Simulation of Wireless Communication Systems using MATLAB (Dr Shehata) Training Course

• Hasil dari kursus ini
Setelah menyelesaikan kursus ini, mahasiswa diharapkan mampu memecahkan berbagai masalah penelitian yang saat ini terbuka di bidang teknik komunikasi karena mahasiswa setidaknya harus memiliki keterampilan berikut:

• Memetakan dan memanipulasi ekspresi matematika rumit yang sering muncul dalam literatur teknik komunikasi

• Kemampuan untuk menggunakan kemampuan pemrograman yang ditawarkan oleh MATLAB untuk mereproduksi hasil simulasi dari makalah lain atau setidaknya mendekati hasil ini.

• Membuat model simulasi dari ide-ide yang diajukan sendiri.

• Memanfaatkan keterampilan simulasi yang diperoleh secara efisien bersama dengan kemampuan MATLAB yang kuat untuk merancang kode MATLAB yang dioptimalkan dalam hal waktu proses kode sambil menghemat ruang memori.

• Mengidentifikasi parameter simulasi utama dari suatu sistem komunikasi, mengekstraknya dari model sistem dan mempelajari dampak parameter tersebut terhadap kinerja sistem yang dipertimbangkan.

• Struktur Kursus

Materi yang diberikan dalam kursus ini sangat berkorelasi. Tidak disarankan bagi siswa untuk mengikuti suatu level kecuali jika ia telah mengikuti dan memahami level sebelumnya secara mendalam untuk memastikan kesinambungan pengetahuan yang diperoleh. Kursus ini terstruktur menjadi tiga level mulai dari pengenalan pemrograman MATLAB hingga level simulasi sistem lengkap sebagai berikut.

Level 1: Communications Matematika dengan MATLAB
Sesi 01-06

Setelah menyelesaikan bagian ini, siswa akan mampu mengevaluasi ekspresi matematika yang rumit dan dengan mudah membuat grafik yang tepat untuk representasi data yang berbeda seperti plot domain waktu dan frekuensi; plot BER, pola radiasi antena…dll.

Konsep Dasar

1. Konsep simulasi
2. Pentingnya simulasi dalam teknik komunikasi
3. MATLAB sebagai lingkungan simulasi
4. Tentang representasi matriks dan vektor sinyal skalar dalam matematika komunikasi
5. Matrix dan representasi vektor sinyal pita dasar kompleks dalam MATLAB

MATLAB Meja kerja

6. Bilah alat
7. Jendela perintah
8. Ruang kerja
9. Riwayat perintah

Deklarasi variabel, vektor dan matriks

10. MATLAB konstanta yang telah ditentukan sebelumnya
11. Variabel yang ditentukan pengguna
12. Array, vektor dan matriks
13. Entri matriks manual
14. Definisi interval
15. Ruang linier
16. Ruang logaritma
17. Aturan penamaan variabel

Matriks khusus

18. Matriks satuan
19. Matriks nol
20. Matriks identitas

Manipulasi Element-bijaksana dan matriks-bijaksana

21. Accessing elemen tertentu
22. Memodifikasi elemen
23. Penghapusan elemen secara selektif (Matrix pemotongan)
24. Menambahkan elemen, vektor atau matriks (Matrix penggabungan)
25. Menemukan indeks suatu elemen di dalam vektor atau matriks
26. Matrix membentuk kembali
27. Matrix pemotongan
28. Matrix penggabungan
29. Membalik dari kiri ke kanan dan dari kanan ke kiri

Operator matriks unary

30. Operator Jumlah
31. Operator ekspektasi
32. Operator Min
33. Operator maks
34. Operator jejak
35. Matrix determinan |.|
36. Matrix kebalikan
37. Matrix transpos
38. Matrix Pertapa
39. …dll

Operasi matriks biner

40. Operasi Aritmatika
41. Operasi relasional
42. Operasi logika

Angka kompleks dalam MATLAB

43. Representasi pita dasar kompleks dari sinyal passband dan konversi RF, tinjauan matematis
44. Membentuk variabel kompleks, vektor dan matriks
45. Eksponensial kompleks
46. Operator bagian riil
47. Operator bagian imajiner
48. Operator konjugasi (.)*
49. Operator absolut |.|
50. Operator argumen atau fase

MATLAB fungsi bawaan

51. Vektor dari vektor dan matriks dari matriks
52. Fungsi akar kuadrat
53. Fungsi tanda
54. Fungsi "bulatkan ke bilangan bulat"
55. Fungsi bilangan bulat bawah terdekat
56. Fungsi "bilangan bulat atas terdekat"
57. Fungsi faktorial
58. Fungsi logaritma (exp, ln,log10,log2)
59. Fungsi trigonometri
60. Fungsi hiperbolik
61. Fungsi Q(.)
62. Fungsi erfc(.)
63. Fungsi Bessel Jo (.)
64. Fungsi Gamma
65. Diff, perintah mod

