Simulation of Wireless Communication Systems using MATLAB Kurzusok

• A kurzus eredményei A kurzus elvégzése után a hallgatónak képesnek kell lennie arra, hogy megtámadja a kommunikációtechnika területén jelenleg még nyitott kutatási problémákat, mivel legalább a következő készségeket el kell sajátítania:

• A kommunikációs mérnöki szakirodalomban gyakran előforduló bonyolult matematikai kifejezések feltérképezése és manipulálása • Képesség az MATLAB által kínált programozási lehetőségek használatára más dolgozatok szimulációs eredményeinek reprodukálására vagy legalább ezeknek az eredményeknek a megközelítésére.

• Készítsen szimulációs modelleket saját javaslatok alapján.

• Hatékonyan alkalmazza a megszerzett szimulációs készségeket a nagy teljesítményű MATLAB képességekkel együtt, hogy optimalizált MATLAB kódokat tervezzen a kód futási ideje szempontjából, miközben takarékoskodik a memóriaterülettel.

• Azonosítsa egy adott kommunikációs rendszer kulcsfontosságú szimulációs paramétereit, vonja ki azokat a rendszermodellből, és tanulmányozza ezeknek a paramétereknek a hatását a vizsgált rendszer teljesítményére.

• A kurzus felépítése

A kurzus anyaga rendkívül korrelál. A tanulónak nem ajánlott egy szintre járni, hacsak nem járja és mélyen megérti az előző szintet a megszerzett tudás folyamatosságának biztosítása érdekében. A kurzus három szintre tagolódik, kezdve a MATLAB programozás bevezetésétől egészen a teljes rendszerszimuláció szintjéig az alábbiak szerint.

1. szint: Kommunikációs matematika MATLAB 01-06

A rész elvégzése után a hallgató képes lesz bonyolult matematikai kifejezések kiértékelésére, és könnyen elkészítheti a megfelelő grafikonokat különböző adatábrázolásokhoz, például idő- és gyakorisági tartomány diagramokhoz; A BER ábrázolja az antenna sugárzási mintázatait stb.

Alapfogalmak

1. A szimuláció fogalma 2. A szimuláció jelentősége a kommunikációs tervezésben 3. A MATLAB mint szimulációs környezet 4. A skalárjelek mátrix és vektoros ábrázolása a kommunikációs matematikában 5. Matrix és összetett alapsávi jelek vektoros ábrázolása MATLAB-ban

MATLAB Asztali

6. Eszköztár 7. Parancsablak 8. Munkaterület 9. Parancstörténet

Változó, vektor és mátrix deklaráció

10. MATLAB előre definiált állandók 11. Felhasználó által definiált változók 12. Tömbök, vektorok és mátrixok 13. Kézi mátrixbevitel 14. Intervallum definíció 15. Lineáris tér 16. Logaritmikus tér 17. Változó elnevezési szabályok

Speciális mátrixok

18. Az egyesek mátrixa 19. A nullák mátrixa 20. Az azonosságmátrix

Element bölcs és mátrix alapú manipuláció

21. Adott elemek elérése 22. Elemek módosítása 23. Elemek szelektív eltávolítása (Matrix csonkítás) 24. Elemek, vektorok vagy mátrixok hozzáadása (Matrix összefűzés) 25. Egy elem indexének megkeresése vektoron vagy mátrixon belül 26 Matrix átformálás 27. Matrix csonkítás 28. Matrix összefűzés 29. Balról jobbra és jobbról balra fordítás

Unáris mátrix operátorok

30. A Sum operátor 31. Az elvárás operátor 32. Min. operátor 33. Max. operátor 34. A nyom operátor 35. Matrix determináns |.| 36. Matrix inverz 37. Matrix transzponál 38. Matrix Hermitian 39. …stb

Bináris mátrixműveletek

40. Aritmetikai műveletek 41. Relációs műveletek 42. Logikai műveletek

Komplex számok az MATLAB-ben

43. Az áteresztő sáv jeleinek komplex alapsávi ábrázolása és RF felkonverzió, matematikai áttekintés 44. Komplex változók, vektorok és mátrixok kialakítása 45. Komplex exponenciálisok 46. A valós rész operátora 47. A képzeletbeli rész operátor 48. A konjugált operátor (.) * 49. Az abszolút operátor |.| 50. Az argumentum vagy fázis operátor

MATLAB beépített funkciók

51. Vektorok vektorai és mátrix mátrixa 52. A négyzetgyök függvény 53. Az előjel függvény 54. A "kerekítés egész számra" függvény 55. A "legközelebbi alsó egész függvény" 56. A "legközelebbi felső egész függvény" 57. faktoriális függvény 58. Logaritmikus függvények (exp, ln,log10,log2) 59. Trigonometrikus függvények 60. hiperbolikus függvények 61. Q(.) függvény 62. erfc(.) függvény 63. Bessel függvények Jo (.) 64. Gamma függvény 65. Diff, mod parancsok

