- Nazwa przedmiotu:
- Przetwarzanie sygnałów telekomunikacyjnych
- Koordynator przedmiotu:
- Przemysław DYMARSKI
- Status przedmiotu:
- Fakultatywny ograniczonego wyboru
- Poziom kształcenia:
- Studia I stopnia
- Program:
- Telekomunikacja
- Grupa przedmiotów:
- Przedmioty techniczne
- Kod przedmiotu:
- PSTEL
- Semestr nominalny:
- 6 / rok ak. 2015/2016
- Liczba punktów ECTS:
- 5
- Liczba godzin pracy studenta związanych z osiągnięciem efektów uczenia się:
- Liczba punktów ECTS na zajęciach wymagających bezpośredniego udziału nauczycieli akademickich:
- Język prowadzenia zajęć:
- polski
- Liczba punktów ECTS, którą student uzyskuje w ramach zajęć o charakterze praktycznym:
- Formy zajęć i ich wymiar w semestrze:
-
- Wykład30h
- Ćwiczenia0h
- Laboratorium30h
- Projekt0h
- Lekcje komputerowe0h
- Wymagania wstępne:
- Przedmioty poprzedzające:
Sygnały i systemy, Sygnały i modulacje, Podstawy transmisji cyfrowej
- Limit liczby studentów:
- Cel przedmiotu:
- Zapoznanie studenta ze stosowanymi w telekomunikacji metodami przetwarzania sygnałów analogowych i cyfrowych:
przetwarzanie sygnałów w modulacjach analogowych i cyfrowych, w filtracji cyfrowej,
w kompresji sygnałów 1-wymiarowych (mowa) i 2-wymiarowych (obrazy).
- Treści kształcenia:
- Treść wykładu:
Sygnały w telekomunikacji: Sygnały występujące w układach telekomunikacyjnych - przykłady(sygnał mowy, sygnały akustyczne, obrazy nieruchome i ruchome, sygnały zakłócające) - właściwości -modele matematyczne (deterministyczne i stochastyczne) - parametry (gęstość mocy, gęstość prawdopodobieństwa wartości chwilowej). Dostosowywanie sygnałów do torów transmisyjnych – zwielokrotnienie czasowe i częstotliwościowe - modulacje - kryteria oceny jakości transmisji (pasmo, przepływność binarna, stosunek sygnał/szum, odporność na zakłócenia). Ograniczenia wynikające z pojemności kanału: graniczna odporność na zakłócenia, potrzeba kompresji.
Filtry cyfrowe: Pogłębienie wiadomości z cyfrowego przetwarzania sygnałów: właściwości transformaty Z, transmitancje układów liniowych, stabilność. Związek transformaty Z, transformaty Fouriera sygnału dyskretnego i Dyskretnej Transformaty Fouriera. Związek transformat dyskretnych z filtracją. Projektowanie filtrów FIR: metoda okien czasowych, próbkowanie w dziedzinie częstotliwości. Filtry IIR: Butterwortha, Cauera i ich właściwości. Projektowanie filtrów górno- i środkowo-przepustowych.
Modulacje analogowe: Modulacje amplitudy (DSB-SC, DSB, SSB, VSB) i kąta (FM, PM), łączenie modulacji (np.DSBSC-FM do transmisji sygn. stereofonicznego). Widmo, pasmo, detekcja w obecności zakłóceń, odporność na zakłócenia. Detektor obwiedni, dyskryminator fazy i dyskryminator częstotliwości. Preemfaza i deemfaza w modulacji FM.
Modulacja PCM: Praktyczne aspekty próbkowania sygnałów dolnopasmowych i pasmowych: próbkowanie momentalne, układy próbkująco-pamiętające, odtwarzanie sygnału z próbek. Zmiana częstotliwości próbkowania: interpolacja i decymacja. Kwantyzatory równomierne, nierównomierne (w tym logarytmiczne), adaptacyjne. Obliczanie mocy szumu kwantyzacji i SNR. Standard telefoniczny PCM 64kbit/s - pasmo kanału, SNR, odporność na zakłócenia.
Podstawy kompresji sygnałów: Metody kodowania różnicowego - zasada liniowej predykcji, zysk predykcji, standard telefoniczny ADPCM 32kbit/s, modulacja Delta, predykcja w kodowaniu sygnałów wizyjnych. Metody analizy przez syntezę, kodowanie predykcyjno - wektorowe, standardy telefoniczne LDCELP 16kbit/s, ACELP 8kbit/s, kodery dla telefonii komórkowej (GSM) i satelitarnej. Dyskretne transformaty DFT i DCT - zastosowanie do kompresji sygnałów akustycznych.
