Главная
|
страница 1
Министерство науки и образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский физико-технический институт (государственный университет)»
МФТИ (ГУ)
«Утверждаю»
Проректор по учебной работе
_______________ Д.А.Зубцов
«___»______________ 20___ г.
Рабочая УЧЕБНАЯ Программа
По дисциплине: Теоретические основы беспроводной связи
По направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
магистерская программа: 010974 – Телекоммуникационные сети и системы
Факультет радиотехники и кибернетики
Кафедра проблем передачи и обработки информации
Курс: 1 (магистратура)
Семестры – осенний и весенний Дифференцированный зачёт: 1 семестр
Экзамен: 2 семестр
Трудоёмкость: вариативная часть – 5 зач.ед.,
в том числе:
лекции: вариативная часть – 66 часов
самостоятельная работа: вариативная часть – 66 часов
подготовка к экзамену: вариативная часть – 1 зач.ед.
ВСЕГО АУДИТОРНЫХ часов 66
Программу составил к.т.н., доцент В.Б. Афанасьев
Программа обсуждена на заседании кафедры 28 мая 2012 года
Заведующий кафедрой А.П. Кулешов
академик РАН
Объем учетной нагрузки и виды отчетности
Вариативная часть, в том числе:
|
5 зач.ед.
|
Лекции
|
66 часов
|
Самостоятельные занятия
|
66 часов
|
Промежуточная аттестация
|
дифференцированный зачет в 1-м семестре магистратуры
|
Итоговая аттестация
|
экзамен во 2-м семестре магистратуры (1 зач.ед.)
|
ВСЕГО
|
5 зач.ед. (132 часа + 1 зач.ед.)
|
Цели и задачи дисциплины
Цель дисциплины – освоение студентами основ теории беспроводной связи.
Задачи:
-
фундаментальная подготовка студентов в области теории беспроводной связи;
-
формирование подходов к выполнению самостоятельных исследований студентами в области теории беспроводной связи.
Место дисциплины в структуре ООП магистратуры
Дисциплина «Теоретические основы беспроводной связи» включает в себя разделы, которые могут быть отнесены к вариативной части цикла М.2.
Дисциплина «Теоретические основы беспроводной связи» базируется на материалах курсов бакалавриата: базовая и вариативная часть Б.2 и Б.3 УЦ ООП.
Компетенции, формированию которых способствует освоение дисциплины
Освоение дисциплины «Теоретические основы беспроводной связи» способствует формированию следующих общекультурных и общепрофессиональных интегральных компетенций магистра:
а) общекультурные (ОК):
-
способность использовать на практике углубленные фундаментальные знания, полученные в области естественных и гуманитарных наук, и обладать научным мировоззрением (ОК-1);
-
способность ставить, формализовать и решать задачи, уметь системно анализировать научные проблемы, генерировать новые идеи и создавать новое знание (ОК-2);
-
способность самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности знания и умения, в том числе в новых областях (ОК-3);
-
способность формулировать устно и письменно свою точку зрения, владеть навыками ведения научной и общекультурной дискуссий на русском и английском языках (ОК-4);
б) профессиональные (ПК):
-
способность применять в своей профессиональной деятельности углубленные знания, полученные в соответствии с профильной направленностью (ПК-1);
-
способность ставить задачи теоретических и (или) экспериментальных научных исследований и решать их с помощью соответствующего физико-математического аппарата, современной аппаратуры и информационных технологий (ПК-2);
-
способность самостоятельно осваивать новые дисциплины и методы исследований (ПК-3);
-
способность применять современные методы анализа, представления и передачи информации, использовать пакеты прикладных программ по профилю подготовки (ПК-4);
-
способность определять вместе с коллективом исполнителей направления собственной научной, технической или инновационной деятельности, выбирать подходы к решению конкретных исследовательских и (или) инновационных задач (ПК-7);
-
способность самостоятельно и (или) в составе исследовательской группы разрабатывать, исследовать и применять математические и физические модели для качественного и количественного описания явлений и процессов и (или) разработки новых технических средств (ПК-9).
