М2.В.ОД.2. Перспективные средства связи (новое окно)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ИНЖЕНЕРНАЯ ШКОЛА
Согласовано
«УТВЕРЖДАЮ»
Инженерная школа
Заведующая кафедрой
Электроника и средств связи
Руководитель ОП
____________________ Л. Г. Стаценко
(подпись)
(Ф.И.О. рук. ОП)
«10»сентября 2012г.
______________ Л.Г. Стаценко
(подпись) (Ф.И.О. зав. каф.)
«_10_»_сентября__2012_г.
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ (РПУД)
Перспективные средства связи
Направление – 210700.68 Инфокоммуникационные технологии и системы связи
Форма подготовки - очная
Инженерная школа
Кафедра Электроники и средств связи
курс 1; семестр 1
лекции – не предусмотрены планом учебного процесса
практические занятия - 18 час.
лабораторные работы - час.
всего часов аудиторной нагрузки - 18 час.
самостоятельная работа – 90 час.
контрольные работы
зачет 1 семестр
экзамен не предусмотрен учебным планом
Рабочая программа составлена в соответствии с требованиями федерального государственного образовательного
стандарта высшего профессионального образования ((Приказ от 29.03.2010 № 238 Министерства образования и науки
Российской Федерации)
Рабочая программа дисциплины обсуждена на заседании кафедры Электроники и средств связи, протокол от 10 сентября
2012 г. № 1
Заведующая кафедрой Л. Г. Стаценко
Составитель А. .Ю. Родионов
I. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ __Л. Г. Стаценко_______
(подпись)
(И.О. Фамилия)
II. Рабочая программа пересмотрена на заседании кафедры:
Протокол от «_____» _________________ 20___ г. № ______
Заведующий кафедрой _______________________ ____ Л. Г. Стаценко____
(подпись)
(И.О. Фамилия)
АННОТАЦИЯ
Дисциплина «Перспективные средства связи» входит в вариативную
часть
профессионального
цикла
направления
210700.68
«Инфокоммуникационные технологии и системы связи».
Для успешного освоения данной дисциплины студентам необходимо
иметь знания в пределах образовательных программ курсов «Теория
электрической связи)», «Основы построения телекоммуникационных систем
и сетей», «Электромагнитные поля и волны».
Целью курса «Перспективные средства связи» является изучение новых
теоретических и экспериментальных разработок в области мобильной,
спутниковой
связи,
беспроводной
оптической
связи,
перспективных
технологий.
Задачей изучения данного курса является приобретение знаний по
теории цифровой передачи данных посредствам всевозможных сигнальных
форм. Кроме того, в качестве задачи можно выделить ознакомление с
современными прикладными разработками в сфере радиоэфирной и
оптической
передачи
данных.
Курс
позволит
более
эффективно
воспринимать такие дисциплины как, «Мобильные средства связи»,
«Космические и наземные системы радиосвязи и сети телерадиовещания».
В результате самостоятельного изучения теоретического материала
студент должен знать:
 основные методы расширения спектра радиосигналов и их
техническую реализацию;
 детали функционирования основных телекоммуникационных систем,
работающих по принципу обмена шумоподобными сигналами;
 теоретические основы сверхширокополосной радиотехники.
В результате практического обучения студент должен уметь:
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Разработчик: Родионов А. Ю..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр
Лист 4 из 231
УМКД М7(58)-210700-М.2.2.2
находится на кафедре
Электроники и средств связи

рассчитывать предельную дальность радиосвязи при обмене
информацией по стандарту 802.15 (WIMAX) для двух случаев: движущийся
приемник; приемник, заключенный в помещении бетонной постройки.
