521361A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA II KURSSI DIGITAALISEN TIEDONSIIRRON PERUSTEISTA KARI KÄRKKÄINEN Tietoliikennetekniikan osasto, huone TS439 puh: , A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari KärkkäinenSyksy 2015

521361A TIETOLIIKENNETEKNIIKKA II Laajuus:3 op. Suoritus: 4 viikkokokeella tai loppukokeella Loppukoe:PE 17.12, klo Viikkokoeajat:ilmoitetaan myöhemmin Opetusajat: MA klo (L10), KE klo (L10), ja PE klo 8-10 (L10) Laskuharjoitukset integroitu luentojen lomaan! Sekä luokka- että kotilaskuharjoituksia Suositellaan ilmoittautumaan sekä Optimaan että Weboodiin, jotta saat postit Optimasta ja kurssi näkyy Lukkarissa. Tiedotteita lähetetään sekä Optiman että Nopan kautta. Oppimateriaali ilmestyy TTK-Optimaan syksyn kuluessa. Vaaditut esitiedot: Signaalianalyysi Myös Tietoliikennetekniikka I –kurssin tiedoista hyötyä, joskaan ei vaatimus Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 2

SUORITUSTAVAT & TENTTISÄÄNNÖT Mahdollista suorittaa: 4 viikkokokeella (noin ¼ alueesta kuhunkin) 2h opetusaikoina jälkimmäisellä tunnilla, kesto min, muutama pikkukysymys/viikkokoe Loppukokeella tenttipäivinä, kesto 3 h, 5 kysymystä Eivät ole toisensa poissulkevia  voi yrittää molemmilla tavoilla. Kynnysehtona kustakin viikkokokeesta saatava vähintään ¼ kokeen maksimipistemäärästä. Läpäisyyn tarvitaan noin puolet kummankin koetyypin maksimipistesummasta. Yhden kynnysehdon alittaneen tai poissa ollun viikkokokeen paikkomahdollisuus myöhemmin. Viimeisen 4. viikkokokeen jälkeinen paikkomahdollisuusaika ilmoitetaan myöhemmin (mikäli tarvitaan). Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 3

SUORITUSTAVAT & TENTTISÄÄNNÖT Viikkokokeet tehdään kaksipuoleiselle 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. Viikkokokeet pyritään arvostelemaan mahdollisimman nopeasti. Kysyttävää? Alustava aikataulu (muutokset mahdollisia) Alustava aikataulu Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 4

KURSSIN ASEMA KANDIOPINNOISSA Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 5 DI-opinnot OPINTOSUUN. MODUULI SYVENTÄVÄ MODUULI TÄYDENTÄVÄ MODUULI DIPLOMITYÖ YHTEISET AINEOPINNOT YHTEISET PERUSOPINNOT TLT II kuuluu tänne OPINTOSUUNNALLE VALMISTAVAT OPINNOT & KANDITAATINTYÖ Kandi- opinnot

KURSSIN TAVOITTEET Ainetasoinen kurssi tietoliikenneteoreettisille opinnoille. Pohjana TIL-kandikursseille: Tietoliikenteen simuloinnit ja työkalut Tietoliikkennetekniikan laboratoriotyöt Esitellään tärkeimpien amplitudin, vaiheen ja taajuuden modulointiin perustuvien digitaalisten tiedonsiirtomenetelmien teroreettiset periaatteet sekä niiden toteutusmenetelmät. Tarkastellaan modulaatioiden suorituskykyjä AWGN-kohinan ja radiosignaalin monitie-etenemisen vallitessa. Tarkastellaan kaistarajoituksen ja monitie-etenemisen vaikutusta ja niiden vaimennusmenetelmiä. Tarkastellaan informaatioteorian, sekä lähteen ja kanavakoodauksen (virheen korjaava koodaus) perusteita Luodaan pohja digitaalisen siirtotekniikan syventävien DI-kurssien ymmärtämiselle. Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 6

KURSSIKIRJA & MATERIAALIT Kalvot perustuvat kirjaan: R.E. Ziemer & W.H. Tranter, “Principles of Communications: Systems, Modulation and Noise”, 6. Painos, John Wiley & Sons, 736 s., Kirja saatavilla kurssikirjastosta. Kalvot pdf-muodossa TTK-Optimassa. Käydään läpi valikoiden oppikirjan sivut alueilla: luku 4 (ss ), luku 8 (ss ), luku 9 (ss , ss , ss , ss , ss ), luku 10 (ss ), luku 11 (ss ). Kurssikalvojen pääsisällön ja laskujen omaksuminen Optimasta riittää kuitenkin kurssin läpäisyyn. Kalvoissa käytetty kuvia muistakin lähteistä, mm.: B. Sklar: “Digital Communications ― Fundamentals and Applications”, 2. painos, Prentice Hall, 1079 s., Erityisen hyvä oheislukemisto. S. Benedetto & E. Biglieri: “Principles of Digital Transmission with Wireless Applications”, Kluwer Academic Pub., 855 s., Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 7

