Budapest University of Technology and Economics, Faculty of Electrical Engineering and Informatics

A tárgy célkitűzése az űreszközök közötti információ átvitele, az űrkommunikáció, a hírközlés és műholdas műsorszórás fogalmainak és feladatainak elméleti és gyakorlati bemutatása. Különös hangsúllyal tárgyalja a tárgy az űrrendszerek földi és műholdas egységei közötti rádiócsatornákon történő kommunikációt, kitérve az információelmélet, a digitális hírközlés alapjaira, valamint az űrkommunikáció átviteli csatornáin fellépő fading-jelenségekre és ezek modellezésére. A fogalmak alkalmazását a rádióhírközlésből és az optikai hírközlésből és a műholdas kommunikációs rendszerekből vett gyakorlati példák részletes tárgyalásával mutatjuk be.

1. alkalom címe: Űrkommunikációs feladatok áttekintése (elmélet)
Kommunikációs rendszerek általános blokkdiagrammja (forrás/nyelő-(de)kódoló-(de)modulátor-csatorna), űrkommunikációs összeköttetések típusai (pont-pont, pont-többpont, többpont-többpont kapcsolatok). Főbb ITU műholdas szolgáltatási kategóriák(BSS, MSS, FSS). Űrkommunikációs feladatok típusai (Föld űreszköz,űreszköz(ök)-űreszköz(ök), mélyűri kommunikáció).

2. alkalom címe: Információelméleti alapok, forráskódolás (elmélet)Információ fogalma, információ források jellemzése; memóriával rendelkező források, információ mértéke; entrópia. Forráskódolás célja, hatékonysága,memóriamentes és memóriával rendelkező források kódolása, Shannon I.forráskódolási tétele, Huffman kód.

3. alkalom címe: BME földi állomás meglátogatása (gyakorlat) Pikoműholdas kommunikáció gyakorlati szemléltetése, E ép.

4. alkalom címe: Információátviteli csatorna, sztochasztikus folyamatok (elmélet)Üzenetek, zajok, zavarok fogalomköre, ezek leírása diszkrét és folytonos sztochasztikus folyamatokkal, stacionárius folyamatok, korrelációs jellemzés. Kölcsönös információ, csatornakapacitás fogalma, BSC, DMC, additív Gauss-zajos csatorna (AWGN),Shannon korlát, Shannon II. csatornakódolás tétele.

5. alkalom címe: Űrkommunikációs csatornák az RF és az optikai tartományban (elmélet)Pont-pont, pont-többpont, többpont-többpont összeköttetéseken (műhold-Föld, műhold-műhold, földi pont-pont) fellépő féding folyamatok a különböző frekvenciasávokban, ide értve az optikát is. Földi mozgó csatorna, alacsony pályás űreszköz, HAP, drón. Időben változó csatornák jellemzése, WSSUS.

6. alkalom címe: Csatornakapacitási számítások, űrkommunikációs csatornák fédingtartaléka(gyakorlat)Számítási feladatok elvégzése BSC és AWGN csatornákra. Fédingtartalék számítási feladatok elvégzése különböző csatornákra. Ka és Q sávú földi vevő és jelfeldolgozó rendszer, V1 ép.

7. alkalom címe: Csatornakódolás (elmélet)Üzenettér, kódtér fogalma, hibák osztályozása, Hamming távolság, kódkonstrukciós törvények (Singleton, Hamming korlátok, MDS, perfekt kód),kódvektorok, generátormátrix és polinom, paritásellenőrző mátrix és polinom. Bináris és nembináris lineáris csatornakódolási eljárások: Véges testek fogalma, műveletek Galois testek felett, nembináris Hamming kódok, Reed-Solomon kódok, ciklikus kódok.

8. alkalom címe: Digitális jelek átvitele analóg csatornán (elmélet)A komplex burkoló fogalma, digitális jelkészlet, jeltér fogalma, kétdimenziós jelkészletek, PSK és QAM moduláció, több dimenziós (ortogonális, biortogonális, szimplex) jelterek, optimális vétel AWGN csatornában, vevőstruktúrák. 

9. alkalom címe: Csatornakódolás és moduláció (gyakorlat)
Számítási feladatok elvégzése Hamming, Reed-Solomon és ciklikus kódolókra. Zaj hatása a PSK és QAM átvitelre, modulációk összehasonlítása.