Дисциплина формирует следующие компетенции:
ОК-1
–
способность
совершенствовать
и
развивать
свой
интеллектуальный и общекультурный уровень
ОК-2 – способность к самостоятельному обучению новым методам
исследования, к изменению научного и научно-производственного профиля
своей профессиональной деятельностью
ОК-3 – способностью свободно пользоваться русским и мировым
иностранным языками как средством делового общения;
ОК-6
–
способность
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
ПК-1 – готовность осваивать перспективные направления развития
телекоммуникационных систем и сетей; способность реализовывать новые
принципы построения телекоммуникационных систем различных типов,
передачи и распределения информации и сетях связи
ПК-2 – способность к разработке моделей различных технологических
процессов и проверке их адекватности на практике; готовность использовать
пакеты прикладных программ анализа и синтеза телекоммуникационных
систем и сетей
ПК-12 – готовность к участию в выполнении программ развития отрасли
(организации) связи и информатизации на основе новых технологий
ПК-22 – готовность к участию в работе международных организаций,
определяющих технологические рамки функционирования отрасли, путем
внесения соответствующих предложений в исполнительные органы власти.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Разработчик: Родионов А. Ю..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр
Лист 5 из 231
УМКД М7(58)-210700-М.2.2.2
находится на кафедре
Электроники и средств связи
I. СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИТЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА
Лекции не предусмотрены учебным планом
II.
СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ ЧАСТИ
КУРСА (18 часов)
Занятие
1.
Денотантный
граф
(МАО).
Тема:
«Стандарты
широкополосной радиосвязи».(1час)
Задание на практическое занятие:
Каждому из обучающихся (или паре обучающихся) дается текстовое
описание одного из стандартов той или иной технологии широкополосного
радиодоступа (шрифт Times New Roman, 14пт, межстрочный интервал 1,5,
объем – 10-15 листов).
Перечень возможных стандартов: IS-95, WiFi (802.11a, 802.11b, 802.11g,
802.11an, 802.11ac), WiMAX (802.16e), UWB (802.15), Bluetooth (802.15.1-4),
GPS, ГЛОНАСС, LTE.
Занятие 2. Решение задач на проблемные темы: «Достоинства
технологии
беспроводных
расширенного
спектра»,
широкополосных
«Примеры
систем»
(МАО.
действующих
Проблемные
практические задачи) (3 часа)
Типовая задача №1:
От системы требуется обеспечить максимально возможное отношение
мощности полезного сигнала к общей мощности АБГШ и помехи. На входе
присутствует узко- полосная помеха. Какая из двух стратегий является
лучшей: игнорирование помехи или использование режекторного фильтра.
Типовая задача №2:
В некоторой системе отношение сигнал–мешающее воздействие по
мощности (SIR) на выходе согласованного фильтра проигрывает в 101 раз
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Разработчик: Родионов А. Ю..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр
Лист 6 из 231
УМКД М7(58)-210700-М.2.2.2
находится на кафедре
Электроники и средств связи
отношению сигнал-шум по мощности (SNR), тогда как система может
сохранить свою работоспособность только при SIR по мощности в два раза
меньшем SNR по мощности. Что следует изменить в сиг- нале при
сохранении постоянного значения SNR по мощности, если:
a). разрешено использовать только простые сигналы?
b). пиковая мощность сигнала не может возрасти (каким будет выигрыш
в обработке сигнала в этом случае)?
Типовая задача №3:
В рамках борьбы с передатчиком заградительной помехи система
увеличила длительность сигнала в 4 раза с одновременным уменьшением
мощности сигнала в два раза и расширением полосы в 50 раз. Постановщик
помехи способен увеличить свою мощность не более чем на 13 дБ. Какая из
сторон окажется победителем в этом противостоянии?
Типовая задача №4:
Имеются две широкополосные системы, занимающие одну и ту же
полосу и работающие внутри одной и той же географической области.
Максимальное отношение сигнал-шум (SNR) в области пересечения их зон
покрытия составляет 20 и 17 дБ соответственно. Для совместимости их
работы избыточная спектральная плотность мощности, обусловленная
излучением другой системы, должна быть на –7 дБ ниже уровня АБГШ.
Определить минимальный выигрыш от обработки для каждой из систем.
Типовая задача №5:
Некоторая синхронная CDMA система обладает 50 физическими
каналами, по которым каждым пользователем данные с применением ФМ-16
передаются со скоростью 20 кбит/сек. Общая полоса, занимаемая системой,
составляет 500 КГц. Какова величина выигрыша от обработки в системе?
Свободна ли система от помех множественного доступа? Что произойдет при
уменьшении полосы в 4 раза?
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Разработчик: Родионов А. Ю..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр
Лист 7 из 231
УМКД М7(58)-210700-М.2.2.2
находится на кафедре
Электроники и средств связи
Типовая задача №6:
CDMA–система с прыгающей частотой использует 4-х частотный
расширяющий сигнал длины N=4: [1, 4, 2, 3] и передачу данных с ЧМ-4
(каждая пара бит передается на одной из 4-х частот). Передается битовый
поток вида 00101101. Изобразить возможную частотно–временную решетку
переданного сигнала, если один бит данных охватывает две длительности
чипа.
Какой
тип
прыгающей
частоты
используется:
быстрый
или
медленный?
Типовая задача №8:
Сигнал P–канала (P–код) в системе GPS является бинарным с полосой
W=10,МГц. Его структура имеет регулярный характер и повторяется с
периодом Т=7 суток. Сколько вариантов кодовой последовательности нужно
перебрать злоумышленнику, пытающемуся раскрыть данную информации?
Занятие 3. Дебаты (МАО) (4 часа). Тема: «Сравнение стандартов
сотовой связи третьего поколения».
Студенты на основе полученных в результате самостоятельного
обучения знаний и на основе практических задач, которые были решены
ранее, должны попытаться доказать свою позицию перед оппонентами,
своими же товарищами по группе по определенному вопросу. Оппоненты же
в свою очередь должны попытаться аргументировано подвергнуть сомнению
правоту первой подгруппы студентов, в то же время, стараясь предложить
альтернативную точку зрения, доказывая свою правоту.
Занятие 4. Дебаты (МАО) (3 часа). Тема: «Сравнение методов
формирования
эффективного
высокоскоростного
радиоканала
в
многопользовательских радиосетях».
Студенты на основе полученных в результате самостоятельного
обучения знаний и на основе практических задач, которые были решены
ранее, должны попытаться доказать свою позицию перед оппонентами,
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Разработчик: Родионов А. Ю..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр
Лист 8 из 231
УМКД М7(58)-210700-М.2.2.2
находится на кафедре
Электроники и средств связи
своими же товарищами по группе по определенному вопросу. Оппоненты же
в свою очередь должны попытаться аргументировано подвергнуть сомнению
правоту первой подгруппы студентов, в то же время, стараясь предложить
альтернативную точку зрения, доказывая свою правоту.
Занятие 5. Дискуссия (МАО) (2 часа). Тема: «Перспектива
использования диапазона миллиметровых волн (f=60-70ГГц)».
Студенты на основе полученных в результате самостоятельного
обучения знаний и на основе практических задач, которые были решены
ранее, должны попытаться доказать свою позицию перед оппонентами,
своими же товарищами по группе по определенному вопросу. Оппоненты же
в свою очередь должны попытаться аргументировано подвергнуть сомнению
правоту первой подгруппы студентов, в то же время, стараясь предложить
альтернативную точку зрения, доказывая свою правоту.
Занятие 6. Дискуссия (МАО) (3 часа). Тема: «Перспективы развития
мобильной радиосвязи с многопользовательским доступом. Будущее
сотовой связи. Взгляд на поколение 5G».
Каждый обучающийся на основе полученных в результате уже
изученного материала знаний, а также самостоятельного обучения должен
сформировать свою позицию относительно будущего сотовой связи.
В начале аудиторного занятия оглашается тема дискуссии. Далее дается
30 минут времени, в течение которого каждый магистрант должен изложить
на бумаге свой взгляд на будущее сотовой связи. Наиболее полно нужно
попытаться изложить строго субъективное понимание технологий, которые
будут задействованы в стандарте поколения 5G. Попробовать отыскать
какие-либо
альтернативные
решения.
В
распоряжении
обучающихся
электронная литература, компьютеры с выходом в интернет.
