Беспроводные коммуникационные системы

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс по выбору (Инфокоммуникационные технологии и системы связи)

Направление: 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 4-й курс, 2, 3 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Иванов Илья Александрович, Королев Павел Сергеевич

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 40

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Дисциплина «Беспроводные коммуникационные системы» является необходимым компонентом при освоении области инфокоммуникационных технологий. Изучая данную дисциплину, студенты овладеют основными методами, принципами и способами разработки беспроводных коммуникационных сетей, а также приобретут профессиональные компетенции, которые понадобятся при проектировании, внедрении и администрировании беспроводных коммуникационных систем. На практических занятиях студенты приобретут навыки работы с таким программным обеспечением (ПО), как MathCad, где проводится математическое моделирование и визуализация прохождения информационных сигналов через различные составляющие приемо-передающих электронных устройств. Формы текущего контроля Оценивается: • Посещение занятий. • Активность работы на семинарских занятиях. • Корректность выполнения заданий в ПО MathCad на семинарских занятиях. • Выполнение отчета о выполненном задании на семинарских занятиях. • Выступление с докладом по тематике учебной дисциплины. Итоговая аттестация по дисциплине проводится по итогам 2-3 модулей в виде экзамена. Требования о выполнении указанных форм контроля находятся в ПУД данной учебной дисциплины.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Беспроводные коммуникационные системы» являются овладение студентами основными концепциями разработки беспроводных коммуникационных сетей, а также приобретение профессиональных компетенций по проектированию, внедрению и администрированию беспроводных коммуникационных систем.

