College Informatie en Communicatietheorie (5JK00):

DEEL 2, COMMUNICATIETHEORIE (2010)

• Code: 5JK00
• Jaar 2, Semester B, Kwartiel 3 en 4.
• Docent: dr.ir. F.M.J. Willems.
• Inlichtingen: dr. ir. F.M.J. Willems , dr.ir. Tj.J. Tjalkens.
• Studiemateriaal: dictaat. Het boek: "Digital Communications" van John. G. Proakis, McGraw-Hill, 4de editie, 2001, mag gebruikt worden als achtergrond-materiaal.
• Onderwijsvorm: college, 4 uur/week plus instructie, 4 uur/week.
• Werkwijze: Tijdens het college worden oefenopgaven opgegeven. Ingeleverde oplossingen worden nagekeken en tijdens een instructie behandeld. Bij het schriftelijke examen in juni 2010 leveren de oefenopgaven compensatie op.

Inhoud, Eindtermen

· Hoofdstuk 1, “Decision Rules for Discrete Channels”. Eindtermen: Na bestudering van dit stuk stof (a) kun je de MAP decision rule toepassen en de resulterende foutenkans bepalen. Je weet ook wanneer je de ML decision rule mag gebruiken i.p.v. de MAP rule. (b) Je kunt optimale detectoren voor het discrete scalaire en vector kanaal bepalen en de resulterende foutenkansen.

· Hoofdstuk 2: “Decision Rules for Real Channels”. Eindtermen: Na bestudering van dit hoofdstuk kun je (a) de MAP (en ML) decision rule bepalen voor een scalair kanaal met een reële input en reële output, en meer specifiek voor het Gaussische kanaal, en de bijbehorende foutenkans uitrekenen, (b) voor het Gaussische geval daarbij gebruik maken van de Q(-) functie, (c) de werking van een communicatiesysteem gebaseerd op een reëel vector kanaal begrijpen, (d) de MAP decision rule en de ML rule voor deze vector situatie toepassen en de resulterende foutenkans bepalen in eenvoudige gevallen, (e) de MAP en ML rule toepassen op het additieve Gaussische vector kanaal, en de resulterende foutenkans bepalen in eenvoudige gevallen, (f) in termen van de Q(-)-functie de kans bepalen dat een punt ontvangen wordt aan de verkeerde kant van een hypervlak, (g) een bovengrens voor de foutenkans afleiden met behulp van union bound, en (h) de theorema’s van irrelevance en reversibility begrijpen en toepassen.

· Hoofdstuk 3: “Waveform Channels”. Eindtermen: Na bestudering van dit hoofdstuk moet je (a) de werking van een communicatiesysteem gebaseerd op een waveform kanaal begrijpen, (b) weten wat building block waveforms zijn (orthogonaliteit, energie), (c) bij een waveform-set een verzameling van building-block waveforms kunnen bepalen (bijv. met de Gram-Schmidt procedure), en ook de bijbehorende vector-representatie van de waveforms kunnen uitrekenen en de signaal structuur, (d) een optimale demodulator-structuur (de structuur waarin het ontvangen signaal wordt gecorreleerd met alle building blocks) kennen, (e) weten dat de vector (r1,r2, … ,rN) volstaat om een optimale ontvanger te realiseren, en (f) de equivalentie tussen het waveform kanaal en het vector kanaal kennen, en dus in staat zijn om het optimale vector-ontvanger gedeelte van de ontvanger te kunnen bepalen alsmede de resulterende foutenkans.

· Hoofdstuk 4: “Receiver Implementation, Matched Filters”. Eindtermen: Na bestudering van dit hoofdstuk moet je (a) de structuur van de correlatie-ontvanger kennen, (b) weten hoe je een correlatie operatie kunt vervangen door een matched-filter en sample operatie, (c) de structuur van een matched-filter ontvanger kennen, (d) de structuur van een directe ontvanger kennen, (e) de Parseval relatie tussen waveforms en de corresponderende vectoren kennen en ermee kunnen rekenen, en (f) weten dat een matched filter de signal-to-noise ratio maximaliseert.

· Hoofdstuk 5: “Signal Energy Considerations, Orthogonal Signals”. Eindtermen: Na bestudering van dit hoofdstuk moet je (a) de oorsprong van het coordinaten-stelsel zo kunnen kiezen dat de gemiddelde energie van een signaal structuur geminimaliseerd wordt en weten dat de oorsprong dan moet samenvallen met het zwaartepunt van de signaal structuur, (b) weten wat FSK en PSK modulatie is en kunnen afleiden dat FSK een twee keer hogere signaal-ruis verhouding nodig heeft dan PSK om dezelfde foutenkans te bereiken, (c) weten wat een orthogonale signaalset is en kunnen afleiden wat de optimale detector hiervoor is, (d) een formule kunnen geven voor de foutenkans PE voor een set van even waarschijnlijke orthogonale signalen, en (e) er van op de hoogte zijn dat een energie N0 ln 2 per bit volstaat om betrouwbaar te kunnen communiceren met orthogonale signalen.

· Hoofdstuk 6: “Signaling for Message Sequences, Time, and Bandwidth”. Eindtermen: Na bestudering van dit hoofdstuk ken je de eigenschapen van bit-by-bit en orthogonale signalering, (b) weet je wat de capaciteit van het wideband kanaal is in bits per seconde, (c) dat er 2W dimensies per seconde er in een kanaal passen met een bandbreedte W, en (d) dat je sinussen en cosinussen als building blocks kunt gebruiken om 2W dims/s te halen.