Sygnały 2-wymiarowe: Próbkowanie sygnałów 2-wymiarowych, 2-wymiarowe transformaty DFT, DCT, 2-wymiarowe widma, filtracja obrazów, wybrane metody poprawiania jakości, odtwarzania i kompresji obrazów - standardy JPEG i MPEG.
Podstawy rozpoznawania sygnałów: Zagadnienia rozpoznawania mowy, wybór parametrów dystynktywnych, metoda dynamicznej normalizacji czasowej, ukryte modele Markowa.
Techniki cyfrowego przetwarzania sygnałów w transmisji cyfrowej: Wykorzystanie DFT w modulacji OFDM. Konstrukcja sygnałów modulacji TCM.
Charakterystyka ćwiczeń laboratoryjnych:
L1: Modulacje analogowe
Cel: Prezentacja modulacji jedno- i dwuwstęgowej AM oraz modulacji FM: układów nadawczych, odbiorczych, sygnałów zmodulowanych i ich widm. Porównanie modulacji jedno- i dwuwstęgowej AM (odporność na zakłócenia). Dla FM określenie indeksu modulacji, dewiacji częstotliwości i pasma.
Sposób realizacji: Obserwacja sygnałów zmodulowanych i ich widm.
Dla AM: Pomiar zawartości fali nośnej, stopnia tłumienia wstęgi bocznej (w SSB) i pasożytniczych produktów modulacji. Pomiar szumu w kanale i na wyjściu odbiornika - określenie odporności na zakłócenia.
Dla FM: Pomiar prążków widma i obliczenie indeksu modulacji. Oszacowanie pasma w funkcji amplitudy i częstotliwości sygnału modulującego. Pomiar szumu w kanale i na wyjściu odbiornika – określenie odporności na zakłócenia. Obserwacja efektu progowego i szumu impulsowego.
L2: Modulacje kodowo-impulsowe
Cel: Prezentacja modulacji kodowo -impulsowej (PCM) i różnicowej modulacji kodowo –impulsowej (DPCM): układ próbkujący, kwantyzator, predyktor. Kwantyzatory równomierne, nierównomierne, adaptacyjne - szum kwantyzacji. Predyktor i jego wpływ na szum kwantyzacji.
Sposób realizacji: Symulacja komputerowa kodera i dekodera PCM: badanie wpływu parametrów kwantyzatora na szum kwantyzacji, porównanie kwantyzatora równomiernego, nierównomiernego z kompresją logarytmiczną i adaptacyjnego. Symulacja układu DPCM: określenie zysku predykcji.
L3: Filtracja cyfrowa
Cel: Prezentacja ogólnej idei filtracji cyfrowej, właściwości filtrów cyfrowych (dolnopasmowych).
Sposób realizacji: Symulacja filtrów cyfrowych dolnopasmowych projektowanych metodą okien czasowych, próbkowania w dziedzinie częstotliwości, aproksymacji Czebyszewa, Butterwortha i Cauera. Obserwacja charakterystyk częstotliwościowych, odpowiedzi impulsowych, położenia zer i biegunów. Projektowanie filtru o zadanych parametrach.
L4: Przetwarzanie sygnałów w transmisji cyfrowej
Cel: Prezentacja modulacji TCM.
Sposób realizacji: Symulacja komputerowa kodera TCM, porównanie z klasycznymi modulacjami cyfrowymi. Pomiar odległości w przestrzeni sygnałów.
L5: Podstawy rozpoznawania sygnału mowy
Cel: Prezentacja metod rozpoznawania wyrazów - ekstrakcja wybranych cech mowy, ocena ich mocy dystynktywnej, dynamiczna normalizacja czasowa.
Sposób realizacji: Symulacja komputerowa ekstraktora parametrów sygnału mowy (energia, liczba przejść przez zero, częstotliwości formantów). Przeprowadzenie pomiarów dla wybranych wyrazów. Badanie algorytmu rozpoznawania wyrazów - określenie przyczyny błędów.
L6: Podstawy przetwarzania obrazów
Cel: Prezentacja liniowych i nieliniowych metod przetwarzania obrazów
Sposób realizacji: Przetwarzanie obrazów metodami liniowymi: splot dwuwymiarowy, 2-wymiarowe transformaty DFT i DCT. Przetwarzanie obrazów metodami nieliniowymi: operatory punktowe (powiększanie kontrastu za pomocą charakterystyki odcinkami liniowej, wyrównywanie histogramu), filtry medianowe, wykrywanie krawędzi (operator Robertsa i Sobela).
