Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

«Утверждаю»

Проректор по УМР ОМГТУ

/Л.О. Штриплинг/

_ «» 2013 г.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

по дисциплине «Современные системы беспроводной связи»

(М.2. В.0.1, М.2. В.0.2) для направления подготовки магистров 210700.68 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи»

Профили подготовки М.1- «Системы, сети и устройства радиосвязи»

М.2- «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»

Рабочая программа составлена в соответствии ООП по направлению подготовки магистра 210700.68. «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». Профили подготовки:

М.1 - «Системы, сети и устройства радиосвязи»

М.2 - «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»

Программу составил профессор кафедры «Средства связи и информационная безопасность» _ В.А. Майстренко Рабочая программа обсуждена на заседании кафедры “Средства связи и информационная безопасность” («ССИБ») 27.03.2013. Протокол № Зав. кафедрой «ССИБ» В. А. Майстренко « 27 » 03 2013 г.

Согласовано Руководитель ООП д.т.н., профессор /В.А. Майстренко/ «30» 04. 2013 г.

Ответственный за методическое обеспечение ООП К.т.н., доцент _/ И. В. Богачков/ Цели и задачи дисциплины.

Цели преподавания дисциплины – изучение комплекса вопросов по основным технологиям, протоколам и принципам функционирования беспроводных систем связи.

Задачи изучения дисциплины - формирование умений и навыков по следующим направлениям деятельности:

- изучение принципов организации систем подвижной радиосвязи (СПРС) и радиоопределения;

- детальное изучение систем персонального радиовызова, транкинговых, сотовых и спутниковых систем подвижной радиосвязи и радиоопределения (РО);

- изучение взаимодействия СПРС и РО с сетями общего пользования, внутренних и межсистемных протоколов обмена информацией;

- проектирование устройств и модулей цифровой обработки сигналов, кодирования и модуляции сигналов, применяемых в СПРС и РО.

2. Место дисциплины в структуре ООП Дисциплина «Современные системы беспроводной связи (ССБПС)» является одной из дисциплин вариативной части профессионального цикла для направления подготовки магистров 210700.68 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи».

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих профессиональных компетенций (ПК) выпускника:

ОК-6, ПК-4, ПК-6, ПК-7, ПК-10, ПК-12, ПК-15,16,17, ПК-18.

Для изучения дисциплины требуются знания в объеме дисциплин: «Методология научных исследований», «Устройства генерирования и формирования сигналов в системах подвижной радиосвязи», «Теория построения инфокоммуникационных сетей и систем», «Методы и устройства формирования и обработки широкополосных сигналов».

В свою очередь, данная дисциплина изучается одновременно с рядом других специальных дисциплин данного профиля: «Теория электромагнитной совместимости радиоэлектронных средств и систем», «Цифровая обработка сигналов», СПРС и РО.

3. Требования к результатам освоения дисциплины:

3.1. Процесс изучения дисциплины направлен на формирование следующих компетенций (ОК, ПК):

• способен самостоятельно приобретать с помощью информационных технологий и использовать в практической деятельности новые знания и умения, в том числе в новых областях знаний, непосредственно не связанных со сферой деятельности (ОК-6);

• готов осваивать современные перспективные направления развития телекоммуникационных систем и сетей; способен реализовывать новые принципы построения телекоммуникационных систем различных типов, передачи и распределения информации в сетях связи (ПК-1);

• способен использовать современную элементную базу и схемотехнику аналоговых и цифровых устройств телекоммуникаций (ПК-4);

• готов разрабатывать системы, средства и методы защиты информации в телекоммуникационных устройствах и сетях (ПК-6);

• готов к участию в осуществлении в установленном порядке деятельности по сертификации технических средств и услуг связи, и информатизации, а также средств связи внутрипроизводственного назначения, имеющих выход на единую сеть электросвязи (ЕСЭ) Российской Федерации в соответствии с действующим законодательством (ПК-7);

