Architecture of radio receivers and transmitters

Login to access the course.
This is a grouped course. It consists of several seperate subjects that share learning materials, assignments, tests etc. Below you can see information about the individual subjects that make up this subject.
Architecture of radio receivers and transmitters (Main course) B2M37ART
Credits 6
Semesters Winter
Completion Assessment + Examination
Language of teaching Czech
Extent of teaching 2P+2L
Annotation
The subject deals with the architecture of the radio receivers and transmitters and software radio. The student s familiarize with the design and the modern methods of optimization of the radio receivers and transmitters' functional blocks and with the phenomena related with frequency conversion, noise sources and noise analyses. They learn conceptual radio receiver and transmitter design, including the level and frequency plans and their optimization. The course also deals with the digital signal processing blocks of the modern radio receivers and their practical implementation.
Course outlines
1. Parameters of the radio receivers and transmitters (selectivity, sensitivity, dynamic range, spurious response, BER, intermodulation, cross-modulation, parasitic radiation, radiation mask, non-harmonics components, C/N, S/N)
2. Narrow band and wideband radio frequency amplifiers, dynamic range, dynamic distortion, slew rate, noise property, of the radio frequency amplifiers, RF power amplifiers (low, medium levels), distributed amplifiers, their limiting factors.
3. Realization of the RF and IF filters, basic parameters (insertion loss, conditions of non-distortion processing), quartz resonators, monolithic and discrete quartz filters, ceramic filters, helical filters, resonator and transversal SAW filters.
4. Parameters of frequency generators (frequency stability, harmonic and non-harmonics spurs, aging, oscillator tuning, transient response). Frequency synthesizer, negative differential resistance oscillator, feedback oscillators, quartz oscillators and oscillators with distributive gain.
5. Frequency conversion, mixers, image rejection mixers, double and multiple balanced mixers, intermodulation, spurious reception, methods of analysis and optimization of the mixing products.
6. Noise in receiver and transmitter: internal and external noise, noise classification according to their physical cause. Equivalent noise temperature and noise figure of the cascade. Methods of analyzing and optimization of the noise parameters.
7. Architecture of the radio receivers and transmitters - tuned radio receiver, super regenerative receiver, single and multiple conversion super heterodyne receiver, direct conversion receiver, low-IF receiver, receiver with wideband IF amplifier.
8. Radio receiver frequency and level plan and its optimization, reciprocal mixing, mixing table, spurious response, spurs.
9. Analog to digital conversion of the received signal (IF, RF and baseband sampling, jitter). Receivers and transmitters auxiliary circuits (AGC, AFC, antenna tuner, squelch, PSW meter).
10. Radio transmitter architecture, special power amplifier components (semiconductor, vacuum) used in final stages of the transmitters. Power amplifier classes.
11. Modulation on RF and IF, modulator types, quadrature modulator, impulse modulator, FM modulator. Linearization. Special optimization methods for power amplifiers. Special measurement methods for transmitters.
12. Digital signal processing blocks before and after modulator and demodulator. DUC, DDC, realization.
13. Software defined radio, cognitive radio. Basic concept, architectures, application in communication, measurement and mobile technology.
14. Digital signal processors for software radio, parallel digital signal processing, digital IF stage, direct digital synthesis, FPGA implementation.
Exercises outlines
The seminars are focused on the laboratory measurement of the presented topics. The students will prepare measurement reports. In the frame of the seminars, students will solve an individual task that will be presented at the end of the school term.

1. Laboratory introduction, safety rules
2. Laboratory measurement of the radio receiver sensitivity, BER, PER, selectivity, spurious response, spurious radiation
3. Laboratory measurement of the radio transmitter spectra, harmonic and non-harmonic response
4. Laboratory measurement of the transfer function of the discrete quartz filter, ceramic and SAW filter.
5. Design and measurement of the synthesizer
6. Laboratory measurement of the mixing table, conversion losses, gates isolation of the double balanced diodes frequency mixer
7. Noise figure measurement
8. Laboratory measurement of the intermodulation immunity of the radio receiver
9. Conceptual design of the radio receiver
10. Processing of the VKV FM radio by the SDR receiver
11. Conceptual design of the radio receiver, specification of the individual task
12. Consultation of the individual task
13. Presentation of the individual task solution
14. Supplementary laboratory measurement
Literature
Dobeš, J. Žalud, V.: Moderní radiotechnika, BEN, 2006, ISBN 80-7300-132-2.