Знания, умения и навыки, формированию которых способствует освоение дисциплины
Освоение дисциплины «Теоретические основы беспроводной связи» способствует формированию комплекса знаний и навыков, благодаря которому обучающийся должен:
а) знать:
- структуру цифровых беспроводных систем передачи данных;
-
основы теории дискретных сигналов и каналов связи;
-
основы теории кодов, исправляющих ошибки;
-
методы каскадного построения и декодирования сложных сигналов;
-
сигналы и коды в системах с временным, частотным и кодовым разделением;
-
кодирование в системах со случайным множественным доступом;
б) уметь:
-
оценивать вероятностные и энергетические характеристики сигнально-кодовых конструкций;
-
оценивать сложность реализации кодирования и декодирования сложных сигналов;
-
проводить компьютерное моделирование функциональных блоков беспроводных систем передачи данных;
в) владеть:
-
навыком освоения большого объема информации;
-
навыками постановки научно-исследовательских задач и навыками самостоятельной работы.
Структура и содержание дисциплины
Лекции
№ п.п.
|
Тема
|
Число аудиторных часов
|
Число часов самостоятельной работы
|
1
|
Общая структура цифровых беспроводных
систем передачи данных.
Источники, кодеры источников, каналы, кодеры каналов, декодеры, преобразование частот.
|
2
|
2
|
2
|
Искажения сигналов и помехи, источники и характеристики помех (шумов).
Формирование спектра сигналов, пропускная способность каналов.
|
2
|
2
|
3
|
Элементы теории дискретных сигналов и каналов связи. Физически реализуемые сигналы, частотное представление сигналов.
|
2
|
2
|
4
|
Дискретное преобразование Фурье.
Дискретная модуляция: АМ, ЧМ, ФМ, КАМ.
|
2
|
2
|
5
|
Импульсная реакция и частотная характеристика дискретного канала.
Аддитивный и мультипликативный шум, многолучевое распространение сигналов, Допплерово смещение.
|
2
|
2
|
6
|
Модели каналов беспроводной связи.
|
2
|
2
|
7
|
Основы помехоустойчивого кодирования.
Коды, исправляющие ошибки: построение,
декодирование и модификации кодов,
границы скорость-расстояние, спектры
расстояний.
|
2
|
2
|
8
|
Циклические коды: построение, свойства и
декодирование. Исправление пакетов
ошибок.
|
2
|
2
|
9
|
Сверточные коды. Представление кодов с помощью графов.
Алгоритм декодирования Витерби.
|
2
|
2
|
10
|
Алгоритм декодирования по максимуму апостериорной вероятности.
LDPC коды. Итеративные алгоритмы декодирования.
|
2
|
2
|
11
|
Каскадные кодовые конструкции.
Итеративные и каскадные коды (Форни), теорема о кодовом расстоянии, коды Юстессена.
|
2
|
2
|
12
|
Обобщенные каскадные коды Блоха-Зяблова, систе системы вложенных кодов.
|
2
|
2
|
13
|
Декодирование каскадных кодов, вероятность ошибки.
TURBO коды: построение и декодирование.
|
2
|
2
|
14
|
Сигнально-кодовые конструкции (кодовая
модуляция).
Вложенные системы сигналов в евклидовой метрике.
|
2
|
2
|
15
|
Каскадное построение сложных сигналов.
Сигнально-кодовые конструкции MLCM,
TCM, BICM.
|
2
|
2
|
16
|
Обобщенное каскадное построение сложных сигналов.
|
2
|
2
|
17
|
Пространственно-временные сигнально-кодовые конструкции.
|
2
|
2
|
18
|
Структура модемов беспроводной системы
связи.
|
2
|
2
|
19
|
Синхронизация дискретных сигналов и
кодов.
Синхронизация тактовая, ФАПЧ,
скремблирование.
Синхронизация кодовых слов, коды с
самосинхронизацией.
|
2
|
2
|
20
|
Системы с последовательной передачей
элементарных сигналов.
