Технологии беспроводной связи
内容描述: Дисциплина направлена на изучение принципов построения, функционирования и развития современных беспроводных систем связи. В рамках курса рассматриваются архитектура и особенности сетей сотовой связи (2G–5G), технологии фиксированного беспроводного доступа (FWA), сети с низким энергопотреблением (LPWAN), включая LoRaWAN, а также технологии Интернета вещей (IoT). Особое внимание уделяется вопросам взаимодействия устройств, безопасности, радиопланирования и применения беспроводных решений в различных отраслях. Изучение дисциплины формирует у студентов практические навыки проектирования, настройки и анализа современных беспроводных сетей.
贷款数: 5
Пререквизиты:
- Технологии цифровой связи
- Теория электрической связи
*СomplexityDiscipline(zh-CN)*:
| *TypesOfClasses(zh-CN)* | *hours(zh-CN)* |
|---|---|
| *Lectures(zh-CN)* | 15 |
| *PracticalWork(zh-CN)* | 30 |
| *LaboratoryWork(zh-CN)* | |
| *srop(zh-CN)* | 30 |
| *sro(zh-CN)* | 75 |
| *FormOfFinalControl(zh-CN)* | экзамен |
| *FinalAssessment(zh-CN)* | Экзамен |
零件: Компонент по выбору
循环次数: Профилирующие дисциплины
Цель
- Формирование у студентов теоретических знаний и практических навыков в области современных беспроводных технологий, включая FWA, LoRaWAN и IoT, а также развитие умений проектировать, настраивать и анализировать системы беспроводной связи различного назначения.
Задача
- Изучение принципов построения и функционирования современных беспроводных систем связи.
- Ознакомление с архитектурой и особенностями технологий FWA, LoRaWAN и IoT.
- Освоение методов проектирования, моделирования и анализа беспроводных сетей.
- Формирование навыков работы с оборудованием и программными средствами беспроводной связи.
- Развитие понимания вопросов безопасности, устойчивости и эффективности беспроводных систем.
Результат обучения: знание и понимание
- Знать основные принципы построения и функционирования систем беспроводной связи.
- Понимать архитектуру и особенности технологий FWA, LoRaWAN, NB-IoT и других современных решений.
- Знать структуру и принципы работы сетей 4G, 5G и перспективных стандартов 6G.
- Понимать особенности взаимодействия устройств в среде Интернета вещей (IoT).
- Знать методы обеспечения безопасности и надежности беспроводных систем.
- Понимать роль беспроводных технологий в цифровизации, «умных» городах и промышленной автоматизации.
Результат обучения: применение знаний и пониманий
- Применять теоретические знания для решения практических задач в области беспроводных технологий.
- Проектировать и моделировать простейшие беспроводные сети с использованием FWA, LoRaWAN и IoT.
- Анализировать параметры и характеристики беспроводных систем.
- Настраивать оборудование и программные средства для организации передачи данных по беспроводным каналам.
- Использовать современные инструменты и платформы для работы с IoT-устройствами и беспроводными сетями.
- Применять методы обеспечения безопасности и устойчивости при эксплуатации беспроводных систем.
Результат обучения: формирование суждений
- Оценивать эффективность и целесообразность применения различных беспроводных технологий (FWA, LoRaWAN, IoT) в конкретных условиях.
- Критически анализировать современные тенденции развития беспроводных систем и технологий связи.
- Делать обоснованные выводы при выборе архитектуры и параметров беспроводных сетей.
- Оценивать риски, связанные с безопасностью и надежностью беспроводных систем.
- Формировать профессиональное мнение по вопросам внедрения и эксплуатации беспроводных решений в различных отраслях.
Результат обучения: коммуникативные способности
- Эффективно взаимодействовать в команде при выполнении проектов в области беспроводных технологий.
- Грамотно представлять результаты исследований и практических работ в устной и письменной форме.
- Использовать профессиональную терминологию в области телекоммуникаций при общении и обсуждении технических вопросов.
- Проводить презентации, обсуждения и аргументировать собственную точку зрения по инженерным решениям.
- Вести коммуникацию с коллегами и специалистами смежных областей при разработке и внедрении беспроводных систем.
Результат обучения: навыки обучения или способности к учебе
- Самостоятельно обновлять и углублять знания в области современных беспроводных технологий.
- Анализировать новые тенденции и научные публикации по тематике FWA, LoRaWAN, IoT и 5G/6G.
- Применять полученные знания для дальнейшего профессионального и научного развития.