После
подготовки к дискуссии каждому из обучающихся дается по 3-5 минут для
ознакомления аудитории со своей точкой зрения.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Разработчик: Родионов А. Ю..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр
Лист 9 из 231
УМКД М7(58)-210700-М.2.2.2
находится на кафедре
Электроники и средств связи
Занятие 7. Проектирование (МАО) (2 часа). Тема: «Исследование
помехоустойчивости систем связи, использующих OFDM-формирование
радиоэфирных сигналов».
У каждого обучающегося результатом данного занятия должен быть
готовый проект, который наиболее полным образом оценивает влияние
различного
рода
дестабилизирующих
факторов
на
качество
связи
(помехоустойчивость) систем связи, использующих OFDM-формирование
радиоэфирных сигналов (опорой служит стандарт 4G LTE).
Задание творческое, соответственно и содержание проекта у каждого
магистранта должно быть уникальным.
В начале занятия преподаватель кратко формулирует техническое
задание и заостряет внимание аудитории на важных пунктах алгоритма
исследования. После чего неполных два университетских занятия студенты
самостоятельно проводят исследования, используя персональный компьютер
с программным пакетом MathCad. В результате должен быть сформирован
готовый отчет по проделанному исследовательскому проекту.
III.
КОНТРОЛЬ ДОСТИЖЕНИЯ ЦЕЛЕЙ КУРСА
Формы и методы текущего контроля:
В течение семестра студенты выполняют десятиминутные проверочные
работы на знание теоретического материала, который блочно изучается
самостоятельно.
В течение семестра каждый студент должен выполнить достаточно
объемное расчетно-графическое задание.
Для допуска к зачетному тесту студенту необходимо до начала сессии
набрать не менее 60 рейтинговых баллов.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Разработчик: Родионов А. Ю..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр
Лист 10 из 231
УМКД М7(58)-210700-М.2.2.2
находится на кафедре
Электроники и средств связи
Зачетный тест содержит в себе 30 теоретических вопросов с 4
вариантами ответов.
Вопросы к зачету
1. Какое из достоинств технологии расширенного спектра можно
считать наиболее значимым и полезным? Почему?
2. Обосновать преимущества технологии расширенного спектра перед
узкополосной системой при воздействии на обе системы одинаковых
широкополосных заградительных помех?
3. Доказать возможность сосуществования в одной и той же частотной
полосе нескольких сигналов, несущих информацию различного характера.
4. Какой из принципов расширения спектра можно считать наиболее
эффективным с точки зрения помехоустойчивости.
5. Описать принцип прямого расширения спектра и метод расширения
ППРЧ (медленная и быстра).
6.
Почему
несанкционированный
доступ
к
сигналам
GPS,
сформированным по принципу P-кодирования считается практически не
возможным?
7. Наиболее полно охарактеризовать сходства и различия двух
стандартов IS-95 и CDMA2000.
8.
Основные
характеристики
стандарта
UMTS.
Описать
все
разнообразие логических и физических каналов.
9. Архитектура и назначение стандартов семейства 802.11.
10. Основные различия между стандартами семейства 802.11 (g, b, n).
11.
Отобразить
аналитические
зависимости,
описывающие
сверхширокополосный гауссов моноцикл во временной и частотной
областях.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Разработчик: Родионов А. Ю..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр
Лист 11 из 231
УМКД М7(58)-210700-М.2.2.2
находится на кафедре
Электроники и средств связи
12. Описать все возможные принципы разделения каналов в СШПсисемах.
13. Описать алгоритм передачи (принцип канального кодирования и
модуляции) приема СШП-сигнала.
14. Описать принцип функционирования СШП-радара. Как будет
изменяться форма импульсов в критических точках распространения?
15. Методы повышения помехоустойчивости СШП системы связи.
16. Описать основные технические идеи, присущие стандарту 4-го
поколения сотовой связи LTE.
17. Описать все разнообразие логических и физических каналов в сети
LTE.
18. Принципиальные отличия в формировании эфирных сигналов в
линии «uplink» от линии «downlink».
19. Характеристики OFDM-кадра стандарта LTE.
20. Стандарты семейства 802.16. Их основные качественные показатели
и отличия от стандартов семейства 802.11.
