Comunicaciones digitales I

Transcripción

1 Comunicaciones digitales I Clave del Curso: EET305-2 Profesor: Dr. Ramón Parra. 1.- Descripción general del curso 1.1 Contexto del curso El curso de Comunicaciones Digitales I es un curso de especialidad obligatorio para la maestría en ciencias, especialidad Telecomunicaciones en CINVESTAV Unidad Guadalajara; tiene un valor de 8 créditos, y se imparte en el segundo cuatrimestre de la maestría. Las materias con que se relacionan son Señales y Sistemas Deterministas y Probabilidad y Procesos Estocásticos, del primer cuatrimestre, Procesamiento Digital de Señales del segundo cuatrimestre, y Comunicaciones Digitales II del tercer cuatrimestre. La materia se imparte en dos sesiones de dos horas por semana, más tiempo de asesorías fuera de clase. 1.2 Datos generales del curso: Nombre del curso: Comunicaciones Digitales I. Instructor: Dr. Ramón Parra Michel. Créditos: 8. Horas de Curso: 60. Objetivos general del Curso: Que el alumno comprenda las características principales de un sistema digital de comunicaciones. Que el alumno comprenda los criterios teóricos de recepción óptima de señales en presencia de ruido aditivo gaussiano. Que el alumno comprenda el problema de recepción de señales en canales de banda amplia. Que el alumno realice simulaciones de un sistema de comunicaciones que se desempeñe de acuerdo al especificado por la teoría. Horario: Lunes y Miércoles de 11:00 a 13:00 horas, en el Salón S4. Esquema de Trabajo: Sesenta horas de clase. Por cada hora de clase se supone que el alumno dedica tres horas para estudio y para la realización de ejercicios relacionados con los temas presentados. La herramienta de software que se utilizará para los programas de simulación será MATLAB. Evaluación: Tareas 20 % 4 exámenes 80 % 2.- Descripción detallada del curso 2.1. Objetivos del curso 2.1.1Objetivo específico del curso. Entender el concepto de un sistema de comunicaciones, y los elementos que lo componen cuando el sistema se desea implementar sobre canales con ruido aditivo gaussiano de banda angosta y banda amplia. Además, determinar para el sistema considerado, el compromiso existente entre diversos parámetros que intervienen en el desempeño e inmunidad al ruido de las principales técnicas de transmisión y recepción de señales digitales, y las métricas que se utilizan para especificar el desempeño del mismo.

2 2.1.2 Objetivo académico del curso. Que el alumno comprenda el contexto en que se implementa un sistema de comunicaciones digital al nivel de capa física, y entienda los principales elementos que lo conforman, de manera conceptual, práctica, y con conozca su desempeño teórico. Los conceptos y temas fundamentales que el alumno deberá entender al finalizar este curso son los siguientes: El concepto de señal, mensaje e información. Bloques principales de un sistema de comunicaciones. El concepto del canal de comunicaciones. Los principales mecanismos de propagación en principales utilizados por sistemas de comunicación. Las principales métricas que se utilizan para determinar el desempeño de un sistema de comunicaciones. El concepto de modulación digital de onda senoidal continua y su relación con la modulación analógica. Las técnicas para hacer eficiente el ancho de banda de las señales transmitidas. La representación pasabandas y pasabajas de las señales. La representación de las señales moduladas en el espacio de señales. El concepto de constelación de señales. La caracterización estocástica de las señales y canales de comunicación. Los criterios de recepción óptima en presencia de ruido gaussiano aditivo. La inmunidad al ruido de los esquemas de recepción coherentes. La inmunidad al ruido de los esquemas de recepción no coherentes. El problema de sincronización de portadora para sistemas coherentes. El concepto de sincronización de símbolo. Las principales técnicas de multiplexaje. El problema de recepción en canales gaussianos de banda limitada. La capacidad de realizar simulaciones de los sistemas de comunicación estudiados. El diagrama a bloques de un sistema de comunicación digital para canales conformados por ruido gaussiano aditivo y propiedad de limitación en banda. 2.2 Técnica didáctica utilizada Este curso es impartido mediante diversas técnicas didácticas, en partes se utilizará Aprendizaje Basado en Casos, y en partes se utilizará Aprendizaje basado en problemas Forma de trabajo El curso se llevará a cabo con la presentación del profesor de los temas que contiene el curso, así como el desarrollo de problemas demostrativos. Se dejarán ejercicios en clase para reforzar los conceptos aprendidos. Se realizarán tareas para reforzar los conceptos aprendidos en clase, las cuales podrán ser de corte analítico o programas en el ambiente de desarrollo Matlab. Se realizarán trabajos de investigación para contrastar las diferentes aproximaciones que diferentes autores dan al mismo tema. Se realizarán exposiciones de temas particulares Esquema de calificaciones. 80% en 4 Exámenes parciales de 10% cada uno.