Rohde, U.L.: Communications receivers DSP, software radios, and design, McGraw-Hill 2001, ISBN: 0-
07-136121-9.
Vendelin, G.D.; Pavio, A.M.; Rohde, U.L.: Microwave Circuit Design Using Linear and Nonlinear Techniques.
Wiley-Interscience, 2005.
Misra, D.K: Radio-Frequency and Microwave Communication Circuits. John Wiley & Sons, Inc., 2001.
Requirements
Mathematics, theory of signals and systems, analog and digital circuits and basic blocks (bachelor level)
Architectures of Rx/Tx Systems A8M37ART
Credits 5
Semesters Winter
Completion Assessment + Examination
Language of teaching Czech
Extent of teaching 4P+0C
Annotation
Předmět seznamuje studenty s problematikou moderní konstrukce rádiových vysílačů a přijímačů. Přednášky poskytují
informace o funkci, architektuře a parametrech vysílačů a přijímačů. Absolvováním tohoto předmětu by studenti měli
získat znalosti potřebné pro návrh, vývoj a testování rádiových vysílačů a přijímačů.
Course outlines
1. Základní stavební bloky vysílačů a přijímačů - přehled. Filtry: technologie (LC, keramické, SAW, krystalové,
dielektrické, ?, YIG), parametry; polyfázové filtry, přeladitelné filtry, ?
2. Syntéza kmitočtů: parametry oscilátorů (spektrální čistota, fázový šum, stabilita kmitočtu, ?), syntezátory
s celočíselným/neceločíselným dělicím poměrem, tvarování fázového šumu, nežádoucí produkty, DDS/NCO
spektrální čistota.
3. Kmitočtová konverze, intermodulace na směšovači, reciproké směšování a postranní příjmy; speciality (IRM,
kvadraturní modulátory/demodulátory).
4. DAC/ADC - technologie vs. ENOB/FS, SFDR, jitter vzorkovacího signálu a jeho vliv na šumové poměry na
výstupu AD převodníku. RF, IF, BB vzorkování.
5. Šum v přijímači: vnější a vnitřní šumy, šumová teplota, provozní/standardní šumový činitel/šumové číslo,
šumová šířka pásma, míra šumu, jakostní číslo, šumové napětí/šumový proud vs. šumové číslo.
6. Kaskádní syntéza: odvození šumové teploty, zisku, IPx. Dynamický rozsah, dynamický rozsah bez produktů
třetího řádu.
7. Parametry přijímačů - citlivost, selektivita, postranní příjmy, intermodulační odolnost, parazitní vyzařování
přijímače. S/N, C/N, BER: definice a měření.
8. Architektura rádiových přijímačů - přijímač s přímým zesílením, (super-)regenerační přijímač, reflexní
přijímač, superheterodynní přijímač s jedním a vícenásobným směšováním, přijímač s přímou konverzí do
základního pásma, přijímač s nízkou mf., přijímač se širokopásmovou mf.
9. Návrh a optimalizace přijímačů (kmitočtový a úrovňový plán, AGC ).
10. Bloky číslicového zpracování signálu za/před modulátorem/demodulátorem. DUC, DDC - provedení, systémy
s více vzorkovacími rychlostmi.
11. Hardwarové rádio, softwarově definované rádio, adaptivní rádio, kognitivní rádio, "inteligentní" rádio.
12. Nelineární obvody - jednotónový test (bod komprese), dvojtónový test (body zahrazení), multitónový test
(A/ACPR), vliv nelineárních systémů na pásmově omezený signál, dynamický rozsah.
13. Výkonové zesilovače (PA) - třídy, koncepce: modulace na nosné vlně, modulace na mf, koncové stupně
pracující v pulsním režimu (PWM, PDM, D4M, ?), paralelizace PA, příklady PA, korekce (linearizace) PA
vysílače.
