l1 introduction(1)

25
 L1: Introduction EE521_ L1 1

Upload: ta-hien

Post on 07-Apr-2018

228 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

Page 1: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 1/25

 

L1:  Introduction

EE521_ L1 1

Page 2: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 2/25

Course Information

• Instructor: 

Sang 

W. 

Kim – [email protected]

 –   

 – 294‐2726

• Lecture Time: MW 5:10‐6:25 

• Class Room: 204 Marston

• Office Hours: Th 2‐4 

EE521_ L1 2

Page 3: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 3/25

 

• Prerequisite: 

 – EE422: Communication S stems II or e uivalent 

• Class Homepage:

 –    ,  ,  ,  . posted to website

• Textbook: 

 –  J.Proakis and M.Salehi, Digital Communications, 5th ed., 

McGraw‐Hill, 2008

EE521_ L1 3

Page 4: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 4/25

 

• References:

 –  . ar,  g a   ommun ca ons:  un amen a s an  

Applications, 2nd ed. Prentice Hall, 2001.

 –  ‐. .   , 

Fading Channels, 2nd ed., John Wiley, 2005.

EE521_ L1 4

Page 5: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 5/25

•  

• Optimum Receiver Principles

•  

• Channel Capacity

 

• Fading Channels

• Spread‐Spectrum Communications

EE521_ L1 5

Page 6: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 6/25

•  

you quick feedback.  Each part of  a problem will be 

worth 2 points:

 – 2/2 ‐ correct answer

 – 1/2 ‐ wrong answer but meaningful attempt

 – 0/2 ‐ no meaningful attempt of  problem

EE521_ L1 6

Page 7: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 7/25

•  

the assignment is due will be accepted with a ½ 

credit penalty.  After 24 hours homework will NOT be 

accepted.

 –  If  you will be out of  town, you must make arrangements to 

ge   me  e ass gnmen   e ore  e  ue  a e.

EE521_ L1 7

Page 8: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 8/25

•  

• Open book open note

•  

EE521_ L1 8

Page 9: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 9/25

 

• ‐ 

• The project can be a literature survey, analysis, and/or 

simulation on to ics related to this course. 

 – A literature survey means summarizing and comparing the m

ain ideas, concepts, and results presented by other authors. 

• The final written report (no more than 10 pages) is due 

December 9 in class. 

• More details to come.

EE521_ L1 9

Page 10: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 10/25

ra ng

 

• Exam I: 30%

•  

• Project: 20%

EE521_ L1 10

Page 11: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 11/25

• Block Dia ram of  Di ital Communication S stems

 k 

, , , -  js

{ }k b ( )r t 

EE521_ L1 11

Page 12: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 12/25

• Source Encoder

 – Removes redundancy from the source data –  Iowa State University  ISU

 –  mage co ng  ,  ,… ,  peec   co ng  ,… , etc.

 

 – Reverses the operation of  the source decoder

 –  ISU  Iowa State University or something else

EE521_ L1 12

Page 13: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 13/25

• Modulator –  Maps a set of  symbols into a set of  distinguishable 

waveforms such that the receiver can determine the 

transmitted 

symbol. –  bk=i Si(t), i=1,2, … , M

 –    w   : 

What is the best waveform to choose?

How does this decision affect the bandwidth 

requirements?

Error probability performance?

EE521_ L1 13

Page 14: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 14/25

• Channel

 – Medium by which signal propagates from transmitter & 

rece ver

 – Examples: cable, fiber, air.

• Additive white Gaussian noise channel  satellite   dee   s ace 

channel)

• Inter‐symbol interference channel (telephone channel)

•  

• Multiple access interference (multiple transmitters send at the 

same frequency at the same time,  jamming)

 

EE521_ L1 14

Page 15: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 15/25

• Demodulator

 – Processes channel output and produces an estimate of  

transmitted message

 – E.g. MAP, ML, …

• Channel Encoder and Decoder

 –   

 –  Provides error detection and correction

 –  e.g. Hamming code, Convolution code, Turbo code, 

LDPC code

EE521_ L1 15

Page 16: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 16/25

 

• Power or Energy

 – The more power available the more reliable 

communication is possible

 –   

power

• Data Rate

 – For a given power as the data rate increases, less 

reliable communication

EE521_ L1 16

Page 17: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 17/25

’ 

 – Amount of  frequency spectrum 

• Probability of  error

 – Performance measure

EE521_ L1 17

Page 18: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 18/25

Groundworks for modern communication 

theor• Wiener Approach

 – Early 1940’s 

 – Classified publication reported in 1949 as an unclassified 

MIT Press  ublication

 – Minimize MSE:)(ˆ)(2

0dt t  xt  x

t  x)(t r  ^

t  x

 – Wiener o timum filter

)(t n

 

Most suited to analog communication systems where 

the issue is to  preserve the waveform

EE521_ L1 18

Page 19: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 19/25

• North 

A roach – 1943  – RCA report

“Analysis of  the factors which determine signal‐to‐

”  .

Report PTR‐6C, RCA Labs, June 1943

 – Maximize the peak signal‐to‐noise ratio

)(

)(

1

0

t s

t s

)(t r  )(^

t s j)(t s  j

 – Matched filter

)(1t s M 

)(t n

Well suited to digital communication systems where the 

issue is to distinguish which one among a number of  possible discrete signals was transmitted.

EE521_ L1 19

Page 20: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 20/25

• Claude Shannon Approach

 – 1948  – Bell System Technical Journal, “A mathematical 

theory of  communications”

 –  Introduced the notion of  entropy as a measure of  

• For any  given SNR, the error probability can be made 

as small as possible by using a suitable code provided 

that the data rate is no larger than the capacity.

EE521_ L1 20

Page 21: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 21/25

 – Does not tell us how to represent the message (coding) to 

achieve the channel capacity, but merely that codes exist.

 – Wisdom in the BC (Before Claude) era : Make SNR as large 

as  ossible. Most of  the noise in the receiver is the thermal 

noise in the receiver front end. Some NASA receiver front 

ends 

were 

cooled 

in 

liquid 

helium 

to 

reduce 

this 

noise.

EE521_ L1 21

Page 22: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 22/25

•  

 – BPSK in AWGN:  ) / 2( 0 N  E Q p s

1 1

 p

 p

EE521_ L1 22

Page 23: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 23/25

Fundamental Tradeoffs

 –   

 – bandwidth W [Hz] –   

 – noise power N0 [W/Hz]

 –   

is possible provided

)1(log0

2W  N 

W  R

in a itive w ite Gaussian noise c anne .

EE521_ L1 23

Page 24: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 24/25

Com lexit and dela are essentiall infinite.

EE521_ L1 24

Page 25: L1 Introduction(1)

8/4/2019 L1 Introduction(1)

http://slidepdf.com/reader/full/l1-introduction1 25/25

Claude E. Shannon

EE521_ L1 25