10. alkalom címe:Modern digitális modulációs eljárások (elmélet)
OFDM, kódolt moduláció (TC-QAM, Viterbi algoritmus), folytonos fázisú moduláció(CPM). 

11. alkalom címe: Többcsatornás, többvivős, többszörös hozzáférésű rendszerek (elmélet) OFDM, FBMC; pont-pont, pont-többpont, multi-link rendszerek (SISO, SIMO, MISO, MIMO)csatornákra, T/F/C/SDMA, Aloha, műholdas diverziti.

12. alkalom címe: Kódolt és memóriával rendelkező digitális modulációk (gyakorlat)
Demonstráció és számítási feladatok elvégzése Viterbi algoritmus alkalmazására TC-PSK/QAM és CPM esetekre.

13. alkalomcíme: Földi és műholdas kommunikáció konvergenciája I (elmélet)Földi mobilkommunikációs rendszerek áttekintése, követelmények az 5G rendszerekben(eMBB, mMTC, URLLC).

14. alkalom címe: Földi és műholdas kommunikáció konvergenciája II (elmélet)Műholdas rendszerek szerepe az 5G elvárások teljesítésében. Ellátó hálózati funkciók, hozzáférési hálózati feladatok, műsorszóró feladatok.

15. alkalom címe: Földi és műholdas kommunikáció konvergenciája III (gyakorlat)Adaptív kódolás és moduláció (ACM) demonstrációja és számítási feladatok elvégzése eredő átviteli késleltetés, hibaarány meghatározására.

16. alkalom címe: Műholdas műsorszórás (elmélet)Video jelek kódolása (MPEG2) áttekintés, műholdas digitális műsorszórás DVB-S/RSC.

17. alkalom címe: Optikai összeköttetések szerepe az űrkommunikációban. (elmélet, Udvary Eszter)FSO, optikai modulációk, lézerösszeköttetések szerepe a műhold-Föld,műhold-műhold, és a mélyűri kommunikációban.

18. alkalom címe: Műholdas műsorszórás II (gyakorlat)Demonstráció DVB-S rendszerek működésére.

19. alkalom címe: Kvantumkommunikáció szerepe az űrkommunikációban (elmélet, Bacsárdi László) Űrkommunikáció lehallgatás-biztonsági kérdései, kvantumkommunikáció elve, alkalmazási lehetőségei.

20. alkalom címe: Kommunikáció a mélyűri küldetéseknél (elmélet) NASA mélyűri kommunikációs hálózatának (DSN) áttekintése, kommunikációs eljárások planetáris (Hold, Mars, üstökösök) missziók megvalósításához.

21. alkalom címe: Optikai és kvantumkommunikáció (gyakorlat, Udvary/Bacsárdi) Demonstráció és számítási feladatok optikai és kvantumkommunikációra.

Előadás. A tárgy sikeres elvégzése és az ismeretek egymásra épülése miatt a leadott tananyag folyamatos elsajátítása szükséges.

Gyakorlat:Az előadáson elhangzottak áttekintése, gyakorlati példákkal történő kiegészítése.

Előadás: A tárgy sikeres elvégzése és az ismeretek egymásra épülése miatt a leadott tananyag folyamatos elsajátítása szükséges.

Gyakorlat: Az előadáson elhangzottak áttekintése, gyakorlati példákkal történő kiegészítése.

a.    A szorgalmi időszakban:

1 db zárthelyi dolgozat legalább 50%-os teljesítése a félévközi aláírás és ezzel a vizsgára bocsátás feltétele.

b.    A vizsgaidőszakban:

Írásbeli vizsga.

c.    Elővizsga:

Írásbeli vizsga a pótlási időszakban.

Az előadások után, valamint bármikor, de előre egyeztetett időpontban.

1. J. G. Proakis, M. Salehi: Communication Systems Engineering (Prentice Hall, 2002)

2. M. P. M. Hall, L. W. Barclay, and M. T. Hewitt: Propagation of Radiowaves (The Institution of Electrical Engineers, London, UK, 1996)

3. Frigyes I.: Hírközlő rendszerek (Műegyetemi Kiadó, 2001)