Digitale en draadloze communicatie Situering van het OPO binnen de opleiding Voorkennis: datacommunicatie, telecommunicatie Kennis nodig voor: - Niveau: gespecialiseerd Diplomavoorwaarde: master Opleidingsfase: vierde fase (master) Werkvorm: college Nagestreefde competenties Kennis en inzicht MK1 Wetenschappelijk-disciplinaire kennis en inzicht bezitten Ingenieursvaardigheden (I) MI1 MI2 Problemen analyseren en oplossen Ontwerpen en/of ontwikkelen Generieke vaardigheden (G) MG1 Informatie verwerven en verwerken MG2 Communiceren met vakgenoten en niet-vakgenoten MG3 Kritisch reflecteren MG4 Samenwerken in team in verschillende rollen Nagestreefde leerresultaten 1. Gevorderde toepassingsgerichte kennis, inzicht en vaardigheden hebben in het specialisme met aandacht voor de actuele ontwikkelingen van de technologie en techniek (zie voor de concrete invulling de aanvullende leerresultaten per specialisme). 2. Gevorderd, toepassingsgericht inzicht hebben in geavanceerde theorieën en - methodes voor het schematiseren en modelleren van processen of systemen en aanwending ervan bij het oplossen van problemen binnen het specialisme. 3. Schriftelijk en mondeling communiceren over het eigen vakgebied in de opleidingstaal en de voor het specialisme relevante taal of talen. 4. Over het vakgebied talig en grafisch communiceren en presenteren aan vakgenoten en aan leken.
Nagestreefde domeinspecifieke competenties/leerresultaten 1. De student kent de cryptografische principes zoals substitutie, transpositie, one time pad (met implementatie zoals RC4 en A5), tijdsstempel, blokvercijfering. 2. De student kent de werking van symmetrische encryptiestandaarden (geheime sleutel) zoals DES, geketende DES, 3DES, AES. 3. De student kent de principes van asymmetrische encryptiestandaarden (publieke sleutel en private sleutel) en RSA in het bijzonder (confidentialiteit, authenticatie). Hij/zij kent mogelijkheden om de publieke sleutel te distribueren met vb. een certificaat. 4. De student kent principes van authentisering en implementaties zoals Diffie- Hellman, een sleuteldistributiecentrum, Kerberos, X.509, implementaties met publieke sleutel (al dan niet met confidentialiteit). 5. De student kent de principes van niet-verloochening: message digest (MD5, SHA, RIPEMD160), MAC, HMAC, DSS. 6. De student kent de principes van PGP en IP security. 7. De student kent golfvormcodering : antipodaal, orthogonaal,. 8. De student kent de principes van blokcodes, cyclische codes, convolutionele codes, Reed-Solomon codes en interleaving, inclusief de methodes om fouten te detecteren en/of verbeteren. 9. De student kent de principes van de Viterbi decoder en kan deze uitleggen aan de hand van een voorbeeld. 10. De student kent de trade-offs tussen modulatie en codering (op basis van Nyquist en Shannon -Shannon limiet-, entropie, E B /N 0 ) 11. De student kent de principes van Trellis Code Modulatie. 12. De student kent de verschillende principes van spread spectrum (direct sequence, frequency hopping fast en slow-). De student weet hoe DSSS kan worden gebruikt in een UMTS context waar vele gebruikers hetzelfde spectrum gebruiken. (werking van orthogonale codes!) 13. De student kent de principes van broncodering: PCM, DPCM, A-law, dithering en de Huffman code (ook het opstellen van de code!) in het bijzonder. 1. De student kent het cellulaire concept en de gevolgen ervan: a. frequency reuse, welke cellen hebben dezelfde frequentie (i,j regel) b. capaciteit, hoe de capaciteit verhogen (splitting, sectorisatie, ) c. kanaaltoewijzing d. handoff (handover) e. co-channel interferentie f. adjacent channel interferentie 2. De student kent de gevolgen van de radiopropagatie: a. Brewster hoek b. Fresnel zones c. Scattering d. Indoor en outdoor propagatie e. Small scale fading, coherence bandwidth, coherence time f. Puls shaping technieken: Nyquist, raised cosine rolloff, Gaussiaans g. QPSK, OQPSK, /4 Q PSK, 3. De student kent een overzicht van de verschillende multiple access én duplexing technieken.
4. De student kent de principes van GSM: a. Architectuur (MSC, BSC, BTS, VLR, HLR, EIR, AUC, OMC, GMSC) en de functie van de onderdelen. b. Reikwijdte van een cel (35 kilometer maximum) c. GSM TDMA/FDMA, FDD: frequentiegebruik, meerdere gebruikers. d. Handover e. Security f. Uitbreiding naar GPRS (extra bouwblokken in architectuur, klassen) 5. De student kent de principes van DECT: TDD (2*12 sloten), FDMA (10 frequenties) 6. De student kent de principes van UMTS: a. Frequentiegebruik b. Architectuur (UTRAN) c. Spreading en scrambling (OSVF codering) d. Handover 7. De student kent de principes van satellietsystemen: a. LEO, MEO, GEO: banen (Van Allen gordels!), voor- en nadelen b. Verzwakking van de atmosfeer c. Verzwakking door de regen 8. De student kent de principes van draadloze LAN s: a. Architectuur, rol AP b. MAC protocol (basis, botsingen, acknowledge, PCF, RTS/CTS, fragmentatie) c. Frameformaat d. Synchronisatie e. Power saving f. Beschikbare frequenties (en nuttige kanalen) in 802.11b, 802.11g, 802.11a, 802.11n. 9. De student kent de principes van Mobile IP: a. Mobile node, home agent, foreign agent, care-of address, correspondent node b. Data transfer naar en van het mobile station (in het vreemde network) c. Agent advertisement, registratie, encapsulation d. Reverse tunneling EVC kandidaten lezen 'de student' als 'de EVC kandidaat'.