Polinomial dalam MATLAB

66. Polinomial dalam MATLAB
67. Fungsi rasional
68. Turunan polinomial
69. Integrasi polinomial
70. Perkalian polinomial

Plot skala linier

71. Representasi visual sinyal amplitudo kontinu waktu-kontinu
72. Representasi visual dari sinyal perkiraan tangga
73. Representasi visual waktu diskrit – sinyal amplitudo diskrit

Plot skala logaritmik

74. Plot dB-dekade (BER)
75. plot dekade-dB (plot Bode, respons frekuensi, spektrum sinyal)
76. plot dekade-dekade
77. Plot linier dB

Plot Kutub 2D
78. (pola radiasi antena planar)

Plot 3D

79. Pola radiasi 3D
80. Plot parametrik Cartesian

Bagian Opsional (diberikan berdasarkan permintaan peserta didik)

81. Diferensiasi simbolik dan perbedaan numerik dalam MATLAB
82. Integrasi Simbolik dan Numerik dalam MATLAB
83. MATLAB bantuan dan dokumentasi

MATLAB berkas

84. MATLAB file skrip
85. MATLAB file fungsi
86. MATLAB berkas data
87. Variabel lokal dan global

Loop, kondisi kontrol aliran dan pengambilan keputusan dalam MATLAB

88. Perulangan akhir for
89. Perulangan akhir while
90. Kondisi akhir if
91. Kondisi akhir if else
92. Pernyataan akhir switch case
93. Iterasi, kesalahan konvergen, operator penjumlahan multidimensi

Perintah tampilan input dan output

94. Perintah input(' ')
95. perintah disp
96. perintah fprintf
97. Kotak pesan msgbox

Level 2: Operasi Sinyal dan Sistem (24 jam)
Sesi 07-14

Tujuan utama dari bagian ini adalah sebagai berikut

• Menghasilkan sinyal uji acak yang diperlukan untuk menguji kinerja sistem komunikasi yang berbeda

• Mengintegrasikan banyak operasi sinyal dasar dapat diintegrasikan untuk menerapkan fungsi pemrosesan komunikasi tunggal seperti encoder, randomizer, interleaver, generator kode penyebaran …dll. di pemancar serta rekan-rekan mereka di terminal penerima.

• Hubungkan blok-blok ini dengan benar untuk mencapai fungsi komunikasi

• Simulasi model saluran pita sempit dalam dan luar ruangan deterministik, statistik dan semi-acak

Pembuatan sinyal uji komunikasi

98. Pembuatan urutan biner acak
99. Pembangkitan bilangan bulat acak Urutan
100. Mengimpor dan membaca file teks
101. Membaca dan memutar file audio
102. Mengimpor dan mengekspor gambar
103. Gambar sebagai matriks 3D
104. Transformasi RGB ke skala abu-abu
105. Aliran bit serial dari gambar skala abu-abu 2D
106. Sub-framing sinyal gambar dan rekonstruksi

Pengkondisian dan Manipulasi Sinyal

107. Skala amplitudo (penguatan, pelemahan, normalisasi amplitudo…dll.)
108. Pergeseran level DC
109. Skala waktu (kompresi waktu, penghalusan)
110. Pergeseran waktu (waktu tunda, waktu maju, pergeseran waktu melingkar ke kiri dan kanan)
111. Mengukur energi sinyal
112. Normalisasi energi dan daya
113. Skala energi dan daya
114. Konversi serial ke paralel dan paralel ke serial
115. Multiplexing dan Demultiplexing

Digitalisasi Sinyal Analog

116. Pengambilan sampel domain waktu dari sinyal pita dasar waktu kontinu di MATLAB
117. Kuantisasi amplitudo sinyal analog
118. Pengkodean PCM dari sinyal analog terkuantisasi
119. Konversi Desimal ke Biner dan Biner ke Desimal
120. Pembentukan pulsa
121. Perhitungan lebar pulsa yang memadai
122. Pemilihan jumlah sampel per pulsa

123. Konvolusi menggunakan perintah conv dan filter
124. Autokorelasi dan korelasi silang sinyal waktu terbatas
125. Operasi Fast Fourier Transform (FFT) dan IFFT
126. Melihat spektrum sinyal pita dasar
127. Pengaruh laju pengambilan sampel dan jendela frekuensi yang tepat
128. Hubungan antara operasi konvolusi, korelasi dan FFT
129. Penyaringan domain frekuensi, hanya penyaringan low pass

