BME VIK - Vezeték nélküli hálózati technológiák

3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Fazekas Péter,

4. A tantárgy előadója Dr. Pap László, Professor Emeritus, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék

5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Matematika, Fizika, Hírközléselmélet

6. Előtanulmányi rend

Ajánlott:
Tematikaütközés miatt a tárgyat csak azok vehetik fel, akik korábban nem hallgatták a következő tárgyakat:
BMEVIHVA342 Nagyfrekvenciás rendszerek
BMEVIHVM257 Szélessávú fix és mobil kommunikációs rendszerek
VIHIM172 Vezeték nélküli hálózati technológiák
VIHVMA01 Szélessávú vezeték nélküli hírközlő és műsorszóró rendszerek

7. A tantárgy célkitűzése A korszerű távközlő rendszerek talán leggyorsabban fejlődő területe a mobil rádiós kommunikáció. A tárgy fő célja azoknak az elméleti alapoknak és gyakorlati eljárásoknak az összefoglalása, melyek a leginkább használatosak ezen a szakterületen. A tantárgy követelményeit sikeresen teljesítő hallgatóktól elvárható, hogy értsék a rádiós környezetből adódó, a vezetékes rendszerekhez képes megjelenő többlet követelményeket, ismerjék a rádiós csatorna leírásának módját, tisztában legyenek a rádiós interfészen alkalmazott modulációs, jeldetektálási és többszörös hozzáférési technikákkal, ismerjék a mobilitásból adódó problémákat és azok megoldásait.

8. A tantárgy részletes tematikája 1. előadás: bevezetés, előzmények és helyzetkép
A mobil kommunikációs rendszerek fejlődési trendjei: generációk, áttekintés a mobil kommunikációs rendszerek fejlődéséről, a fejlődés számszerű adatai, technológiai és hatósági osztályozások, a digitális mobil rádiós rendszerekkel kapcsolatos alapfogalmak, szervezett közeghozzáférési módszerek.
2. előadás: a mobil kommunikációs rendszerek jellemzése
A vezeték nélküli rendszerek hozzáférési szintjei, a mobil rádiójelek leírási módja, a mobil rádiócsatorna típusai. A rendszerek spektrális hatékonysága. A többszörös hozzáférés alapmódszerei.
3. előadás: A mobil rádiócsatorna jellemzése
Komplex alapsávi jelkezelés. A modulált jelek komplex alapsávi leírásával kapcsolatos fogalmak: komplex előburkoló, amplitúdó és fázis, a jelek spektruma. A kvadratúra jelek előállítása, a Hilbert-transzformáció értelmezése és alkalmazása, az univerzális adó és vevő felépítése, a vivőfrekvenciás tartományban létrejövő lineáris torzítások hatásának alapsávi leírása.4. előadás: a mobil rádiócsatorna jellemzése
A cellás mobil rádiócsatorna fizikai modellje, a többutas terjedés leírása, az idővariáns lineáris rendszerek matematikai leírása és annak kapcsolata a fizikai modellekkel.
5. előadás: a mobil rádiócsatorna jellemzése (folytatás)
A mobil hálózati vezetéknélküli csatorna típusai és azok jellemzői, a csatornák osztályozása. Az idővariáns lineáris rendszerekkel kapcsolatos alapfogalmak: a Bello-függvények és azok fizikai értelmezése.
1. gyakorlat: a Belló függvények elemzése
Példák az idővariáns átviteli függvényre, a késleltetés-Doppler szórás függvényre, a kimeneti Doppler szórás függvényre, azok fizikai értelmezése, gyakorlati csatornaparaméterek.
6. előadás: a véletlenül változó paraméterű csatornák jellemzése (fading paraméterek)
Jellemző korrelációs függvények, a stacionárius, (WSS, Wide Sense Stationary Channel), a korrelálatlan szórású (US Channel, Uncorrelated Scattering Channel) és a stacioner korrelálatlan szórású csatornák fogalma, az idő-frekvencia autokorrelációs függvény értelmezése, fadingspektrum, Doppler-szórás, késleltetés sűrűségfüggvény, késleltetés szórás értelmezése.
2. gyakorlat: példák a véletlenül változó paraméterű csatornákra
Időinvariáns US csatorna, szélessávú idővariáns hálózat, a multiplikatív fading fogalma. Fading típusok: Rayleigh-fading, Rice-fading, log-normál fading.
7. előadás: mozgó rendszerekben az időben változó fading hatások elemzése
Az időben változó csatorna súlyfüggvényének leírása, a Jakes-modell, a fading spektrum számítása függőleges botantenna, a mozgás irányára merőleges és a mozgás irányával párhuzamos hurokantenna esetén. A jel-zaj viszony statisztikája különböző fading-modellek esetében.
3. gyakorlat: a fading modellek értelmezése, példák a különböző fading típusokra
A Rayleigh-fading egyszerűsített leírása, a direkt terjedési úttal rendelkező csatorna (Rice-csatorna, Rice-fading), az eredő fading eloszlás szokásos leírása, a mobil csatornák típusai és paramétereik a fading paraméterek szerint.
8. előadás: az átviteli csillapítás becslése
A csillapítási modellek típusai (analitikus és empirikus modellek), szabadtéri átvitel, a kétutas modell, a Lee-modell (az antennák és a frekvencia korrekciós tényezői), a Okumura-Hata modell, csillapítás-becslés sík terepen és hegyes vidéken, késél modell, másodlagos hatások. A terjedési csillapítást befolyásoló egyéb tényezők.
4. gyakorlat: példák az empirikus modellek használatára
Számítási példák a Lee-modellre, az antenna magasságok, a frekvencia változása és a környezet típusai függvényében. Példák az Okumura-Hata modell alkalmazására.
9. előadás: a lineáris modulációs rendszerek típusai
A lineáris modulációs átismétlése, speciális, differenciális kódolású modulációs rendszerek (offset QPSK, DPSK, stb.). A modulált jel egy szimbólumra eső átlagos energiájának meghatározása, a fehér Gauss-zaj alapsávi ekvivalense és a jel-zaj viszony értelmezése.

5. gyakorlat: példák a lineáris modulációs rendszerekkel kapcsolatban
Az egy szimbólumra eső átlagos energiája meghatározása különböző lineáris modulációs rendszerekben, példák a jel-zaj viszony számítására a több szintű modulációs rendszerekben.
10. előadás: optimális vételi eljárások lineáris modulációs rendszerekben
Az optimális koherens vevő felépítése, működése és hibaaránya bináris esetben, MAP és ML vevő, az optimális ML vevőstruktúra koherens vétel esetén, az optimális, nemkoherens vevő felépítése és hibaaránya bináris esetben, az optimális ML vevőstruktúra nemkoherens vétel esetén.
11. előadás: a különböző bináris modulációs rendszerek hibaaránya
A bináris modulációs eljárások hibavalószínűségének függése a jel-zaj viszonytól, a fading hatásának analízise bináris rendszerekben Rayleigh- és Rice-fading esetén, a fading tartalék fogalma, a hibavalószínűségének függése az átlagos jel-zaj viszonytól.
12. előadás: nemlineáris modulációs rendszerek
Folytonos fázisú modulációs rendszerek, jelelőállítás az ilyen rendszerekben, teljes válaszfüggvényű rendszerek, részleges válaszfüggvényű rendszerek, a vevő általános felépítése.

13. előadás: a fading hatásának kompenzálása
Diverziti technikák, típusok, a kombájnerek felépítése és típusai, az optimális lineáris kombájner analízise csatornainformáció esetén, a rádiócsatorna és a kombájner együttes modellje.
14. előadás: a fading hatásának kompenzálása (folytatás)
Az optimális lineáris kombájner elvi felépítése, az optimális lineáris diverziti kombinációs eljárás hibaanalízise Rayleigh-fading esetén, optimális kombinációs eljárás csatornainformáció nélkül.
15. előadás: a fading hatásának kompenzálása (folytatás)
Lineáris szuboptimális kombájnerek, a diverziti eljárások határtulajdonságai, az átlagos bithibaarány aszimptotikus viselkedése optimális koherens és nemkoherens kombinációjú kombájner alkalmazásakor.
6. gyakorlat: példák a kombinációs rendszerekre
Az optimális lineáris kombináció működésének illusztrálása, a keletkező nyereség fizikai alapjainak megvilágítása, a szuboptimális eljárások kapcsolata az optimális megoldásokkal.
16. előadás: a szórt spektrumú moduláció
A szórt spektrumú távközlés alapelve, ortogonalitás definíciója, Walsh függvények, a processing gain fogalma és jelentősége. Szórt spektrumú moduláció, a kódosztásos rendszerek előnyei, hátrányai, a kódosztásos többszörös hozzáférés alapjai. A szórt spektrumú modulációs rendszerek típusai.