Polinomok a MATLAB-ben

66. Polinomok MATLAB-ben 67. Racionális függvények 68. Polinom deriváltak 69. Polinom integráció 70. Polinom szorzás

Lineáris léptékű diagramok

71. Folyamatos idő-folyamatos amplitúdójelek vizuális megjelenítése 72. Lépcsőházközeli jelek vizuális megjelenítése 73. Diszkrét idő vizuális megjelenítése – diszkrét amplitúdójelek

Logaritmikus skála diagramok 74. dB-dekád diagramok (BER) 75. dekád-dB diagramok (Bode diagramok, frekvencia-válasz, jelspektrum) 76. dekád-dekád diagramok 77. dB-lineáris diagramok

2D Polar plots 78. (síkantenna sugárzási minták)

3D-s telkek

79. 3D sugárzási minták 80. Descartes-paraméteres diagramok

Választható rész (a tanulók igénye alapján)

81. Szimbolikus differenciálás és numerikus differenciálás az MATLAB-ben 82. Szimbolikus és numerikus integráció az MATLAB-ben 83. MATLAB Súgó és dokumentáció

MATLAB fájl

84. MATLAB script fájlok 85. MATLAB függvényfájlok 86. MATLAB adatfájlok 87. Helyi és globális változók

Hurkok, feltételek áramlásszabályozása és döntéshozatal a MATLAB-ben

88. A for end ciklus 89. A while end ciklus 90. Az if end feltétel 91. Az if else vég feltételei 92. A switch case end utasítás 93. Iterációk, konvergáló hibák, többdimenziós összeg operátorok

Bemeneti és kimeneti megjelenítési parancsok

94. Az input(' ') parancs 95. disp parancs 96. fprintf parancs 97. Üzenetdoboz msgbox

2. szint: Jelek és rendszerműveletek (24 óra) 07-14.

Ennek a résznek a fő céljai a következők

• Véletlenszerű tesztjelek generálása, amelyek a különböző kommunikációs rendszerek teljesítményének teszteléséhez szükségesek

• Integrálva sok elemi jelművelet integrálható egyetlen kommunikációs feldolgozási funkció megvalósításához, mint például kódolók, véletlenszerűsítők, interleaverek, szóró kódgenerátorok stb. az adónál, valamint társaik a vevő terminálon.

• A kommunikációs funkció elérése érdekében megfelelően kösse össze ezeket a blokkokat

• Determinisztikus, statisztikai és félvéletlen beltéri és kültéri keskenysávú csatornamodellek szimulációja

Kommunikációs tesztjelek generálása

98. Véletlenszerű bináris sorozat generálása 99. Véletlenszerű egész szám generálása Sorozatok 100. Szövegfájlok importálása és olvasása 101. Hangfájlok olvasása és lejátszása 102. Képek importálása és exportálása 103. Kép 3D-s mátrixként 104. RGB-től szürkeárnyalatosig transzformáció 105. 2D szürkeárnyalatos kép soros bitfolyama 106. Képjelek alkeretezése és rekonstrukció

Jelkondicionálás és -manipuláció

107. Amplitúdó skálázás (erősítés, csillapítás, amplitúdó normalizálás stb.) 108. DC szint eltolás 109. Időskálázás (idő tömörítés, ritkítás) 110. Időeltolás (időkésleltetés, időeltolódás, balra és jobbra körkörös időeltolás) 111. A jel energia mérése 112. Energia és teljesítmény normalizálás 113. Energia és teljesítmény skálázás 114. Soros-párhuzamos és párhuzamos-soros átalakítás 115. Multiplexelés és de-multiplexelés

Analóg jelek digitalizálása

116. Folyamatos idejű alapsávi jelek időtartományos mintavételezése MATLAB-ben 117. Analóg jelek amplitúdó kvantálása 118. Kvantált analóg jelek PCM kódolása 119. Decimális-bináris és bináris-decimális átalakítás 120. Impulzus-alakítás 121. Számítás a megfelelő impulzusszélesség 122. Az impulzusonkénti minták számának kiválasztása

123. Konvolúció a conv és a filter parancsok segítségével 124. Az időkorlátos jelek autokorrelációja és keresztkorrelációja 125. A gyors Fourier transzformáció (FFT) és IFFT műveletek 126. Az alapsávi jelspektrum megtekintése 127. A mintavételezési sebesség és a megfelelő frekvencia hatása 128. ablak. A konvolúció, a korreláció és az FFT műveletek közötti kapcsolat 129. Frekvenciatartomány szűrés, csak aluláteresztő szűrés

