Praktikum Digitale Übertragung (PrDÜ)2.5 ECTS
(englische Bezeichnung: Digital Communications Lab)
Modulverantwortliche/r: Clemens Stierstorfer
Lehrende:
Clemens Stierstorfer
Startsemester: |
SS 2022 | Dauer: |
1 Semester | Turnus: |
jährlich (WS) |
Präsenzzeit: |
35 Std. | Eigenstudium: |
40 Std. | Sprache: |
Deutsch und Englisch |
Lehrveranstaltungen:
Empfohlene Voraussetzungen:
Das Praktikum richtet sich ausschließlich an Studierende, die das Moduls “Digitale Übertragung” bereits absolviert haben oder es parallel zum Praktikum belegen. Die Inhalte dieses Moduls sind unabdingbare Grundlage und werden von den Studierenden beherrscht, d.h., sie können die entsprechenden Zusammenhänge erklären, Problemstellungen mathematisch formulieren und benötigte Größen berechnen.
Grundlegende Kenntnisse der Software MATLAB sind unbedingt notwendig (bspw. aus "Software für die Mathematik" oder "Simulationstools").
The lab course is aimed exclusively at students who have already completed the "Digital Communications" module or are taking it in parallel with the practical course. The contents of this module are an indispensable basis and are mastered by the students, i.e. they can explain the corresponding relationships, formulate problems mathematically and calculate required quantities.
Solid knowledge of MATLAB is absolutely required.
Inhalt:
- 1 Digital Transmission of Data 1.1 Introduction, Background, Motivation 1.2 Purpose 1.3 Lab Environment 1.3.1 Transmitter 1.3.2 Receiver 1.4 Lab Exercises 1.4.1 Signal Generation at the Transmitter 1.4.2 (Coherent) Receivers for Pulse Amplitude Modulation 1.4.3 Transmission over the AWGN Channel
2 Implementation of Transmitter and Receiver in Matlab 2.1 Introduction, Background, Motivation 2.2 Purpose 2.3 Lab Environment 2.3.1 Oversampling factor 2.3.2 Transmitter 2.3.3 Channel 2.3.4 Receiver 2.4 Lab Exercises 2.4.1 Transmitter 2.4.2 Channel 2.4.3 Receiver 2.4.4 BER calculation
3 Variants of PAM-Transmission Schemes 3.1 Introduction, Background, Motivation 3.2 Purpose 3.3 Lab Environment 3.4 Lab Exercises 3.4.1 Basic Pulse Shape 3.4.2 Offset-QAM 3.4.3 Gaussian Minimum Shift-Keying 3.4.4 “Carrierless” Amplitude and Phase Modulation
4 OFDM 4.1 Introduction, Background, Motivation 4.1.1 Orthogonal Frequency-Division Multiplexing 4.1.2 Bit Loading 4.2 Purpose 4.3 Lab Environment 4.4 Lab Exercises 4.4.1 OFDM Transmitter 4.4.2 OFDM Receiver 4.4.3 Bit Loading
5 Signal Space Representation 5.1 Introduction, Background, Motivation 5.2 Purpose 5.3 Lab Environment 5.4 Signal Space Representation 5.4.1 Orthogonality 5.4.2 Orthogonalization 5.5 Lab Exercises 5.5.1 Transmission with signal elements 5.5.2 Gram-Schmidt Procedure 5.5.3 Frequency Shift Keying
6 Signal Processing in MIMO Systems 6.1 Introduction, Background, Motivation 6.2 Lab Environment 6.3 Lab Exercises 6.3.1 System Model 6.3.2 SISO 6.3.3 SIMO 6.3.4 MIMO
Lernziele und Kompetenzen:
Die Studierenden analysieren die Eigenschaften digitaler Pulsamplitudenmodulation und Varianten digitaler PAM. Sie bestimmen mit üblichen Messgeräten (Oszilloskop, Effektivwertmesser) die relevanten Parameter (Symbolrate, Bandbreite usw.) typischer PAM-Sendesignale und bewerten diese. Sie bestimmen die Störabstände und Fehlerraten von Empfangssignalen und nutzen diese ebenso zur Bewertung der Übertragungsverfahren.
Die Studierenden implementieren MATLAB-Routinen, die die Simulation einer kompletten PAM-Übertragung mit Sender, Kanal und Empfänger am Rechner modellieren.
Die Studierenden ergänzen die Simulation mit eigens implementierten Routinen zur Modellierung einer OFDM-Übertragung und analysieren die Funktionsweisen von OFDM-Sendern und -empfängern. Sie untersuchen die Arbeitsweise von Ladealgorithmen bei OFDM-Systemen und implementieren diese in MATLAB.
