Detail předmětu

Mobile Network Communication Systems

FEKT-MPA-KPMAk. rok: 2022/2023

V rámci kurzu bude pozornost soustředěna na mobilní systémy 4G (LTE/LTE-A) a nově nastupující heterogenní komunikační systémy označované jako 5G NR (New Radio). V průběhu přednášek budou studenti seznámeni s: (i) architektura konvergovaných sítí, transportní a přístupová část mobilních sítí 4G a 5G NR, (ii) definice komunikačních technologií a mechanismů dle 3GPP, (iii) charakteristika mobilních sítí LTE (EPS), (iv) přístupová část E-UTRAN, (v) protokolová architektura EPS, (vi) procedury v LTE síti, (vii) přenos hlasu v mobilní síti LTE, (viii) mobilní systémy 5G NR. Na teoretickou část kurzu budou navazovat laboratorní cvičení, kde studenti s využitím simulačního nástroje Network Simulator 3 (NS-3) ověření teoretické předpoklady přenosu dat v mobilních sítí 4G či 5G NR.

  

 

 

 

Jazyk výuky

angličtina

Počet kreditů

6

Garant předmětu

doc. Ing. Jiří Hošek, Ph.D.

Zajišťuje ústav

Ústav telekomunikací (UTKO)

Nabízen zahradničním studentům

Všech fakult

Výsledky učení předmětu

V průběhu přednášek budou studenti seznámeni s: (i) architektura konvergovaných sítí, transportní a přístupová část mobilních sítí 4G a 5G NR, (ii) definice komunikačních technologií a mechanismů dle 3GPP, (iii) charakteristika mobilních sítí LTE (EPS), (iv) přístupová část E-UTRAN, (v) protokolová architektura EPS, (vi) procedury v LTE síti, (vii) přenos hlasu v mobilní síti LTE, (viii) mobilní systémy 5G NR. Na teoretickou část kurzu budou navazovat laboratorní cvičení, kde studenti s využitím simulačního nástroje Network Simulator 3 (NS-3) ověření teoretické předpoklady přenosu dat v mobilních sítí 4G či 5G NR. 

  

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia. PPráce v laboratoři je podmíněna platnou kvalifikací „osoby znalé pro samostatnou činnost“, kterou musí studenti získat před zahájením výuky. Informace k této kvalifikaci jsou uvedeny ve Směrnici děkana Seznámení studentů s bezpečnostními předpisy.

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT.

Způsob a kritéria hodnocení

Za správné výsledky a vypracování všech laboratorních úloh je uděleno 30 bodů. Minimální rozsah vypracování jednotlivých laboratorních úloh stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu. Závěrečná písemná zkouška je hodnocena maximem 70 bodů.
 

Osnovy výuky

1. Úvodní přednáška (základní informace, vybrané platformy pro výuku).
2. Přehled mobilních sítí 2G (GSM, GPRS, EDGE).
3. Přehled mobilních sítí 3G (UMTS; HDSPA/HSPA; HSPA+).
4. Představení mobilních systémů LTE/EPS. Referenční model EPS.
5. LTE (EPS) - roaming, bezpečnost, účtování, EPS UE, EPS trasování.
6. Procedury AS a NAS. Management rádiových prostředků v EPS síti.
7. Charakteristika rádiových rozhraní (fyzická vrstva); uživatelská a kontrolní rovina.
8. Úvodní přístup do mobilní sítě a definované procedury. Využité komunikační protokoly.
9. Management nosičů.
10. Využití frekvečního spektra.
11. Mapování zdrojových elementů.
12. Přenos hlasu a textových zpráv s využitím LTE systémů.
13. Sítě nové generace (5G NR).  

 

Učební cíle

Předmět si klade za cíl seznámit studenty s aktuálními informacemi v oblasti mobilních komunikačních systémů. 

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění stanoví každoročně aktualizovaná vyhláška garanta předmětu.

Základní literatura

Rappaport, T. S., Heath Jr, R. W., Daniels, R. C., & Murdock, J. N. (2014). Millimeter wave wireless communications. Pearson Education. (EN)
Dahlman, E., Parkvall, S., & Skold, J. (2018). 5G NR: The next generation wireless access technology. Academic Press. (EN)
Zaidi, A., Athley, F., Medbo, J., Gustavsson, U., Durisi, G., & Chen, X. (2018). 5G Physical Layer: Principles, Models and Technology Components. (EN)
Sauter, M. (2017). From GSM to LTE-advanced Pro and 5G: An introduction to mobile networks and mobile broadband. John Wiley & Sons. (EN)

eLearning

eLearning: aktuální otevřený kurz

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program MPC-TIT magisterský navazující, libovolný ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPC-IBE magisterský navazující, 1. ročník, zimní semestr, povinně volitelný
  • Program MPA-CAN magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPAD-CAN magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPC-EAK magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, povinný
  • Program MPA-EAK magisterský navazující, 2. ročník, zimní semestr, povinný

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

26 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

doc. Ing. Jiří Hošek, Ph.D.
Ing. Pavel Mašek, Ph.D.
Salwa Saafi, Ph.D.

