1 521330A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA KURSSI ANALOGISEN JA DIGITAALISEN TIEDONSIIRRON MENETELMISTÄ KARI KÄRKKÄINEN Tietoliikennetekniikan osasto, huone TS439 kk@ee.oulu.fi, puh: 029 448 2848, http://www.ee.oulu.fi/~kk/ https://noppa.oulu.fi/noppa/kurssi/521330a/etusivu
521330A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA Laajuus: 5 op. Suoritus: Viikkokokeilla tai loppukokeella Loppukoe: ke 18.5, klo 16.00-19.00 Viikkokoeajat: ilmoitetaan myöhemmin Opetusajat: TI klo 14-16, KE klo 14-16, ja TO klo 14-16, L10 (paitsi 15.3 L7, sekä 23.3 ja 3.5 TS101) Laskuharjoitukset integroitu luentojen lomaan, joten ei erillisiä harjoitusaikoja! Suositellaan ilmoittautumaan sekä Optimaan että Weboodiin, jotta saat postit Optimasta ja kurssi näkyy Lukkarissa. Tiedotteita lähetetään sekä Optiman sähköposteina että Nopan uutissivun kautta. Oppimateriaali TTK-Optimassa pdf-muodossa. Pitkä versio: sisältää syventäviä (S)-kalvoja Lyhyt versio: riittää tenttivaatimuksiin Kurssi-Extrat: spektrin laskenta, CDMA, solukkotekniikka,väri-tv Harjoitukset ilmestyy aikanaan Optimaan Esitietovaatimukset: Signaalianalyysi 2
SUORITUSTAVAT & TENTTISÄÄNNÖT 3 Mahdollista suorittaa: Viikkokokeilla 2h opetusaikoina jälkimmäisellä tunnilla, kesto 60 min, muutama pikkukysymys/viikkokoe Loppukokeella tenttipäivinä, kesto 3 h, 5 kysymystä Eivät ole toisensa poissulkevia fi voi yrittää molemmilla suoritustavoilla. Kynnysehtona kustakin viikkokokeesta saatava vähintään ¼ kunkin kokeen maksimipistemäärästä. Läpäisyyn tarvitaan noin puolet kummankin koetyypin maksimipistesummasta. Yhden kynnysehdon alittaneen tai poissa ollun viikkokokeen paikkomahdollisuus myöhemmin. Viimeisen viikkokokeen paikkomahdollisuusaika ilmoitetaan myöhemmin kurssin päätyttyä (mikäli tarvitaan).
SUORITUSTAVAT & TENTTISÄÄNNÖT 4 Viikkokokeet tehdään kaksipuoleiselle A4 kysymyspaperille, jossa paikat lyhyitä vastauksia varten. Loppukoe normaalin osaston tenttikäytännön mukaisesti tavallisille konsepteille. Osallistujilla oltava hyväksytyt funktiolaskimet. Mikäli standardilaskinta ei ole, niitä saatavilla kokeessa. Viikkotentistä saa poistua 20 minuutin jälkeen. Viikkokokeissa noudatetaan yleistä tenttisäännöstöä. Kysyttävää? Alustava aikataulu (muutokset mahdollisia)
KURSSIN ASEMA KANDIOPINNOISSA 5 DIPLOMITYÖ TÄYDENTÄVÄ MODUULI SYVENTÄVÄ MODUULI DI-opinnot OPINTOSUUN. MODUULI Kandiopinnot OPINTOSUUNNAN OPINNOT & KANDITAATINTYÖ YHTEISET AINEOPINNOT YHTEISET PERUSOPINNOT TLT kuuluu tänne
KURSSIN TAVOITTEET 6 Ainetasoinen kurssi tietoliikenneteoreettisille opinnoille. Pohjana myöhemmille kandikursseille: Tietoliikenteen simuloinnit ja työkalut Tietoliikkennetekniikan laboratoriotyöt Esitellään tärkeimpien amplitudin, vaiheen ja taajuuden modulointiin perustuvien analogisten ja digitaalisten tiedonsiirtomenetelmien teroreettiset periaatteet sekä niiden tekniset toteutusmenetelmät. Tarkastellaan modulaatioiden suorituskykyjä sekä kanavan AWGNkohinan että radiosignaalin monitie-etenemisen vallitessa. Tarkastellaan radiotaajuisten häiriösignaalien, kaistarajoituksen ja monitie-etenemisen vaikutusta sekä niiden vaimennusmenetelmiä. Tarkastellaan informaatioteorian, sekä lähteenkoodauksen ja kanavakoodauksen (virheen korjaava koodaus) perusteita. Luodaan pohja digitaalisen siirtotekniikan syventävien DI-kurssien ymmärtämiselle.
