Pla docent

Curso 2014-15

Sistemas de Comunicación

Titulación:	Código:	Tipo:
Grado en Ingeniería Informática	21464	Optativa
Grado en Ingeniería Telemática	21978	Obligatoria 2º curso
Grado en Ingeniería en Sistemas Audiovisuales	22650	Optativa

Créditos ECTS:

Dedicación:

100 horas

Trimestre:

1º

Departamento:	Dpto. de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones
Coordinador:	Vanesa Daza
Profesorado:	Vanesa Daza, Alfonso Martínez
Idioma:	Vanesa Daza (CAT) Nikolaos Makriyannis (ENG) Alfonso Martínez (CAST)
Horario:
Campus:	Campus de la Comunicación - Poblenou

Presentación de la assignatura

La asignatura Sistemas de Comunicación (21978) es una asignatura obligatoria que se ofrece del Grado en Ingeniería Telemática de la Universidad Pompeu Fabra. Consta de 4 créditos ECTS y se imparte en el primer trimestre del segundo curso académico.

Esta asignatura está dividida en dos partes bien diferenciadas en lo referente a sus contenidos. Un bloque dedicado a la criptografía y otro chivo dedicado a las comunicaciones.

Durante el primer bloque se presentan los fundamentos y las aplicaciones principales de la criptología. La criptología es la ciencia de la comunicación secreta. Tiene dos subcampos principales: la criptografía, que es la ciencia de la creación de cifras secretas, y el criptoanálisis, que es la ciencia de romper estas cifras. Estas herramientas criptográficas serán fundamentales más adelante en otras asignaturas donde se estudie la seguridad en las comunicaciones. Históricamente, la criptografía siempre ha tenido un papel especial en las comunicaciones militares y diplomáticas y en los últimos años se ha convertido en esencial en el desarrollo de la sociedad de la información. Se requiere un dominio importante de herramientas aritméticas y de matemática discreta para entender los principales criptosistemas presentados durante el bloque.

Por otra parte, el segundo bloque tiene como objetivo principal la introducción de los conceptos fundamentales de un sistema de comunicaciones. Se explicarán los conceptos básicos presentes en cualquier sistema de transmisión: cuantificación, codificación de fuente, modulación, canal y ruido, filtros y desmodulación. Hay que tener en cuenta que muchos de los conocimientos se impartirán en otras asignaturas del grado con una estrecha relación con Sistemas de Comunicación. A pesar de no es un curso de matemáticas básico para ingenieros, requiere también una buena base matemática para poder adquirir conocimientos de señales, transformadas de Fourier y de los principales axiomas de probabilidad.

Objetivos de aprendizaje

Los objetivos de aprendizaje a través de los cuales la asignatura contribuye al logro de las competencias anteriores son:

    - Aplicar los conocimientos de matemáticas a la ingeniería (O1).
    - Aplicar el cifrado y la protección de datos (O2).
    - Reconocer los algoritmos actuales de cifrado mediante criptografía de clave secreta (O3).
    - Reconocer los algoritmos actuales de cifrado mediante criptografía de clave pública (O4).
    - Reconocer los algoritmos actuales de cifrado y firma digital con criptografía de clave pública (O5).
    - Aplicar herramientas criptográficas para transmitir datos de forma confidencial, íntegra, autenticada y no repudiable (O6).
    - Describir el funcionamiento general de un sistema de comunicaciones analógico y digital, identificar sus diferentes componentes y explicar brevemente su finalidad (O7).
    - Identificar las ventajas de un sistema de comunicaciones digital hacia un analógico (O8).
    - Transformar la información de entrada analógica a digital mediante el formato de fuente (U9).
    - Calcular la relación señal a ruido en modelos de canal sencillos (O10).
    - Aplicar transformadas de Fourier para conocer la respuesta en frecuencia de diversas modulaciones analógicas y digitales (O11).
    - Utilizar el Octave como programa para analizar sistemas sencillos de comunicaciones y estudiar el impacto de diversos parámetros sobre el rendimiento del sistema (O12).

Prerequisitos

Para cursar esta asignatura se recomienda haber adquirido los conocimientos que se ofrecen en "Principios de Telecomunicación".

