Учебная программа Дисциплины дс. Р. 05 «Беспроводные системы свя

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского»

Радиофизический факультет

Кафедра бионики и статистической радиофизики

УТВЕРЖДАЮ

Декан радиофизического факультета

____________________Якимов А.В.

«27» июня 2012 г.

Учебная программа

Дисциплины ДС.Р.05 «Беспроводные системы связи и их безопасность»

по специальности 090106 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем»

Нижний Новгород

2012 г.

1. Область применения

Данная дисциплина относится к дисциплинам специализации, преподается в 7 семестре.

2. Цели и задачи дисциплины

Цель курса:

ознакомление с основными принципами построения систем мобильной связи и беспроводного Интернета и обеспечения их безопасности;

ознакомление с основными стандартами современных и перспективных систем мобильной связи и беспроводного Интернета.

Изучение курса предполагает:

усвоение общих закономерностей построения современных систем радиосвязи и обеспечения их безопасности;

получение навыков в нахождении основных характеристик современных систем радиосвязи;

усвоение основных стандартов современных систем радиосвязи.

3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины

В результате изучения студенты должны:

знать общие закономерности построения современных систем радиосвязи и обеспечения их безопасности;

приобрести навыки в нахождении основных характеристик современных систем радиосвязи;

знать основные стандарты современных систем радиосвязи

4.Объем дисциплины и виды учебной работы

Виды учебной работы

Всего часов

Семестры

Общая трудоемкость дисциплины

136

7

Аудиторные занятия

68

68

Лекции

34

34

Практические занятия (ПЗ)

Семинары (С)

Лабораторные работы (ЛР)

17

17

Другие виды аудиторных занятий

Самостоятельная работа

85

85

Курсовой проект (работа)

Расчетно-графическая работа

Реферат

Другие виды самостоятельной работы

Вид итогового контроля (зачет, экзамен)

экзамен

экзамен

5. Содержание дисциплины

5.1. Разделы дисциплины и виды занятий

№п/п

Раздел дисциплины

Лекции

ПЗ (или С)

ЛР

1.

Стандарты для систем мобильной связи

12

9

2.

Стандарты для систем доступа в Интернет и локальных сетей

14

3.

Стандарты, основанные на OFDM технологии

8

8

5.2. Содержание разделов дисциплины

I. СТАНДАРТЫ ДЛЯ СИСТЕМ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ.

1.1. Стандарт IS-95 для систем с кодовым разделением пользователей.

Физические основы кодового разделения пользователей в широкополосных системах связи. Метод прямого расширения спектра. Длинный и короткий псевдослучайные коды. Коды Уолша. Сверточные кодеры на базовой и мобильной станциях. Перемежитель (интерливер). Используемые модуляции. RAKE-приемник. Процедура управления мощностью. Основные параметры стандарта CDMA стандарта IS-95 для линий от базовой станции к пользователю и от пользователя к базовой станции. Основные методы разнесенной передачи.

1.2. Стандарты UMTS, UTRA и UTRAN.

Основные параметры стандартов Universal Mobile Telecommunications System (UMTS), Universal Terrestrial Radio Access (UTRA) и Universal Terrestrial Radio Access Network (UTRAN).

1.3. GSM-стандарт для систем мобильной связи.

Структура гиперкадра, мультикадра, кадра и временного окна. Каналы передачи данных. Каналы контроля, синхронизации и других служебных команд. Гауссова частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом. Основные характеристики.

II. СТАНДАРТЫ ДЛЯ СИСТЕМ ДОСТУПА В ИНТЕРНЕТ И ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

2.1. Сети Ethernet.

Виды топологий и разновидности стандарта, метод управления доступом CSMA/CD. 1G Ethernet и перспективы развития.

2.2. Основные параметры физического уровня стандарта IEEE 802.11a (Wi-Fi).

Структура фрейма. Временная и частотная структура субфреймов “PREAMBLE”,“SIGNAL” и “DATA”. Процедура формирования фрейма. Шифрование (дешифрование) данных. Сверточное кодирование и перфорирование (punchuring). Перемежение данных (interleaving и deinterleaving). Модуляция данных. Формирование OFDM-символа. Используемые диапазоны частот (channelization). Спектр излучаемого сигнала.

2.3. Уровень доступа к среде в стандартах семейства IEEE 802.11.

Обзор топологий беспроводных локальных сетей. Независимые зоны обслуживания (ad-hoc сети). Зоны обслуживания с точкой доступа. Понятие скрытого узла. Механизм «множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий». Управляющие фреймы стандарта (фреймы RTS, CTS и АСК). Функционирование под управлением распределённой координационной функции.

2.4. Стандарты для локальных сетей.

Основные спецификации беспроводных персональных сетей Bluetooth. Метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты. Режимы работы и безопасность. Топология сетей Token Ring. Маркерный метод доступа. Сравнение Token-Ring и Ethernet. Принципы построения сенсорных сетей ZigBee: программное и аппаратное обеспечение, типы узлов, формат кадра данных.

III. СТАНДАРТЫ, ОСНОВАННЫЕ НА OFDM ТЕХНОЛОГИИ.

3.1. Основные особенности OFDM технологии.

Понятия многолучевого распространение сигналов и межсимвольной интерференции. OFDM модуляция. Модуляция и демодуляция OFDM сигнала c использованием быстрого преобразования Фурье. Использование циклического префикса для сохранения ортогональности поднесущих OFDM сигнала в многолучевом канале. Модель OFDM системы связи в частотной области. Выбор параметров OFDM системы. Ортогональное частотное мультиплексирование пользователей OFDMA. Параметры OFDMA модуляции, используемой в нисходящем канале системы связи LTE.