14. Parametry vysílačů - EIRP, instalovaný (výstupní) výkon, celková účinnost vysílače, účinnost koncového
stupně, PAE, saturační výkon, OBO, IBO, PAPR, PCCDF. Spektrální doména (nosný kmitočet, šířka kanálu,
výkon v kanálu, šířka pásma). Modulační doména (I/Q defekty, MER, EVM, TEV, STEM, STED, Rho, ?),
časová doména (výkon vs. čas).
Exercises outlines
Předmět má jen přednášky
Literature
1. Rohde, U. L., Newkirk, D. P.: RF/Microwave Circuit Design for Wireless Application. John Wiley & Sons,
Inc., New York, 2000.
2. Rohde, U. L., Whitaker, J.: Communications Receivers, Third Edition. McGraw Hill, New York, NY, 2001.
3. Cripps, S. C.: RF Power Amplifiers for Wireless Communications, Second Eddition. Artech House, Norwood
MA, 2006.
4. Cripps, S. C.: Advanced Techniques in RF Power Amplifier Design. Artech House, Norwood MA, 2002.
Requirements
Mathematics, theory of signals and systems, analog and digital circuits and basic blocks (bachelor level)
Radio Systems Measurement Lab A8M37RML
Credits 5
Semesters Winter
Completion Assessment
Language of teaching Czech
Extent of teaching 0P+4L
Annotation
Předmět s teoretickými závěry podpořenými experimentálně hodnotí systém jako celek. Vychází s teoretických předmětů
zabývajících se dílčími bloky, z předmětů založených na experimentálních zkušenostech testování bloků a posuzuje
výsledky architektonické struktury radiových systémů. Zahrnuje úlohy měření systémů vysokofrekvenční a mikrovlnné
radioelektroniky, optických komunikaci a EMC včetně vlivu přenosu v řetězci: anténa - volný prostor (skutečný)-
anténa.
Course outlines
Předmět má jen laboratoře
Exercises outlines
1. Měření generátoru hodinových a harmonických signálů
a. Parametry harmonických a hodinových signálů (kmitočtová stabilita, harmonické zkreslení, postranní
složky, fázový šum, frequency pushing, frequency pulling, jitter, ?)
b. Studium chování syntezátoru kmitočtu (charakteristiky fázového a kmitočtově-fázového detektoru, přenos
otevřené smyčky, ?)
2. Měření mezifrekvenčních zesilovačů a výkonových zesilovačů (dynamický rozsah, řízení zisku, charakteristiky
AGC, saturace, zkreslení, účinnost)
3. Studium metod kmitočtové konverze (směšovací tabulka, směšovač s potlačením zrcadlového kmitočtu (IMR),
dynamický rozsah směšovače, ?)
4. Měření subsystémů pro A/D a D/A převod (parametry ADC a DAC, digitalizace mezifrekvenčního signálu a signálu
v základním pásmu, ?)
5. Měření na modulátorech a demodulátorech
a. Kmitočtová doména
b. Časová doména
c. Modulační doména
6. Měření rádiových přijímačů
a. Kmitočtová doména (selektivita, úroveň postranních příjmů, intermodulační odolnost, ?)
b. Parametry v časové doméně a chování přijímače
c. Modulační doména
7. Měření rádiových vysílačů
a. Spektrální analýza (výkonové spektrum, nežádoucí harmonické a neharmonické produkty, vyzařování do
sousedních kanálů, ?)
b. Parametry časové domény a chování vysílače v časové doméně
c. Modulační doména
8. Měření a modelování šíření vln uvnitř budovy pro systémy mobilních spojů
9. Použití proti softwarového nástroje pro návrh bezdrátových spojů a experimentální ověření
10. Testování vlivu antény v reálném prostředí přenosového řetězce TX/RX na jeho vlastnosti
11. Měření systémových parametrů mw pojítka, RFID, tělových identifikačních systémů
12. Měření statistik příjmu bezdrátových optických spojů a jejich sítí ve volném prostoru. Měření systémových
parametrů současných optických vláknových sítí
13. Měření rušivého elektromagnetického vyzařování RF systémů
14. Testování elektromagnetické imunity a stínění RF systémů
Literature
No data.
Requirements
Mathematics, theory of signals and systems, analog and digital circuits and basic blocks (bachelor level)