Implementatie van competenties en leerresultaten De competenties worden nagestreefd doorheen de leerstof. De leerstof biedt de wetenschappelijke-disciplinaire basiskennis en inzichten aan. Er is veel aandacht aan het wetenschappelijk begrijpen van de werking, het waarom. Dit moet de student in staat stellen verdere ontwikkelingen in het vakgebied te volgen. De student maakt (in een team van 2 studenten, samenwerken in een team) een afgerond geheel (een hoofdstuk) presentatie en presenteert deze daarna (samen met de teampartner) in de les aan zijn collega-studenten in aanwezigheid van de docent (communiceren met vakgenoten, informatie verwerven en verwerken, kritisch reflecteren). Dit is een ideale manier om te oefenen (voor de presentatie van de masterproef bijvoorbeeld) in het communiceren en het presenteren in het Nederlands van kennis in het vakgebied. De ervaring leert dat de student het zelf gepresenteerde hoofdstuk doorgaans veel beter beheerst dan een klassiek gedoceerd hoofdstuk. Het OPO bestaat uit delen. Het eerste deel gaat over digitale communicatie met als onderdelen cryptologie en digitale communicatie. Het tweede deel gaat over draadloze communicatie met als onderdelen cellulaire netwerken (GSM, UMTS) en draadloze netwerken (802.11?). Studiemateriaal Digitale communicatie: cursus: - Datacommunicatie: cryptologie Handboek: Digital Communications: Fundamentals and applications Bernard Sklar ISBN: 0-13-084788-7 Draadloze communicatie: Handboeken: Data and computer communications, 9e William Stallings ISBN: 978-0-13-217217-2 of 0-13-217217-8 Wireless Communications: Principles and Practice, 2e Theodore S. Rappaport ISBN: 0-13-042232-2 Mobiele communicatie, 2 e (beschikbaar in het Nederlands en het Engels) Jochen Schiller ISBN: 90-430-0964-4
Evaluatie Evaluatievorm: tijdens de examenperiode: mondeling examen Gebruik van leermateriaal tijdens het examen: gesloten boek Vraagvorm: open vragen De leerstof biedt de wetenschappelijke-disciplinaire basiskennis en inzichten aan die vanzelfsprekend zal worden geëxamineerd. De hoger besproken presentatie is deel van de evaluatie. Met het examen kan de student aantonen dat hij informatie, ideeën, problemen en oplossingen kan communiceren met de docent (als specialist) in de terminologie van het vakgebied (vb. Engelstalige vaktermen,...). Het examen is een klein wetenschappelijk rapport. De antwoorden moeten dus logisch worden opgebouwd en met orde geformuleerd zodat de student aantoont dat hij/zij op een wetenschappelijke wijze zelfstandig kan denken, redeneren en handelen (ontwerpen), een gevorderd begrip heeft van de kennis in het vakgebied en de actuele ontwikkelingen erin kan volgen. Er wordt de nodige aandacht besteed aan niet-talige communicatie: men kan veel beter antwoorden met een figuur (schakeling, blokschema, principeschema,...) en enkele begeleidende zinnen. Er moet eveneens de nodige aandacht worden besteed aan het zoveel mogelijk voorkomen van taal- en spelfouten. De ingenieurscompetenties worden getest omdat de student de verworven kennis moet kunnen toepassen op een praktisch voorbeeld. Hij/zij moet bijvoorbeeld niet alleen de werking van een Viterbi decoder of TCM of theoretisch kunnen uitleggen, maar deze uitleg eveneens kunnen toepassen op een praktisch voorbeeld of probleem. Een voorbeeldexamen is ter beschikking. De hoger besproken presentatie maakt deel uit van de evaluatie. Volgende onderwerpen verdienen speciale aandacht: Cryptologie: o Cryptografische begrippen zoals one time pads, blokvercijfering,.. o DES, geketende DES, 3DES o AES o RSA o Sleutelbeheer o Authentisering Diffie-Hellman Kerberos Met publieke sleutel X.509 o Message digest (MD5, SHA, ) o MAC, HMAC o DSS o PGP o IP security (authenticatie, ESP, tunneling)
Digitale communicatie: o Lineaire blokcodes o Cyclische codes o Convolutionele codes Viterbi decoder o Reed-Solomoncodes o Interleaving o Modulatie en codering trade-offs (Nyquist en Shannon, cfr. Datacommunicatie) Trellis code modulatie o Spread spectrum technieken: DS SS en FH SS o Broncodering, Huffman code Draadloze communicatie: o Het cellulaire concept, frequency reuse, handoff, verhogen van de capaciteit o Propagatie van radiogolven (effecten op grote en korte afstand: fading en multipath) o Modulatietechnieken voor mobile radio (Nyquist, cosine rolloff filter, Gaussian shape filter, OQPSK, QPSK, /4 QPSK o Multiple access technieken o GSM, DECT, UMTS: systeem, radio, o Satellietsystemen: LEO, MEO, GEO: vóór- en nadelen, eigenschappen, invloed van de regen o IEEE 802.11 draadloze LAN s: vooral medium access, kanalen o Mobile IP Bij een EVC aanvraag worden andere evaluatievormen gebruikt.