Die Studierenden nutzen das Konzept der Signalraumdarstellung der digitalen Übertragung und implementieren dieses in ein beispielhaftes System in MATLAB. Sie erstellen Routinen zur Gram-Schmidt-Orthogonalisierung und zur FSK-Übertragung in MATLAB.
Die Studierenden analysieren einfache MIMO-Szenarien und implementieren entsprechende Empfängeralgorithemen.
Die Studierenden bereiten die Bearbeitung der Versuche im Labor anhand der ausgegeben Unterlagen und den Unterlagen zum Modul “Digitale Übertragung” selbständig vor. Sie sind in der Lage, die für den jeweiligen Versuch notwendigen theoretischen Kenntnisse vor und während des Versuchs zu erklären und zur Lösung der Laboraufgaben und vorbereitenden Hausaufgaben einzusetzen. Sie dokumentieren die durchgeführten Versuche selbständig in ihren Unterlagen bzw. dokumentieren den erstellten Code, so dass die Nachvollziehbarkeit der Arbeiten durch die Betreuer jederzeit gegeben ist. Die Arbeit im Labor organisieren sie in Kleingruppen (2-3 Personen) selbst. Sie erkennen die Notwendigkeit gewissenhafter Vorbereitung der Lerninhalte und disziplinierter Arbeitsweise im Labor.
Die Unterrichtssprache ist wahlweise Deutsch oder Englisch. Unterlagen werden ausschließlich auf Englisch zur Verfügung gestellt, weswegen die Studierenden die englischen Fachtermini kennen und nutzen.
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The students analyze the properties of digital pulse amplitude modulation and variants of digital PAM. They determine the relevant parameters (symbol rate, bandwidth, etc.) of typical PAM transmit signals using common measuring instruments (oscilloscope, RMS meter) and evaluate them. They determine the signal-to-noise ratios and error rates of received signals and likewise use these to evaluate transmission methods.
Students implement MATLAB routines that model the simulation of a complete PAM transmission with transmitter, channel, and receiver on a computer.
Students supplement the simulation with self-implemented routines to model an OFDM transmission and analyze the operation of OFDM transmitters and receivers. They investigate the operation of loading algorithms in OFDM systems and implement them in MATLAB.
Students use the concept of signal space representation of digital transmission and implement it in an example system in MATLAB. They create routines for Gram-Schmidt orthogonalization and FSK transmission in MATLAB.
Students analyze simple MIMO scenarios and implement corresponding receiver algorithms.
The students independently prepare the experiments in the laboratory using the issued documents and the documents for the module "Digital Transmission". They are able to explain the theoretical knowledge required for the respective experiment before and during the experiment and use it to solve the laboratory tasks and preparatory homework. They independently document the experiments carried out in their papers or document the code produced so that the work can be traced by the supervisors at any time. They organize the work in the laboratory themselves in small groups (2-3 persons). They recognize the necessity of conscientious preparation of the learning content and disciplined working methods in the laboratory.
The language of instruction is either German or English. Documents are provided exclusively in English, which is why the students know and use the English technical terms.
Literatur:
- Skriptum zum Praktikum
Skriptum zur Vorlesung Digitale Übertragung bzw. Digital Communications
übliche Standardlehrwerke zur Thematik (Proakis, Haykin usw.)
Organisatorisches:
Praktikum Digitale Übertragung
Weitere Informationen:
www: https://www.studon.fau.de/crs3672136.html
Verwendbarkeit des Moduls / Einpassung in den Musterstudienplan:
Das Modul ist im Kontext der folgenden Studienfächer/Vertiefungsrichtungen verwendbar:
- Communications and Multimedia Engineering (Master of Science)
(Po-Vers. 2011 | TechFak | Communications and Multimedia Engineering (Master of Science) | Gesamtkonto | Wahlpflichtmodule | Praktika | Praktikum Digitale Übertragung)
- Information and Communication Technology (Master of Science)
(Po-Vers. 2019s | TechFak | Information and Communication Technology (Master of Science) | Gesamtkonto | Praktikum/Projektarbeit, Seminar, Masterarbeit, Forschungsprojekt | Praktikum oder Projektarbeit | Praktikum Digitale Übertragung)
- Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science)
(Po-Vers. 2016s | TechFak | Informations- und Kommunikationstechnik (Master of Science) | Gesamtkonto | Wahlbereiche, Praktika, Seminar, Masterarbeit | Praktikum oder Projektarbeit | Praktikum Digitale Übertragung)
Studien-/Prüfungsleistungen: