Мета. Метою вивчення дисципліни є формування у студентів знань, навиків та уміння, які дозволять їм здійснювати аналіз і синтез широкосмугових безпровідних мереж та використовувати їх для створення і експлуатації сучасних телекомунікаційних засобів.

Дисципліна «Широкосмугові технології телекомунікацій» є логічним продовженням курсів «Теорія електричних кіл та сигналів», «Сигнали та процеси в радіотехніці», «Основи схемотехніки», «Системи сучасних сигналів», «Пристрої генерації, формування, передачі радіосигналів», «Пристрої прийому та обробки сигналів», «Мікропроцесори в системах та пристроях», «Системи мобільного зв’язку», «Радіотехнічні системи», «Основи телебачення» і є, практично, підсумковою у навчальному плані спеціальності 172 з блоку  дисциплін, які забезпечують базову теоретичну та інженерну підготовку магістрів.

В процесі опанування дисципліни «Широкосмугові технології телекомунікацій» студенти, на підставі отриманих знань з фундаментальних понять теорії електричних кіл та сигналів, особливостей аналогової і цифрової схемотехніки, основ теорії систем та принципів побудови телекомунікаційних та інформаційних мереж, систем мобільного зв’язку, систем та мереж радіо- та телевізійного мовлення знайомляться з видами, архітектурою і принципами побудови широкосмугових безпровідних мереж, особливостями радіоінтерфейсів, методами багатостанційного (множинного) доступу, схемами призначення каналів у виділеному ресурсі, з основними видами цифрової модуляції, які знайшли застосування в широкосмугових безпровідних мережах, алгоритмами обробки сигналів і принципами апаратної реалізації для відповідних стандартів (трансивери, модулятори, демодулятори, кодери, декодери) та іншими питаннями системотехніки та схемотехніки, які використовуються у сучасних засобах телекомунікацій.

Завдання. Задачею дисципліни "Широкосмугові технології телекомунікацій" є ознайомлення студентів з теорією і принципами побудови сучасних безпровідних мереж, зокрема персональних , локальних і мереж регіонального масштабу, в тому числі під управлінням стандартів IEEE 802.15, IEEE 802.11, IEEE 802.16, з основними аспектами реалізації мереж стільникового зв'язку 3G, 4G, цифрового телебачення DVB-T, DVB-T2, з сучасними архітектурами апаратної реалізації для відповідних стандартів, навчання студентів сучасним методам аналізу таких мереж із застосуванням електронно-обчислювальної техніки.

У результаті вивчення навчальної дисципліни студент повинен отримати

загальні компетенції:

– здатність вільно володіти державною мовою та спілкуватися іноземною мовою;

– знання та розуміння предметної області та розуміння професії;

– здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях;

– здатність до проведення досліджень на відповідному рівні;

– здатність до критичного аналізу, оцінки і синтезу нових та складних ідей;

– навички використання інформаційних і комунікаційних технологій;

– здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел;

– здатність приймати обґрунтовані рішення;

фахові компетенції:

– проведення розробки і дослідження теоретичних і експериментальних моделей об’єктів професійної діяльності; 

– здатність здійснювати збір, аналіз науково-технічної інформації, вітчизняного і зарубіжного досвіду по тематиці дослідження;

– вміння здійснювати постановку та проведення експериментів по заданій методиці;

– здатність проводити аналіз результатів експериментів, здійснювати вибір оптимальних рішень, готувати і складати огляди, звіти та наукові публікації;

–  здатність до критичного аналізу, оцінки і синтезу нових та складних ідей;

– здатність спілкуватися іноземною мовою;

– навички використання інформаційних і комунікаційних технологій;

– здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел;.

– здатність приймати обґрунтовані рішення;

– здатність демонструвати і використовувати фундаментальні знання принципів побудови сучасних систем передачі інформації, електронних систем, систем контролю та керування, систем перетворення та збереження електричної енергії, перспективні напрямки розвитку їх елементної бази;

– здатність демонструвати і використовувати знання сучасних комп’ютерних та інформаційних технологій та інструментів інженерних і наукових досліджень, розрахунків, обробки та аналізу даних, моделювання та оптимізації. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій;

– здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел;

– здатність демонструвати, аналізувати і використовувати знання сучасних друкованих та електронних ресурсів (в тому числі іншомовних) науково-технічної, довідникової та наукової інформації щодо стану, тенденцій та розвитку електронної техніки;

– здатність прогнозувати зміни в технологіях та параметрах радіотехнічних та телекомунікаційних систем та їх складових, використовуючи патентні дослідження, рекомендації і стандарти, світову наукову та технічну літературу;

– здатність застосовувати знання методів обробки та відображення інформації в сучасних електронних системах та демонструвати уміння проектування, розрахунку та програ¬мування мікропроцесорних електронних засобів та систем.

