21. Příspěvek (2): Systémy MIMO-OFDM

Optimalizace MATLAB simulačního projektu

Cílem této části je naučit se sestavit a optimalizovat MATLAB simulační projekt za účelem zjednodušení a organizace celkového simulačního procesu. Kromě toho se bere v úvahu také paměťový prostor a rychlost zpracování, aby se předešlo problémům s přetečením paměti v omezených úložných systémech nebo dlouhým dobám provozu vyplývajícím z pomalého zpracování.

1. Typická struktura simulačních projektů v malém měřítku 2. Extrakce parametrů simulace a teoretického mapování do simulace 3. Sestavení simulačního projektu 4. Simulační technika Monte Carlo 5. Typický postup pro testování simulačního projektu 6. Paměťový prostor Management a techniky zkrácení doby simulace • Simulace základního pásma vs. propustného pásma • Výpočet adekvátní šířky pulzu pro zkrácené libovolné tvary pulzu • Výpočet adekvátního počtu vzorků na symbol • Výpočet potřebného a dostatečného počtu bitů pro testování systému

GUI programování

Mít MATLAB kód bez ladění a pracovat správně, aby produkoval správné výsledky, je velký úspěch. Sada klíčových parametrů v simulačním projektu však řídí Z tohoto důvodu a dalších důvodů je uvedena další přednáška na téma „Grafické uživatelské rozhraní (GUI) Programming“, aby bylo možné získat kontrolu nad různými částmi vašeho simulačního projektu na spíše tipy než se potápět v dlouhých zdrojových kódech plných příkazů. Navíc, když váš kód MATLAB zamaskujete pomocí GUI, pomůže vám to prezentovat vaši práci způsobem, který usnadňuje kombinování více výsledků v jednom hlavním okně a usnadňuje porovnávání dat.

1. Co je MATLAB GUI 2. Struktura souboru funkcí MATLAB GUI 3. Hlavní komponenty GUI (důležité vlastnosti a hodnoty) 4. Lokální a globální proměnné

Poznámka: Témata probíraná v každé úrovni tohoto kurzu zahrnují, ale nikoli výhradně, témata uvedená v každé úrovni. Kromě toho se položky každé konkrétní přednášky mohou měnit v závislosti na potřebách studentů a jejich výzkumných zájmech.

Požadavky

Aby studenti získali obrovské množství znalostí obsažených v tomto kurzu, měli by mít obecné základní znalosti o běžných programovacích jazycích a technikách. Důrazně se doporučuje hluboké porozumění vysokoškolským kurzům komunikačního inženýrství.

  35 hodiny

Počet účastníků



Price per participant

Reference (1)

Související kurzy

MATLAB Fundamentals, Data Science & Report Generation

  35 hodiny

Související kategorie