готов составлять практические рекомендации по использованию результатов научных исследований (ПК-10);

• готов и способен участвовать в работе по межотраслевой координации и взаимодействию операторов в области электросвязи и информатизации в части технологий доступа к сетям, передачи трафика и доведения услуг до пользователей;

способен к участию в работе по созданию проектов развития инфокоммуникационной инфраструктуры РФ и отдельных ее элементов (ПК-12);

• способен участвовать в развитии российских спутниковых систем связи, всесторонне оценивать последствия допуска иностранных систем спутниковой связи в информационное пространство России с учетом приоритетов развития ЕСЭ РФ (ПК-15);

• способен участвовать в процедурах назначения, распределения и использование радиочастотного спектра наиболее эффективным образом, работах по планированию, назначению и учету рабочих частот, выдаче разрешений на использование частот и контролю их осуществления (ПК-16);

способен управлять технологическими изменениями, нахождением путей совершенствования технологической структуры организаций связи (ПК-17);

способен к организации работ по управлению качеством на рынке услуг связи и информатизации в соответствии с требованиями действующих стандартов, включая подготовку и участие в соответствующих конкурсах (ПК-18).

3.2. В результате изучения дисциплины студент должен:

З.1- принципы работы изучаемых устройств, блоков и трактов в составе систем беспроводной связи и понимать физические процессы, происходящие в них (ПК-1, ПК-7, ПК-10, ПК-12, ПК-15);

З.2- вероятностные методы анализа характеристик функционирования систем радиодоступа, устройств, блоков и трактов в их составе (ОК-6, ПК-1, ПК-6, ПК-7, ПК-15);

З.3 - принципы построения подсистем в системах беспроводной связи (ПК-7, ПК-10, ПКПК-16, ПК-17, ПК-18);

З.4 - причины влияния помех различного вида на основные показатели и стабильность параметров систем беспроводной связи в целом (ПК-6, ПК-7, ПК-10, ПК-15, ПК-16, ПКЗ.5 - причины возникновения неустойчивой работы систем беспроводной связи (ОК-6, ПКПК-6,7, ПК-15, ПК-17);

З.6- способы оценки устойчивости каналов связи в системах беспроводной связи (ПК-4, ПК-10, ПК-12, ПК-15, ПК-16, ПК-18);

З.7 - основные методы расчета энергетических параметров радиооборудования систем беспроводной связи различных стандартов (ПК-1, ПК-4, ПК-10, ПК-15, ПК-16; ПК-18) У.1 - объяснять физическое назначение элементов систем радиодоступа и влияние их параметров на электрические параметры и частотные свойства каналов связи различного назначения в составе систем беспроводной связи (ОК-6, ПК-1, ПК-6, ПК-7, ПК-10);

У.2- формировать структуру сети беспроводной связи с целью достижения максимальных возможностей для выбранного стандарта (ПК-6, ПК-7, ПК-10, ПК-12, ПК-15, ПК-16, ПКПК-18);

У.3 - проводить компьютерное моделирование и учебное проектирование систем беспроводной связи с возможностью компьютерной оптимизации (ОК-6, ПК-4, ПК-7, ПКПК-16);

В.1 - навыками чтения и изображения структурных и функциональных схем блоков, и устройств систем беспроводной связи, построенных на основе современных технологий мобильной связи (ОК-6, ПК-1, ПК-6, ПК-7);

В.2 - навыками составления эквивалентных схем на базе структурных схем изучаемых блоков и устройств систем беспроводной связи различных стандартов (ПК-4, ПК-7, ПК-10, ПК-12, ПК-17, ПК-18);

В.3 - основами проектирования сетей беспроводной связи различных стандартов и расчета их основных параметров в типовых ситуациях функционирования (ПК-4, ПК-6, ПК-7, ПКПК-18).

3.3 Проектируемые результаты и признаки формирования компетенций Индекс компетенции 4. Объем дисциплины и виды учебной работы в часах и зачётных единицах Вид учебной работы Аудиторные занятия (всего) Самостоятельная работа (всего) Вид аттестации по дисциплине (зачет, 5. Содержание дисциплины по модулям и видам учебных занятий 1. Эволюция и перспективы развития систем беспроводной связи (БПС).

2. Стандарты систем и сетей беспроводной связи: IEEE.802.11, WiMAX, LTE.

3. Основные технологии мобильных систем третьего поколения. Управление радиоресурсами и качеством в системах БПС.

4. Основы построения и функционирования радиоинтерфейса сетей UMTS и LTE.

5. Анализ информационной безопасности и методы защиты информации в системах БПС стандартов IEEE.802.11.

6. Интерфейсы систем беспроводной связи с сетями общего пользования.

п/п 1 Эволюция и перспективы развития систем беспроводной связи.

Основные этапы развития мобильной связи третьего поколения. Л Конвергенция сетей подвижной и фиксированной связи. Создание и С стандартизация технических спецификаций систем мобильной связи UMTS, LTE, LTE Advanced и 3GPP.

Эволюция всемирной широкополосной БПС стандарта IEEE.802. (WiMAX). Сравнение характеристик систем WiMAX, LTE, HSPA.

Перспективы создания и внедрения систем мобильной связи 4-го поколения. Перспективы развития сетей мобильной связи LTE, использующих технологию MIMO.

Методы доступа к среде передачи в беспроводных сетях.

2 Стандарты систем и сетей БПС: IEEE.802.11, WiMAX, LTE.

Стандарт IEEE.802.11n (WiMAX). Формирование OFDM – символов.

Формирование сигналов MIMO – OFDM. Структура кадров физического уровня. Особенности MAC – уровня, элементная база.

Широкополосные беспроводные mesh - сети стандарта IEEE.802.11s.

Архитектура сети. Механизм доступа к среде передачи, узлы mesh – Л сети. Синхронизация и биконы в сети IEEE.802.11s. Энергосбережение, С реализация mesh - сети стандарта IEEE.802.11s.

Стандарт мобильной связи CDMA-2000. Эволюция эфирного интерфейса от cdma One к cdma2000.

Стандарты 3GPP. Технологии HSPA, EDGE.

Сети мобильной связи LTE. Технология OFDM. Архитектура сети и услуги связи. Сети мобильной связи, использующие технологию 3 Основные технологии мобильных систем третьего поколения.

Управление радиоресурсами и качеством в системах БПС.

Использование радиочастотного спектра сетями LTE/ UMTS.

Общая структура сети LTE, архитектура и основные функции базовой сети SAE. Спектральная эффективность систем мобильной связи LTE/UMTS. Принципы взаимодействия сети LTE с сетями других стандартов на основе IP протоколов управления мобильностью.

Сценарии взаимодействия сети LTE с сетями стандартов не - 3GPP.

Функции протокола управления радиоресурсами в сетях E-UTRAN.

Взаимосвязь состояний протокола управления радиоресурсами сетей UTRAN и E – UTRAN. Управление качеством услуг в сетях LTE.

Технологии UMTS/HSPA. Архитектура сети, радиоинтерфейс.

Особенности технологии MIMO. Принципы пространственно- временного кодирования. Алгоритмы обработки MIMO – сигналов на приёмной стороне.

Cети БПС Wi MAX. Архитектура, базовая модель, профили ASN, управление Основные технические требования к радиоинтерфейсу сети LTE.

Особенности радиоинтерфейса сети E - UTRAN в линиях «вниз» и «вверх». Логические и транспортные каналы сети. Частотно-временная структура OFDM-сигналов сети E – UTRAN в режиме TDD.

Совместное функционирование радиоинтерфейсов сетей E – UTRAN и Интерфейсы систем БПС с сетями общего пользования.

5 Анализ информационной безопасности и методы защиты информации в системах БПС стандартов IEEE.802.11.

аутентификации. Стандарт WPA. Протокол EAP. Шифрование по Обеспечение конфиденциальности и целостности с использованием 5.2. Разделы дисциплины и междисциплинарные связи с обеспечиваемыми (последующими) дисциплинами № Наименование №№ разделов данной дисциплины, необходимых для п/п обеспечиваемых изучения обеспечиваемых дисциплин электромагнитной радиоэлектронных 5.3. Разделы дисциплины и виды занятий 3. Основные технологии мобильных стандартов IEEE.802.11.

5.4. Содержание курса практических занятий.

модуля 1. Эволюция и перспективы развития сетей БПС 1. Изучение методов доступа к среде передачи в беспроводных Сравнение систем IMT-2000 на базе CDMA. Изучение семейства стандартов систем и сетей беспроводной связи IEEE.802.11.

2. Стандарты систем и сетей БПС: IEEE.802.11, WiMAX, LTE.

2. Изучение стандарта широкополосного доступа IEEE.802. (WiMAX). Управление радиоресурсами. Режим ожидания и пейджинга. Качество обслуживания.

3. Основные технологии мобильных систем третьего поколения.

Управление радиоресурсами и качеством в системах БПС.

3. Системы мобильной связи с кодовым разделением каналов.

Основные принципы работы систем со сложными сигналами.

Стандарт IS- 95. Прямой и обратный канал связи. Канал синхронизации. Регистрация мобильных станций. Прохождение вызовов. Регулирование мощности. Применение технологии CDMA в 4. Беспроводные локальные сети стандарта IEEE 802.11n.

Формирование OFDM-символов. Формирование сигналов MIMO – OFDM. Изучение структуры кадров физического уровня и 5. Изучение широкополосной беспроводной mesh – сети стандарта Архитектура сети, особенности механизма доступа к среде передачи. + Изучение подсистемы синхронизации и биконов.

6. Использование радиочастотного спектра сетями БПС, сравнительный анализ спектральной эффективности LTE/UMTS и других систем мобильной связи, и широкополосного доступа.

Общая структура сети LTE, архитектура и основные функции других стандартов на основе IP протоколов управления MIMO. Принципы пространственное – временного кодирования.

Изучение алгоритмов обработки MIMO – сигналов.

4. Основы построения и функционирования радиоинтерфейса 10. Изучение частотно – временной структуры OFDM – сигналов 12. Изучение интерфейсов систем БПС с сетями общего 5. Анализ информационной безопасности и методы защиты информации в системах БПС стандартов IEEE.802.11.

13. Изучение протокола безопасности WEP.

6. Образовательные технологии 6.1. Для достижения планируемых результатов освоения дисциплины «СПРС и РО»

используются следующие образовательные технологии:

технологии ориентированные технологии ориентированные технологии 6.1.4. Личностно- ориентированные технологии Методы активации образовательной деятельности 7. Самостоятельная работа студентов.

7.1. Объём СРС и распределение по видам учебных работ в часах 1. Работа с лекционным материалом, самостоятельное изучение отдельных разделов дисциплины; обзор литературы и электронных источников; чтение учебных пособий.

7.2. Домашние задания по модулям 1. Повторение теоретических сведений.

2. Самостоятельное решение задач.

3. Предварительные расчёты к практическим занятиям 4. Выполнение индивидуальных заданий по темам:

1. Беспроводные локальные сети стандартов IEEE 802.11. Формирование OFDM-символов. Структура пакетов физического уровня.

2. Технология MIMO. Принципы пространственно-временного кодирования.

3. Дискретная модуляция. Сигнально-кодовые конструкции (СКК) в гауссовом канале 4. Принципы построения радиоинтерфейса по технологии LTE. Нисходящий канал. Восходящий канал.

5. Алгоритмы обработки MIMO – сигналов. Применение технологии MIMO в сети UTRAN.

6. Спектральная эффективность систем мобильной связи LTE/UMTS.

7. Технология UMTS/HSPA 7.3. Выполнение КП (КР) по темам:

«Основные характеристики сетевого управления в СМС стандарта IMT-2000»

«Основные характеристики технологии сотовой связи с ограниченной мобильностью стандарта WiMAX».

«Технологии проектирования Mesh- сетей и перспективы их развития и внедрения».

Методы доступа к среде передачи в беспроводных сетях связи.

Системы сигнализации и нумерации сетей подвижной связи (СПС).

«Помехозащищённость и информационная безопасность беспроводных систем связи стандартов IEEE 1802.16».

Схемы корректирующего кодирования и декодирования в 3GPP LTE.

Построение СКК для канала с межсимвольными искажениями и переменными параметрами (OFDM).

Беспроводные локальные сети стандартов IEEE 802.11. Формирование OFDM-символов. Структура пакетов физического уровня.

Методы зашиты информация в спецификации IEEE 802.11 и их уязвимости.

. Принципы и процедуры регистрации и установления соединений в сети UMTS/ LTE.

Использование радиочастотного спектра сетями LTE/UMTS. Перспективы использования радиочастотного спектра сетями LTE и LTE Advanced.

8. Методическое обеспечение системы оценки качества освоения программы дисциплины К промежуточной аттестации студентов по дисциплине «Современные системы БПС» могут привлекаться в качестве внешних экспертов: представители работодателей, преподаватели последующих дисциплин «Средства связи с подвижными объектами и радиоопределения»; представители выпускающей кафедры «Средства связи и информационная безопасность».

8.1. Фонды оценочных средств (в соответствии с П ОмГТУ 73.05 «О фонде оценочных средств по дисциплине») Фонд оценочных средств по дисциплине «СПС и РО» позволяют оценить знания, умения и уровень приобретённых компетенций.

Фонд оценочных средств по дисциплине «Синтезаторы частот» включает:

- контрольные вопросы;

- задания для расчётов;

- задания для проведения занятий в интерактивной форме.

Оценка качества освоения программы дисциплины «Синтезаторы частот» включает текущий контроль успеваемости, промежуточную и итоговую аттестацию.

Студентам представлена возможность оценивания содержания, организации и качества учебного процесса.

8.2. Контрольные вопросы по дисциплине Модуль 1. Эволюция и перспективы развития систем беспроводной связи (БПС).

1. Как осуществляется конвергенция сетей подвижной и фиксированной связи 2. Опишите динамику внедрения услуг подвижной связи в мобильных системах связи (МСС) третьего поколения.

3. Какие стандарты на технологии радиоинтерфейсов 3G СМС были разработаны МСЭ/ ITU?

4. Назовите основные характеристики стандарта широкополосной БПС IEEE.802.16.

5. Сравните основные характеристики систем БПС Wi MAX и LTE Advanced.

6. Дайте определение технологии MIMO.

7. Перечислите методы доступа к среде передачи данных в сетях БПС.

Модуль 2. Стандарты систем и сетей БПС: IEEE.802.11, WiMAX, LTE.

1. Назовите основные отличия стандартов связи IS-95 и coma2000.

2. Перечислите услуги связи, предоставляемые сетью LTE.

3. Назовите основные особенности технологии HSPA.

4. Назовите основные характеристики стандарта IEEE.802.11s.

5. Опишите механизм доступа к среде передачи в mesh – сетях.

6. Каково функциональное назначение биконов с сети IEEE.802.11s.

7. Опишите архитектуру сети LTE.

8. Нарисуйте структуру кадров физического уровня для системы связи Wi MAX.

Модуль 3.

1. Опишите архитектуру сети LTE и основные функции базовой сети SAE.

2. Как оценивается спектральная эффективность систем мобильной связи LTE и 3. Приведите основные характеристики IP протоколов управления мобильностью.

4. Изложите принципы и опишите сценарии взаимодействия сети LTE с сетями других стандартов.

5. Назовите функции протокола управления радиоресурсами в сетях E – UTRAN.

6. Как осуществляется управление качеством услуг в сети LTE.

7. Назовите основные характеристики радиоинтерфейса технологии UMTS/HSPA.

8. Перечислите особенности технологии MIMO.

9. Изложите принципы и механизмы пространственно-временного кодирования.

10. Опишите архитектуру и базовую модель сети Wi MAX.

1. Перечислите основные технические требования к интерфейсу сети LTE.

2. Укажите особенности радиоинтерфейса сети E – UTRAN в линии «вниз».

3. Опишите технологию формирования логических и транспортных каналов 4. Опишите частотно – временную структуру OFDM – сигналов сети E – 5. Каким образом осуществляется совместное функционирование радиоинтерфейсов сетей E – UTRAN и UTRAN/TDD.

6. Опишите характеристики интерфейсов систем БПС с сетями общего 1. Приведите основные характеристики протокола безопасности WEP.

2. Как осуществляется шифрование в протоколе WEP?

3. Существуют ли проблемы аутентификации при шифровании в протоколе WEP?

4. Приведите основные характеристики стандарта безопасности WPA.

5. Изложите механизм шифрования по протоколу CCMP.

6. Как обеспечивается конфиденциальность и целостность информации в сетях стандартов IEEE.802.11?

9. Ресурсное обеспечение дисциплины 9.1. Материально-техническое обеспечение 9.1.1. Современные приборы, установки, стенды Кафедра имеет лабораторный стенд для изучения типовых сигналов СПРС, компьютерный класс. Компьютеры используются для работы с программамиимитаторами.

9.1.2. Технические средства обучения и контроля.

6.1.1. Использование демонстрационного материала на лекциях в виде слайдов.

6.1.2. Применение раздаточного материала в виде ксерокопий, дискет.

9.1.3. Вычислительная техника.

При изучении теоретического курса – работа студентов с обучающиеконтролирующими программами, содержащими учебный материал по отдельным вопросам и темам курса.

9.2. Учебно-методическое и информационное обеспечение 1. Голдсмит А. Беспроводные коммуникации. - М.: Техносфера, 2011. - 904 с.

2. Вишневский В. М., Портной СЛ., Шахнович И. В. Энциклопедия WiMAX Путь к 4G Москва: Техносфера, 2009. — 472 с. ISBN 978-5-94836-223- 3. Гольдштейн Б.С., Соколов Н.А., Яновский Г.Г. Сети связи: Учеб, для Вузов. СПб: БХВ- Петербург, 2010. - 400 с.

9.2.2 Дополнительная литература 1. Майстренко В.А. Статистические методы приема и обработки сигналов в системах радиосвязи: учеб, пособие. / В.А. Майстренко, В.Ф. Попов. – Омск: Изд.

ОМГТУ, 2009. – 119с. (ЭБС).

2. Попов В. Ф. Методы и устройства формирования и обработки широкополосных сигналов: учебное пособие. / В. Ф. Попов. – Омск: Изд. ОМГТУ, 2011. – 120с.

8.4. Периодическая литература 9.2.3. Периодические издания 1. «Радиотехника». 2007-2013.

2. «Электросвязь». 2008-2013.

4. «Спутниковые системы связи и вещания».2008- 5. Омский научный вестник. Сер. Приборы, машины и технологии. 2008-2013.

9.2.4. Информационные ресурсы 2. Научная электронная библиотека elibrary.ru.

3. Полнотекстовая база данных «Интегрум».

4. Электронная библиотека диссертаций РГБ.

5. Pro Quest (Dissertations and Theses).

6. Коллекция Engineering издательства Elsevier.