Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей

Бакалавриат 2019/2020

Статус: Курс обязательный (Инфокоммуникационные технологии и системы связи)

Направление: 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 2-й курс, 3, 4 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Хриткин Сергей Анатольевич

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 90

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Дисциплина «Основы построения инфокоммуникационных систем и сетей» направлена на формирование у обучающихся знаний и умений в области построения инфокоммуникационных сетей общего пользования и локальных сетей, изучение основных характеристик сигналов, особенностей их передачи по каналам связи, принципов и особенностей построения аналоговых и цифровых систем передачи и коммутации, используемых для проводной и радиосвязи. Изучение дисциплины базируется на дисциплинах: «Математический анализ», «Алгоритмизация и программирование», «Теория электрических цепей», «Общая теория связи». Основные положения дисциплины используются в дальнейшем при выполнении проектных работ, междисциплинарной курсовой работы, при подготовке выпускной квалификационной работы, а также при изучении дисциплин профилей «Схемотехника телекоммуникационных устройств», «Многофункциональные инфокоммуникационные системы и системы связи» и «Электронные средства мобильной связи и инфокоммуникационной техники». Формами текущего контроля являются: коллоквиум и две домашние работы. По завершении изучения дисциплины сдается экзамен.

Цель освоения дисциплины

Формирование у обучающихся знаний и умений в области построения инфокоммуникационных сетей общего пользования и локальных сетей
Изучение основных характеристик сигналов и особенностей их передачи по каналам связи, принципов и особенностей построения аналоговых и цифровых систем передачи и коммутации, используемых для проводной и радиосвязи.

Планируемые результаты обучения

Знать: современные и перспективные направления развития телекоммуникационных сетей и систем.
Знать: принципы построения телекоммуникационных систем различных типов и способы распределения информации в сетях связи.
Знать: основные характеристики аналоговых и цифровых сигналов; аналого-цифровое и цифро-аналоговое преобразование сигналов; типовые каналы передачи, их основные характеристики, особенности передачи информации по каналам связи.
Уметь: оценивать реальные и предельные возможности пропускной способности и помехоустойчивости телекоммуникационных систем.
Владеть: приемами и навыками оценки влияния различных факторов на основные параметры сигналов и каналов связи.
Знать: основные типовые каналы передачи, их классификацию и основные характеристики.
Знать: основные методы построения двусторонних каналов связи.
Уметь: проводить оценку устойчивости двусторонних каналов связи.
Знать: методы разделения каналов; основные принципы построения систем передачи с частотным и временным разделением каналов.
Владеть: методами компьютерного моделирования физических процессов при передаче информации.
Знать: основные этапы преобразования аналоговых сигналов в цифровые, общие принципы коммутации, особенности управления потоками в инфокоммуникационных сетях.
Уметь: проводить математический анализ физических процессов в аналоговых и цифровых устройствах формирования, преобразования и обработки сигналов.
Владеть: навыками самостоятельной работы на компьютере и в компьютерных сетях; методами оценки характеристик и показателей эффективности инфокоммуникационных систем.
Знать: основные принципы построения систем радио- и подвижной связи.
Знать: основные технологии организации сетей локального и коллективного доступа.
Уметь: формулировать основные технические требования, предъявляемые к инфокоммуникационным сетям и системам.

