Simulation of Wireless Communication Systems using MATLAB (Dr Shehata) Képzés

• A tanfolyam eredményei
A kurzus elvégzése után a hallgatónak képesnek kell lennie arra, hogy megtámadja a kommunikációmérnöki területen jelenleg még nyitott kutatási problémákat, mivel legalább az alábbi készségeket el kell sajátítania:

• A kommunikációmérnöki szakirodalomban gyakran előforduló bonyolult matematikai kifejezések feltérképezése és manipulálása

• Képes használni az MATLAB által kínált programozási lehetőségeket más tanulmányok 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: Communications matematika és MATLAB
Foglalkozások 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 hírközléstechnikában
3. MATLAB szimulációs környezetként
4. A skaláris jelek mátrix- és vektorábrázolásáról a kommunikációs matematikában
5. Matrix és komplex alapsávi jelek vektoros ábrázolása az MATLAB-ben

MATLAB Asztali

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

Változó, vektor és mátrix deklaráció

10. MATLAB előre meghatározott 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 identitásmátrix

Element bölcs és mátrix alapú manipuláció

21. Access specifikus elemek
22. Elemek módosítása
23. Elemek szelektív kiiktatása (Matrix csonkítás)
24. Elemek, vektorok vagy mátrixok hozzáadása (Matrix összefűzés)
25. Egy elem indexének megkeresése vektoron vagy mátrixon belül
26. Matrix átformálása
27. Matrix csonka
28. Matrix összefűzés
29. Balról jobbra és jobbról balra lapozás

Unáris mátrix operátorok

30. A Sum operátor
31. Az elvárás operátor
32. Min operátor
33. Max operátor
34. A nyomkövető
35. Matrix meghatározó |.|
36. Matrix inverz
37. Matrix átültetni
38. Matrix Remete
39. …stb

Bináris mátrixműveletek

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

Komplex számok az MATLAB-ben

43. Az áteresztő sáv jeleinek és az RF felfelé átalakításnak komplex alapsávi reprezentációja, matematikai áttekintés
44. Komplex változók, vektorok és mátrixok képzése
45. Komplex exponenciálisok
46. A valós alkatrész operátora
47. A képzeletbeli alkatrész-operátor
48. A konjugált operátor (.)*
49. Az abszolút operátor |.|
50. Az argumentum vagy fázis operátor

MATLAB beépített funkciók

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

Polinomok a MATLAB-ben

66. Polinomok az MATLAB-ben
67. Racionális függvények
68. Polinomiális származékok
69. Polinom integráció
70. Polinom szorzás

Lineáris léptékű diagramok

71. Folyamatos idő-folyamatos amplitúdójelek vizuális megjelenítése
72. A lépcsőház közelített jeleinek vizuális megjelenítése
73. A diszkrét idő vizuális megjelenítése – diszkrét amplitúdójú jelek

Logaritmikus léptékű diagramok

74. dB-dekád diagramok (BER)
75. decade-dB diagramok (Bode diagramok, frekvencia-válasz, jelspektrum)
76. évtizedes évtizedes telkek
77. dB-lineáris diagramok

2D sarki parcellák
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 MATLAB
82. Szimbolikus és numerikus integráció az MATLAB-ben
83. MATLAB súgó és dokumentáció

MATLAB fájl

84. MATLAB script fájlokat
85. MATLAB függvényfájlok
86. MATLAB adatállományok
87. Lokális és globális változók

Hurkok, feltételek áramlásszabályozása és döntéshozatal a MATLAB-ben

88. A for end hurok
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. Üzenőláda msgbox

2. szint: Jelek és rendszerműveletek (24 óra)
Foglalkozások 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 előállítása Sorozatok
100. Szöveges fájlok importálása és olvasása
101. Hangfájlok olvasása és lejátszása
102. Képek importálása és exportálása
103. Kép 3D-s mátrixként
104. RGB-ből szürkeárnyalatos átalakítás
105. 2D szürkeárnyalatos kép soros bitfolyama
106. Képjelek részkeretezése és rekonstrukciója

Jelkondicionálás és -manipuláció

107. Amplitúdó skálázás (erősítés, csillapítás, amplitúdó normalizálás… stb.)
108. DC szintváltás
109. Időskálázás (időtömörítés, ritkítás)
110. Időeltolás (időkésleltetés, időelőlegezés, 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 időtartomány-mintavételezése MATLAB-ben
117. Analóg jelek amplitúdó kvantálása
118. Kvantált analóg jelek PCM kódolása
119. Decimális-bináris és bináris-decimális átalakítás
120. Impulzusformálás
121. A megfelelő impulzusszélesség kiszámítása
122. Az impulzusonkénti minták számának kiválasztása

123. Konvolúció a conv és a filter parancsokkal
124. Időkorlátos jelek autokorrelációja és keresztkorrelációja
125. A gyors Fourier-transzformáció (FFT) és az IFFT-műveletek
126. Alapsávi jelspektrum megtekintése
127. A mintavételezési sebesség és a megfelelő frekvenciaablak hatása
128. Összefüggés a konvolúció, a korreláció és az FFT műveletek között
129. Frekvenciatartomány szűrés, csak aluláteresztő szűrés

