Разработка и прототипирование систем связи с SDR USRP (MLMC)

День 1

• Связь по каналу без шума.
• Канал с шумом, канальное кодирование и ошибки.
• Частотные ошибки и ошибки синхронизации, многолучевой канал распространения.

День 2 

• Системы связи на нескольких несущих при многолучевом распространении.
• Использование нескольких антенн для надёжности и повышения эффективности.
• Создание системы «радио-в-контуре».

Цель: смоделировать идеальную систему связи с одной несущей и познакомиться с системными объектами. 

• Теорема Котельникова и алиасинг;
• Комплексный сигнал на нулевой частоте или реальный сигнал на РЧ;
• Создание случайного битового потока;
• Системные объекты и преимущества их использования;
• Модуляция битового потока с использованием QPSK;
• Применение формирования импульсов в передаваемом сигнале;
• Глазковая диаграмма и спектральный анализ;
• Моделирование QPSK приёмника для канала без шума;
• Вычисление битовой ошибки (BER).

Цель: смоделировать канал с аддитивным белым гауссовским шумом. Использовать свёрточное, LDPC и турбо кодирование для уменьшения коэффициента ошибок. В качестве примеров используются корректирующие коды из систем DVB-S.2 и LTE. Для ускорения симуляции задействовать несколько ядер ПК.

• Моделирование канала с аддитивным белым гауссовским шумом;
• Использование канальных кодеков: свёрточного, LDPC и турбо;
• Декодирование при помощи решётчатой диаграммы и алгоритма Витерби;
• Использование Parallel Computing Toolbox для ускорения симуляций Монте Карло;
• Обсуждение прочих методов ускорения: GPU, MATLAB Distributed Computing Server™, Cloud Center.

Parallel Computing Toolbox

Цель: смоделировать сдвиг частоты, джиттер и ослабление с использованием техник частотной и временной синхронизации. Смоделировать гладкие замирания, многолучевые каналы распространения и ослабление при помощи эквалайзеров. 

• Моделирование фазовых и временных сдвигов;
• Уменьшение частотного сдвига при помощи PLL;
• Уменьшение временного джиттера при помощи временной синхронизации Гарднера;
• Моделирование каналов с гладкими замираниями;
• Использование тренировочных последовательностей для оценки канала;
• Моделирование частотно-избирательных каналов с замираниями;
• Использование эквалайзеров Витерби для время-независимых каналов и линейных LMS-эквалайзеров для время-зависимых каналов;
• Демонстрация демодуляции сигнала на одной несущей в реальном времени при помощи RTL-SDR.

Цель: понять мотивацию использования систем с множественными несущими для частотно-избирательных каналов. Смоделировать OFDM-приёмопередатчик с циклическим префиксом и оконными функциями. Будут использоваться параметры систем из стандартов IEEE 802.11ac и LTE. 

• Мотивация использования множества несущих;
• Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM);
• Генерация символов OFDM при помощи ОБПФ;
• Защита от междублочных помех при помощи циклического префикса;
• Уменьшение излучения вне полосы при помощи оконных функций;
• Преимущества и недостатки OFDM;
• Методы частотного и временного восстановления для OFDM;
• Оценка канала при помощи пилотных символов;
• Эквализация в частотной области.

Цель: познакомиться с альтернативными системами связи с множественными антеннами. Смоделировать системы с формированием луча, разнесением антенн и пространственным мультиплексированием. Создать MIMO-OFDM систему для широкополосной связи. Будут обсуждаться MIMO моды стандартов IEEE 802.11ac и LTE. 

• Преимущества и типы много-антенных систем;
• Формирование луча при приёме и передаче;
• Техники разнесения приёмных антенн;
• Разнесение передатчиков с использованием ортогональных пространственно-временных блочных кодов;
• Модель узкополосного MIMO-канала;
• Оценка MIMO канала;
• Пространственное мультиплексирование с использованием эквалайзеров ZF и MMSE;
• Широкополосная связь при помощи MIMO-OFDM систем.

Цель: понять процесс разработки системы «радио-в-контуре». Использовать платформы RTL-SDR и USRP. 

• Обзор процесса разработки системы «радио-в-контуре»;
• Пакеты поддержки оборудования MathWorks (RTL-SDR, USRP, Zynq®-Based Radio);
• Сравнительная таблица аппаратных решений;
• Различные режимы приёма и передачи (single burst, looped, streamed);
• Создание end-to-end системы связи с одной антенной и несколькими несущими на базе USRP;
• Демонстрация системы беспроводной связи 2x2 OFDM-MIMO на базе USRPs.