Competencias

Competencias transversales	Competencias específicas
Instrumentales 1. Resolución de problemas. 2. Habilidad de búsqueda y la gestión de la información. 3. Capacidad de análisis y síntesis. Interpersonales 4. Capacidad crítica y autocrítica. Sistémicas 5. Capacidad de aplicar con flexibilidad y creatividad los conocimientos adquiridos y de adaptarlos a contextos y situaciones nuevas	1. Utilizar un programa de procesado matemático vectorial (Octave) para representar señales y simular etapas y elementos de un sistema de comunicaciones. 2. Poder explicar y visualizar en Octave el efecto de elementos simples de un sistema de comunicación (modulación y cuantificación) en el tiempo y frecuencia 3. Determinar la relación señal a ruido de un sistema de transmisión. 4. Conocer los principales etapas para cuantificar y codificar como una secuencia de bits una fuente de información. 5. Conocer los fundamentos teóricos de la criptografía clásica. 6. Conocer los fundamentos teóricos de la criptografía moderna, tanto de clave compartida como pública. 7. Aplicar los conocimientos necesarios para implementar cifras de clave compartida y privada. 8. Definir las principales componentes y aplicaciones de la criptografía para garantizar confidencialidad, integridad, autenticación y no repudio.

Competencias transversales

Competencias específicas

Instrumentales
1. Resolución de problemas.
2. Habilidad de búsqueda y la gestión de la información.
3. Capacidad de análisis y síntesis.

Interpersonales
4. Capacidad crítica y autocrítica.

Sistémicas
5. Capacidad de aplicar con flexibilidad y creatividad los
conocimientos adquiridos y de adaptarlos a contextos y situaciones nuevas

1. Utilizar un programa de procesado matemático vectorial (Octave) para representar señales y simular etapas y elementos de un sistema de comunicaciones.
2. Poder explicar y visualizar en Octave el efecto de elementos simples de un sistema de comunicación (modulación y cuantificación) en el tiempo y frecuencia
3. Determinar la relación señal a ruido de un sistema de transmisión.
4. Conocer los principales etapas para cuantificar y codificar como una secuencia de bits una fuente de información.
5. Conocer los fundamentos teóricos de la criptografía clásica.
6. Conocer los fundamentos teóricos de la criptografía moderna, tanto de clave compartida como pública.
7. Aplicar los conocimientos necesarios para implementar cifras de clave compartida y privada.
8. Definir las principales componentes y aplicaciones de la criptografía para garantizar confidencialidad, integridad, autenticación y no repudio.

Evaluación

La evaluación del curso está basada principalmente en la evaluación por competencias.

Se ha diseñado un itinerario para la evaluación del estudiante. El itinerario propone una evaluación continua a través de las actividades de aprendizaje propuestas en la asignatura. Por otra parte, un porcentaje de la evaluación recae en una prueba final.

Se describe a continuación con más detalles este itinerario.

Para el primer bloque, la nota final depende de los siguientes factores:
- Participación y entrega de ejercicios en las sesiones de seminario (5%)
- Entrega de las prácticas en las sesiones de laboratorio (5%)
- Prueba parcial una vez finalizado el primer bloque (5%)
- Cuestionarios on-line no presenciales (5%)
- Prueba global final (30%)

Para el segundo bloque, la nota final depende de cuatro factores:
- Participación y entrega de ejercicios en las sesiones de seminario (5%)
- Entrega de las prácticas en las sesiones de laboratorio (5%)
- Cuestionarios on-line no presenciales (5%)
- Prueba global final (35%)

A cada uno de los bloques se requiere un 50% de la calificación de prácticas para poder superar el bloque correspondiente.

Hay que aprobar cada uno de los bloques con un 50% para poder superar la asignatura.

En julio sólo será recuperable la prueba global para aquellos bloques que no hayan superado.

Contenidos

Bloque 1. Criptografía y criptoanálisis:

Introducción y conceptos básicos
- Concepto de esteganografía. Limitaciones y riesgos.
- Conceptos de criptología, criptografía y criptoanálisis.
- Conceptos de confidencialidad, autentificación, integridad y no repudio.
- Tipo de atacante: pasivo y activo.
- Conceptos de seguridad incondicional y seguridad computacional.