- Использовать цифровые образовательные ресурсы и онлайн-платформы для самостоятельного обучения.
- Критически оценивать собственные знания и навыки, выявлять потребности в дальнейшем обучении.
*TeachingMethods(zh-CN)*
Интерактивные лекции — с применением мультимедийных презентаций, видеоматериалов и виртуальных демонстраций принципов работы беспроводных систем.
Практико-ориентированное обучение (PBL – Problem-Based Learning) — выполнение заданий и мини-проектов, направленных на решение реальных инженерных задач в области FWA, LoRaWAN, IoT.
Проектная работа и кейс-методы — разработка и защита индивидуальных или групповых проектов по созданию беспроводных сетей.
Цифровые симуляторы и виртуальные лаборатории — использование программных средств (например, Cisco Packet Tracer, MATLAB, LoRaWAN Network Simulator) для моделирования беспроводных систем.
Интерактивные тесты и онлайн-платформы — проведение опросов, тестов и заданий через LMS (Moodle, Canvas, Google Classroom).
Обучение в сотрудничестве (Collaborative Learning) — групповая работа, совместное обсуждение проектов и обмен опытом.
Элементы гибридного и дистанционного обучения — сочетание аудиторных и онлайн-занятий, использование видеолекций, форумов и чатов для коммуникации.
*AssessmentKnowledge(zh-CN)*
Преподаватель проводит все виды работ текущего контроля и выводит соответствующую оценку текущей успеваемости обучающихся два раза в академический период. По результатам текущего контроля формируется рейтинг 1 и 2. Учебные достижения обучающегося оцениваются по 100-балльной шкале, итоговая оценка Р1 и Р2 выводится как средняя арифметическая из оценок текущей успеваемости. Оценка работы обучающегося в академическом периоде осуществляется преподавателем в соответствии с графиком сдачи заданий по дисциплине. Система контроля может сочетать письменные и устные, групповые и индивидуальные формы.
| *Period2(zh-CN)* | *TypeOfTask(zh-CN)* | *Total(zh-CN)* |
|---|---|---|
| 1 *Rating(zh-CN)* | Практическая работа 1 | 0-100 |
| Практическая работа 2 | ||
| Практическая работа 3 | ||
| Практическая работа 4 | ||
| Практическая работа 5 | ||
| РК 1 | ||
| 2 *Rating(zh-CN)* | Практическая работа 1 | 0-100 |
| Практическая работа 2 | ||
| Практическая работа 3 | ||
| Практическая работа 4 | ||
| Практическая работа 5 | ||
| РК 2 | ||
| *TotalControl(zh-CN)* | экзамен | 0-100 |
*PolicyAssignmentTask(zh-CN)*
| *TypeOfTask(zh-CN)* | 90-100 | 70-89 | 50-69 | 0-49 |
|---|---|---|---|---|
| Excellent | *Grade4(zh-CN)* | *Grade3(zh-CN)* | *Grade2(zh-CN)* | |
| Аудиторная активность (участие в обсуждениях, ответы, мини-тесты). Практические\/лабораторные работы. Промежуточные тесты . Рубежный контроль. Итоговый экзамен или зачет. | Оценка «Отлично» выставляется студенту, который демонстрирует глубокие знания учебного материала, умение применять их на практике, самостоятельность в мышлении и высокую степень аналитических навыков. Студент полностью и без ошибок выполняет все задания, проявляет инициативу, аргументированно отстаивает свою точку зрения, демонстрирует творческий подход и способность к самостоятельному исследованию. | Оценка «Хорошо» выставляется студенту, который демонстрирует прочные знания учебного материала и умеет применять их в стандартных ситуациях. Допускаются незначительные ошибки, которые не искажают общего понимания темы. Студент проявляет способность к анализу, аргументирует свои ответы, выполняет большинство заданий самостоятельно, но иногда нуждается в уточнениях или дополнительной помощи | Оценка «Удовлетворительно» выставляется студенту, который усвоил основные положения учебного материала, но имеет фрагментарные знания и затрудняется применять их на практике. Допускаются ошибки и недочёты, влияющие на полноту и глубину ответа. Студент выполняет задания частично, нуждается в постоянных уточнениях и поддержке преподавателя. | Оценка «Неудовлетворительно» выставляется студенту, который не усвоил учебный материал и не демонстрирует необходимых знаний и навыков. Ответы отсутствуют или носят поверхностный, фрагментарный характер. Задания не выполняются или выполнены с грубыми ошибками, не позволяющими достичь минимальных требований к результатам обучения. |
*EvaluationForm(zh-CN)*
Итоговая оценка знаний обучающего по дисциплине осуществляется по 100 балльной системе и включает:
- 40% результата, полученного на экзамене;
- 60% результатов текущей успеваемости.