KURSSIKIRJA & -MATERIAALIT 7 Kalvot perustuvat: R.E. Ziemer & W.H. Tranter, Principles of Communications: Systems, Modulation and Noise, 7. Painos, John Wiley & Sons, 734 s., 2015. Kirja saatavilla kurssikirjastosta. Kalvot pdf-muodossa TTK-Optimassa. Käydään läpi sopivasti valikoiden oppikirjan 7. painoksen v. 2015 sivut alueilta: luku 1 (ss. 1-16), luku 3 (112-151), luku 4 (ss. 156-184, 194-209), luku 5 (ss. 215-216, 225-239), luku 8 (ss. 349-361, 370-380, 384-390), luku 9 (ss. 396-468), luku 10 (ss. 477-516, 528-532, 540-546, 553-557), luku 12 (ss. 615-647, 657-664, 668-670, 679-683). Oppikirjan vanhempi 6. painos käy myöskin. Jos käytät oppikirjan 6. painosta v. 2010, niin siitä sivut: luku 1 (ss. 1-16), luku 3 (ss 111-170, 180-202), luku 4 (ss. 210-211, 220-234, 239-240), luku 7 (ss. 341-378), luku 8 (ss. 384-453), luku 9 (ss. 460-499, 522-526, 537-539,543-549), luku 11 (ss. 606-636, 647-661,668-675).
KURSSIKIRJA & -MATERIAALIT 8 Kurssikalvojen pääsisällön ja laskujen omaksuminen riittää kurssin läpäisyyn. Oppikirjassa on toki paljon enemmänkin asiaa. Kalvoissa käytetty kuvia muistakin lähteistä, mm.: B. Sklar: Digital Communications Fundamentals and Applications, 2. painos, Prentice Hall, 1079 s., 2001. Erityisen hyvä oheislukemisto. S. Benedetto & E. Biglieri: Principles of Digital Transmission with Wireless Applications, Kluwer Academic Pub., 855 s., 1999.
KURSSIKIRJA & MATERIAALIT 9 Optiman pdf-kalvosarjassa esiintyy otsikoissa runsaasti (S) -merkittyjä syventäviä kalvoja. Ne ovat lähinnä asiasta lisää kiinnostuneiden lisämateriaalia, jotka eivät kuulu tenttivaatimuksiin, mutta joita on hyödyllistä selailla. Samoin (S)-materiaalia on kaikki OPTIMA:n Kurssi-Extrat kansion materiaali. Kannatta kuitenkin silmäillä niitä, jos aikaa on. Tutoriaalitietopankki (eivät myöskään kuulu kurssivaatimuksiin): http://www.ee.oulu.fi/~kk/tlt_tutoriaalit.html Luennoitsijan 30 vuoden aikana työssään keräämän artikkelipankin ideana on toimia asiasta kiinnostuneille tietoliikenteen eri aihepiireihin liittyvänä johdattelevana koostepankkina, jonka materiaalin löytäminen saattaisi muuten olla hankalahkoa hajallaan olevassa kirjallisuudessa. Tutorial-materiaalista saattaa olla aikanaan hyötyä työelämässä, jos työskentelee langattoman tiedonsiirron ongelmien parissa.