– здатність обґрунтовувати при проектуванні компромісні технічні рішення для виконання вимог технічного завдання;

Вивчення дисципліни має прищепити студентам системний підхід до побудови пристроїв, що входять до складу телекомунікаційних систем різного призначення.

Програма навчальної дисципліни

Змістовий модуль 1. Безпровідні мережі передачі інформації

Тема 1. Вступ. Задачі дисципліни Розвиток мережевих технологій. Переваги безпровідних мереж. Класифікації і технології безпровідних мереж. Стандартизація в області телекомунікацій. Модель взаємодії відкритих систем.

Тема 2. Методи доступу до середовища у безпровідних мережах. Види множинного доступу. Ущільнення з просторовим розділенням. Ущільнення з частотним розділенням (FDM). Ущільнення з часовим розділенням (TDM). Ущільнення з кодовим розділенням (CDM). Методи розширення спектра.. Метод розширення спектра за допомогою прямої послідовності (DSSS). Метод розширення спектра за допомогою частотних стрибків (FHSS). Метод розширення спектра за допомогою стрибків у часі (THSS). Метод мультиплексирування за допомогою ортогональних несучих (OFDM).

Тема 3. Розподіл канальних ресурсів Розподіл канальних ресурсів на базі TDM. Фіксований розподіл часових інтервалів між різними пристроями. Механізм повністю випадкового доступу – ALOHA. Метод множинного доступу з детектуванням (контролем) несучої (CSMA). Метод множинного доступу з детектуванням несучої із запобіганням конфліктів (CSMA/CA). Метод доступу з цифровим детектуванням (DSMA). Метод множинного доступу з розподілом за запрошенням (DAMA). Метод TDMA з резервуванням. Схема доступу з резервуванням пакетів (PRMA).

Змістовий модуль 2 Технології і архітектури бездротових мереж.

Тема 4. Персональні безпровідні мережі. Специфікації HomeRF. Стандарти сімейства IEEE 802.15. Основні характеристики технологій Bluetooth і HomeRF. Побудова мережі для технології Bluetooth. Метод дуплексу. Організація стандартного пакету Bluetooth. Основні протоколи взаємодії Bluetooth. Технічні засоби мережі Bluetooth. Структурна схема Bluetooth - контролера. Структура трансивера. Високошвидкісні персональні мережі стандарту IEEE 802.15.3 (3а). Організація пікомережі. Поняття ad hoc систем. Структура суперкадрів фізичного рівня мережі IEEE 802.15.3. Методи модуляції і швидкості передачі даних в мережах IEEE 802.15.3. Надшвидкодіючі персональні мережі (IEE 802.15.3a).Над широкосмуговий зв’язок (UWB). Метод мультисмугового множинного доступу за допомогою ортогональних несучих (MB - OFDM). Розширення спектра прямою послідовністю (DS-UWB). Низько швидкісні мережі стандарту IEEE 802.15.4. Основні характеристики і особливості технології ZigBee. Топологія мережі і організація інформаційного обміну. Структура пакетів. Концепція “розумний будинок” . Технологія надширокосмугового зв’язку. Визначення UWB - пристроїв. “Імпульсне” радіо. Моноцикл Гауса. Часова імпульсно-позиційна модуляція.

Тема 5. Локальні бездротові мережі. Локальні мережі під управлінням IEE802.15.11. Специфікації IEE802.15.11, IEE802.15.11b, IEE802.15.11a, IEE802.15.11g,. Модуляція/мультиплексирування для стандарту IEE802.15.11b, метод комплементарних кодових послідовностей, пакетне бінарне згорткове кодування. Модуляція/мультиплексирування для стандарту IEE802.15.11а, механізм частотного мультплексирування за допомогою ортогональних несучих –OFDM, організація пакетів з використанням BPSK, QPSK, 16-QAM, 64-QAM методів модуляції. Спектральна маска і розподіл каналів. Особливості специфікації IEE 802.11g. Специфікації (доповнення).