Элементарные сигналы с дискретной модуляцией, согласование с каналом.
|
2
|
2
|
21
|
Выравнивание и измерение импульсной
характеристики канала.
Адаптивное выравнивание канала.
|
2
|
2
|
22
|
Системы с параллельной передачей
элементарных сигналов (OFDM).
Системы ортогональных поднесущих с
дискретной модуляцией.
|
2
|
2
|
23
|
Циклический префикс и согласование с
каналом.
|
2
|
2
|
24
|
Измерение «частотной характеристики»
канала и коррекция искажений.
|
2
|
2
|
25
|
Адаптивное слежение за характеристикой
канала.
|
2
|
2
|
26
|
Демодуляция поднесущих.
Обнаружение и коррекция Допплерова
смещения.
|
2
|
2
|
27
|
Системы множественного доступа.
Системы с временным и частотным
разделением, OFDMA.
Системы с (пространственно-временным)
кодовым разделением.
|
2
|
2
|
28
|
Частотно-временные матрицы кодирования
для защиты от преднамеренных помех
подавления и имитации.
|
2
|
2
|
29
|
Сложность реализации некоторых элементов
систем передачи и хранения.
Сложность кодирования линейных блоковых
и сверточных кодов.
|
2
|
2
|
30
|
Сложность некоторых алгоритмов
декодирования.
|
2
|
2
|
31
|
Сложность декодера Витерби и
декодирования по максимуму апостериорной
вероятности.
|
2
|
2
|
32
|
Быстрое преобразование Фурье: алгоритмы и сложность.
|
2
|
2
|
33
|
Цифровые фильтры: алгоритмы и сложность.
|
2
|
2
|
ВСЕГО
|
66 часов
|
66 часов
|
ИТОГО
|
132 часа
|
Виды самостоятельной работы
№ п.п.
|
Темы
|
Количество часов
|
1
|
Изучение теоретического курса – выполняется самостоятельно каждым студентом по итогам каждой из лекций, результаты контролируются преподавателем на лекционных занятиях, используются конспект (электронный) лекций, учебники, рекомендуемые данной программой.
|
30
|
2
|
Написание курсовых работ (осенний семестр):
ТЕМА 1
Название: Оптимизация конфигурации сигналов дискретной
модуляции и расчет вероятности ошибки в канале с
замираниями и АБГШ.
Исходные данные:
-
Число сигнальных точек.
-
Тип конфигурации (ам, фм, кам, афм и их модификации).
-
Размерность (число ортогональных координат).
-
Ограничения: пик-фактор, скорость (число бит на
измерение).
-
Параметры плотностей вероятности Релея и Гаусса.
Целевая функция:
-
Максимизация минимального евклидова расстояния
между сигнальными точками.
-
Максимизация отношения минимального расстояния к
средней мощности множества точек.
-
Максимизация отношения минимального и
максимального расстояний между сигнальными точками.
Результаты:
-
Конфигурация и параметры выбранного множества
сигнальных точек.
-
Вероятности ошибки (условные или средние).
ТЕМА 2
Название: Построение декодера Витерби и оценка
вероятности ошибки в канале с частичным откликом.
Исходные данные:
-
Конфигурация сигнальных точек.
-
Частичный импульсный отклик канала.
-
Характеристики шума.
Результаты:
-
Конфигурация и параметры решетки декодирования.
-
Вероятности ошибки (условные или средние).
ТЕМА 3
Название: Оптимизация структуры OFDM сигнала для
заданных характеристик канала и шума.
Исходные данные:
-
Ширина спектра, число отсчетов и длительность OFDM
сигнала.
-
Частотная характеристика канала.
-
Соотношение средней мощности сигнала и шума.
-
Допустимая вероятность ошибки на бит.
-
Список используемых кодов (параметры и
характеристики).
-
Используемые конфигурации дискретной модуляции.
Целевая функция:
-
Максимизация скорости передачи.
-
Максимизация пропускной способности.
Результаты:
-
Структура OFDM сигнала.
