Schulungen zu MATLAB und Simulink

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.

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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

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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:

Dauer: 2 Tage

Sprachen: English