KÄSITELTÄVIÄ ASIAKOKONAISUUKSIA 10 Tietoliikennejärjestelmän peruslohkot ja jaottelu: Analoginen «digitaalinen Koherentti «epäkoherentti Kantoaaltomodulaatio «pulssimodulaatio Lineaarinen amplitudin modulointi «epälineaarinen kulmamodulointi Radiokanavien ja SM-siirtomedian perusteet Lineaariset kantoaaltomodulaatiot (DSB, AM, SSB, VSB) Epälineaariset kantoaallon kulmamodulaatiomenetelmät (PM, FM) Takaisinkytketyt demodulaattorit (vaihelukkotekniikka, PLL) Sekoitus, välitaajuus (intermediate frequency, IF), peilitaajuus, superheterodynevastaanotin Häiriökantoaallon vaikutus erilaisilla modulaatioilla Kynnysilmiön syntymekanismit (suorituskyvyn täydellinen menetys aiheutuu epälineaarisuuksista)
KÄSITELTÄVIÄ ASIAKOKONAISUUKSIA 11 Analogiset pulssimodulaatiomenetelmät (PAM, PWM, PPM) Digitaaliset pulssimodulaatiomenetelmät (DM, PCM) Multipleksointimenetelmät (FDM, TDM, QM) Kantataajuisen (baseband) järjestelmän SNR Tiedonsiirtokanavan omkinaisuudet, AWGN -kanava SNR-suorituskyky AM, DSB, SSB, PM, FM ja PCM -modulaatioilla Analogisten modulaatiomenetelmien ominaisuuksien ja suorituskykyjen vertailu
KÄSITELTÄVIÄ ASIAKOKONAISUUKSIA 12 Digitaalisen siirron peruskäsitteitä Kantataajuisen (baseband) järjestelmän BEP Optimaalinen sovitettu suodatin vastaanotin ja BEP-suorituskyky Antipodaalisen ja ortogonaalisen modulaation periaatteet Amplitudinsiirtoavainnus (ASK) ja sen BEP Vaiheensiirtoavainnus (PSK) ja BPSK sekä niiden BEP Taajuudensiirtoavainnus (FSK) ja sen BEP Differentiaalinen PSK (DPSK) ja sen BEP Vaihekoherenttiuden vaikutus suorituskykyyn Modulaatiomenetelmien ominaisuuksien ja suorituskykyjen vertailu Kaistarajoitetut siirtokanavat fi symbolien välinen keskinäisvaikutus (ISI) Nyquistin ja kohotetun kosinin pulssimuodot, kanavakorjaimet Monitie-eteneminen & häipyminen Diversiteetti- ja RAKE-tekniikat Monikantoaaltomenetelmät (N alikantoaaltoa): MCM & OFDM Monitilaiset (1 aalto): QPSK, OQPSK, MSK, GMSK, MPSK, QAM, MFSK
KÄSITELTÄVIÄ ASIAKOKONAISUUKSIA 13 Hajaspektri-, CDMA-, ja solukkojärjestelmien perusteet Informaatioteorian perusteet: informaation mitta, entropian käsite Diskreetti siirtokanava & kanavamatriisi Erilaiset entropian lajit, keskimääräinen siiretty informaatio Siirtokanavan kapasiteetti & Shannon-Hartleyn laki Shannonin 1. ja 2. teoreema Lähteenkoodaus: Shannon-Fano ja Huffman -koodaukset Tehorajoitetut vs. kaistarajoitetut siirtojärjestelmät Virheenkorjaavan kanavakoodauksen perusteet: Kanavakoodauksen perusteet Lomittelu, FEC- ja ARQ-menetelmät Lohkokoodien koodaus ja dekoodaus Konvoluutiokoodien koodaus ja dekoodaus
MUISTA! 14 Informaatiota siirretään sinimuotoisen kantoaallon joko amplitudissa, vaiheessa, tai taajuudessa tai niiden sopivalla yhdistelmällä. Samat perusperiaatteet käytössä sekä analogisissa että digitaalisissa modulaatioissa. SM-radiosignaali on siirtotiellä aina analoginen sekä analogisilla että digitaalisilla kantoaaltomodulaatioilla vastaanottimen etupään RFosiin asti pisteeseen ennen ilmaisupiiriä! Vasta symbolipäätöksenteon jälkeen ilmaisussa signaali muuttu takaisin diskreettiarvoiseksi digitaaliseksi informaatioksi digitaalisilla modulaatioilla, mikä erottaa analogiset ja digitaaliset toisistaan. Analogisissa järjestelmissä signaali jää ilmaisun jälkeen analogiseksi informaatioksi. Digitaalisilla mod. voidaan käyttää siirron laatua parantavia menetelmiä (esim. virheenkorjauskoodit, kanavakorjain, RAKE) fi siksi on siirrytty digitaalisten menetelmien käyttöön varsinkin, kun informaatiokin on nykyään pääosin digitaalista. Analogisia järjestelmiä on kuitenkin vielä paljon käytössä pitkään.
RYHDYMME TARKASTELEMAAN TÄLLAISTA 15