Fungsi Pembantu Communication

130. Randomizer dan de-randomizer
131. Alat penusuk dan alat pencabut tusukan
132. Encoder dan decoder
133. Interleaver dan de-interleaver

Modulator dan demodulator

134. Skema modulasi pita dasar digital di MATLAB
135. Representasi visual sinyal termodulasi digital

Pemodelan dan Simulasi Saluran

136. Mathematical pemodelan efek saluran pada sinyal yang ditransmisikan

• Penambahan – saluran derau Gaussian putih aditif (AWGN)
• Perkalian domain waktu – saluran memudar lambat, pergeseran Doppler di saluran kendaraan
• Perkalian domain frekuensi – saluran fading selektif frekuensi
• Konvolusi domain waktu – respons impuls saluran

Contoh model saluran deterministik

137. Kehilangan jalur ruang bebas dan kehilangan jalur bergantung lingkungan
138. Saluran Penyumbatan Berkala

Karakterisasi Statistik Saluran Fading Multipath Stasioner dan Kuasi-Stasioner Umum

139. Pembangkitan RV yang terdistribusi secara seragam
140. Pembangkitan RV berdistribusi Gaussian bernilai riil
141. Pembangkitan RV terdistribusi Gaussian kompleks
142. Pembangkitan RV yang terdistribusi Rayleigh
143. Pembangkitan RV terdistribusi Ricean
144. Pembangkitan RV berdistribusi Lognormal
145. Pembangkitan RV terdistribusi sembarang
146. Aproksimasi fungsi kepadatan probabilitas (PDF) yang tidak diketahui dari RV dengan histogram
147. Perhitungan numerik fungsi distribusi kumulatif (CDF) dari RV
148. Saluran derau Gaussian putih aditif nyata dan kompleks (AWGN)

Karakterisasi Saluran Berdasarkan Profil Penundaan Daya

149. Karakterisasi saluran berdasarkan profil penundaan daya
150. Normalisasi daya PDP
151. Mengekstraksi respons impuls saluran dari PDP
152. Pengambilan sampel respon impuls saluran dengan laju pengambilan sampel sembarangan, pengambilan sampel tidak cocok dan kuantisasi tunda
153. Masalah ketidakcocokan pengambilan sampel respon impuls saluran pita sempit
154. Pengambilan sampel PDP dengan laju pengambilan sampel sembarang dan kompensasi penundaan fraksional
155. Implementasi beberapa model saluran dalam dan luar ruangan standar IEEE
156. (COST – SUI - Model Saluran Pita Ultra Lebar…dll.)

Level 3: Simulasi Level Tautan Sistem Komunikasi Praktis (30 jam)
Sesi 15-24

Bagian mata kuliah ini membahas isu paling penting bagi mahasiswa penelitian, yaitu bagaimana mereproduksi hasil simulasi dari makalah lain yang diterbitkan melalui simulasi.

Kinerja Tingkat Kesalahan Bit pada Skema Modulasi Digital Baseband

1. Perbandingan kinerja skema modulasi digital baseband yang berbeda di saluran AWGN (Studi perbandingan komprehensif melalui simulasi untuk memverifikasi ekspresi teoritis); plot sebaran, tingkat kesalahan bit

2. Perbandingan kinerja skema modulasi digital pita dasar yang berbeda di berbagai saluran fading stasioner dan kuasi-stasioner; diagram sebar, tingkat kesalahan bit (Studi perbandingan komprehensif melalui simulasi untuk memverifikasi ekspresi teoritis)

3. Dampak saluran pergeseran Doppler pada kinerja skema modulasi digital pita dasar; diagram sebaran, tingkat kesalahan bit

Helikopter-ke-Satelit Communication

4. Paper (1): Sistem Suara dan Data Real-Time Berbiaya Rendah untuk Layanan Satelit Bergerak Penerbangan (AMSS) – Pernyataan masalah dan analisis
5. Paper (2): Kombinasi Keragaman Waktu Pra-Deteksi dengan AFC Akurat untuk Satelit Helikopter Communication – Solusi pertama yang diusulkan
6. Paper (3): Skema Modulasi Adaptif untuk Helikopter-Satelit Communication – Pendekatan peningkatan kinerja

Simulasi Sistem Spektrum Sebaran

1. Arsitektur Khas Sistem Berbasis Spread Spectrum
2. Sistem berbasis spektrum sebaran urutan langsung
3. Generator sekuens biner acak semu (PBRS)
• Pembuatan urutan dengan panjang maksimal
• Pembuatan kode emas
• Pembuatan kode Walsh

4. Sistem penyebaran spektrum waktu hopping
5. Kinerja Bit Error Rate pada sistem berbasis spread spectrum di kanal AWGN
• Dampak laju pengkodean r terhadap kinerja BER
• Dampak panjang kode pada kinerja BER