Kiegészítő Communication funkciók

130. Randomizálók és de-randomizátorok
131. Lyukasztók és átszúrók
132. Kódolók és dekóderek
133. Interleaverek és de-interleaverek

Modulátorok és demodulátorok

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

Csatorna modellezés és szimuláció

136. Mathematical a csatornahatás modellezése az átvitt jelre

• Addition – additív fehér Gauss-zaj (AWGN) csatornák
• Időtartomány szorzás – lassú fading csatornák, Doppler eltolódás a járműcsatornákban
• Frekvenciatartomány szorzás – frekvencia szelektív 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 lakóautó előállítása
140. Valós értékű Gauss-féle elosztott lakóautó előállítása
141. Komplex Gauss-eloszlású RV előállítása
142. Rayleigh elosztott lakóautó generálása
143. Ricean elosztott lakóautó generálása
144. Lognormális eloszlású RV előállítása
145. Tetszőleges elosztott RV előállítása
146. RV ismeretlen valószínűségi sűrűségfüggvényének (PDF) közelítése hisztogrammal
147. Egy RV kumulatív eloszlásfüggvényének (CDF) numerikus számítása
148. Valódi és összetett additív fehér Gauss-zaj (AWGN) csatornák

Csatorna jellemzése teljesítménykésleltetési profiljával

149. Csatorna jellemzése teljesítménykésleltetési profiljával
150. A PDP teljesítmény normalizálása
151. A csatorna impulzusválasz kinyerése a PDP-ből
152. A csatorna impulzusválaszának mintavételezése tetszőleges mintavételezési gyakorisággal, nem illesztett mintavételezés és késleltetés kvantálás
153. A keskeny sávú csatornák csatornaimpulzusválaszának hibás mintavételezésének problémája
154. PDP mintavételezése tetszőleges mintavételezési gyakorisággal és töredékkésleltetési 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-aránya

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 az Aeronautical Mobile Satellite Service (AMSS) számára – Problémafelvetés és elemzés
5. Papír (2): Az előfelismerési idő sokfélesége kombinálva pontos AFC-vel helikopteres műholdakhoz Communication – Az első javasolt megoldás
6. Papír (3): Adaptív modulációs séma helikopter-műholdasokhoz Communication – A teljesítményt javító megközelítés

Spread Spectrum Systems szimuláció

1. A szórt spektrum alapú rendszerek tipikus felépítése
2. Közvetlen szekvencia szórt spektrum alapú rendszerek
3. Pszeudo véletlen bináris sorozat (PBRS) generátorok
• Maximális hosszúságú sorozatok generálása
• Arany kódok generálása
• Walsh-kódok generálása

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

6. Bit hibaarány Szórt spektrum alapú rendszerek teljesítménye többutas lassú Rayleigh fading csatornákban nulla Doppler eltolással
7. Szórt spektrum alapú rendszerek bithibaarány-teljesítményének elemzése 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 teljesítménykorlátai; szinkron és aszinkron OCDMA rendszerek bithiba aránya

Ultra széles sávú SS rendszerek

OFDM alapú rendszerek

11. OFDM rendszerek megvalósítása Fast Fourier Transform segítségével
12. Az OFDM alapú rendszerek tipikus architektúrája
13. OFDM rendszerek bithibaarányának teljesítménye AWGN csatornákban
• Az r kódolási sebesség hatása a BER teljesítményére
• A ciklikus előtag hatása a BER teljesítményére
• Az FFT méretének és az alvivő térközének hatása a BER teljesítményére

14. OFDM-rendszerek bithiba-arányának teljesítménye többutas, lassú Rayleigh-fading csatornákban nulla Doppler-eltolás mellett
15. OFDM rendszerek bithibaarányának teljesítménye többutas lassú Rayleigh fading csatornákban CFO-val
16. Csatornabecslés az OFDM rendszerekben
17. Frekvenciatartomány-kiegyenlítés OFDM rendszerekben
• Zero Forcing Equalizer
• MMSE hangszínszabályzók
18. Egyéb általános teljesítménymutatók az 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 vivők közötti 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 elkerüljük a memória túlcsordulási problémáit a korlátozott tárolórendszerekben vagy a lassú feldolgozásból eredő hosszú futási időket.

1. Kis léptékű szimulációs projektek tipikus felépítése
2. Szimulációs paraméterek kinyerése és elméleti szimulációs leképezés
3. Szimulációs projekt felépítése
4. Monte Carlo szimulációs technika
5. Egy tipikus eljárás egy szimulációs projekt tesztelésére
6. Memóriatér Management és szimulációs időcsökkentési technikák
• Alapsáv vs. Passband szimuláció
• A megfelelő impulzusszélesség kiszámítása tetszőleges csonka 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 elérése érdekében, nagy 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 irányítható legyen. a kezed tippel, ahelyett, hogy egy hosszú, parancsokkal teli forráskódba merülne. Ezen túlmenően, ha az 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. MATLAB GUI függvényfájl felépítése
3. A GUI fő összetevői (fontos tulajdonságok és értékek)
4. Lokális és globális változók

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