Entwerfen von drahtlosen Kommunikationssystemen mit MATLAB und USRP Software Defined Radios
Kursbeschreibung
In diesem zweitägigen Kurs entwerfen und analysieren Sie digitale Kommunikationssysteme mit Einzel- und Multiträger mit MATLAB®. Mehrantennen und turbo-codierte Kommunikationssysteme sowie unterschiedliche Kanalbeeinträchtigungen und deren Modellierung werden eingeführt und demonstriert. Als Beispiele werden Komponenten aus LTE- und IEEE 802.11-Systemen verwendet. Die Kursteilnehmer bauen ein Radio-in-the-Loop System mit Echtzeit-Hardware (RTL-SDR und USRP®).
Die Zielgruppe für diesen Kurs umfasst Systemingenieure und HF-Ingenieure, die einen schnellen Einstieg in moderne Kommunikationstechniken und den Radio-in-the-Loop Workflow benötigen.
Tag 1 von 2
Aufbau eines störungsfreien Kommunikationskanals
Ziel: Entwerfen eines idealen Kommunikationssystems und das Anwenden der System-Objekte.
- Abtasttheorem und Aliasing
- Komplexes Basisband versus reale Passband-Simulation
- Erstellen eines zufälligen Bitstroms
- Untersuchung von System-Objekten und deren Vorteile
- Modulation eines Bitstroms mit QPSK
- Anwendung des Pulsformungsfilters auf das übertragene Signal
- Benutzung von Augendiagrammen und Spektralanalysen
- Modellierung eines QPSK-Empfängers für einen störungsfreien Kanal
- Berechnung der Bitfehlerrate
Verrauschte Kanäle, Kanalcodierung und Fehlerrate
Ziel: Modellierung eines AWGN-Kanals. Verwenden von Faltungs-, LDPC- und Turbo-Codes, um die Bitfehlerrate zu reduzieren. Als Beispiel werden Fehlerkorrekturcodes von DVB-S.2 und LTE-Systemen verwendet. Beschleunigung von Simulationen mit Hilfe von mehreren Kernen.
- Modellierung eines AWGN-Kanals
- Verwenden von Kanalcodierung und Decodierung: Faltungs-, LDPC- und Turbo-Codes
- Decodierung mit Trellis-Diagrammen und Viterbi Algorithmen
- Verwenden der Parallel Computing Toolbox zur Beschleunigung der Monte-Carlo Simulationen
- Diskussion alternativer Beschleunigungsmethoden: GPUs, MATLAB Parallel Server™, Cloud Center
Zeit- und Frequenzfehler und Mehrwegempfang
Ziel: Modellieren von Frequenz-Offset, Timing-Jitter Fehler und Ausgleichen mittels Frequenz und Timing-Synchronisationsmethoden. Modellieren von Fading-, Mehrwegkanälen und Ausgleichen mittels Equalizer.
- Modellierung von Phasen- und Zeit-Offsets
- Ausgleichung von Frequenz-Offset mit einer PLL
- Ausgleichung von Timing-Jitter mit Gardner Timing-Synchronisation
- Modellierung von Flat-Fading Kanälen
- Kanalschätzung mittels Trainingssequenzen
- Modellierung frequenzselektiver Fading-Kanäle
- Verwendung von Viterbi- Equalizer für zeitinvariante Kanäle und LMS-Linear-Equalizer für zeitvariable Kanäle
- Demonstration einer Echtzeit-Demodulation von Single-Carrier Sendung mit RTL-SDR
Tag 2 von 2
Multiträger-Kommunikationssysteme für Mehrwegkanäle
Ziel: Grundlegendes zur Motivation für Multiträger -Kommunikationssysteme für frequenzselektive Kanäle. Modellierung eines OFDM-Transceivers mit zyklischem Präfix und Fensterung. Dabei werden Systemparameterwerte von IEEE 802.11ac und LTE verwendet.
- Motivation für Multiträge-Kommunikation
- Einführung in die Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
- Erzeugen von OFDM-Symbolen mit dem IFFT
- Vermeidung von Interblock-Interferenzen mit einem zyklischen Präfix
- Reduzierung von Außerbandaussendungen mittels Fensterung
- Vor- und Nachteile von OFDM
- Zeit- und Frequenzwiederherstellungsmethoden für OFDM
- Kanalschätzung mit Pilotsymbolen
- Frequenzbereichsausgleich
Verwenden mehrerer Antennen für Robustheit und Kapazitätsgewinne
Ziel: Verstehen eines alternativen Mehrantennen-Kommunikationssystems. Modellierung von Beamforming-, Diversity- und räumlichen Multiplex-Systemen. Aufbau eines MIMO-OFDM-Systems für Breitbandkommunikation. MIMO Modi von IEEE 802.11ac und LTE werden diskutiert.
- Vorteile und Typen von Mehrantennen-Systemen
- Senden und Empfangen von Beamforming
- Diversity-Methoden beim Empfangen
- Erreichen der Sende-Diversity mit orthogonalen Raum-Zeit-Block-Codes
- Schmalband Multiple Input Multiple Output (MIMO) Kanal Modell
- MIMO-Kanalschätzung
- Räumliches Multiplexing mit ZF- und MMSE-Equalization
- Breitbandkommunikation mit einem MIMO-OFDM-System
Aufbau eines Radio-in-the-Loop Systems
Ziel: Verständnis des Radio-in-the-Loop Entwicklungsworkflows. Verwenden von RTL-SDRs und USRPs als Radio-in-the-Loop Entwicklungsplattformen.
- Überblick über den Radio-in-the-Loop Workflow
- MathWorks Communications Hardware Support (RTL-SDR, USRP, Zynq®-Based Radio)
- Hardware-Alternativvergleich (Pros / Cons-Tabelle)
- Verschiedene RIL-Sende- und Empfangsmodi (Single-Burst, Looped, Streaming)
- Aufbau eines End-to-End Einzelantenne Multiträger-Kommunikationssystems mit einem USRP
- Demonstration eines 2x2 OFDM-MIMO Systems für die Übertragung über die Luft mit USRPs
Stufe: Aufbaukurs
Voraussetzungen:
- MATLAB Grundlagen und Kenntnisse in digitalen Kommunikationssystemen
Dauer: 2 Tage
Sprachen: English