Тема 6 Стандарт DECT Раліоінтерфейс DECT. Організація методу доступу і дуплексного зв’язку. Організація інформаційного обміну. Захист від несанкціонованого доступу. Системи DECT. Апаратна реалізація DECT-пристроїв.

Тема 7 Регіональні безпровідні мережі Багатоканальні багатоточкові розподільчі системи MMDS,LMDS/MVDS. Регіональні мережі широкосмугового доступу під управлінням IEEE 802.16. Мобільні стільникові технології. Стандарти 2G, 2,5 G (GSM, DAMPS, cdmaOne, GPRS, EDGE). Стандарти 3G, 4G. Технології транкінгового зв’язку. Широкомовельні мережі – цифрове телебачення. Стандарт DVB. Формування сигналу в системі DVB-T. Модуляція COFDM. Стандарт DVB-T2. Всесвітове цифрове радіо (DRM). Супутникові мережі. Методи множинного доступу в системах супутникового зв’язку.

Змістовий модуль 3. Математичні основи передачі інформації.

Тема 8. Аналогова і цифрова передача інформації. Структура і функціональна схема системи передачі дискретної інформації. Моделі і типи каналів широкосмугового доступу. Інформація як фізична величина. Теорема відліків та її використання для вибору режимів функціонування каналів зв’язку. Теореми Найквіста і Шенона. Узагальнення формули Найквіста. Теореми Шенона для сигналів з обмеженим спектром.

Тема 9. Коди та їх застосування в системах передачі інформації. Коди з усуненням надлишковості. Теорема Шенона для дискретного джерела. Корегуючі коди. Теорема Шенона для каналу з шумами. Лінійні, циклічні, блокові коди. Ітеративні і каскадні коди. М’яке декодування, енергетичний виграш кодування. Згорткові коди. Турбокоди.

Тема 10. Системи модуляції і сигнально-кодові конструкції Дискретна модуляція. Сигнально-кодові конструкції. Блокові конструкції в гаусівському каналі. Модель каналу з міжсимвольною інтерференцією. Пропускна здатність каналу з між символьною інтерференцією.

Змістовий модуль 4. Фізичний і MAC - рівні стандартів IEEE 802.11, IEEE 802.16

Тема 11. Безпровідні локальні мережі стандарту IEEE 802.11 Основні принципи IEEE 802.11. MAC-рівень стандарту IEEE 802.11 Цикли роботи мережі з концентрованим і розподіленим управлінням. Структура кадрів мережі IEEE802.11 MAC- рівня. Кодування комплементарним кодом. Схема пакетного бінарного згорткового кодування. Апаратна реалізація для мережі IEEE 802.11. Стандарти IEEE 802.11a, IEEE 802.11g. Функціональна схема трактів прийому/передачі стандарту IEEE 802.11a. Змішаний режим ССK—OFDM для мережі IEE 802.11g. Структура кадрів для різних режимів модуляції. Можливі швидкості і тип модуляції для специфікації IEE 802.11g. Групова передача OFDM-пакетів. Схема розподіленого управління в локальній мережі.

Тема 12. Стандарт широкосмугового доступу IEEE 802.16 -2004 MAC- рівень стандарту IEEE 802.16. Структура MAC-рівня. Загальна структура кадрів IEEE 802.16. Принцип надання канальних ресурсів. Фізичний рівень IEEE802.16. Режим WirelessMAN-OFDM. Mesh-мережа. Режим OFDMA. Підтримка адаптивних антенних систем. Апаратна підтримка стандарту IEEE 802.16.

Тема 13. Архітектура і апаратні засоби безпровідних регіональних мереж. Архітектура безпровідних регіональних мереж з фіксованою технологією. Повітряні інтерфейси і розподіл спектра для систем 3G. Різниця між WCDMA і системами 2G. Класифікація якості послуг. Архітектура мережі радіодоступу. Архітектура UTRAN. Загальна модель протоколу для наземних інтерфейсів UTRAN. Фізичний рівень. Типи каналів. Класифікація антенних систем. Фрактальні антени. SMART-антени. Цифрові антенні решітки. MIMO-системи. Технологія LTE.

Викладач дисципліни:

Кабак Владислав Семенович, доцент кафедри «Радіотехніка та телекомунікації», к.т.н., доцент

Розподіл балів, які отримують студенти