Szélessávú kommunikációs rendszerek és alkalmazások

A tantárgy angol neve: Broadband Communication Systems and Applications

Adatlap utolsó módosítása: 2023. április 20.

Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem
Villamosmérnöki és Informatikai Kar 		MSc, Villamosmérnök, Vezetéknélküli kommunikációs rendszerek főspecializáció B tárgy
Tantárgykód Szemeszter Követelmények Kredit Tantárgyfélév
VITMMB08   2/1/0/v 5  
3. A tantárgyfelelős személy és tanszék Dr. Orosz Péter,
4. A tantárgy előadója Dr. Orosz Péter, docens, BME TMIT
Dr. Bitó János, docens, BME HVT
5. A tantárgy az alábbi témakörök ismeretére épít Hírközléselmélet, Jelek és rendszerek I-II., Infokommunikáció
6. Előtanulmányi rend
Ajánlott:
-
7. A tantárgy célkitűzése A Hírközléselmélet tantárgyban előadott elméleti alapokra építve a szélessávú vezeték nélküli kommunikációs rendszerek alapvető eljárásainak, valamint alkalmazásainak ismertetése az alábbi témakörök szerint.
A félév első fele az átviteli közegek tulajdonságait ismerteti, áttekintve a földi és műholdas mikrohullámú közeg, a mobil, valamint a fix telepítésű és műsorszóró (földfelszíni és műholdas) rádiócsatorna tulajdonságait (pl. WSSUS), kitérve a pont-pont, pont-többpont (pl.: MIMO) csatornákra is. Ezután a rádiócsatornáknál alkalmazott szélessávú rendszereket tárgyalja, kitérve a többvivős modulációs eljárások - OFDM, FBMC, kiterjesztett spektrumú rendszerekkel (konstans és változó sebességű szolgáltatások esetére is), a többszörös hozzáférésű rendszerekkel (CDMA, FDMA, TDMA, SDMA), többfelhasználós vételi eljárásokra is. Ugyancsak szemléltetjük ezen rendszerek alapsávi rendszerábrázolását, modellezési és szimulációs eljárásait, adott sztochasztikus jellemzőkkel rendelkező valós és komplex jelek előállítását, a rendszerjellemzők szimulációs becslését.
A félév második felében áttekintjük a fontosabb szélessávú kommunikációs rendszereket, megvizsgáljuk átviteli tulajdonságaikat, a közeghozzáférési mechanizmusokat, valamint az erőforrás menedzsment lehetőségeket. Kiemelten tárgyaljuk a 802.11-alapú vezeték nélküli hálózatokat és 5. generációs mobilhálózatokat. Az előadások során támaszkodunk a félév első felében megszerzett elméleti tudásra. Ezeken felül áttekintjük a kommunikációs hálózatok és a rájuk épülő alkalmazások (szolgáltatások) tervezési, megvalósítás és üzemeltetési szempontrendszerét.
A félév végére a hallgatók birtokába jutnak azon ismereteknek, melyekkel képesek lesznek a jövő szélessávú kommunikációs rendszereinek alapvető - fizikai és felsőbb rétegbeli - tulajdonságainak tervezésére, modellezésére és vizsgálatára. Ezeken felül megismerkednek a szélessávú kommunikációs hálózatokra épülő szolgáltatások átviteli követelményeivel.
8. A tantárgy részletes tematikája

Az előadások részletes tematikája:

 

1. előadás: Rádióátviteli közegek tulajdonságai: a földi és műholdas mikrohullámú közeg, a mobil valamint a fix telepítésű rádiócsatorna tulajdonságai. Az ilyen idővariáns lineáris rendszerek analitikus vizsgálata.

2. előadás: Szorzó típusú (multiplikatív) fédinges rádiócsatorna statisztikai leírása közvetlen rálátású (LOS, Rice féding) és e nélküli (NLOS, Rayleigh féding) esetben. Doppler kiterjedés, Jakes spektrum.

3. előadás: Többutas terjedéses rádiócsatornák, mint idővariáns rendszerek leírása Bello-féle sztochasztikus rendszerfüggvényekkel. A Bello függvények korrelációs vizsgálata, időben gyengén stacionárius, korrelálatlanul szóró csatorna (WSSUS) jellemzése; koherencia idő/sávszélesség, Doppler/késleltetés kiterjedés. Szélessávú rendszerek definiálása.

4. előadás: WSSUS csatorna modellezése. Diverziti eljárások a féding ellen: idő/frekvencia/tér diverziti; SISO, SIMO, MISO, MIMO rendszerek. RAKE vevőkészülék.

5. előadás: Kiterjesztett spektrumú és többszörös hozzáférésű rendszerek: SS (kódok, közvetlen kódsorozatú rendszerek, lassú, gyors frekvenciaugratásos rendszerek); többszörös hozzáférésű rendszerek (CDMA, FDMA, TDMA, SDMA), többfelhasználós vételi eljárások.

