Министерство науки и образования Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Московский физико-технический институт (государственный университет)» 
МФТИ (ГУ)

«Утверждаю»
Проректор по учебной работе
_______________ Д.А.Зубцов
«___»______________ 20___ г.

Рабочая УЧЕБНАЯ Программа

По дисциплине: Теоретические основы беспроводной связи
По направлению: 010900 «Прикладные математика и физика»
магистерская программа: 010974 – Телекоммуникационные сети и системы
Факультет радиотехники и кибернетики
Кафедра проблем передачи и обработки информации
Курс: 1 (магистратура) 
Семестры – осенний и весенний 	Дифференцированный зачёт: 1 семестр
						Экзамен: 2 семестр

Трудоёмкость: вариативная часть – 5 зач.ед.,
в том числе:
лекции: вариативная часть – 66 часов
самостоятельная работа: вариативная часть – 66 часов
подготовка к экзамену: вариативная часть – 1 зач.ед.

ВСЕГО АУДИТОРНЫХ часов  66

Программу составил к.т.н., доцент В.Б. Афанасьев

Программа обсуждена на заседании кафедры 28 мая 2012 года

Заведующий кафедрой						А.П. Кулешов
академик РАН

Объем учетной нагрузки и виды отчетности

Вариативная часть, в том числе:	5 зач.ед.
	
Лекции	66 часов
	
Самостоятельные занятия	66 часов
	
Промежуточная аттестация
	дифференцированный зачет в 1-м семестре магистратуры	
Итоговая аттестация	экзамен во 2-м семестре магистратуры (1 зач.ед.)	
ВСЕГО	5 зач.ед. (132 часа + 1 зач.ед.)	

1.	Цели и задачи дисциплины

Цель дисциплины – освоение студентами основ теории беспроводной связи.
Задачи:
-	фундаментальная подготовка студентов в области теории беспроводной связи;
-	формирование подходов к выполнению самостоятельных исследований студентами в области теории беспроводной связи.

2.	Место дисциплины в структуре ООП магистратуры

Дисциплина «Теоретические основы беспроводной связи» включает в себя разделы, которые могут быть отнесены к вариативной части цикла М.2.
Дисциплина «Теоретические основы беспроводной связи» базируется на материалах курсов бакалавриата: базовая и вариативная часть Б.2 и Б.3 УЦ ООП.

3.	Компетенции, формированию которых способствует освоение дисциплины

Освоение дисциплины «Теоретические основы беспроводной связи» способствует формированию следующих общекультурных и общепрофессиональных интегральных компетенций магистра:
а) общекультурные (ОК):
-	способность использовать на практике углубленные фундаментальные знания, полученные в области естественных и гуманитарных наук, и обладать научным мировоззрением (ОК-1);
-	способность ставить, формализовать и решать задачи, уметь системно анализировать научные проблемы, генерировать новые идеи и создавать новое знание (ОК-2);
-	способность самостоятельно приобретать и использовать в практической деятельности знания и умения, в том числе в новых областях (ОК-3);
-	способность формулировать устно и письменно свою точку зрения, владеть навыками ведения научной и общекультурной дискуссий на русском и английском языках (ОК-4);
б) профессиональные (ПК):
-	способность применять в своей профессиональной деятельности углубленные знания, полученные в соответствии с профильной направленностью (ПК-1);
-	способность ставить задачи теоретических и (или) экспериментальных научных исследований и решать их с помощью соответствующего физико-математического аппарата, современной аппаратуры и информационных технологий (ПК-2);
-	способность самостоятельно осваивать новые дисциплины и методы исследований (ПК-3);
-	способность применять современные методы анализа, представления и передачи информации, использовать пакеты прикладных программ по профилю подготовки (ПК-4);
-	способность определять вместе с коллективом исполнителей направления собственной научной, технической или инновационной деятельности, выбирать подходы к решению конкретных исследовательских и (или) инновационных задач (ПК-7);
-	способность самостоятельно и (или) в составе исследовательской группы разрабатывать, исследовать и применять математические и физические модели для качественного и количественного описания явлений и процессов и (или) разработки новых технических средств (ПК-9).

4.	Знания, умения и навыки, формированию которых способствует освоение дисциплины

Освоение дисциплины «Теоретические основы беспроводной связи» способствует формированию комплекса знаний и навыков, благодаря которому обучающийся должен:
а) знать:
- 	структуру цифровых беспроводных систем передачи данных;
-	основы теории дискретных сигналов и каналов связи; 
-	основы теории кодов, исправляющих ошибки;
-	методы каскадного построения и декодирования сложных сигналов;
-	сигналы и коды в системах с временным, частотным и кодовым разделением;
-	кодирование в системах со случайным множественным доступом;
б) уметь:
-	оценивать вероятностные и энергетические характеристики сигнально-кодовых конструкций;
-	оценивать сложность реализации кодирования и декодирования сложных сигналов; 
-	проводить компьютерное моделирование функциональных блоков беспроводных систем передачи данных;
в) владеть:
-	навыком освоения большого объема информации;
-	навыками постановки научно-исследовательских задач и навыками самостоятельной работы.

5.	Структура и содержание дисциплины

Лекции
№ п.п.	Тема	Число аудиторных часов	Число часов самостоятельной работы	
1	Общая структура цифровых беспроводных 
систем передачи данных.
Источники, кодеры источников, каналы, кодеры каналов, декодеры, преобразование частот.	2	2	
2	Искажения сигналов и помехи, источники и характеристики помех (шумов).
Формирование спектра сигналов, пропускная способность каналов.	2	2	
3	Элементы теории дискретных сигналов и каналов связи. Физически реализуемые сигналы, частотное представление сигналов.	2	2	
4	Дискретное преобразование Фурье.
Дискретная модуляция: АМ, ЧМ, ФМ, КАМ.	2	2	
5	Импульсная реакция и частотная характеристика дискретного канала.
Аддитивный и мультипликативный шум, многолучевое распространение сигналов, Допплерово смещение.	2	2	
6	Модели каналов беспроводной связи.	2	2	
7	Основы помехоустойчивого кодирования. 
Коды, исправляющие ошибки: построение, 
декодирование и   модификации кодов, 
границы скорость-расстояние, спектры 
расстояний.	2	2	
8	Циклические коды: построение, свойства и 
декодирование. Исправление пакетов 
ошибок. 	2	2	
9	Сверточные коды. Представление кодов с помощью графов.
Алгоритм декодирования Витерби.	2	2	
10	Алгоритм декодирования по максимуму апостериорной вероятности.
LDPC коды. Итеративные алгоритмы декодирования.	2	2	
11	Каскадные кодовые конструкции.
Итеративные и каскадные коды (Форни), теорема о кодовом расстоянии, коды Юстессена.	2	2	
12	Обобщенные каскадные коды Блоха-Зяблова, систе системы вложенных кодов.	2	2	
13	Декодирование каскадных кодов, вероятность ошибки.
TURBO коды: построение и декодирование.	2	2	
14	Сигнально-кодовые конструкции (кодовая 
модуляция).
Вложенные системы сигналов в евклидовой метрике.	2	2	
15	Каскадное построение сложных сигналов.
Сигнально-кодовые конструкции MLCM, 
TCM, BICM.	2	2	
16	Обобщенное каскадное построение сложных сигналов.	2	2	
17	Пространственно-временные сигнально-кодовые конструкции.	2	2	
18	Структура модемов беспроводной системы 
связи.	2	2	
19	Синхронизация дискретных сигналов и 
кодов. 
Синхронизация тактовая, ФАПЧ, 
скремблирование.
Синхронизация кодовых слов, коды с 
самосинхронизацией.	2	2	
20	Системы с последовательной передачей 
элементарных сигналов.
Элементарные сигналы с дискретной модуляцией, согласование с каналом.	2	2	
21	Выравнивание и измерение импульсной 
характеристики канала.
Адаптивное выравнивание канала.	2	2	
22	Системы с параллельной передачей 
элементарных сигналов (OFDM).
Системы ортогональных поднесущих с 
дискретной модуляцией.	2	2	
23	Циклический префикс и согласование с 
каналом.	2	2	
24	Измерение «частотной характеристики» 
канала и коррекция искажений.	2	2	
25	Адаптивное слежение за характеристикой 
канала.	2	2	
26	Демодуляция поднесущих.
Обнаружение  и коррекция Допплерова 
смещения.	2	2	
27	Системы множественного доступа. 
Системы с временным и частотным 
разделением, OFDMA. 
Системы с (пространственно-временным) 
кодовым разделением.	2	2	
28	Частотно-временные матрицы кодирования 
для защиты от преднамеренных помех 
подавления и имитации.	2	2	
29	Сложность реализации некоторых элементов 
систем передачи и хранения.
Сложность кодирования линейных блоковых 
и сверточных кодов.	2	2	
30	Сложность некоторых алгоритмов 
декодирования.	2	2	
31	Сложность декодера Витерби и 
декодирования по максимуму апостериорной 
вероятности.	2	2	
32	Быстрое преобразование Фурье: алгоритмы и сложность.	2	2	
33	Цифровые фильтры: алгоритмы и сложность.	2	2	
ВСЕГО	66 часов	66 часов	
ИТОГО	132 часа	
  
