Основы мобильной связи

Описание: Курс изучает технологии, которые позволяют людям обмениваться информацией на расстоянии с помощью мобильных устройств, таких как смартфоны и планшеты. Основными принципами мобильной связи являются передача данных через беспроводные сети и использование специальных мобильных операторов.

Количество кредитов: 6

Пререквизиты:

• Физика 1
• Основы радиотехники и телекоммуникации

Трудоемкость дисциплины:

Виды работ	часы
Лекции	30
Практические работы	30
Лабораторные работы
СРОП	30
СРО	90
Форма итогового контроля	экзамен
Форма проведения итогового контроля	Экзамен

Компонент: Компонент по выбору

Цикл: Базовые дисциплины

Цель

• Формирование у студентов системных знаний и практических навыков по основам современных мобильных технологий, включая LTE, 5G, LoRaWAN и концепции Интернета вещей (IoT), для проектирования, эксплуатации и анализа мобильных сетей нового поколения и их приложений.

Задача

• Изучить архитектуру и принципы функционирования мобильных сетей LTE и 5G.
• Ознакомиться с технологией LoRaWAN и её применением в сетях низкой мощности и большой дальности.
• Понять основные концепции и протоколы Интернета вещей (IoT) в контексте мобильных сетей.
• Освоить методы оценки характеристик и производительности мобильных сетей нового поколени
• Научиться проектировать простые модели и схемы мобильных сетей с использованием LTE, 5G и LoRaWAN.
• Развить навыки работы с современными инструментами моделирования и тестирования мобильных сетей.
• Овладеть базовыми навыками настройки и диагностики оборудования, используемого в мобильных технологиях.
• Подготовить студентов к решению практических задач и участию в разработке инновационных решений в области мобильной связи и IoT.

Результат обучения: знание и понимание

• знать архитектуру, основные компоненты и протоколы мобильных сетей LTE и 5G;
• понимать принципы работы технологии LoRaWAN и особенности её применения в сетях IoT;
• разбираться в концепциях и стандартах Интернета вещей, взаимодействии IoT-устройств с мобильными сетями;
• понимать методы оценки производительности и качества связи в современных мобильных сетях;
• владеть терминологией и основными нормативными документами, регулирующими развитие мобильных технологий.

Результат обучения: применение знаний и пониманий

• использовать знания архитектуры и протоколов LTE и 5G для проектирования и анализа мобильных сетей;
• применять принципы работы LoRaWAN для построения энергоэффективных сетей передачи данных в IoT-системах;
• моделировать сценарии передачи данных в мобильных сетях с использованием специализированных программных средств;
• проводить расчет параметров и оценку производительности сетей мобильной связи;
• осуществлять настройку и тестирование лабораторного оборудования и программных симуляторов для исследования современных мобильных технологий.

Результат обучения: формирование суждений

• критически оценивать преимущества и ограничения различных технологий мобильной связи (LTE, 5G, LoRaWAN) в зависимости от условий эксплуатации и требований пользователей;
• анализировать тенденции развития мобильных сетей и прогнозировать влияние новых технологий на инфраструктуру и услуги связи;
• принимать обоснованные решения при выборе архитектурных решений и технологий для конкретных сценариев построения сетей и IoT-приложений;
• аргументированно обсуждать вопросы безопасности, масштабируемости и энергоэффективности мобильных систем;
• вырабатывать собственные рекомендации по оптимизации сетей и внедрению инноваций с учетом экономических и технических факторов.

Результат обучения: коммуникативные способности

• эффективно взаимодействовать с преподавателями и коллегами при выполнении групповых проектов и лабораторных работ;
• ясно и грамотно излагать техническую информацию, результаты исследований и анализ в устной и письменной формах;
• использовать профессиональную терминологию для обсуждения вопросов, связанных с мобильными технологиями и IoT;
• проводить презентации и защищать свои проектные решения, аргументируя выбор технологий и подходов;
• участвовать в дискуссиях и совместном решении задач, проявляя навыки активного слушания и конструктивной обратной связи.

Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе

• самостоятельно находить, анализировать и систематизировать информацию по современным мобильным технологиям и IoT из различных источников (научные статьи, стандарты, онлайн-курсы);
• критически оценивать и использовать полученные знания для решения практических и исследовательских задач;
• адаптировать свои методы обучения в зависимости от новых вызовов и требований быстро меняющейся технологической среды;
• планировать и организовывать процесс самообразования для постоянного повышения профессиональной компетентности;
• эффективно применять цифровые образовательные ресурсы и инструменты для углубленного изучения дисциплины.

Методы преподавания

Интерактивные лекции и мультимедийные презентации Использование современных презентационных средств, видео- и аудиоматериалов для повышения вовлечённости студентов и лучшего усвоения теоретического материала.