Criptografía de clave compartida clásica
- Cifras de transposición y sustitución simple.
- Cifras de sustitución polialfabético (Vigenère, Vernam, Máquinas de Rotores).

Criptografía de clave compartida moderna
- Cifras de bloque (DES, AES)
- Cifras de flujo (RC4)
- Protocolos de autenticación reto-respuesta basados en cifras de clave compartida.
- Ataque del hombre a medio camino contra las cifras de clave compartida.

Criptografía de clave pública
- Funcionamiento de una cifra de clave pública.
- Fundamentos de aritmética modular.
- El problema de la factorización entera.
- La cifra RSA.
- El problema del logaritmo discreto.
- La cifra ElGamal.
- Firma digital en RSA
- Protocolos de autenticación reto-respuesta basados en cifras de clave pública.
- Ataque del hombre a medio camino contra las cifras de clave pública.

Bloque 2. comunicaciones

A. Introducción a las sistemas de comunicaciones:
    - Canales y ruido.
    - Elementos de un sistema de comunicación.
    - Comunicaciones digitales y analógicas.
    - Modulaciones analógicas.
B. Concepto de modulación.
C. Amplitud modulada.
D. Cuantificación:
    - Cuantificación escalar y vectorial.
    - Error de cuantificación.
    - Ley A y Ley μ.
    - DPCM:
E. Codificación diferencial por pulsos.
F. ADPCM.
    - DM:
G. Modulación delta.
H. ADM.
I. Modulaciones analógicas y digitales:
    - Concepto de modulación.
    - Amplitud modulada.
J. Esquemas de modulación y desmodulación.
K. Cálculo de potencia.
L. Sobremodulación y aliasing.
    - Frecuencia modulada.
    - Modulaciones digitales.

Metodología

Esta asignatura se llevará a cabo mediante sesiones presenciales y sesiones no presenciales.

Las sesiones presenciales serán tanto sesiones de teoría, sesiones de seminario como sesiones de laboratorio. Las sesiones de teoría y de laboratorio tendrán una duración de dos horas, mientras que las de seminario de una hora.

En las sesiones de seminario se plantearán uno o varios ejercicios que los estudiantes resolverán en clase. Previamente los alumnos dispondrán de material necesario para preparar la sesión. En alumnos deberán preparar en avanzada los ejercicios propuestos por los profesores para discutirlos y corregirlos a clase. En algunas de las sesiones se pedirá la entrega de algunos ejercicios al inicio de la sesión (previamente se habrán especificado cuáles).

En las sesiones de laboratorio los alumnos realizarán en grupos pequeños ejercicios frente al ordenador implementando, tanto con un software criptográfico para analizar algunos criptosistemas como en el entorno Octave viendo ejemplos sencillos de sistemas de comunicación. Los alumnos deberán discutir los resultados obtenidos confrontando los razonamientos teóricos simples. Un enunciado será distribuido en cada sesión el alumno entregará su informe a través de la plataforma Moodle.

Todo el material de la asignatura (diapositivas y enunciados) estará disponible a través del Aula Moodle de la asignatura en el Aula Global.

Puntualmente se programarán sesiones no presenciales donde se realizarán cuestionarios on-line a través de la plataforma Moodle.

Recursos

Bibliografia básica
- Handbook of applied cryptography, A. Menezes, P. Oorshot, S. Vasnsone. CRC Press. 1997.
- B. Schneier, Applied cryptography. Wiley. 1996.
- Sistemas de Comunicación, Haykin, Simon S., Limusa Wiley, edición 2002

Bibliografia complementaria
- E. García. Una introducción a la criptografía.
- Digital Commnications: Fundamentals and Applications, Sklar, Bernard.

Recursos didácticos y material docente
- En el aula Moodle de la asignatura el alumno podrá obtener el material docente correspondiente a las sesiones de teoría.

En el aula Moodle de la asignatura el alumno podrá obtener la colección de problemas correspondientes a las sesiones de seminarios.

A l’aula Moodle de l’assignatura, l’alumne podrà obtenir la col·lecció de problemes de seminarios.