Виды самостоятельной работы
№ п.п.	Темы	Количество часов	
1	Изучение теоретического курса – выполняется самостоятельно каждым студентом по итогам каждой из лекций, результаты контролируются преподавателем на лекционных занятиях,  используются конспект (электронный) лекций, учебники, рекомендуемые данной программой.	30	
2	Написание курсовых работ (осенний семестр):
ТЕМА 1
Название: Оптимизация конфигурации сигналов дискретной 
модуляции и расчет вероятности ошибки в канале с 
замираниями и АБГШ.
Исходные данные: 
1.	Число сигнальных точек.
2.	Тип конфигурации (ам, фм, кам, афм и их модификации).
3.	Размерность (число ортогональных координат).
4.	Ограничения: пик-фактор, скорость (число бит на 
измерение).
5.	Параметры плотностей вероятности Релея и Гаусса.
Целевая функция:
1.	Максимизация минимального евклидова расстояния 
между сигнальными точками.
2.	Максимизация отношения минимального расстояния к 
средней мощности множества точек.
3.	Максимизация отношения минимального и 
максимального расстояний между сигнальными точками.
Результаты:
1.	Конфигурация и параметры выбранного множества 
сигнальных точек.
2.	Вероятности ошибки (условные или средние).

ТЕМА 2
Название: Построение декодера Витерби и оценка 
вероятности ошибки в канале с частичным откликом.
Исходные данные: 
1.	Конфигурация сигнальных точек.
2.	Частичный импульсный отклик канала.
3.	Характеристики шума.
Результаты:
1.	Конфигурация и параметры решетки декодирования.
2.	Вероятности ошибки (условные или средние).

ТЕМА 3
Название: Оптимизация структуры OFDM сигнала для 
заданных характеристик канала и шума.
Исходные данные: 
1.	Ширина спектра, число отсчетов и длительность OFDM 
сигнала.
2.	Частотная характеристика канала.
3.	Соотношение средней мощности сигнала и шума.
4.	Допустимая вероятность ошибки на бит.
5.	Список используемых кодов (параметры и 
характеристики).
6.	Используемые конфигурации дискретной модуляции.
Целевая функция:
1.	Максимизация скорости передачи.
2.	Максимизация пропускной способности.
Результаты:
1.	Структура OFDM сигнала.
2.	Оценки скорости передачи и вероятности ошибки на 
информационный бит.
3.	Оценка пропускной способности.
4.	Оценки вероятности ошибки (условные и средние).	36	
3	Подготовка к дифференциальному зачету и экзамену	1 зач.ед.	
ВСЕГО	66 часов + 
1 зач.ед.	

6.	Образовательные технологии

№ п/п	Вид занятия	Форма проведения занятий	Цель	
1	Лекция	Изложение теоретического материала	Получение теоретических знаний по дисциплине	
2	Самостоятельная работа студента	Самостоятельная работа	Получение дополнительных знаний и подготовка к зачету и экзамену	

7.	Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины и учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы студентов

Перечень контрольных вопросов для сдачи дифференцированного зачета в 1-ом семестре магистратуры
№ п.п.	Тема	
1	Источники, кодеры источников, каналы, кодеры каналов, декодеры, преобразование частот.	
2	Искажения сигналов и помехи, источники и характеристики помех (шумов).
Формирование спектра сигналов, пропускная способность каналов.	
3	Физически реализуемые сигналы, частотное представление сигналов.	
4	Дискретное преобразование Фурье.
Дискретная модуляция: АМ, ЧМ, ФМ, КАМ.	
5	Импульсная реакция и частотная характеристика дискретного канала.
Аддитивный и мультипликативный шум, многолучевое распространение сигналов.	
6	Модели каналов беспроводной связи.	
7	Коды, исправляющие ошибки: построение, 
декодирование и   модификации кодов, 
границы скорость-расстояние.	
8	Циклические коды: построение, свойства и 
декодирование. 	
9	Сверточные коды. Представление кодов с помощью графов.
Алгоритм декодирования Витерби.	
10	LDPC коды. Итеративные алгоритмы декодирования.	
11	Итеративные и каскадные коды (Форни), теорема о кодовом расстоянии.	
12	Обобщенные каскадные коды Блоха-Зяблова, системы вложенных кодов.	
13	Декодирование каскадных кодов, вероятность ошибки.
TURBO коды: построение и декодирование.	
14	Вложенные системы сигналов в евклидовой метрике.	
15	Каскадное построение сложных сигналов.
Сигнально-кодовые конструкции MLCM, 
TCM, BICM.	
16	Обобщенное каскадное построение сложных сигналов.	
17	Пространственно-временные сигнально-кодовые конструкции.	

