Ανάπτυξη Ασύρματων Συστημάτων που βασίζεται στο Λογισμικό

Στόχος

Στόχος του μαθήματος είναι η εισαγωγή και εμβάθυνση των φοιτητών σε πρακτικά θέματα σχεδίασης και ανάλυσης πομποδεκτών και συστημάτων ασυρμάτων επικοινωνιών μέσα από την τεχνολογία Software Defined Radio (SDR). Στο μάθημα, οι φοιτητές θα είναι σε θέση μέσω πειραματισμού να δημιουργήσουν και να εκπέμψουν τηλεπικοινωνιακά σήματα που απαντώνται στα σύγχρονα συστήματα ψηφιακών κινητών επικοινωνιών (π.χ. LTE, Wi-Fi) και αντίστοιχα να σχεδιάσουν τις βαθμίδες ανάλυσης και λήψης. Όλες οι διαδικασίες σύνθεσης και ανάλυσης σημάτων θα πραγματοποιηθούν με ανάπτυξη των αντίστοιχων βαθμίδων με χρήση λογισμικού, ενώ η εκπομπή/λήψη θα πραγματοποιηθεί με χρήση υλικού SDR και υπολογιστικών πλατφορμών (desktop) γενικού σκοπού.

Το μάθημα διακρίνεται σε τρεις ενότητες. Στην πρώτη ενότητα οι φοιτητές εξοικειώνονται με την έννοια του SDR και την χρήση του υλικού και των εργαλείων διαχείρισης του, ενώ ταυτόχρονα αναπτύσσουν έναν πομποδέκτη με διαμόρφωση Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) απλής εισόδου-εξόδου (Single Input Single Output – SISO). Στη δεύτερη ενότητα, οι φοιτητές υλοποιούν πιο σύνθετες βαθμίδες πομπού και δέκτη, επεκτείνοντας τον αρχικό πομποδέκτη OFDM σε Multiple Input Multiple Output (ΜΙΜΟ) αρχιτεκτονικές. Στην τρίτη ενότητα, οι φοιτητές πειραματίζονται πάνω σε υπάρχουσες ολοκληρωμένες λύσεις ανοιχτού κώδικα και δημιουργούν πειραματικό δίκτυο 4G.

Περιεχόμενα

• Ενότητα 1:
  • Εισαγωγή στο Software Defined Radio (SDR),
    • Αρχιτεκτονικές SDR (Ιδανική, Ρεαλιστική κ.α.,) συστήματα SDR, περιγραφή των υποσυστημάτων του SDR πομποδέκτη.
    • Εισαγωγή στο υλικό SDRτων εργαστηριακών ασκήσεων και στα εργαλεία διαχείρισης και χρήσης.
    • Γνωστικά Ραδιοσυστήματα (Cognitive Radios) και δυναμικός διαμοιρασμός φάσματος.
  • Σήματα αναφοράς, Φασματική Ανίχνευση
    • Δημιουργία βασικών σημάτων ημιτόνου, τετραγωνικού παλμού και η διαδικασία φιλτραρίσματος με αλλαγή ρυθμού επεξεργασίας.
    • Βασικές αρχές θεωρίας ανίχνευσης και εκτίμησης, στατιστικός χαρακτηρισμός σήματος, ανιχνευτής μέγιστης πιθανοφάνειας/Bayesian κ.α.
    • Ενεργειακός ανιχνευτής, Matched filter, ανιχνευτής τράπεζας φίλτρων
  • Υλοποίηση πομποδέκτη QPSK με χρήση λογισμικού.
    • Ανάπτυξη διαμορφωτή/αποδιαμορφωτή OFDM.
    • Εισαγωγή πιλότων και προοιμίων συμβόλων – Συγχρονισμός.
    • Ανίχνευση ολίσθησης συχνότητας.
    • Εκτίμηση και εξισορρόπηση ραδιοδιαύλου.
    • Υλοποίηση κώδικα σε MATLAB ή C++.
    • Εκπομπή/Λήψη σημάτων με πραγματικά SDR συστήματα – Αξιολόγηση.
• Ενότητα 2:
  • Επέκταση σε σύστημα MIMO
    • Υλοποίηση δυνατότητας MIMO στο υλικό SDR.
  • Διαφορική λήψη
    • Ανάπτυξη διαφορικής λήψης με επιλογή (selection diversity).
    • Ανάπτυξη διαφορικής λήψης με Maximum Ratio Combining (MRC).
  • Μέθοδος διαφορικής εκπομπής.
    • Χωροχρονική μπλοκ κωδικοποίηση (Space Time Block Coding) με την μέθοδο Alamouti.
• Ενότητα 3:
  • Υλοποίηση πειραματικού δικτύου με χρήση υπαρχόντων προγραμμάτων ανοιχτού κώδικα (π.χ. Open Air Interface).
  • Εξοικείωση με τα συστήματα 4G. Πειραματισμός στην ανάθεση τηλεπικοινωνιακών πόρων.