Mobil kommunikációs rendszerek

A tantárgy angol neve: Mobile Communication Systems

Adatlap utolsó módosítása: 2017. június 27.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar

Villamosmérnöki szak, BSc képzés

Infokommunikációs rendszerek szakirány

Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VIHIAC04 5 2/1/0/v 4  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Szabó Sándor,
4. A tantárgy előadója
Név:
Beosztás:
Tanszék, Int.:
Dr. Fazekas Péter
tudományos munkatárs
HIT

 Az előadó eléréséhez szükséges adatok a tanszék honlapján megtalálhatók:

https://www.hit.bme.hu/portal/args/munkatarsak/oktatok_kutatok

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Infokommunikáció; Informatika 2.
6. Előtanulmányi rend
Kötelező:
(Szakirany("AVINmultimed", _) VAGY
Szakirany("AVINinfokomm", _) VAGY
Szakirany("AVINnagyfr", _) )VAGY
Szakirany("VIABV-INFSYS", _)

A fenti forma a Neptun sajátja, ezen technikai okokból nem változtattunk.

A kötelező előtanulmányi rendek grafikus formában itt láthatók.

Ajánlott:
Kötelező: -
Ajánlott: Infokommunikáció; Informatika 2.

7. A tantárgy célkitűzése A tantárgy célja, hogy a hallgatók megismerjék napjaink korszerű mobil és vezetéknélküli rendszereinek működését és lehetőségeit, elsősorban a villamosmérnöki szempontból érdekes és gyakorlatias szempontok alapján, úgymint: rádiós interfészek alapvető működése és folyamatai, berendezések hardveres felépítése és működése. Hangsúlyt fektetünk az eszközökben/berendezésekben tényleges gyártói megvalósítások ismertetésére és ezek alkalmazására.
8. A tantárgy részletes tematikája Előadások
1. előadás Bevezetés, mobil hálózati alapismeretek
•    motivációk, információk a szakirányról, a szakirány logikai felépítése, a tárgyak közti összefüggés
•    a szakma elhelyezése a palettán: országos, EU, (-> világ) adatok a szakmára vonatkozóan: cégek száma, alkalmazott mérnökök száma, árbevétel, részesedés a GDP-ből, stb., a közeljövőre vonatkozó kilátások
•    a tárgy féléves tematikájának áttekintése, a tantárgy logikai keretének elmagyarázása,
•    mobil hálózatok általános felépítése, frekvenciaújrafelhasználás elve, cellás elv
•    hálózatok tipikus felépítése, logikai és fizikai architektúra közti különbség szemléltetése valós hálózati példán
2. előadás Mobil és vezetéknélküli alapismeretek
•    felhasználói mobilitásból eredő problémák és vázlatos megoldások
•    szükséges legalapvetőbb fogalmak a rádiós csatornáról és rádiós átvitelről bevezetés/átismétlés szintjén: jelek komplex alapsávi leírása, sávszéleség, vivőfrekvencia jelentése, zaj/interferencia jelentése, hatása; Shannon kapacitás; csillapítás, fading; moduláció; középfrekvencia; feljkeverés; szűrés; digitális szűrés; hibavédő kódolás; erősítés, stb:
3. előadás 3G
•    3G hálózat felépítése és a berendezések szerepe, működése
•    3G rádiós interfész működése: új rádiós paradigma: szórt spektrumú rendszerek
o    a szórt spektrumú rendszerek működése, fajtái általában
o    kódosztás a 3G-ben: ortogonális és zagyváló kódok használata
o    3G rádiós interfész működése : moduláció, kódolás, fizikai jelfeldolgozás, csatornák, logikai csatornák, transzport csatornák, időrés és keretszerkezet, elérhető bitsebességek
4. előadás 3G, 3G továbbfejlesztések:
•    3G rádiós interfész továbbfejlesztései: HSDPA, HSUPA, HSPA+: átviteli sebesség növelésének módjai, a rádiós megoldások újdonságai
o    korábbi paradigmák: AMC, QoS, kódosztás, ütemezés alkalmazása a 3G továbbfejlesztésében
•    új rádiós paradigma: MIMO
o    MIMO működésének alapelvei
o    a HSPA –beli használat és paraméterek alapján elmagyarázva
5. előadás LTE rendszer
•    LTE hálózat: új eszközök, ezek felépítése, működése, LTE hálózati interfészek és működésük.
•    Az LTE és a korábbi rendszerek közötti együttműködés módjai. Korábbi speciális, vagy gyártói megoldások megjelenése az LTE rendszerben.
•    Újdonság a rádióhálózati architektúrában: távoli rádiós fejegységek használata (RRU). CPRI interfész, OBSAI bázisállomás architektúra.
6. előadás: LTE rádiós interfész
•    Áttekintés: FDM, OFDMA alapelve, működése.
•    LTE rádiós interfész paramétereivel, mint példával bemutatva: letöltési irány, feltöltési irány
•    AMC, ütemezés, QoS, MIMO az LTE rádiós interfészen
•   
7-8. előadás LTE-Advanced: az igazi 4G
•    új paradigma: vivőaggregáció
o    megvalósítása a bázisállomás hardveren, jelfeldolgozási nehézségek, hardveres korlátok
o    visszatekintés: dual-carrier HSPA megoldás a 3G fejlesztéseknél
•    új MIMO működési módok és hatásuk
•    relézési módok és várható teljesítőképességük
•    Keskenysávú átvitel (NB-IoT) és D2D átvitel az LTE rádiós interfészen
9-10. előadás Helyi hálózatok: a 802.11 szabványcsalád (WiFi)
•    a szabványok áttekintése: a számos betűjelzés melyike mit takar, a szabvány hatásköre (mit definiál)
•    a 802.11 b,g,a,n,ac -> fejlődési vonalon a fizikai átvitel jellemzése
o    frekvenciasáv, moduláció, kódolás, szükséges jelfeldolgozás, elérhető átviteli sebességek
11. előadás Helyi hálózatok: Bluetooth
o    Bluetooth rádiós interfész működése: moduláció, keretszerkezet, frekvencia-ugratás, hálózatszervezés
o    különbségek a Bluetooth szabványverziókban
o    elérhető átviteli sebességek hogyan adódnak
12. ea Személyes hálózatok
•    RFID
o    alapvető működés, RFID használata, lehetőségei, különböző működési módok
o    elérhető fejlesztői környezetek
•    NFC
o    alapvető működés, NFC használata, lehetőségei, átviteli sebességek
o    elérhető fejlesztői környezetek
13. előadás: Energiahatékonyság a mobil hálózatokban, LTE/LTE-Advanced példán keresztül
•    aktuális adatok a mobil hálózatok energiafogyasztásáról
o    mobil bázisállomás fogyasztásának modellje, mobil állomás telephely fogyasztásának modellje
•    mobil hálózati energiahatékonysági metrikák
•    fogyasztás csökkentésének módjai és hatékonysága

