Реферат: Программа дисциплины по кафедре Вычислительной техники Теория электрической связи

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Тихоокеанский государственный университет



Утверждаю

Проректор по учебной работе

______________ С.В. Шалобанов

“_____” ________________2010 г.



Программа дисциплины

по кафедре Вычислительной техники


Теория электрической связи

Утверждена научно-методическим советом университета для направления подготовки (специальностей) 210400 «Телекоммуникации»


Специальность 210404.65

«Многоканальные телекоммуникационные системы»


Хабаровск 2010 г.


Программа разработана в соответствии с требованиями государственного образовательного стандарта, предъявляемыми к минимуму содержания дисциплины и в соответствии с примерной программой дисциплины, утвержденной департаментом образовательных программ и стандартов профессионального образования с учетом особенностей региона и условий организации учебного процесса Тихоокеанского государственного технического университета.


Программу составил (и)




Писаренко В.П.




кафедра Вычислительной техники, доцент







Программа рассмотрена и утверждена на заседании кафедры

протокол № от « » 2010г.

Завкафедрой__________«__»______ 2010г

________________

Подпись дата

Ф.И.О.







Программа рассмотрена и утверждена на заседании УМК и рекомендована к изданию

протокол № от « » 2010г

Председатель  УМК  _______«__»_______ 2010г

_________________

Подпись дата

Ф.И.О.




Директор  института  _______«__»_______ 2010г

__________________

(декан факультета) Подпись дата

Ф.И.О.

^ 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ

Целью преподавания дисциплины является ознакомление студентов с основами математического представления и преобразований информационных данных в современных телекоммуникационных системах передачи, приема, накопления и обработки информации, изучение методов реализации в телекоммуникационных системах и на современных персональных компьютерах эффективных алгоритмов преобразования и анализа информационных данных.

^ 2. ТРЕБОВАНИЯ К УРОВНЮ ОСВОЕНИЯ СОДЕРЖАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ

Студент должен иметь представление: о каналах связи, сигналах и помехах, динамической и спектральной формах их математического представления, методах представления сигналов в современных телекоммуникационных системах, методах математического моделирования сигналов, о методах и системах преобразования информационных сигналов при обработке, передаче и использовании информации в системах.

^ Студент должен знать: метрологию сигналов; математические модели сигналов; принципы разложения сигналов, свертку сигналов, частотное представление сигналов; принципы дискретизации и восстановления непрерывных сигналов, передаточные функции и частотные характеристики линейных систем; аналоговые, дискретные и цифровые способы модуляции и демодуляции; системы передачи данных по линиям связи; классические приложения преобразования информационных данных.

^ Студент должен уметь: определять основные параметры систем передачи информации и каналов связи; моделировать процессы передачи данных и их обработки; оценивать корректность дискретизации данных и производить их частотный анализ; оценивать параметры и надежность линий связи при передаче данных; выполнять анализ результатов измерений с помощью программных пакетов общего и специального назначения.


^ 3. Объём дисциплины и виды учебной работы.


Таблица 1.


Наименование

По учебным планам (УП)

с максимальной трудоёмкостью

с минимальной трудоёмкостью

^ Общая трудоёмкость дисциплины







по ГОС

272

272

по УП

272

272
Изучается в семестрах
5, 6

5, 6

^ Вид итогового контроля по семестрам







зачет

5

5

экзамен

6

6

Курсовой проект (КП)







Курсовая работа (КР)

6

6

расчетно-графические работы (РГР)







^ Реферат (РФ)





Домашние задания (ДЗ)





^ Аудиторные занятия:







всего

136

136

В том числе: лекции (Л)

68

68

Лабораторные работы (ЛР)

51

51

Практические занятия (ПЗ)

17

17

^ Самостоятельная работа







общий объем часов (С2)