Планируемые результаты обучения

Владеет классификацией персональных беспроводных сетей связи, беспроводных сенсорных сетей, малых и больших локальных беспроводных сетей, глобальных беспроводных сетей и спутниковой связи.
Знает устройство IrDA (InfraRed Data Association). Знает диапазон оптического излучения. Знает устройство функционирования и архитектуру технологии Bluetooth. Знает виды манипуляций сигналов при использовании Bluetooth. Знает способы кодирования и декодирования информации. Знает назначение ISM-диапазона. Знает скоростные характеристики и пропускную способность Bluetooth-технологии.
Знает состав пакетов данных. Знает методы расширения спектра. Знает стек протоколов Bluetooth- технологии. Знает устройство и принцип работы технологии Wireless USB.
Знает классификацию беспроводных сенсорных сетей. Знает структуру построения беспроводной связи с использованием систем Z-Wave, DASH7 и One-Net. Знает возможности систем, построенных по технологии Z-Wave, DASH7 и One-Net.
Знает классификацию малых и больших локальных беспроводных сетей. Знает стандарты и частотный диапазон Wi-fi. Знает уровни модели OSI, охватываемые технологией Wi-fi. Знает методы доступа к сети Wi-fi. Знает протокол Zigbee. Знает характеристики технологии Zigbee. Знает конфигурацию стеков протоколов Zigbee. Знает область применения технологии WiMax. Знает принцип работы технологии WiMax.
Знает хронологию развития поколений мобильной связи 1G - 5G. Знает аппаратное обеспечение сетей 1G - 5G. Знает основы построения LTE (4G) сетей. Знает принцип множественного доступа с кодовым разделением каналов CDMA.
Знает частотное разделение сигналов в системе ГЛОНАСС. Знает кодовое разделение сигналов в системе Galileo. Знает принцип действия глобальной системы позиционирования (GPS). Знает частотные планы систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo. Знает географическую информационную систему (ГИС). Знает основы технологии Iridium.
Знает становление «сети следующего поколения» NGN. Знает модель предоставления инфокоммуникационных услуг. Знает эволюцию архитектуры операторов связи. Знает классификацию услуг мультисервисных сетей и технологию ISDN.
Знает технологическую дорожную карту, базовые принципы IoT. Знает направление коммуникаций. Знает эталонную модель и архитектуру IoT. Знает технологию Веб вещей WoT. Знает способы и принципы применения WoT. Знает свойства WoT.
Знает структуру представления информации для машинной обработки в виде семантической паутины. Знает предназначение новой сетевой парадигмы «Интернет нано-вещей». Знает архитектуру и компоненты нано-вещей. Знает архитектуру и концепцию когнитивного Интернета вещей CIoT. Знает объекты CIoT и схему когнитивного управления. Знает принцип работы технологии Smart dust.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1. Введение в беспроводные коммуникационные технологии.
Классификация и область применения персональных беспроводных сетей связи, беспроводных сенсорных сетей, малых и больших локальных беспроводных сетей, глобальных беспроводных сетей и спутниковой связи.
Тема 2. Персональные беспроводные сети связи.
Технология IrDA. Диапазон оптического излучения. Функционирование и архитектура технологии Bluetooth. Виды манипуляций сигналов при использовании Bluetooth. Многоячеечная передача данных. Методы расширения спектра. Состав пакета данных Bluetooth. Псевдослучайная перестройка рабочей частоты FHSS. Прямое последовательное расширение спектра. Bluetooth с поддержкой биометрии, GPS и IPv6. Способы кодирования и декодирования информации. Модуляция с непрерывной фазой CPFSK. Двоичная фазовая манипуляция BPSK. Дифференциальная манипуляция DBPSK. Частотно-манипулированные сигналы. Назначение ISM-диапазона. Скоростные характеристики и пропускная способность Bluetooth-технологии. Стек протоколов Bluetooth- технологии. Bluetooth 5.0. Уровни Bluetooth. Устройство и принцип работы технологии Wireless USB. Широкополосное «размазывание» Ultra Wideband. Передача информации по USB-каналу и состав пакета. Процесс записи и чтения. OFDM-модуляция. Квадратурная фазовая манипуляция QPSK.
Тема 3. Обзор беспроводных сенсорных сетей.
Классификация беспроводных сенсорных сетей. Область применения. Структура построения беспроводной связи с использованием систем Z-Wave, DASH7 и One-Net. Возможности систем, спроектированных по технологии Z-Wave, DASH7 и One-Net. Оборудование для реализации протоколов Z-Wave, DASH7 и One-Net.
Тема 4. Малые и большие локальные беспроводные сети.
Классификация малых и больших локальных беспроводных сетей. Стандарты и частотный диапазон технологии Wi-fi. Уровни модели OSI, охватываемые технологией Wi-fi. Методы доступа к сети Wi-fi. Протокол Zigbee. Характеристики технологии Zigbee. Конфигурация стеков протоколов Zigbee. Область применения технологии WiMax. Принцип работы технологии WiMax.
Тема 5. Глобальные беспроводные сети.
Хронология развития поколений мобильной связи 1G - 5G. Аппаратное обеспечение сетей 1G - 5G. Основы построения и функционирования LTE (4G) сетей. Архитектура LTE сети. Услуги в сетях LTE. Физический уровень сетей LTE. Принцип множественного доступа с кодовым разделением каналов CDMA.
Тема 6. Спутниковая связь.
Частотное разделение сигналов в системе ГЛОНАСС. Кодовое разделение сигналов в системе Galileo. Принцип действия глобальной системы позиционирования (GPS). Частотные планы систем ГЛОНАСС, GPS, Galileo. Географическая информационная система (ГИС). Основы технологии Iridium. Точность позиционирования. Основные средства обеспечения спутниковой навигации. Орбитальное движение навигационных спутников.
Тема 7. Введение в концепцию Интернет-вещей IoT.
Становление «сети следующего поколения» NGN. Модель предоставления инфокоммуникационных услуг. Эволюция архитектуры операторов связи. Классификация услуг мультисервисных сетей. Технология ISDN.
Тема 8. Интернет вещей IoT.
Технологическая дорожная карта. Базовые принципы IoT. Направление коммуникаций. Эталонная модель и архитектура IoT. Технология Веб вещей WoT. Способы и принципы применения WoT. Свойства WoT. Направление развития Всемирной паутины WWW. Структура представления информации для машинной обработки в виде семантической паутины. Предназначение новой сетевой парадигмы «Интернет нановещей». Архитектура и компоненты нановещей. Архитектура и концепция когнитивного Интернета вещей CIoT. Объекты CIoT и схема когнитивного управления. Принцип работы технологии Smart dust.

Элементы контроля

аудиторная работа
Дистанционный формат. Лекции и семинары со второго модуля проводятся в онлайн-формате.
семинар
Дистанционный формат. Семинары со второго модуля проводятся в онлайн-формате.
доклад
Дистанционный формат.
отчет
Дистанционный формат.
экзамен
Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса). Экзамен проводится на платформе Jitsi https://meet.miem.hse.ru К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка Jitsi. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, явиться на экзамен согласно точному расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещено: выключать камеру, пользоваться конспектами и подсказками. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее минуты. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение минута и более. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (3 модуль)
0.12 * аудиторная работа + 0.15 * доклад + 0.15 * отчет + 0.18 * семинар + 0.4 * экзамен

Программа дисциплины