· Hoofdstuk 7: “Bandlimited and Wideband Transmission”. Eindtermen: Na bestudering van dit stuk stof moet je (a) de capaciteit van het bandlimited waveform channel kunnen bepalen, (b) weten hoe de formule tot stand is gekomen (capaciteit per dimensie, aantal dimensies per seconde), en de capaciteit van het wideband waveform kanaal kunnen afleiden uit de capaciteits-formule van het bandlimited waveform channel, (c) de capaciteit van een wideband channel kunnen bepalen, en (d) weten wat het capaciteits-begrip inhoudt.

· Hoofdstuk 8: “Pulse Amplitude Modulation”. Eindtermen: Na bestudering van dit hoofdstuk moet je (a) het Nyquist criterium (frequentie-domein eis) kunnen gebruiken om na te gaan of een puls bij een bepaald modulatie-interval resulteert in een set van building-blocks (tijd-domein eis), (b) weten wat de minimale bandbreedte is die bereikt kan worden met puls-transmissie, gegeven het modulatie interval, (c) ook weten dat een sinc-puls dit minimum realiseert, en (d) weten wat de receiver-structuur is bij puls-transmissie.

· Hoofdstuk 9: “Bandpass Channels”. Eindtermen: Na bestudering van dit hoofdstuk moet je (a) weten wat de building-blocks van een quadratuur-multiplexing systeem zijn, (b) weten dat een band-doorlaat kanaal met doorlaatband [f_0-W, f_0+W] correspondeert met maximaal 4W dimensies per seconde, (c) de capaciteit van dit kanaal kunnen berekenen (per dimensie en per seconde), en (d) weten dat 4W dimensies per seconde gerealiseerd worden door shifted sinc-pulsen als building-blocks te gebruiken.

Oefenopgaven:

1. Hoofdstuk 1, opgave 2 en 3. Inleveren op dinsdag 20 april, voor de aanvang van de instructie. Uitwerkingen1.

2. Hoofdstuk 2, opgave 1 en 5. Inleveren op dinsdag 27 april, voor de aanvang van de instructie. Uitwerkingen2.

3. Hoofdstuk 3, opgave 1a en 2. Inleveren op donderdag 6 mei, voor de aanvang van de instructie. Uitwerkingen3.

4. Hoofdstuk 4, opgave 1 en 2. Inleveren op dinsdag 11 mei, voor de aanvang van de instructie. Uitwerkingen4.

5. Hoofdstuk 5, opgave 2 en 3. Inleveren op dinsdag 18 mei, voor aanvang van de instructie. Uitwerkingen5.

6. Hoofdstuk 6, opgave 1 en 3. Inleveren op donderdag 20 mei, voor aanvang van de instructie. LET OP: gebruik bij opgave 1 de combinaties 000, 011, 101, 110, i.p.v. de eerder genoemde combinaties. Uitwerkingen6.

7. Hoofdstuk 7, opgave 3 en 6. Inleveren op dinsdag 25 mei, voor de aanvang van de instructie. LET OP: Instructie in PT 105, EERSTE en TWEEDE UUR. Uitwerkingen7.

8. Hoofdstuk 8, opgave 1 en 2. Inleveren op donderdag 27 mei, voor aanvang van de instructie. Uitwerkingen8.

9. Hoofdstuk 9. Uitwerkingen9.

OPMERKING: Samenwerken in groepjes (niet te groot) is toegestaan.

Rooster:

1. Hoofdstuk 1: college 7u+8u vrijdag 19 maart, oefenopgaven bespreken 3u dinsdag 20 april.

2. Hoofdstuk 2: college 1u+2u donderdag 22 april, oefenopgaven bespreken 3u dinsdag 27 april.

3. Hoofdstuk 3: college 7u+8u vrijdag 23 april, en 1u donderdag 29 april, oefenopgaven bespreken 7u donderdag 6 mei.

4. Hoofdstuk 4: college 2u donderdag 29 april, oefenopgaven bespreken 3u dinsdag 11 mei.

5. Hoofdstuk 5: college 1u+2u donderdag 6 mei, oefenopgaven bespreken 3u dinsdag 18 mei.

6. Hoofdstuk 6: college 7u+8u vrijdag 7 mei, oefenopgaven bespreken 7u donderdag 20 mei..

7. Hoofdstuk 7: college 1u+2u donderdag 20 mei, oefenopgaven bespreken 1u dinsdag 25 mei. LET OP: Instructie in PT 105, EERSTE UUR en TWEEDE UUR!

8. Hoofdstuk 8: college 7u+8u vrijdag 21 mei, oefenopgaven bespreken 7u donderdag 27 mei.

9. Hoofdstuk 9: college 1u+2u donderdag 27 mei, oefenopgaven bespreken 7u donderdag 27 mei.

Locatie, lestijden:

College op donderdag 1^ste en 2^de uur en vrijdag 7^de en 8^ste uur (PT 105). 

Instructie op dinsdag 3^de en 4^de uur (PT 605 en PT 623) en donderdag 7^de en 8^ste uur (PT 105).

Examen

Voorbereiding: Voor vragen over deze stof s.v.p. Tjalling Tjalkens, PT316 benaderen (van 31 mei tot 4 juni).

Stof:

DICTAAT, BOEK, en/of FORMULEBLADEN  MOGEN NIET GEBRUIKT WORDEN !!! Wel twee A4-kantjes met alleen formules en geen uitwerkingen van opgaven.

Datum examen: 7 juni, 2010, 9.00 – 12.00.