3 20% en tareas, y proyectos de investigación. Cuenta en las tareas y reportes: que incluyan el nombre del estudiante, del profesor y la materia, que estén las tareas en limpio, que el problema esté bien definido, la solución estructurada y el resultado bien establecido. Entrada hasta los 10 minutos después de inicio de horario de clase. No se considerará la asistencia. Correos para enviar los trabajos y tareas: rparra@gdl.cinvestav.mx RECOMENDACIONES Las tareas suelen ser consideradas en el diseño de los exámenes. Tipo de aprendizaje que implica que debemos tomar cartas en el asunto en la manera de aprender: Realizando implementaciones y discutiendo con nuestros compañeros. 3. TEMARIO 3.1 INTRODUCION A LOS SISTEMAS DE COMUNICACIONES (14 horas) Introducción Información, mensajes y señales Bloques que integran el sistema de comunicaciones Enfoque del diseño en comunicaciones y medidas de desempeño Mecanismos de propagación de ondas de radio Modelos de pérdidas por propagación de ondas de radio y Link-Budget Modulación de amplitud (2 horas) Modulación de frecuencia y fase (2 horas) El ruido y la RSR en sistemas de modulación analógica Inmunidad al ruido de los sistemas de modulación analógicos Conversión de señal analógica a digital (2 horas) PROCESAMIENTO DIGITAL DE SEÑALES MEDIANTE MATLAB 3.2 SISTEMAS DE MODULACIÓN DIGITALES (8 horas) Concepto de modulación digital de onda continua Técnicas para hacer eficiente el ancho de banda de señales transmitidas Simulación de un sistema de comunicaciones digital de banda angosta y desmodulación mediante detector de envolvente y receptor en cuadratura Técnicas de modulación digital de onda pulsante Propiedades de las técnicas de modulación por pulsos CARACTERIZACIÓN DE SEÑALES Y SISTEMAS (4 horas) REPRESENTACIÓN ESTADÍSTICA DE SEÑALES Y SISTEMAS Aplicación al cálculo de correlación de señales filtradas Aplicación al cálculo de la densidad espectral de potencia de señales codificadas Aplicación al cálculo del receptor digital en presencia de ruido Representación pasabanda y compleja pasabajas. 3.4 ESPACIO DE SEÑALES (4 horas) Espacios métricos Espacios lineales

4 Representación de señal por funciones ortogonales Representación espacial de señales Espacio de señales de energía finita 3.5 CANALES DE COMUNICACIÓN (6 hrs) Clasificación de sistemas de comunicaciones Medios de propagación utilizados por diferentes sistemas de comunicación Los fenómenos de propagación del canal de radiocomunicaciones Transformación de señales en canales analógicos Multitrayectoria y desvanecimientos Modelos matemáticos de canales continuos Modelos estadísticos Canales de banda angosta Canales de banda amplia Canales de sistemas MIMO ESQUEMAS DE RECEPCIÓN ÓPTIMA DE SEÑALES DIGITALES EN CANALES DE BANDA ANGOSTA (10 horas) Criterios de recepción Algoritmos para detección coherente Filtros acoplados Inmunidad al ruido de la detección coherente Receptores no coherentes Inmunidad al ruido de la detección no coherente Canales con desvanecimiento temporal Diversidad en la recepción SINCRONIZACION DE PORTADORA Y SÍMBOLO (4 horas) El problema de sincronización de portadora Técnicas para resolver el problema de estimación de portadora Sincronización de símbolo Algoritmo ELG ESQUEMAS DE MULTIPLEXAJE (4 horas) Teoría de multiplexaje Acceso múltiple por división de código Acceso múltiple por división de tiempo Acceso múltiple por división de frecuencia y OFDM Acceso múltiple por división de espacio ESQUEMAS DE RECEPCIÓN ÓPTIMA DE SEÑALES DIGITALES EN CANALES DE BANDA AMPLIA (6 horas)

5 El problema de estimación de canal Detección mediante Igualación de Canal o Igualador Zero-Forcing o Igualador Lineal MSE o Igualador de decisión retroalimentada Detección mediante MLSE y el VA 4.- Bibliografía 4.1. Libros de Texto [1] Bernard Sklar, Digital Communications, 2nd Edition, Prentice Hall [2] John G. Proakis, Digital Communications, 3rd Edition, McGraw-Hill Libros de apoyo [1] Simon Haykin, An introduction to analog & digital communications, Wiley. [2] Louis Frenzel, Sistemas Electrónicos de Comunicaciones, Editorial Alfaomega, [3] B. P. Lathi, Modern Digital and Analog Communication Systems, 3th Edition, Edit. Oxford University Press, O bien su traducción al español. [4] Louis E. Frenzel, Electrónica para Communicaciones, Edit. McGraw-Hill, 3ra edición, [5] Bruce Carlson, Paul B. Crilly, Janet C. Rutledge, Communication Systems, 4th Edition, McGraw-Hill [6] Leon Couch II, Digital and Analog Communication Systems, 5th Edition, Prentice Hall [7] Athanasios Papoulis, Probability, Random Variables and Stochastic Processes, 3th Edition, Mc Graw-Hill, [8] J. D. Parsons, The Mobile Radio Propagation Channel, John Wiley & Sons, [9] Theodore S. Rappaport, Wireless Communications, Prentice Hall PTR (IEEE Press), [10] William C. Jakes, Microwave Mobile Communications, AT&T, 1974, IEEE Press. (Reimpresión) [11] K. Sam Shanmugan, Michel C. Jeruchim, Phillip babalan, Simulation of Communications Systems, Plenum Press [12] Heinrich Meyr, Marc moeneclaey, Stefan A. Fechtel, Digital Communications Receivers, John Wiley & Sons, [13] Harry Van Trees, Detection, Estimation and Modulation Theory, Part I, John Wiley & Sons, [14] David Middleton, An Introduction to Statistical Communication Theory, Mc Graw-Hill, [15] John G. Proakis, Masoud Salehi, Contemporary Communication Systems using Matlab, Thompson Learning, [16] Raymond Steele, Mobile Radio Communications, IEEE Press, New York [17] L. E. Frankes, Signal Theory, Prentice Hall [18] Carl W. Helstrom, Statistical Theory of Signal Detection, Pergamon Press 1968, 2nd Edition. [19] Marvin K. Simon, Sami H. Hinedi, William C. Lindsey, Digital Communication Techniques, Prentice Hall 1995.