Ανάπτυξη Ασύρματων Συστημάτων που βασίζεται στο Λογισμικό

Στόχος

Στόχος του μαθήματος είναι ο εμπλουτισμός των γνώσεων και δεξιοτήτων των μεταπτυχιακών φοιτητών στην ανάλυση και σχεδίαση τεχνικών ψηφιακής επεξεργασίας σήματος για συστήματα επικοινωνιών. Το μάθημα περιλαμβάνει θεωρία και εργαστήριο σε περιβάλλον MATLAB. Οι θεματικές περιοχές που καλύπτει περιλαμβάνουν από την κωδικοποίηση πηγής και την αναπαράσταση των ψηφιακών δεδομένων ως την αξιολόγηση της επίδοσης των πλέον γνωστών ψηφιακών τεχνικών σε πραγματικά περιβάλλοντα διάδοσης.
Στο πρώτο μέρος του μαθήματος μελετώνται τεχνικές φυσικού στρώματος με εφαρμογή στο long term evolution (LTE), όπως διαμόρφωση και κωδικοποίηση καναλιού, μετάδοση Ορθογωνικής Πολυπλεξίας Διαίρεσης Συχνότητας (OFDM) και DFT-spread OFDM αλλά και τεχνικές λήψης με πολλαπλές κεραίες εκπομπής ή/και λήψης.
Στο δεύτερο μέρος, του μαθήματος γίνεται ανάπτυξη και πειραματισμός σε συστήματα Software Defined Radio (SDR), όπου οι φοιτητές μέσω προγραμματισμού θα μπορέσουν να δημιουργήσουν και να εκπέμψουν τηλεπικοινωνιακά σήματα που απαντώνται στα σύγχρονα συστήματα ψηφιακών κινητών επικοινωνιών (π.χ. LTE, WiFi) και αντίστοιχα να σχεδιάσουν τις βαθμίδες ανάλυσης και λήψης. Τέλος, μέσω μετρήσεων θα γίνει αξιολόγηση του περιβάλλοντος διάδοσης και των τεχνικών διαμόρφωσης και κωδικοποίησης.

Περιεχόμενα

• Διάλεξη 1: Ψηφιακές Διαμορφώσεις Διέλευσης Ζώνης, Φασματική απόδοση, Error Vector Magnitude (EVM), Ανίχνευση σε κανάλι με διάλειψη, Τεχνικές διαφορικής λήψης: selection, MRC, space-time-block-codes (STBCs).
• Διάλεξη 2: Δίκτυα βασισμένα στο Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM): Θεωρία μετάδοσης πολλαπλών ορθογώνιων φερόντων, κυκλικό πρόθεμα για μηδενική παρεμβολή σε πολυδιαδρομικά κανάλια, Space-frequency-block-codes (SFBCs).
• Διάλεξη 3: OFDMA, Peak-to-average power ratio, Single carrier (SC) with frequency domain equalization (FDE), DFT-Spread OFDM (LTE Uplink), ΟFDMA with channel aware Resource Allocation.
• Διάλεξη 4: Κωδικοποίηση Καναλιού: convolutional codes with Viterbi decoding, Low density parity check (LDPC) codes, Bit flipping decoding και message passing decoding for LDPCs, Coded OFDM, Frequency Diversity.
• Διάλεξη 5: Link budget για υπολογισμό ακτίνας κάλυψης ασύρματου δικτύου, Χωρητικότητα (Capacity) των σταθμών βάσης του LTE, Διαστασιοποίηση δικτύου (network dimensioning).
• Διάλεξη 6: Εισαγωγή στο Software Radio, SDR αρχιτεκτονικές, το Universal Software Radio Peripheral (USRP), τεχνικές και λογική προγραμματισμού, εργαλεία προγραμματισμού, περιορισμοί – ατέλειες – υποβαθμίσεις, δομή προγράμματος εκπομπής και λήψης.
• Διάλεξη 7: Πρώτο πείραμα εκπομπής (ημίτονο), δημιουργία jammer – jamming σε wifi, πρώτο πείραμα λήψης, ενεργειακός ανιχνευτής, αρχιτεκτονική ενός πομποδέκτη υλοποιήσιμου σε λογισμικό και διαστασιοποίηση.
• Διάλεξη 8: Ανάπτυξη πομποδέκτη 1: Bit level processing -> κωδικοποίηση πηγής, Cyclic Redundancy Check, bit scrambling, κωδικοποίηση καναλιού, πλαισιοποίηση πληροφορίας. Symbol-level processing -> ψηφιακή διαμόρφωση, εισαγωγή preamble και pilots. Υλοποίηση σε Matlab.
• Διάλεξη 9: Ανάπτυξη πομποδέκτη 2: OFDM διαμόρφωση, συγχρονισμός σε χρόνο και συχνότητα, εκτίμηση διαύλου, ανάκτηση δεδομένων.
• Διάλεξη 10: Πραγματοποίηση μετρήσεων. Πειραματική προσομοίωση διαλείψεων και παρεμβολών.