3.2. Основные особенности DFTS-OFDM технологии.

Недостатки OFDM модуляции. Модуляция DFTS-OFDM. Структуры передатчика и приемника системы связи, использующей DFTS-OFDM модуляцию. Мультиплексирование многих пользователей с помощью DFTS-OFDM модуляции. Параметры модуляции DFTS-OFDM, применяемой в восходящем канале системы связи LTE.

3.3. Алгоритмы пространственной обработки сигналов для узкополосных систем связи.

SIMO алгоритмы. MISO алгоритмы со знанием канала на передатчике. MISO алгоритмы без знания канала на передатчике, пространственно-временное кодирование. MIMO алгоритмы со знанием канала на передатчике. MIMO алгоритмы без знания канала на передатчике.

3.4. MIMO-OFDM системы связи.

Алгоритмы пространственной обработки сигналов, применяемые в системах связи LTE. Пространственно-частотное кодирование. Режимы пространственного мультиплексирования сигналов на одного или нескольких пользователей.

6. Лабораторный практикум.

№п/п

№ раздела дисциплины

Наименование лабораторных работ

1.

1

Основные методы кодирования дискретных сообщений

2.

3

Методы разнесенной передачи

7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины

7.1. Рекомендуемая литература.

а) основная литература:

1. Прокис Д. Цифровая связь. Пер. с англ. – М: Радио и связь, 2000. 800с.

2. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Пер. с англ. – М:, Вильямс, 2003. 1104 с.

3. Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г. Теоретические основы обработки сигналов в беспроводных системах связи. Монография. – Нижний Новгород: ННГУ, 2011. – 368 с.

8. Вопросы для контроля

Расширение спектра сигнала в CDMA системе связи.

Принцип работы Rake приемника в CDMA системе связи.

Сверточное помехоустойчивое кодирование и перемежение (интерливинг) в CDMA системе связи.

Управление мощностью (Power Control) в CDMA системе связи.

Разнесенная передача в CDMA системе связи.

Понятие ортогональности поднесущих. Формирование и прием OFDM-сигнала.

Основные параметры физического уровня стандарта IEEE 802.11a. Структура фрейма.

Временная и частотная структура субфреймов “PREAMBLE”,“SIGNAL” и “DATA”.

Сверточное кодирование, перфорирование и модуляция в стандарте IEEE 802.11a.

Виды топологий беспроводных локальных сетей. Понятие о скрытом узле.

Механизм «множественного доступа с контролем несущей и предотвращением коллизий» в стандарте 802.11.

Структура гиперкадра, мультикадра, кадра и временного окна в GSM-стандарте.

Каналы передачи данных. Каналы контроля, синхронизации и других служебных команд в GSM-стандарте.

Гауссова частотная манипуляция с минимальным частотным сдвигом в GSM-стандарте.

Сети Ethernet: виды топологий и разновидности стандарта, метод управления доступом CSMA/CD. 1G Ethernet и перспективы развития.

Основные спецификации беспроводных персональных сетей Bluetooth. Метод расширения спектра со скачкообразной перестройкой частоты. Режимы работы и безопасность.

Топология сетей Token Ring. Маркерный метод доступа. Сравнение Token-Ring и Ethernet.

Принципы построения сенсорных сетей ZigBee: программное и аппаратное обеспечение, типы узлов, формат кадра данных.

OFDM модуляция. Модуляция и демодуляция OFDM сигнала c использованием быстрого преобразования Фурье. Использование циклического префикса для сохранения ортогональности поднесущих OFDM сигнала в многолучевом канале.

Модель OFDM системы связи в частотной области. Выбор параметров OFDM системы.

Ортогональное частотное мультиплексирование пользователей OFDMA. Параметры OFDMA модуляции, используемой в нисходящем канале системы связи LTE.

Недостатки OFDM модуляции. Модуляция DFTS-OFDM. Структуры передатчика и приемника системы связи, использующей DFTS-OFDM модуляцию.

Мультиплексирование многих пользователей с помощью DFTS-OFDM модуляции. Параметры модуляции DFTS-OFDM, применяемой в восходящем канале системы связи LTE.

Алгоритмы пространственной обработки сигналов для узкополосных систем связи. SIMO алгоритмы. MISO алгоритмы со знанием канала на передатчике. MISO алгоритмы без знания канала на передатчике, пространственно-временное кодирование.

MIMO алгоритмы со знанием канала на передатчике. MIMO алгоритмы без знания канала на передатчике.

MIMO-OFDM системы связи. Алгоритмы пространственной обработки сигналов, применяемые в системах связи LTE. Пространственно-частотное кодирование. Режимы пространственного мультиплексирования сигналов на одного или нескольких пользователей.

9. Критерии оценок

Превосходно

Превосходная подготовка с очень незначительными погрешностями

Отлично

Подготовка, уровень которой существенно выше среднего с некоторыми ошибками

Очень хорошо

В целом хорошая подготовка с рядом заметных ошибок

Хорошо

Хорошая подготовка, но со значительными ошибками

Удовлетворительно

Подготовка, удовлетворяющая минимальным требованиям

Неудовлетворительно

Необходима дополнительная подготовка для успешного прохождения испытаний

Плохо

Подготовка совершенно недостаточная

10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки

Курсовые работы не предусмотрены.

Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по специальности 090106 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем».

Авторы программы ____________ Ермолаев В.Т.

____________ Флаксман А.Г.

Программа рассмотрена на заседании кафедры 26 апреля 2012 г. протокол № 18

Заведующий кафедрой ___________________ Мальцев А.А.

Программа одобрена методической комиссией факультета 17 мая 2012 г.

протокол № 02/12

Председатель методической комиссии_________________ Миловский Н.Д.

PAGE

PAGE 6