14. előadás A közeljövő mobil/vezetéknélküli hálózati jövője (részletes tananyag évente frissítendő)
•    5G hálózatok: 3GPP Release 15 pillanatnyi állása
o    forgalom növekedés, “kapacitás-kocka”: a kiszolgálás lehetséges módjai
o    “Internet of Things” paradigmából adódód speciális forgalmi és felhasználói körülmények: gép-gép kommunikáció, tömeges számú végpontból álló hálózatok (szenzor), stb; ezek követelményei, hatása a vezetéknélküli hálózatra
o    masszív MIMO rendszerek; koordinált multipont átvitel; lehetőségek, korlátok
•    felhő alapú rádiós hozzáférési hálózat (cloud RAN) koncepció
•    kvantum-kommunikáció: lehetőségek és kurrens fejlesztések
Gyakorlatok:
1. gyakorlat: Példák lefedettség és elérhető sebesség számításokra általános esetben, egyszerű teljesítményegyensúly számítások.
2. gyakorlat: 3G kódkiosztás, SINR és átviteli sebesség számítások, kódosztásos rendszerek hatásainak elemzése számpéldákkal.
3. gyakorlat: LTE rádiós teljesítőképesség, lefedettség és kapacitás számítások.
4. gyakorlat: LTE szinkronizációs, bejelentkezési és mérési eljárások a rádiós interfészen.
5. gyakorlat: Saját rádiós átvitel fejlesztése: USRP bemutatása, USRP architektúra bemutatása a korábbi, bázisállomások hardveres felépítésére vonatkozó tanulmányok fényében, open source könyvtárak, egy-két mintafejlesztés bemutatása
6. gyakorlat: Fejlesztési példa Bluetooth és/vagy NFC/RFID eszközökre.
7. gyk: Számítási példákkal illusztrált terhelés-számítási és erőforrás-allokációs példák: cloud RAN erőforrás-megtakarítás; MMTC terhelés; 1-1 szemelvény a 3GPP R’15 NR dokumentumokból.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás és közös gyakorlat, a gyakorlatokra a hallgatóknak a kapcsolódó előadások anyagából fel kell készülniük.
10. Követelmények •    A szorgalmi időszakban: 1db nagyzárthelyi legalább elégséges osztályzatra (a pontszám 40%-a) való megírása.
•    A vizsgaidőszakban: írásbeli vizsga
•    Elővizsga: van

11. Pótlási lehetőségek A meg nem írt vagy sikertelen nagyzárthelyi pótolható a szorgalmi időszakban. További egy ismételt pótlási lehetőség a pótlási időszakban.
12. Konzultációs lehetőségek Igény esetén előzetesen egyeztetett időpontban konzultációt biztosítunk.
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra42
Félévközi készülés órákra7
Félévközi készülés gyakorlatra
7
Felkészülés zárthelyire30
Házi feladat elkészítése0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása0
Vizsgafelkészülés34
Összesen120
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta
Név:
Beosztás:
Tanszék, Int.:
Dr. Fazekas Péter
tudományos munkatárs
HIT
IMSc tematika és módszer A tananyag mélyebb válogatott szakirodalmat és elsajátításához konzultációkat, ajánlunk. A szakterület irány mélyebben érdeklődőknek további ajánlott irodalmak állnak rendelkezésre, igény szerinti konzultáció mellett.
IMSc pontozás Szerezhető IMSc pont összesen: 20 (felkínált összes lehetőség: 26 pont)
Önkéntes többletfeladatok a megoldásával nagyzárthelyin 2*4, a vizsgán 2*6 IMSC pont szerezhető a számonkérés jeles szintű teljesítése esetén.
IMSc pontok szerezhetők kiemelkedő órai aktivitással a gyakorlaton (gyakoraltonként 1, max. 6 pont).