Содержание учебной дисциплины

Раздел 1. Введение. Основные понятия и определения.
Исторические аспекты развития средств инфокоммуникаций. Основные организации, занимающиеся разработкой международных и национальных стандартов и директивных документов в области инфокоммуникаций. Общие понятия об инфокоммуникационных сетях и системах. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (OSI). Структура и основные принципы построения Единой сети электросвязи (ЕСЭ) в современной России. Первичные и вторичные сети связи, транспортные сети связи и абонентские сети доступа. Классификация систем электросвязи (по видам передаваемых сообщений и среды распространения). Обобщенная структурная схема взаимодействия телекоммуникационных систем и сетей. Понятие канала передачи и системы передачи. Уровни передачи. Абсолютный, относительный и измерительный уровни передачи. Рабочее затухание и рабочее усиление канала. Понятие защищенности и остаточного затухания.
Раздел 2. Линии связи инфокоммуникационных систем и сетей.
Полосы пропускания линий связи и популярные частотные диапазоны. Общие закономерности распространения волн. Основные типы и конструкции проводных систем передачи информации. Линия передачи и ее основные характеристики. Дискретная модель линии передачи. Типы кабелей. Экранированная и неэкранированная витая пара. Коаксиальный кабель. Волоконно-оптические линии связи (ВОЛС). Конструкция оптического волокна. Затухание волн в ВОЛС. Одномодовое и многомодовое распространение импульсов в световоде. Понятие модовой дисперсии. Преимущества ВОЛС.
Раздел 3. Первичные сигналы электросвязи.
Понятие первичного сигнала. Первичные сигналы электросвязи и их характеристики. Классификация первичных сигналов по виду передаваемых сигналов и по виду передаваемых сообщений. Телефонные (речевые) сигналы. Сигналы звукового вещания. Факсимильные сигналы. Телевизионные сигналы. Сигналы передачи данных и телеграфии.
Раздел 4. Каналы передачи, их классификация и основные характеристики.
Классификация каналов передачи. Канал передачи как четырехполюсник. Основные параметры и характеристики каналов передачи. Типовые каналы передачи. Канал тональной частоты. Канал звукового вещания. Канал изображения. Широкополосные и цифровые каналы.
Раздел 5. Двусторонние каналы. Устойчивость двусторонних каналов.
Построение двусторонних каналов. Однополосная двухпроводная схема двусторонней связи. Двухполосная двухпроводная схема двусторонней связи. Развязывающие устройства, требования к ним и их классификация. Принципы построения развязывающих устройств. Резисторные и трансформаторные дифференциальные системы. Их преимущества и недостатки. Критерий устойчивости Найквиста. Устойчивость телефонного канала. Искажения от обратной связи.
Раздел 6. Основы построения многоканальных систем передачи.
Понятие многоканальной системы. Унифицированное оборудование многоканальных систем передачи. Методы разделения канальных сигналов. Принципы линейного разделения сигналов. Нелинейное и комбинационное разделение каналов. Взаимные помехи между каналами. Основы построения систем передачи с частотным разделением каналов. Групповой принцип построения систем передачи с частотным разделением каналов. Основы построения систем передачи с временным разделением каналов. Формирование канальных сигналов в системах передачи с временным разделением каналов. Виды импульсной модуляции для формирования канальных сигналов. Выбор импульсной модуляции для построения СП ВРК. Помехоустойчивость АИМ, ШИМ и ФИМ. Переходные влияния между каналами в системах передачи с временным разделением каналов.
Раздел 7. Общие принципы формирования и передачи сигналов в цифровых системах передачи.
Квантование сигналов по уровню. Шумы квантования. Кодирование квантованных сигналов. Натуральный двоичный код. Обратный, инверсный и симметричный коды. Код Грея. Виды модуляции при передаче дискретных сигналов. Импульсно-кодовая модуляция. Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением каналов (OFDM). Методы физического кодирования. Избыточные коды и скремблирование. Компрессия данных. Обнаружение и коррекция ошибок. Методы обнаружения ошибок. Методы коррекции ошибок.
Раздел 8. Системы радиосвязи и сети подвижной связи (СПС).
Конвергенция систем подвижной и фиксированной связи. Структура и особенности построения наземных и спутниковых радиосистем передачи. Основы организации и построения многоканальных СПС. Принципы построения многоствольной дуплексной системы радиосвязи. Радиорелейные линии (РРЛ) прямой видимости. Принципы построения РРЛ, типы станций, диапазоны частот. Стандарты и технологии систем мобильной связи. Трафик и емкость сотовых систем. Системы коллективного доступа и кодовое разделение каналов. Устройства подвижной базовой связи. Структура и сетевые технологии GSM (Global System for Mobile Communications).
Раздел 9. Принципы построения и эволюция сетей передачи данных.
Принципы коммутации каналов и коммутации пакетов. История создания, развитие и стандартизация компьютерных сетей. Локальная сеть, сеть мегаполиса и глобальная сеть. Основные сетевые устройства. Сетевая топология. Эталонная модель протоколов сети Интернет – (TCP/IP – Transmission Control Protocol / Internet Protocol).

Элементы контроля

Коллоквиум
Коллоквиум проводится в форме устного опроса после 3 модуля в присутствии преподавателя. Студент выбирает билет, который составляется с учетом пройденного материала, как на лекционных, так и на практических занятиях, и содержит два теоретических вопроса. Ответы на предложенные вопросы излагаются в устной форме. После ответа студента преподаватель может ему задать уточняющие вопросы по тематике билета.
Домашнее задание №1
Домашнее задание оценивается по следующим критериям, соответствующим компетенциям в разделе 3: • соблюдение структуры работы согласно заданию; • соблюдение правил оформления отчёта о научно-исследовательской работе согласно ГОСТ 7.32-2001; • правильность, полнота и обоснованность изложенных в работе положений; • способность аргументировано объяснять на защите работы её выполнение.
Домашнее задание №2
Домашнее задание оценивается по следующим критериям, соответствующим компетенциям в разделе 3: • соблюдение структуры работы согласно заданию; • соблюдение правил оформления отчёта о научно-исследовательской работе согласно ГОСТ 7.32-2001; • правильность, полнота и обоснованность изложенных в работе положений; • способность аргументировано объяснять на защите работы её выполнение.
Экзамен
Итоговый экзамен по дисциплине проводится в форме устного экзамена в конце изучения курса после 4 модуля в присутствии преподавателя. На экзамене студент выбирает экзаменационный билет, который составляется с учетом пройденного материала, как на лекционных, так и на практических занятиях, и содержит два теоретических вопроса. Ответы на предложенные вопросы излагаются в устной форме. После ответа студента преподаватель может ему задать уточняющие вопросы по тематике билета. В ходе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: УК-1, УК-3, УК-5, УК-7, ПК-1, ПК-3, ПК-7, ПК-8, ПК-10, ПК-11, ПК-13, ПК-19, ПК-20, ПК-22, ПК-24. Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса). Экзамен проводится на платформе Zoom (https://zoom.us). К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию ответов, высланному преподавателем на корпоративные почты студентов накануне экзамена. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка Zoom. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, явиться на экзамен согласно точному расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещено: выключать камеру, пользоваться конспектами и подсказками. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее минуты. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение в минуту и более. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене. Процедура пересдачи подразумевает использование усложненных заданий.
Работа на практических занятиях

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (4 модуль)
0.2 * Домашнее задание №1 + 0.2 * Домашнее задание №2 + 0.2 * Коллоквиум + 0.2 * Работа на практических занятиях + 0.2 * Экзамен

Программа дисциплины