Формула подсчета итоговой оценки:
| И= 0,6 | Р1+Р2 | +0,4Э |
| 2 |
где, Р1, Р2 – цифровые эквиваленты оценок первого, второго рейтингов соответственно; Э – цифровой эквивалент оценки на экзамене.
Итоговая буквенная оценка и ее цифровой эквивалент в баллах:
Буквенная система оценки учебных достижений обучающихся, соответствующая цифровому эквиваленту по четырехбалльной системе:
| Оценка по буквенной системе | Цифровой эквивалент | Баллы (%-ное содержание) | Оценка по традиционной системе |
|---|---|---|---|
| A | 4.0 | 95-100 | Отлично |
| A- | 3.67 | 90-94 | |
| B+ | 3.33 | 85-89 | Хорошо |
| B | 3.0 | 80-84 | |
| B- | 2.67 | 75-79 | |
| C+ | 2.33 | 70-74 | |
| C | 2.0 | 65-69 | Удовлетворительно |
| C- | 1.67 | 60-64 | |
| D+ | 1.33 | 55-59 | |
| D | 1.0 | 50-54 | |
| FX | 0.5 | 25-49 | Неудовлетворительно |
| F | 0 | 0-24 |
Темы лекционных занятий
- Введение в технологии беспроводной связи. Основные принципы, классификация, спектры, стандарты.
- Эволюция беспроводных технологий (2G → 5G → 6G). Сравнительный анализ поколений мобильной связи.
- Архитектура и принципы работы сетей 4G и 5G. Основные компоненты, протоколы, базовые станции, ядро сети.
- Технология FWA (Fixed Wireless Access). Концепция, применение, сравнение с проводным ШПД, примеры (5G FWA).
- Технологии LPWAN (Low Power Wide Area Network). Сравнение LoRaWAN, Sigfox, NB-IoT.
- LoRa и LoRaWAN: принципы и архитектура. Частоты, структура сети, шлюзы, управление устройствами.
- Протоколы IoT и взаимодействие устройств. MQTT, CoAP, HTTP, архитектура IoT-систем.
- Сенсорные сети и сбор данных для IoT. Устройства, контроллеры, энергосбережение, безопасность.
- NB-IoT и LTE-M как стандарты IoT в сетях операторов. Отличия, преимущества, внедрение.
- Беспроводные технологии ближнего действия. Wi-Fi, Bluetooth, ZigBee, NFC, RFID.
- Спутниковая связь и её роль в IoT и FWA. LEO-системы, Iridium, Starlink, OneWeb.
- Безопасность в беспроводных сетях. Методы шифрования, аутентификация, защита IoT-устройств.
- Планирование и оптимизация беспроводных сетей. Радиопланирование, интерференция, QoS.
- Современные тренды: 6G, Massive IoT, умные города. Новые стандарты, концепции, применение.
- Перспективы и применение беспроводных технологий в Казахстане. Национальные проекты, локальные решения, развитие инфраструктуры.
Основная литература
- Раппапорт Т. С. Беспроводная связь: принципы и практика — М.: Вильямс, 2021.
- Холмс М. 5G. Технологии мобильной связи нового поколения — М.: ДМК Пресс, 2022.
- Лауренс Харт, Жан-Франсуа Куто. Интернет вещей (IoT): архитектура и протоколы — М.: ДМК Пресс, 2021.
- Фарук О. Сети LPWAN: LoRa, LoRaWAN и другие технологии IoT — СПб.: БХВ-Петербург, 2022.
- Andrews, J. G., Buzzi, S., Choi, W., et al. What Will 5G Be? — IEEE Journal on Selected Areas in Communications, 2014.
Дополнительная литература
- LoRa Alliance. LoRaWAN Specification 1.1 — LoRa Alliance Technical Document, 2021.
- Fong, B., & Hui, R. Broadband Wireless Access and Local Networks: Mobile WiMAX and Beyond — Wiley, 2020.
- Misra, S., Maheswar, R., & Assi, C. Guide to Wireless Sensor Networks — Springer, 2020.
- Chen, S. & Zhao, J. The Requirements, Challenges, and Technologies for 5G of Terrestrial Mobile Telecommunication — IEEE Communications Magazine, 2021.
- Goldsmith, A. Wireless Communications — Cambridge University Press, 2020.