- Metody oceny:
- Wymagane zaliczenie ćwiczeń laboratoryjnych i osiągnięcie co najmniej 45% punktów z egzaminu pisemnego. Po spełnieniu tych warunków obliczana jest ocena końcowa jako suma ważona 70% oceny z egzaminu i 30% sredniej oceny z ćwiczeń laboratoryjnych.
- Egzamin:
- Literatura:
- S.Haykin "Systemy telekomunikacyjne, cz.1„
L.W.Couch II "Digital and analog communication systems„
P.Bublewicz, P.Dymarski "Metody modulacji"
T.P.Zieliński „Cyfrowe przetwarzanie sygnałów – od teorii do zastosowań”
J.Szabatin "Podstawy teorii sygnałów„
J.Wojciechowski „Sygnały i systemy”
A.Dąbrowski „Przetwarzanie sygnałów przy użyciu procesorów sygnałowych”
S.W.Smith „Cyfrowe przetwarzanie sygnałów – praktyczny poradnik…”
R.Tadeusiewicz "Sygnał mowy„
N.S.Jayant, P.Noll "Digital coding of waveforms„
A.M.Kondoz „Digital Speech”
Scott E.Umbaugh „Computer vision and image processing”
- Witryna www przedmiotu:
- Uwagi:
Efekty uczenia się
Profil ogólnoakademicki - wiedza
- Efekt forma zajęć: wykład
- Znajomość twierdzenia o próbkowaniu sygnałów pasmowych i metod próbkowania tych sygnałów.
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W07
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W03, T1A_W04
- Efekt forma zajęć: wykład, laboratorium
- Zna właściwości filtrów cyfrowych o skończonej i nieskończonej odpowiedzi impulsowej.
Weryfikacja: dyskusja na laboratorium, egzamin pisemny
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W07
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W03, T1A_W04
- Efekt forma zajęć: wykład, laboratorium
- Porównanie modulacji analogowych (DSB, DSB-SC, SSB, PM, FM) i cyfrowych (PCM)
Weryfikacja: praca na laboratorium, egzamin pisemny
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W09
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W03, T1A_W04
- Efekt formy: wykład, laboratorium
- Znajomość właściwości kwantyzatorów skalarnych: równomiernych, nierównomiernych (w tym logarytmicznych), adaptacyjnych.
Weryfikacja: wykład, dyskusja na laboratorium
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W10
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07
- Efekt formy zajęć: wykład, laboratorium
- Zastosowanie przetwarzania sygnałów w modulacjach cyfrowych typu OFDM i TCM
Weryfikacja: egzamin, dyskusja na laboratorium
Powiązane efekty kierunkowe:
K_W09, K_W10
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_W03, T1A_W04, T1A_W03, T1A_W04, T1A_W07
Profil ogólnoakademicki - umiejętności
- Efekt formy zajęć: wykład
- Wykorzystanie znajomości kryteriów oceny modulacji do porównania modulacji analogowych i cyfrowych.
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U08, K_U17
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U10, T1A_U12, T1A_U03
- Efekt formy zajęć: laboratorium
- Pomiar parametrów sygnałów AM i FM.
Weryfikacja: laboratorium
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U10
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U07, T1A_U09, T1A_U13
- Efekt formy: laboratorium, wykład
- Wybór parametrów dystynktywnych w zagadnieniu rozpoznawania mowy.
Weryfikacja: dyskusja na laboratorium, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U06
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U07, T1A_U09
- Efekt forma zajęć: wykład
- Obliczanie mocy szumu kwantyzacji i SNR dla kwantyzatorów skalarnych.
Weryfikacja: egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U06, K_U07
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U07, T1A_U09, T1A_U07, T1A_U08, T1A_U09
- Efekt formy zajęć: laboratorium, wykład
- Dobór metody poprawiania jakości, filtracji i kompresji obrazu
Weryfikacja: dyskusja na laboratorium, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U12
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U09, T1A_U14, T1A_U16
- Efekt formy zajęć: wykład, laboratorium
- Dobór parametrów modulacji cyfrowych TCM i OFDM
Weryfikacja: dyskusja na laboratorium, egzamin
Powiązane efekty kierunkowe:
K_U17
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_U03
Profil ogólnoakademicki - kompetencje społeczne
- Efekt forma: laboratorium
- Realizacja ćwiczeń laboratoryjnych
Weryfikacja: omawianie wyników ćwiczenia, ocana raportu
Powiązane efekty kierunkowe:
K_K03, K_K05
Powiązane efekty obszarowe:
T1A_K03, T1A_K05