17. előadás: a szórt spektrumú moduláció (folytatás)
A direkt szekvenciális többszörös hozzáférésű rendszer hibaanalízise, a rendszerzaj fogalma, a WCDMA rendszerek felépítése és működése, a kódok megválasztása.
18. előadás: modern modulációs rendszerek
Az ortogonális frekvenciaosztásos rendszerek alaptulajdonságai, felépítés, működés, spektrális tulajdonságok, a szimbólumközi áthallás kiiktatása, a csatornák kiegyenlítése, a Doppler szórásra való érzékenység.
19. előadás: interferenciák mobil rádiós rendszerekben
Az interferenciák forrásai. Az interferenciák típusai. Az interferenciával terhelt csatornák általános modelljei. Az interferenciák hatása az átvitel minőségére.
20. előadás: digitális modulált jelek átvitele diszperzív csatornán
A szimbólumközi áthallás modellje, a csatornakiegyenlítés módszerei, az ISI mentesség feltétele, optimális koherens vétel diszperzív csatornában, nullázó stratégia (Zero Forcing, ZF), négyzetes átlaghibára optimális megoldás (Mean Square Error, MSE), döntésvisszacsatolt kiegyenlítés (Decision Feedback, DF).
21. előadás: a cellás rendszerek alapjai
A frekvencia újrahasznosítás elve, cellás mobil hálózatok kialakításának alapelvei, a cella rendszerek alapparaméterei. A cellás rendszerek főbb jellemzői, a különböző rendszerek összehasonlítása (területi ellátottság, spektrális hatékonyság, forgalmi paraméterek). Mobilitás támogatás cellás rendszerekben.
7. gyakorlat: a mobil kommunikációs rendszerek fejlődésének technológiai irányai (kitekintés)
A szélessávú rendszerek fejlesztésének az alapelemei: szélesebb sávú rendszerek, a csatornák aggregációja, MIMO technikák, fejlettebb antennarendszerek, makro-, mikro-, piko-, femtocellák, FDD-TDD aggregáció, MBMS megoldások.

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Előadás és tantermi gyakorlat, a tananyag sikeres elsajátításához a tantermi gyakorlatra egyes anyagrészekből készülni kell az előadásanyag és a kijelölt irodalom alapján.

10. Követelmények a. A szorgalmi időszakban: a vizsgára bocsátás feltétele az aláírás megléte (TVSZ szerint). A félév során 1 db ZH, melynek legalább elégséges eredménye szükséges az aláírás megszerzéséhez.
b. A vizsgaidőszakban: szóbeli vizsga (előre definiált tételek alapján)
c. Elővizsga a pótlási héten lehetséges az aláírást a szorgalmi időszakban megszerzőknek.

11. Pótlási lehetőségek A szorgalmi időszakban: 1 pótZH
A pótlási időszakban: 1 pót-pótZH

12. Konzultációs lehetőségek Az órák után, ill. az előadóval történő egyeztetés alapján.

13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Dr. Pap László – Dr. Imre Sándor: A mobil hírközlés alapjai. Elektronikus jegyzet. http://kutfo.hit.bme.hu/index.php?pid=oktatas&pid2=tantargyak〈=hun, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék, Budapest, 2007.
Gordon L. Stüber: Principle of Mobile Communication. Kluwer Academic Publishers, Boston / Dordrecht / London, 1996.

14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka

Kontakt óra	56
Félévközi készülés órákra	8
Felkészülés zárthelyire	16
Házi feladat elkészítése
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása
Vizsgafelkészülés	40
Összesen	120

15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Pap László, Professor Emeritus, Hálózati Rendszerek és Szolgáltatások Tanszék