6. előadás: Többcsatornás, többvivős rendszerek: OFDM (ortogonalitás, csatornakorrekció OFDM-rendszerekben, védelmi idő, stb.), FBMC.

7. előadás: Pont-pont, pont-többpont, multi-link rendszerek (SISO, SIMO, MISO, MIMO) csatornákra, egyfelhasználós és masszív MIMO rendszerek.

8. előadás: Vezeték nélküli technológiák strukturált áttekintése: osztályozás, összehasonlítás, fizikai rétegek jellemzői, korlátok.

9. előadás: 802.11 helyi hálózatok: szabványok, átviteli tulajdonságok, generációk összehasonlítása, közeghozzáférés, erőforrás menedzsment.

10. előadás: 802.11 helyi hálózatok: vállalati WiFi, hozzáférés-szabályozás, központosított infrastruktúra, szolgáltatásminőségi garanciák, roaming.

11. előadás: 5. generációs mobilhálózatok: 4G, 5G, generációk és fejlődésük, architektúra, GTP-C/U, S1AP és S1U, mobilhálózati interfészek és szerepük.

12. előadás: 5. generációs mobilhálózatok: 5G+, LPWA, 4G/5G privát hálózatok, felhasználási esetek, eMBB, URLLC, MMTC.

13. előadás: Alkalmazás-specifikus technológiák: DECT, LoRa, SIGFOX, átviteli jellemzők, közeghozzáférés, specifikus alkalmazási területek, integrálhatóság.

14. előadás: Szolgáltatások és kiszolgáló architektúrák: szolgáltatások tervezési szempontjai, követelményspecifikáció, architekturális tervezés, integráció, szolgáltatásminőség, teljesítménymutatók, benchmarking.

A gyakorlatok/laborok részletes tenatikája:

1. Féding-tartalék számítási feladatok Rayleigh és Rice fédinges csatornák esetére.

2. Bithibaarány számítási feladatok különböző diverziti eljárásokra.

3. Spektrumkiterjesztő kódok (pl. Gold kódcsalád) korrelációs tulajdonságai, számítási feladatok DS-SS, FH-SS, és DS-CDMA rendszerekre.

4. 802.11 hálózatok: esettanulmányok, hibaok elemzés, lefedettség és szolgáltatásminőség, központosított menedzsment.

5. 5G mobilhálózatok: 3GPP csatlakozás felépítés és bontás, tipikus mobilhálózati üzenetek (TAU, RAU, Attach/Detach, paging).

6. Egy konkrét valós idejű szolgáltatás megtervezése, esettanulmányok.

 

 

9. A tantárgy oktatásának módja (előadás, gyakorlat, laboratórium) Multimédiás eszközökkel támogatott előadás, gyakorlati számítási feladatok, esettanulmányok.
10. Követelmények Szorgalmi időszakban:

Egy írásbeli zárthelyi dolgozat a 8-11. oktatási héten, mely nagyzárthelyi anyaga a félév tananyagának legfeljebb 50%-át fedi le, és melyet legalább elégséges szinten kell teljesíteni.

Vizsgaidőszakban:

Írásbeli vizsga, melynek előfeltétele az év végi zárthelyi legalább elégséges szintű teljesítése.
Elővizsga: nincs

11. Pótlási lehetőségek A félév során lehetőséget adunk a nagyzárthelyi egyszeri pótlására.
12. Konzultációs lehetőségek Igény esetén előzetesen egyeztetett időpontban konzultációt biztosítunk.
13. Jegyzet, tankönyv, felhasználható irodalom Frigyes István: Hírközlő rendszerek, Egyetemi tankönyv, Műegyetemi kiadó, 1998.
Proakis, Salehi: Communications System Engineering, Prentice Hall Second Edition, 2002.
Stallings, William: 5G Wireless: A Comprehensive Introduction, Addison-Wesley Professional First Edition, 2021
S. Gast, Matthew: 802.11 Wireless Networks: The Definitive Guide, O'Reilly Media; 2nd edition, 2005
Bing, Benny: Wi-Fi Technologies and Applications: From 802.11ax (Wi-Fi 6) to 802.11be (Wi-Fi 7), Amazon First edition, 2021
14. A tantárgy elvégzéséhez átlagosan szükséges tanulmányi munka
Kontakt óra42
Félévközi készülés órákra14
Felkészülés zárthelyire24
Házi feladat elkészítése0
Kijelölt írásos tananyag elsajátítása20
Vizsgafelkészülés50
Összesen150
15. A tantárgy tematikáját kidolgozta Dr. Orosz Péter, docens, TMIT
Dr. Bitó János, docens, HVT