-
Оценки скорости передачи и вероятности ошибки на
информационный бит.
-
Оценка пропускной способности.
-
Оценки вероятности ошибки (условные и средние).
|
36
|
3
|
Подготовка к дифференциальному зачету и экзамену
|
1 зач.ед.
|
ВСЕГО
|
66 часов +
1 зач.ед.
|
Образовательные технологии
№ п/п
|
Вид занятия
|
Форма проведения занятий
|
Цель
|
1
|
Лекция
|
Изложение теоретического материала
|
Получение теоретических знаний по дисциплине
|
2
|
Самостоятельная работа студента
|
Самостоятельная работа
|
Получение дополнительных знаний и подготовка к зачету и экзамену
|
Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов
Перечень контрольных вопросов для сдачи дифференцированного зачета в 1-ом семестре магистратуры
№ п.п.
|
Тема
|
1
|
Источники, кодеры источников, каналы, кодеры каналов, декодеры, преобразование частот.
|
2
|
Искажения сигналов и помехи, источники и характеристики помех (шумов).
Формирование спектра сигналов, пропускная способность каналов.
|
3
|
Физически реализуемые сигналы, частотное представление сигналов.
|
4
|
Дискретное преобразование Фурье.
Дискретная модуляция: АМ, ЧМ, ФМ, КАМ.
|
5
|
Импульсная реакция и частотная характеристика дискретного канала.
Аддитивный и мультипликативный шум, многолучевое распространение сигналов.
|
6
|
Модели каналов беспроводной связи.
|
7
|
Коды, исправляющие ошибки: построение,
декодирование и модификации кодов,
границы скорость-расстояние.
|
8
|
Циклические коды: построение, свойства и
декодирование.
|
9
|
Сверточные коды. Представление кодов с помощью графов.
Алгоритм декодирования Витерби.
|
10
|
LDPC коды. Итеративные алгоритмы декодирования.
|
11
|
Итеративные и каскадные коды (Форни), теорема о кодовом расстоянии.
|
12
|
Обобщенные каскадные коды Блоха-Зяблова, системы вложенных кодов.
|
13
|
Декодирование каскадных кодов, вероятность ошибки.
TURBO коды: построение и декодирование.
|
14
|
Вложенные системы сигналов в евклидовой метрике.
|
15
|
Каскадное построение сложных сигналов.
Сигнально-кодовые конструкции MLCM,
TCM, BICM.
|
16
|
Обобщенное каскадное построение сложных сигналов.
|
17
|
Пространственно-временные сигнально-кодовые конструкции.
|
Перечень контрольных вопросов для сдачи экзамена во 2-ом семестре магистратуры
1
|
Источники, кодеры источников, каналы, кодеры каналов, декодеры, преобразование частот.
|
2
|
Искажения сигналов и помехи, источники и характеристики помех (шумов). Формирование спектра сигналов, пропускная способность каналов.
|
3
|
Физически реализуемые сигналы, частотное представление сигналов.
|
4
|
Дискретное преобразование Фурье. Дискретная модуляция: АМ, ЧМ, ФМ, КАМ.
|
5
|
Импульсная реакция и частотная характеристика дискретного канала.
Аддитивный и мультипликативный шум, многолучевое распространение сигналов, Допплерово смещение.
|
6
|
Модели каналов беспроводной связи.
|
7
|
Коды, исправляющие ошибки: построение, декодирование и модификации кодов, границы скорость-расстояние, спектры расстояний.
|
8
|
Циклические коды: построение, свойства и декодирование. Исправление пакетов ошибок.
|
9
|
Сверточные коды. Представление кодов с помощью графов. Алгоритм декодирования Витерби.
|
10
|
LDPC коды. Итеративные алгоритмы декодирования.
|
11
|
Итеративные и каскадные коды (Форни), теорема о кодовом расстоянии, коды Юстессена.
|
12
|
Обобщенные каскадные коды Блоха-Зяблова, системы вложенных кодов.
|
13
|
TURBO коды: построение и декодирование.
|
14
|
Вложенные системы сигналов в евклидовой метрике.
|
15
|
Каскадное построение сложных сигналов.