Kiegészítő Communication funkciók

130. Véletlenszerűsítők és de-interleaverek 131. Lyukasztók és átszúrók 132. Kódolók és dekódolók 133. Interleaverek és de-interleaverek

Modulátorok és demodulátorok

134. Digitális alapsávi modulációs sémák MATLAB-ben 135. Digitálisan modulált jelek vizuális megjelenítése

Csatorna modellezés és szimuláció

136. Mathematical a csatornahatás modellezése az átvitt jelre

• Összeadás – additív fehér Gauss-zaj (AWGN) csatornák • Időtartomány-szorzás – lassú fading csatornák, Doppler-eltolás a járműcsatornákban • Frekvenciatartomány-szorzás – frekvenciaszelektív fading csatornák • Időtartomány-konvolúció – csatorna impulzusválasz

Példák determinisztikus csatornamodellekre

137. Szabadterületi útvesztés és környezetfüggő útvesztés 138. Periodikus blokkolási csatornák

Közös stacioner és kvázi-stacionárius többutas fading csatornák statisztikai jellemzése

139. Egyenletes eloszlású RV generálása 140. Valós értékű Gauss-eloszlású RV előállítása 141. Komplex Gauss-eloszlású RV előállítása 142. Rayleigh-eloszlású RV generálása 143. Rice-eloszlású RV előállítása 144. Lognormális eloszlású RV létrehozása RV 145. Tetszőleges elosztott RV előállítása 146. RV ismeretlen valószínűségi sűrűségfüggvényének (PDF) közelítése hisztogrammal 147. RV kumulatív eloszlásfüggvényének (CDF) numerikus számítása 148. Valós és komplex additív fehér Gauss-függvény zaj (AWGN) csatornák

Csatorna jellemzése teljesítménykésleltetési profiljával

149. Csatorna jellemzése teljesítménykésleltetési profiljával 150. A PDP teljesítménynormalizálása 151. A csatorna impulzusválaszának kinyerése a PDP-ből 152. A csatorna impulzusválasz mintavételezése tetszőleges mintavételezési frekvenciával, nem illesztett mintavételezés és késleltetési kvantálás 153. A nem illesztés problémája keskeny sávú csatornák csatorna impulzusválaszának mintavételezése 154. PDP mintavételezése tetszőleges mintavételezési frekvenciával és részkésleltetési kompenzációval 155. Számos IEEE szabványos beltéri és kültéri csatornamodell megvalósítása 156. (COST – SUI – Ultra Wide Band Channel Models… stb. .)

3. szint: A gyakorlati kommunikáció kapcsolatszintű szimulációja. Rendszerek (30 óra) 15-24

A kurzusnak ez a része a kutatóhallgatók számára legfontosabb kérdéskörrel foglalkozik, vagyis azzal, hogyan lehet más publikált közlemények szimulációs eredményeit szimulációval újra előállítani.

Az alapsávi digitális modulációs sémák bithiba-arányának teljesítménye

1. Különböző alapsávi digitális modulációs sémák teljesítmény-összehasonlítása AWGN csatornákban (Átfogó összehasonlító vizsgálat szimuláción keresztül az elméleti kifejezések ellenőrzésére); szórásdiagramok, bithibaarány

2. Különböző alapsávi digitális modulációs sémák teljesítményének összehasonlítása különböző stacionárius és kvázi-stacionárius fading csatornákban; szóródási diagramok, bithibaarány (átfogó összehasonlító vizsgálat szimuláción keresztül az elméleti kifejezések ellenőrzésére)

3. Doppler-eltolási csatornák hatása az alapsávi digitális modulációs sémák teljesítményére; szórásdiagramok, bithibaarány

Helikopter-műhold Communication-ek

4. Papír (1): Alacsony költségű valós idejű hang- és adatrendszer a légi mobil műholdszolgálathoz (AMSS) – Problémameghatározás és elemzés 5. Papír (2): Az előfelismerési idő sokfélesége kombinálva a pontos AFC-vel helikopteres műholdhoz [ 1]s – Az első megoldási javaslat

Spread Spectrum Systems szimulációja

1. A szórt spektrum alapú rendszerek tipikus architektúrája 2. közvetlen szekvencia szórt spektrum alapú rendszerek 3. pszeudo véletlen bináris szekvencia (PBRS) generátorok • Maximális hosszúságú sorozatok generálása • Gold kódok generálása • Walsh kódok generálása