6. Kinerja Bit Error Rate pada Sistem Berbasis Spread Spectrum di Saluran Multipath Slow Rayleigh Fading dengan Nol Doppler Shift
7. Analisis kinerja tingkat kesalahan bit pada sistem berbasis spektrum sebaran dalam lingkungan fading mobilitas tinggi
8. Analisis kinerja tingkat kesalahan bit pada sistem berbasis spektrum sebaran dalam kondisi interferensi multi-pengguna
9. Transmisi gambar RGB melalui sistem spektrum sebaran
10. Sistem CDMA Optik (OCDMA)
• Kode ortogonal optik (OOC)
• Batasan kinerja sistem OCDMA; kinerja tingkat kesalahan bit sistem OCDMA sinkron dan asinkron

Sistem SS pita ultra lebar

Sistem Berbasis OFDM

11. Implementasi sistem OFDM menggunakan Fast Fourier Transform
12. Arsitektur Khas Sistem Berbasis OFDM
13. Kinerja Bit Error Rate Sistem OFDM pada Kanal AWGN
• Dampak laju pengkodean r terhadap kinerja BER
• Dampak awalan siklik pada kinerja BER
• Dampak ukuran FFT dan jarak subcarrier pada kinerja BER

14. Kinerja Bit Error Rate pada Sistem OFDM pada Saluran Multipath Slow Rayleigh Fading dengan Nol Doppler Shift
15. Kinerja Bit Error Rate pada Sistem OFDM di Saluran Multipath Slow Rayleigh Fading dengan CFO
16. Estimasi Kanal dalam Sistem OFDM
17. Pemerataan Domain Frekuensi dalam Sistem OFDM
• Equalizer Pemaksaan Nol
• Equalizer MMSE
18. Metrik Kinerja Umum Lainnya dalam Sistem Berbasis OFDM (Rasio Daya Puncak terhadap Rata-rata, Rasio Pembawa terhadap Interferensi…dll.)
19. Analisis kinerja sistem berbasis OFDM dalam lingkungan fading mobilitas tinggi (sebagai proyek simulasi yang terdiri dari tiga makalah)
20. Paper (1): Mitigasi Interferensi Antar Operator
21. Makalah (2): Sistem MIMO-OFDM

Optimasi Proyek Simulasi MATLAB

Tujuan dari bagian ini adalah untuk mempelajari cara membangun dan mengoptimalkan proyek simulasi MATLAB untuk menyederhanakan dan mengatur keseluruhan proses simulasi. Selain itu, ruang memori dan kecepatan pemrosesan juga dipertimbangkan untuk menghindari masalah kelebihan memori dalam sistem penyimpanan terbatas atau waktu proses yang lama yang timbul akibat pemrosesan yang lambat.

1. Struktur Khas Proyek Simulasi Skala Kecil
2. Ekstraksi parameter simulasi dan pemetaan teoritis ke simulasi
3. Membangun Proyek Simulasi
4. Teknik Simulasi Monte Carlo
5. Prosedur Umum untuk Menguji Proyek Simulasi
6. Ruang Memori Management dan Teknik Pengurangan Waktu Simulasi
• Simulasi Baseband vs. Passband
• Perhitungan lebar pulsa yang memadai untuk bentuk pulsa acak terpotong
• Perhitungan jumlah sampel yang memadai per simbol
• Perhitungan Jumlah Bit yang Diperlukan dan Cukup untuk Menguji Sistem

Pemrograman GUI

Memiliki kode MATLAB yang bebas dari debug dan bekerja dengan baik untuk menghasilkan hasil yang benar adalah pencapaian yang hebat. Namun, serangkaian parameter kunci dalam proyek simulasi mengendalikan Untuk alasan ini dan lainnya, kuliah tambahan tentang "Graphical User Interface (GUI) Programming" diberikan untuk memberikan kendali atas berbagai bagian proyek simulasi di ujung jari Anda daripada menyelami kode sumber yang panjang penuh dengan perintah. Selain itu, memiliki kode MATLAB yang ditutupi dengan GUI membantu menyajikan pekerjaan Anda dengan cara yang memfasilitasi penggabungan beberapa hasil dalam satu jendela utama dan memudahkan untuk membandingkan data.

1. Apa itu MATLAB GUI
2. Struktur file fungsi GUI MATLAB
3. Komponen GUI utama (properti dan nilai penting)
4. Variabel lokal dan global

Catatan: Topik yang dibahas di setiap level kursus ini mencakup, tetapi tidak terbatas pada, topik yang disebutkan di setiap level. Selain itu, pokok bahasan setiap kuliah dapat berubah tergantung pada kebutuhan peserta didik dan minat penelitian mereka.