Opis projekta

Ovaj projekat implementira LTE primopredajnik. Cilj projekta je omogućiti simulaciju i/ili praktičnu implementaciju slanja i prijema LTE signala između uređaja ili simuliranih kanala. Projekat je edukativnog karaktera i može poslužiti kao osnova za dalji razvoj telekomunikacionih sistema i eksperimentisanje sa LTE protokolima.

Šta se implementira

Transmitter (TX)

Generisanje PSS sekvenci i mapiranje u resursni grid
PBCH lanac: CRC, konvolucijsko kodiranje, rate matching i QPSK modulacija
OFDM modulacija (IFFT i dodavanje cikličkog prefiksa)

Channel

Simulacija AWGN kanala
Modeliranje frekvencijskog ofseta (CFO)

Receiver (RX)

PSS sinhronizacija (detekcija N_ID_2, procjena vremena i frekvencije)
OFDM demodulacija (uklanjanje CP i FFT)
Ekstrakcija PBCH simbola iz resursnog grida
QPSK demapiranje, de-rate matching i Viterbi dekodiranje
CRC provjera ispravnosti prijema

End-to-End LTE sistem

Integracija TX → Channel → RX
Dekodiranje PBCH/MIB informacija
Evaluacija ispravnosti prijema (CRC, BER)

Testiranje i vizualizacije

Unit testovi za sve ključne blokove (happy i unhappy slučajevi)
End-to-end testovi LTE sistema
Vizualizacije: PSS korelacija, RX grid, konstelacije i prikaz “od bitova do bitova”

Opis direktorija

transmitter/ – LTE predajnik: PSS generisanje, PBCH lanac, OFDM modulacija
channel/ – Model kanala (AWGN, CFO)
receiver/ – LTE prijemnik: sinhronizacija, demodulacija, dekodiranje
LTE_system_/ – End-to-end LTE sistem (TX → Channel → RX integracija)
common/ – Zajedničke util funkcije, konstante i pomoćni moduli
tests/ – Unit i end-to-end testovi (pytest)
examples/ – Primjeri korištenja i demonstracione skripte
gui/ – Grafički interfejs za vizualizaciju i interaktivno pokretanje
docs/ – Tehnička dokumentacija i reference

Tok obrade signala (workflow)

Generisanje PBCH/MIB informacija
Kodiranje (CRC + konvolucijsko kodiranje)
QPSK modulacija i mapiranje u resursni grid
OFDM modulacija (IFFT + CP)
Prolazak kroz kanal (AWGN + CFO)
PSS sinhronizacija i procjena frekvencijskog ofseta
OFDM demodulacija (CP removal + FFT)
Ekstrakcija PBCH simbola
Demapiranje i dekodiranje (Viterbi + CRC)
Evaluacija ispravnosti prijema (CRC, BER)

Trenutno stanje projekta

Projekat je u potpunosti završen i predstavlja kompletno implementiran LTE primopredajni sistem za simulaciju digitalne komunikacije u osnovnom opsegu.

Implementiran je predajnik (TX) koji obuhvata generisanje PSS sekvenci, PBCH kodiranje, mapiranje simbola i OFDM modulaciju u skladu sa osnovnim LTE principima.
Implementiran je kanal prenosa, uključujući dodavanje AWGN šuma i modeliranje frekvencijskog ofseta (Carrier Frequency Offset – CFO), čime su obuhvaćeni ključni degradirajući efekti realnog bežičnog kanala.
Implementiran je potpuno funkcionalan prijemnik (RX) koji uključuje:

PSS baziranu vremensku i frekvencijsku sinhronizaciju,
OFDM demodulaciju,
ekstrakciju PBCH simbola iz primljenog resursnog grida, demapiranje, dekodiranje i CRC provjeru PBCH informacije.