4. Időugrásos szórt spektrum alapú rendszerek 5. Bit hibaarány A szórt spektrum alapú rendszerek teljesítménye AWGN csatornákban • Az r kódolási sebesség hatása a BER teljesítményére • A kód hosszának hatása a BER teljesítményére

6. Szórt spektrum alapú rendszerek bithibaarányának teljesítménye többutas, lassú Rayleigh fading csatornákban nulla Doppler eltolással 7. Szórt spektrum alapú rendszerek bithibaarányának teljesítményelemzése nagy mobilitású fading környezetben 8. Szórt spektrum alapú rendszerek bithibaarány-teljesítményének elemzése többfelhasználós interferencia jelenlétében 9. RGB képátvitel szórt spektrumú rendszereken 10. Optikai CDMA (OCDMA) rendszerek • Optikai ortogonális kódok (OOC) • OCDMA rendszerek teljesítményhatárai ; szinkron és aszinkron OCDMA rendszerek bithiba aránya

Ultra széles sávú SS rendszerek

OFDM alapú rendszerek

11. OFDM rendszerek megvalósítása gyors Fourier transzformációval 12. OFDM alapú rendszerek tipikus architektúrája 13. OFDM rendszerek bithibaaránya az AWGN csatornákban • Az r kódolási sebesség hatása a BER teljesítményére • A ciklikus előtag hatása a BER-re teljesítmény • Az FFT méretének és az alvivő térközének hatása a BER teljesítményére

14. OFDM rendszerek bithiba-aránya többutas lassú Rayleigh fading csatornákban nulla Doppler eltolással 15. OFDM rendszerek bithibaaránya többutas lassú Rayleigh fading csatornákban CFO-val 16. Csatornabecslés OFDM frekvenciatartományban 17DM tartományban. Rendszerek • Zero Forcing Equalizer • MMSE Equalizerek 18. Egyéb gyakori teljesítménymutatók OFDM alapú rendszerekben (csúcs – átlagos teljesítményarány, vivő – interferencia arány stb.) 19. OFDM alapú rendszerek teljesítményelemzése nagy mobilitású fading környezetben (három cikkből álló szimulációs projektként) 20. Papír (1): A vivőközi interferencia csökkentése 21. Papír (2): MIMO-OFDM Systems

Egy MATLAB szimulációs projekt optimalizálása

Ennek a résznek a célja egy MATLAB szimulációs projekt felépítésének és optimalizálásának megtanulása a teljes szimulációs folyamat egyszerűsítése és megszervezése érdekében. Ezen túlmenően a memóriaterületet és a feldolgozási sebességet is figyelembe veszik annak érdekében, hogy elkerüljék a memóriatúlcsordulási problémákat korlátozott tárolórendszerekben vagy a lassú feldolgozásból eredő hosszú futási időket.

1. Kis léptékű szimulációs projektek tipikus felépítése 2. Szimulációs paraméterek kinyerése és elméleti szimulációs leképezése 3. Szimulációs projekt építése 4. Monte Carlo szimulációs technika 5. Egy tipikus eljárás szimulációs projekt tesztelésére 6. Memóriatér Management és szimulációs időcsökkentési technikák • Alapsáv vs. áteresztősáv szimuláció • A megfelelő impulzusszélesség kiszámítása csonkolt tetszőleges impulzusformákhoz • A megfelelő számú minta kiszámítása szimbólumonként • A rendszer teszteléséhez szükséges és elegendő bitszám kiszámítása

GUI programozás

Ha egy MATLAB kód mentes a hibakereséstől, és megfelelően működik a megfelelő eredmények érdekében, az nagyszerű eredmény. Mindazonáltal a szimulációs projektben a kulcsparaméterek egy csoportja vezérli a. Emiatt és még sok másért egy extra előadást tartanak a "Grafikus felhasználói felületről (GUI) Programming" annak érdekében, hogy a szimulációs projekt különböző részei felett vezérelhető legyen. a kezed tippel, ahelyett, hogy egy hosszú, parancsokkal teli forráskódba merülne. Ezen túlmenően, ha a MATLAB kódot grafikus felhasználói felülettel maszkolja, az segít a munkájának oly módon történő bemutatásában, amely megkönnyíti a több eredmény egy mesterablakban történő kombinálását, és megkönnyíti az adatok összehasonlítását.

1. Mi az MATLAB GUI 2. Az MATLAB GUI függvényfájl felépítése 3. Főbb GUI összetevők (fontos tulajdonságok és értékek) 4. Helyi és globális változók

Megjegyzés: A kurzus egyes szintjein tárgyalt témák magukban foglalják, de nem kizárólagosan, az egyes szinteken szereplő témákat. Sőt, az egyes előadások tételei a hallgatók igényeitől és kutatási érdeklődésétől függően változhatnak.