Проектное обучение (Project-Based Learning) Формирование умений самостоятельного поиска решений и применения знаний через выполнение реальных и приближённых к профессиональной деятельности проектов, связанных с технологиями LTE, 5G, LoRaWAN и IoT.

Использование симуляторов и программного обеспечения Применение специализированных программных комплексов (например, OptiSystem, NS-3, MATLAB, Packet Tracer) для моделирования и анализа работы мобильных сетей и IoT-устройств.

Групповая работа и коллаборативное обучение Организация работы в командах для совместного решения учебных задач, обмена знаниями и развития коммуникативных и управленческих навыков.

Адаптивное обучение и дифференцированный подход Индивидуализация образовательного процесса с учетом уровня подготовки, стиля обучения и особых потребностей каждого студента, включая инклюзивные методы обучения.

Флиппед-класс (перевернутый класс) Предварительное самостоятельное изучение теоретического материала с последующим обсуждением, разбором практических заданий и кейсов на занятиях

Использование онлайн-ресурсов и платформ Внедрение цифровых образовательных платформ (Moodle, Canvas, Coursera) для организации дистанционного обучения, тестирования и обмена материалами.

Обратная связь и рефлексия Регулярное получение отзывов от студентов о ходе обучения и использование их для корректировки образовательного процесса, развитие критического мышления и навыков самооценки.

Темы лекционных занятий

• Введение в мобильную связь
• Основы технологии GSM и переход к LTE
• Технология LTE: архитектура и ключевые особенности
• Модуляция и методы передачи в LTE
• Технология 5G: концепция и архитектура
• Радиоинтерфейс 5G и новые методы передачи данных
• Введение в LoRaWAN и его архитектура
• Интернет вещей (IoT) и его связь с мобильными технологиями
• Адаптивные образовательные технологии и инклюзивное обучение
• Безопасность в мобильных сетях и IoT
• Текущие тенденции и перспективы развития мобильной связи
• Применение LTE, 5G и LoRaWAN в IoT-системах
• Будущее мобильных сетей и IoT
• Протоколы LoRaWAN
• MIMO-технологии и их роль в LTE

Основная литература

• Тарпеннинг, Р. Мобильные и беспроводные сети связи. — М.: ДМК Пресс, 2020. — 320 с
• Скоробогатов, А. В. Основы сетей LTE и 5G. — СПб.: БХВ-Петербург, 2022. — 280 с.
• Rappaport, T. S. Wireless Communications: Principles and Practice. — Pearson, 2021. — 800 p.
• Sauter, M. From GSM to LTE-Advanced Pro and 5G: An Introduction to Mobile Networks and Mobile Broadband. — Wiley, 2021. — 350 p.
• LoRa Alliance. LoRaWAN™ Specification 1.0.4. — https://lora-alliance.org/resource-hub/lorawan-specification-v104
• Miorandi, D., Sicari, S., De Pellegrini, F., Chlamtac, I. Internet of Things: Vision, Applications and Research Challenges. — Ad Hoc Networks, 2012.
• Sauter, M. From GSM to LTE-Advanced and 5G: An Introduction to Mobile Networks and Mobile Broadband. — Wiley, 2017.
• Cisco Systems. Cisco IoT Fundamentals. — 2018. — Доступно онлайн.
• 3GPP Specifications. Technical Specifications for LTE and 5G. — https://www.3gpp.org/specifications

Дополнительная литература

• Goldsmith, A. Wireless Communications. Cambridge University Press, 2005. — 600 p.
• Dahlman, E., Parkvall, S., Sköld, J. 4G: LTE/LTE-Advanced for Mobile Broadband. Academic Press, 2013.
• Khalil, A. Introduction to 5G Mobile Communications. Wiley, 2020
• Augé, J., Nunez, J., Recio, R. LoRaWAN Networks: Fundamentals and Applications. Wiley-IEEE Press, 2021.
• Palattella, M., Accettura, N., Vilajosana, X., et al. Internet of Things in the 5G Era: Enablers, Architecture, and Business Models. IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2016
• Petäjäjärvi, J., Mikhaylov, K., Haartsen, J., et al. On the Coverage of LPWANs: Range Evaluation and Channel Attenuation Model for LoRa Technology. IEEE Wireless Communications Letters, 2015.
• Zanella, A., Bui, N., Castellani, A., et al. Internet of Things for Smart Cities. IEEE Internet of Things Journal, 2014.
• Lundqvist, P., IoT Networks and Protocols. Packt Publishing, 2021.
• 5G Americas. 5G Technology Overview. White Paper, 2019. — https://www.5gamericas.org
• ITU-R Reports. IMT-2020: Framework and Overall Objectives of the Future Development of IMT for 2020 and Beyond.