Перечень контрольных вопросов для сдачи экзамена  во 2-ом семестре магистратуры
1	Источники, кодеры источников, каналы, кодеры каналов, декодеры, преобразование частот.	
2	Искажения сигналов и помехи, источники и характеристики помех (шумов). Формирование спектра сигналов, пропускная способность каналов.	
3	Физически реализуемые сигналы, частотное представление сигналов.	
4	Дискретное преобразование Фурье. Дискретная модуляция: АМ, ЧМ, ФМ, КАМ.	
5	Импульсная реакция и частотная характеристика дискретного канала.
Аддитивный и мультипликативный шум, многолучевое распространение сигналов, Допплерово смещение.	
6	Модели каналов беспроводной связи.	
7	Коды, исправляющие ошибки: построение, декодирование и   модификации кодов, границы скорость-расстояние, спектры расстояний.	
8	Циклические коды: построение, свойства и декодирование. Исправление пакетов ошибок. 	
9	Сверточные коды. Представление кодов с помощью графов. Алгоритм декодирования Витерби.	
10	LDPC коды. Итеративные алгоритмы декодирования.	
11	Итеративные и каскадные коды (Форни), теорема о кодовом расстоянии, коды Юстессена.	
12	Обобщенные каскадные коды Блоха-Зяблова, системы вложенных кодов.	
13	TURBO коды: построение и декодирование.	
14	Вложенные системы сигналов в евклидовой метрике.	
15	Каскадное построение сложных сигналов.
Сигнально-кодовые конструкции MLCM, TCM, BICM.	
16	Обобщенное каскадное построение сложных сигналов.	
17	Пространственно-временные сигнально-кодовые конструкции.	
18	Структура модемов беспроводной системы связи.	
19	Синхронизация тактовая, ФАПЧ, скремблирование.	
20	Системы с последовательной передачей элементарных сигналов, согласование с каналом.	
21	Выравнивание и измерение импульсной характеристики канала. 
Адаптивное выравнивание канала.	
22	Системы с параллельной передачей элементарных сигналов (OFDM).	
23	Циклический префикс и согласование с каналом систем OFDM.	
24	Измерение «частотной характеристики» канала и коррекция искажений.	
25	Адаптивное слежение за характеристикой канала.	
26	Демодуляция поднесущих. Обнаружение  и коррекция Допплерова 
смещения.	
27	Системы множественного доступа с временным и частотным разделением, OFDMA, с (пространственно-временным) кодовым разделением.	
28	Частотно-временные матрицы кодирования для защиты от преднамеренных помех подавления и имитации.	
29	Сложность кодирования линейных блоковых и сверточных кодов.	
30	Сложность некоторых алгоритмов декодирования.	
31	Сложность декодера Витерби.	
32	Быстрое преобразование Фурье: алгоритмы и сложность.	
33	Цифровые фильтры: алгоритмы и сложность.	

8.	Материально-техническое обеспечение дисциплины

Необходимое оборудование для лекций  и практических занятий: доска, ноутбук и мультимедийное оборудование (проектор или плазменная панель).

Обеспечение самостоятельной работы: конспекты, литература, компьютер.

9.	Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

Основная литература

1.	Габидулин Э.М., Пилипчук Н.И. Лекции по теории информации. М.: МФТИ, 2007.
2.	Галлагер Р., Теория информации и надежная связь. М.: Сов. Радио, 1974.
3.	Сагалович Ю.Л. Введение в алгебраические коды. М.: МФТИ, 2007.
4.	Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки. М.: Мир, 1986.
5.	Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1989.
6.	Габидулин Э.М., Афанасьев В.Б. Кодирование в радиоэлектронике. М.: Радио и связь, 1986.
7.	Касами Т., Токура Н., Ивадари Е., Инагаки Я. Теория кодирования. М.: Мир, 1978.
8.	Proakis J.G., Digital Communications. Third edition. McGRAW-Hill, 1995.
9.	Морелос-Сарагоса Р., Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение. М.: Техносфера, 2005.
10.	Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений, Москва – 1970, (capftp@lycos.com)
11.	Блох Э.Л., Зяблов В.В. Линейные каскадные коды. М.: Наука, 1982. 
12.	Richard Poisel, Modern Communications Jamming Principles and Techniques, 2 edition, 2011 ARTECH HOUSE.
13.	Системы спутниковой связи (журнал). 
14.	LTE (журнал).
15.	Радиорелейная связь (журнал).