Сигнально-кодовые конструкции MLCM, TCM, BICM.
|
16
|
Обобщенное каскадное построение сложных сигналов.
|
17
|
Пространственно-временные сигнально-кодовые конструкции.
|
18
|
Структура модемов беспроводной системы связи.
|
19
|
Синхронизация тактовая, ФАПЧ, скремблирование.
|
20
|
Системы с последовательной передачей элементарных сигналов, согласование с каналом.
|
21
|
Выравнивание и измерение импульсной характеристики канала.
Адаптивное выравнивание канала.
|
22
|
Системы с параллельной передачей элементарных сигналов (OFDM).
|
23
|
Циклический префикс и согласование с каналом систем OFDM.
|
24
|
Измерение «частотной характеристики» канала и коррекция искажений.
|
25
|
Адаптивное слежение за характеристикой канала.
|
26
|
Демодуляция поднесущих. Обнаружение и коррекция Допплерова
смещения.
|
27
|
Системы множественного доступа с временным и частотным разделением, OFDMA, с (пространственно-временным) кодовым разделением.
|
28
|
Частотно-временные матрицы кодирования для защиты от преднамеренных помех подавления и имитации.
|
29
|
Сложность кодирования линейных блоковых и сверточных кодов.
|
30
|
Сложность некоторых алгоритмов декодирования.
|
31
|
Сложность декодера Витерби.
|
32
|
Быстрое преобразование Фурье: алгоритмы и сложность.
|
33
|
Цифровые фильтры: алгоритмы и сложность.
|
Материально-техническое обеспечение дисциплины
Необходимое оборудование для лекций и практических занятий: доска, ноутбук и мультимедийное оборудование (проектор или плазменная панель).
Обеспечение самостоятельной работы: конспекты, литература, компьютер.
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
-
Габидулин Э.М., Пилипчук Н.И. Лекции по теории информации. М.: МФТИ, 2007.
-
Галлагер Р., Теория информации и надежная связь. М.: Сов. Радио, 1974.
-
Сагалович Ю.Л. Введение в алгебраические коды. М.: МФТИ, 2007.
-
Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. М.: Мир, 1986.
-
Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1989.
-
Габидулин Э.М., Афанасьев В.Б. Кодирование в радиоэлектронике. М.: Радио и связь, 1986.
-
Касами Т., Токура Н., Ивадари Е., Инагаки Я. Теория кодирования. М.: Мир, 1978.
-
Proakis J.G., Digital Communications. Third edition. McGRAW-Hill, 1995.
-
Морелос-Сарагоса Р., Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. М.: Техносфера, 2005.
-
Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений, Москва – 1970, (capftp@lycos.com)
-
Блох Э.Л., Зяблов В.В. Линейные каскадные коды. М.: Наука, 1982.
-
Richard Poisel, Modern Communications Jamming Principles and Techniques, 2 edition, 2011 ARTECH HOUSE.
-
Системы спутниковой связи (журнал).
-
LTE (журнал).
-
Радиорелейная связь (журнал).
Смотрите также:
Рабочая учебная программа По дисциплине: Теоретические основы беспроводной связи По направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
259.81kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа По дисциплине: Имитационное моделирование сетей и систем беспроводной связи По направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
143.01kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Теоретические и технические основы численного анализа по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
177.82kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Основы газодинамики по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
153.42kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Физика высоких плотностей энергии по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
183.34kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Магнитная гидродинамика по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
174.49kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Нестационарная аэродинамика летательных аппаратов по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
39.4kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Физические свойства плазмы по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
186.9kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Термодинамика конденсированного состояния по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
197.99kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Экспериментальная магнитная гидродинамика по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
183.76kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Физико-химические процессы в газодинамике по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
183.07kb.
1 стр.
Рабочая учебная программа по дисциплине: Электрофизические процессы в импульсной энергетике по направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
174.64kb.
1 стр.
|
|