KURSSIKIRJA & MATERIAALIT Pdf-kalvosarjassa esiintyy otsikossa (S) merkittyjä syventäviä kalvoja. Ne ovat lähinnä taustoittavaa lisämateriaalia, jotka eivät kuulu tenttivaatimuksiin. Kannatta kuitenkin silmäillä niitä. Tutoriaalipankki (eivät kuulu kurssivaatimuksiin): Tutorial-materiaalista tn. hyötyä työelämässä, jos toimit langattoman siirron rkaisujen parissa. Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 8

KÄSITELTÄVIÄ ASIAKOKONAISUUKSIA Digitaalisen tiedonsiirtojärjestelmien peruslohkot ja luokittelu Tiedonsiirtokanava, AWGN -kanava Kantataajuisen (baseband) järjestelmän BEP Optimaalinen sovitettu suodatin vastaanotin ja BEP-suorituskyky Antipodaalisen ja ortogonaalisen modulaation periaatteet Värillinen ei-valkoinen kohina ja sen sovitettu suodatin (MF) Amplitudinsiirtoavainnus (ASK) ja sen BEP Vaiheensiirtoavainnus (PSK) ja BPSK sekä niiden BEP Taajuudensiirtoavainnus (FSK) ja sen BEP Differentiaalinen PSK (DPSK) ja sen BEP Modulaatiomenetelmien ominaisuuksien ja suorituskykyjen vertailu, vaihekoherenttiuden vaikutus suorituskykyyn Kaistarajoitetut siirtokanavat  symbolien välinen keskinäisvaikutus (ISI) Nyquistin ja kohotetun kosinin pulssimuodot, kanavakorjaimet Monitie-eteneminen & häipyminen: diversiteetti- ja RAKE-tekniikat Monikantoaaltomenetelmät: MCM & OFDM Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 9

KÄSITELTÄVIÄ ASIAKOKONAISUUKSIA Monitilaiset menetelmät: QPSK, OQPSK, MSK, MPSK, QAM, MFSK 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: o Peruskäsitteitä, koodien luokittelu, koodisuhde, Hamming-paino ja – etäisyys o Purskevirheiden korjaus o Lineaariset lohkokoodit o Pariteetintarkistuskoodit o Toistokoodit o Hamming ja BCH–koodit o Sykliset koodit o Konvoluutiokoodit ja Viterbi -algoritmi o Kanavakoodauksella saavutettava suorituskykyetu: koodausvahvistus Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 10

KERTAUSTA TLT I -KURSSISTA Tietoliikennejärjestelmän peruslohkot ja jaottelu: Analoginen vs. digitaalinen sanoman/informaation tyypistä riippuen Kantataajuinen (baseband) signaali: Informaatiosignaali ilman modulaatiota Kantoaaltomoduloitu (bandpass) signaali: Informaatio moduloitu kantoaallon amplitudiin, vaiheeseen, tai taajuuteen Lineaarinen modulaatio: Amplitudin modulointi  esim. analogiset DSB, AM, SSB, VSB Epälineaarinen modulaatio: Vaihekulman modulointi (amplitudi vakio)  esim. analogiset PM, FM Koherentti: Tarvitaan vaihekoherentti ilmaisukantoaalto vastaanottimessa Epäkoherentti: Vastaanottimen ei tarvitse tietää lähettimen oskillaattorin vaihetta Ilmaisu esim. verhokäyräilmaisimella  AM-ilmaisin Pulssimodulaatio Näytteistetyn sanoman näyte koodataan pulssin parametriksi Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 11

KERTAUSTA TLT I -KURSSISTA Nyt ovat siis samat siniaallon kantoaaltomodulaation (amplitudi, vaihe, taajuus) perusperiaatteet käytössä kuin analogisissa menetelmissä TLT I –kurssissa. HUOM: SM-radiosignaali on aina analoginen sekä analogisilla että digitaalisilla kantoaaltomodulaatioilla vastaanottimen RF-osiin asti ennen ilmaisua! Vasta symbolipäätöksenteon jälkeen ilmaisussa signaali muuttu takaisin diskreettiarvoiseksi digitaaliseksi informaatioksi. Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 12

RYHDYMME TARKASTELEMAAN TÄLLAISTA Syksy A Tietoliikennetekniikka II Osa 1 Kari Kärkkäinen 13