V.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДИСЦИПЛИНЫ
Основная литература
1. Ипатов В.П. «Расширенный спектр и CDMA. СПб.: Вилей, 2010 –
365с.
2.
Системы связи: учебное пособие для студентов (курсантов) вузов /
С. И. Макаренко, В. И. Сапожников, Г. И. Захаренко, В. Е. Федосеев; под
общ. ред. С. И. Макаренко. - Воронеж, издание ВАИУ, 2011. – 285 с.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Разработчик: Родионов А. Ю..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр
Лист 12 из 231
УМКД М7(58)-210700-М.2.2.2
находится на кафедре
Электроники и средств связи
3. Украинцев
Ю.
Д.История
связи
и
перспективы
развития
телекоммуникаций : учебное пособие / Ю. Д. Украинцев, М. А. Цветов. Ульяновск : УлГТУ, 2009. -128 с.
4. Красильникова,
В.А.
Использование
информационных
и
коммуникационных технологий в образовании: учебное пособие / В.А.
Красильникова; Оренбургский гос. ун-т. - 2-е изд. перераб. и дополн. Оренбург: ОГУ, 2012. - 291 с.
Дополнительная литература
1. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое
применение. – М.: Вильямс, 2003. – 1107с.
2. Феер К. Беспроводная цифровая связь. Методы модуляции и
расширения спектра. Пер с англ. – М.: Радио и связь, 2004. – 1104с.
3. Мун Ф. Хаотические колебания. М.: Мир, 1990.
4. Тарзиволов
Е.А. Биллинговые системы для мобильной связи. М.:
Мобильные коммуникации, 1999.
5. Коньков
А.М. Глобальная подвижная персональная спутниковая
связь РФ. М.: МЦНТИ. 2000.
6. Иванова Т.И. Корпоративные сети связи. М.: Эко-Трендз, 2001.
7. Карташевский В.Г. Сети подвижной связи. М.: Эко-Трендз, 2001.
8. Маслов О.Н. Электромагнитная
безопасность радиоэлектронных
средств. М.: МЦНТИ, 2000.
9. Вишневский В.М. Широкополосные беспроводные сети передачи
информации. М.: Техносфера, 2005 – 592 с.
10. Гантмахер В.Е. Шумоподобные сигналы. Анализ, синтез, обработка.
СПб.: Наука и техника, 2005 – 400с.
ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Учебно-методический комплекс дисциплины «ПЕРСПЕКТИВНЫЕ СИСТЕМЫ СВЯЗИ»
Разработчик: Родионов А. Ю..
Идентификационный номер:
Контрольный экземпляр
Лист 13 из 231
УМКД М7(58)-210700-М.2.2.2
находится на кафедре
Электроники и средств связи
Электронные образовательные ресурсы
1. http://window.edu.ru/resource/488/77488/files/Makarenko_i_dr
_Sistemy_svazi_VAIU_2011.pdf
Системы
связи:
учебное
пособие
для
студентов (курсантов) вузов / С. И. Макаренко, В. И. Сапожников, Г. И.
Захаренко, В. Е. Федосеев; под общ. ред. С. И. Макаренко. - Воронеж,
издание ВАИУ, 2011. – 285 с.
2. http://window.edu.ru/resource/206/65206/files/131.pdf Украинцев Ю.
Д.История связи и перспективы развития телекоммуникаций: учебное
пособие / Ю. Д. Украинцев, М. А. Цветов. - Ульяновск : УлГТУ, 2009. -128 с.
3. http://window.edu.ru/resource/286/76286/files/%D0%BF%D0%BE%D1
%81%D0%BE%D0%B1%D0%B8%D0%B5%20%D0%98%D0%98%D0%9A%
D0%A2%D0%9E%20%D0%9A%D1%80%D0%B0%D1%81%D0%B8%D0%BB
%D1%8C%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%BE%D0%B2%D0%B0.pdf
Красильникова, В.А. Использование информационных и коммуникационных
технологий в образовании: учебное пособие / В.А. Красильникова;
Оренбургский гос. ун-т. - 2-е изд. перераб. и дополн. - Оренбург: ОГУ, 2012. 291 с.