Osnova

1. Mobilní sítě - vlastnosti, služby, typy, problémy. Problémy mobility - handover, roaming, identifikace, zabezpečení komunikace.
2. Struktura mobilních sítí - základní prvky, jejich význam a funkce. Systém GSM - vývoj, fáze 1, 2, 2+, struktura, rozhraní. Služby mobilních sítí - hlasové služby, kódování hlasu - FR, HR, EFR; datové služby; zabezpečení přenosu na rádiovém rozhraní.
3. Přístupová síť GSM – základnový subsystém - BTS, BSC; rádiové rozhraní GSM – pásma a jejich dělení, fyzické komunikační kanály, techniky multiplexu a vícenásobného přístupu, fyzické datové struktury kanálů, logické kanály a jejich funkce.
4. Spojovací subsystém GSM - MSC, GMSC, registry HLR, VLR, EIR; podpora přenosu SMS. Signalizace v GSM - signalizační systém, autentizace uživatele, aktualizace polohy účastníka, průběhy realizace služeb.
5. Operační subsystém - provozní a servisní centrum, centrum managementu sítě, administrativní centrum, centrum služeb inteligentních sítí
6. Přenos dat v mobilních sítích – technologie CSD a HSCSD; paketový způsob komunikace v mobilních sítích, technologie GPRS – architektura sítě GPRS, funkce uzlů SGSN a GGSN.
7. Přístupová část sítě GPRS – sdílení rádiových prostředků s technologií GSM, fyzické a logické kanály, kódovací schémata, kontexty mobility a paketového přenosu dat. Technologie EDGE – modulační a kódová schémata, změny v architektuře sítě oproti síti GPRS.
8. Systémy třetí generace – vývoj, cíle, typy, pásma IMT-2000 – UMTS, CDMA2000. Technologie UMTS – architektura sítě, podtypy FDD, TDD.
9. Přístupová síť UMTS – uzly NodeB, RNC a jejich funkce; rádiové rozhraní – technologie WCDMA, princip. Handover v sítích UMTS – hard, soft, softer. Komunikační kanály v sítích UMTS – fyzické, transportní, logické kanály a jejich funkce.
10. Zvyšování přenosové kapacity a snižování latence v sítích 3G pro multimediální služby – technologie HSDPA, HSUPA, HSPA+.
11. Subsystém IMS – funkce, architektura, protokolová struktura, princip registrace a realizace služeb.
12. Technologie EPS (LTE) – all-IP architektura sítě, části LTE, EPC. Rádiové rozhraní – techniky OFDMA, SC-FDMA, adaptivní modulační a kódová schémata, kanálová architektura rádiové přístupové sítě – fyzické, transportní a logické kanály.
13. Páteřní část EPS – funkce uzlů MME, HSS, PCRF, S-GW a P-GW, rozhraní a protokolové architektury uživatelské a řídicí roviny. Signalizace – realizace řídicích procedur a datových služeb. Hlasová služba v síti EPS – techniky CSFB, VoLTE a SRVCC.

Laboratorní cvičení

39 hod., povinná

Vyučující / Lektor

Ing. Radim Dvořák
Master of Engineering Balaji Kirubakaran, MSc, Eng.
Ing. Pavel Mašek, Ph.D.

Osnova

1.Úvodní cvičení - pravidla a bezpečnost práce v laboratoři, seznámení s laboratorními úlohami
2.Selekce a reselekce buněk v GSM a GPRS
3.Signalizace v IMS (Internet Protocol Multimedia Subsystem)
4.Konfigurace a měření parametrů VoIP v mobilních datových sítích
5.Databáze experimentální mobilní sítě na FEKT VUT
6.Měření na rozhraní GSM Mo-bis a A-bis
7.Analýza informací na rádiovém rozhraní sítě GSM/GPRS
8.Analýza rádiového rozhraní a komunikace sítí UMTS
9.Odesílání SMS zpráv v PDU formátu
10.Vzdálená obsluha FTP serveru přes mobilní síť
11.Komunikace v sítích LTE
12.Náhradní cvičení
13.Zápočtový test

eLearning

eLearning: aktuální otevřený kurz