Omogućeno je end-to-end testiranje kompletnog LTE sistema (TX → Channel → RX), pri čemu se potvrđuje ispravna rekonstrukcija prenesenih informacija na prijemu. Razvijen je sveobuhvatan skup unit testova i end-to-end testova koji validiraju ispravnost pojedinačnih modula, kao i ukupnu funkcionalnost sistema. Dostupne su vizualizacije ključnih faza prijema i obrade signala, uključujući PSS korelaciju, prijemni resursni grid, konstelacione dijagrame i rekonstrukciju primljenih bitova, što omogućava detaljnu analizu ponašanja sistema.

Pokretanje projekta

Kloniranje repozitorija

git clone https://github.com/tsigrupa08/lte-primopredajnik.git
cd lte-primopredajnik

Kreiranje virtualnog okruženja

Radi izolacije zavisnosti projekta i osiguranja reproduktivnog okruženja za razvoj i testiranje, preporučuje se korištenje Python virtualnog okruženja.

Virtualno okruženje omogućava:

odvajanje projektnih zavisnosti od sistemskog Python-a
izbjegavanje konflikata između verzija biblioteka
jednostavno pokretanje projekta na različitim računarima i operativnim sistemima

Aktivacija virtualnog okruženja:

Linux / macOS: source .venv/bin/activate
Windows: .venv\Scripts\activate

Instalacija zavisnosti

Nakon kreiranja i aktivacije virtualnog okruženja, potrebno je instalirati sve Python biblioteke koje projekat koristi. Spisak zavisnosti definisan je u fajlu equirements.txt.

pip install -r requirements.txt

Pokretanje GUI aplikacije

GUI aplikacija omogućava interaktivno pokretanje LTE TX → Channel → RX lanca uz grafički prikaz ključnih faza obrade signala.

python gui/gui_tx_channel.py

Prije pokretanja GUI aplikacije potrebno je aktivirati virtualno okruženje u kojem su instalirane sve zavisnosti projekta.

Testiranje

Vrste testova

Unit testovi

provjera funkcionalnosti pojedinačnih blokova (TX, Channel, RX)
testiranje PSS generisanja i detekcije
testiranje PBCH kodiranja i dekodiranja
validacija OFDM modulacije i demodulacije
CRC provjera ispravnosti prijema

End-to-end testovi

testiranje kompletnog LTE lanca (TX → Channel → RX)
provjera ispravnosti dekodiranih PBCH/MIB informacija
evaluacija grešaka u prisustvu šuma i frekvencijskog ofseta

Testovi obuhvataju i ispravne (happy) i neispravne (unhappy) scenarije, uključujući pogrešnu sinhronizaciju, prisustvo šuma i greške u prijemu.

Pokretanje testova

Pokretanje svih testova iz korijenskog direktorija projekta:

pytest

Dokumentacija

Automatski generisana tehnička dokumentacija (Doxygen): docs/html/index.html.

Zaključak

U okviru ovog projekta realizovan je kompletan LTE primopredajni sistem, koji obuhvata sve ključne faze digitalne bežične komunikacije – od generisanja signala na predaji, preko modeliranja kanala, do pouzdane rekonstrukcije informacija na prijemu.

Implementacijom predajnika, kanala i u potpunosti funkcionalnog prijemnika omogućena je end-to-end simulacija LTE komunikacionog lanca, čime je potvrđena ispravnost međusobne interakcije svih podsistema. Poseban akcenat stavljen je na proces sinhronizacije i dekodiranja na prijemu, koji predstavlja jednu od najzahtjevnijih faza LTE sistema.

Razvijeni unit testovi i end-to-end testovi dodatno potvrđuju stabilnost i tačnost implementacije, dok dostupne vizualizacije omogućavaju detaljnu analizu ponašanja sistema i olakšavaju razumijevanje pojedinih faza obrade signala.

Ovim projektom demonstrirana je praktična primjena teorijskih koncepata LTE standarda, kao i sposobnost projektovanja, implementacije i verifikacije složenog komunikacionog sistema. Implementirani LTE simulacioni lanac predstavlja čvrstu osnovu za dalja istraživanja, analizu performansi i nadogradnju sistema, te ima značajnu edukativnu i istraživačku vrijednost.