136

136

В том числе на подготовку к лекциям

68

68

на подготовку к лабораторным работам

34

34

на подготовку к практическим занятиям

17

17


на выполнение КР

17

17

на выполнение РГР







на написание РФ







на выполнение ДЗ





^ 4. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ Наименование раздела и темы Обяз. ауд. часов Литература Раздел 1. Математические основы теории сигналов. 34 Введение в теорию сигналов и систем.
Математическое описание сигналов. Классификация сигналов. Типы сигналов. Преобразования сигналов. Тестовые сигналы. Системы преобразования сигналов. Линейные системы. Понятие информации. Количественная мера информации. Информационная емкость сигналов.
4 [1], c. 11-15, [2], с. 21-24, [3], тема 1. Пространство и метрология сигналов.
Множества сигналов. Линейное пространство сигналов. Норма и метрика сигналов. Скалярное произведение. Коэффициент корреляции сигналов. Координатный базис пространства. Ортогональные сигналы. Разложение сигнала в ряд. Ортонормированные системы функций. Понятия мощности и энергии сигналов. Шумы и помехи в сигналах.
2 [1], c. 23-33, [2], с. 25-29, [3], тема 2. Динамическая форма сигналов.
Единичные импульсы. Разложение сигналов по единичным импульсам. Импульсный отклик линейной системы. Свертка (конволюция) сигналов. Интеграл Дюамеля. Свойства свертки. Системы свертки.
2 [1], c. 16-22, [3], тема 3. Спектральное представление сигналов.
Разложение сигналов по гармоническим функциям. Непрерывные преобразования Фурье и Лапласа. Интеграл Фурье. Обобщенный ряд Фурье. Свойства преобразований Фурье. Теорема запаздывания. Преобразование свертки, производной, интеграла, произведения сигналов. Спектры мощности. Равенство Парсеваля. Спектры типовых сигналов.
4 [1], c. 38-60, [3], тема 4. Энергетические спектры сигналов и функций.
Мощность и энергия сигналов. Энергетические спектры сигналов. Скалярное произведение сигналов. Взаимный энергетический спектр.
2 [1], c. 72-76, [3], тема 5. Корреляционные функции сигналов.
Корреляционные и ковариационные функции сигналов. Корреляционные функции финитных, периодических, дискретных и кодовых сигналов. Взаимнокорреляционные функции сигналов. Спектральные плотности корреляционных функций. Интервал корреляции сигнала.
2 [1], c. 77-90, [3], тема 6. Дискретизация сигналов и функций.
Принципы дискретизации и воспроизведения сигналов. Равномерная дискретизация. Спектры дискретных сигналов. Интерполяционный ряд Котельникова-Шеннона. Информационная тождественность динамической и спектральной формы сигналов. Соотношение спектров одиночного и периодического сигналов. Дискретизация по критерию наибольшего отклонения. Адаптивная дискретизация. Квантование сигналов. Децимация и интерполяция сигналов.
4 [1], c. 122-126, [2], с. 183-194, [3], тема 7. Дискретные преобразования сигналов и функций.
Дискретные преобразования Фурье и Лапласа. Быстрое преобразование Фурье. Z-преобразование сигналов. Свойства z-преобразования. Связь с преобразованиями Фурье и Лапласа. Аналитическая форма z-образов. Обратное z-преобразование. Дискретная свертка сигналов.
2 [1], c. 382-395, [2], с. 30-55, 78-89, 215-242, [3], тема 8. Случайные процессы и сигналы.
Случайные процессы. Корреляционные функции процессов. Взаимные моменты случайных процессов. Функции спектральной плотности. Каноническое разложение случайных функций, финитное преобразование Фурье. Спектры функций случайных процессов. Теорема Винера-Хинчина. Преобразования случайных функций. Функция когерентности. Модели случайных сигналов и помех.
4 [1], c. 140-161, [2], с. 271-278, [3], тема 9. Преобразование сигналов в системах.
Основные системные операции. Математические модели систем. Нерекурсивные и рекурсивные системы. Импульсные характеристики систем. Реакция систем на произвольные сигналы. Передаточные функции цифровых систем. Устойчивость систем. Частотные характеристики систем. Реакция систем на случайные сигналы. Структурные схемы систем. Графы систем. Соединения систем. Схемы реализации систем.
4 [1], c. 190-215, [2], с. 59-77, 99-106, 144-157, 279-286, [3], темы 10, 11. Преобразование Хартли.
Определение преобразования. Энергетический и фазовый спектры. Свойства преобразования. Двумерное преобразование Хартли. Дискретное преобразование Хартли. Свойства дискретного преобразования. Цифровая фильтрация сигналов методом свертки.
2 [3], тема 12. Многомерные сигналы и системы.
Двумерные и многомерные сигналы. Импульсный отклик систем. Двумерная свертка. Частотные характеристики сигналов и систем. Импульсный отклик систем. Свойства двумерного преобразования Фурье. Дискретизация двумерных сигналов. Дискретные преобразования Фурье. Интерполяционный ряд восстановления двумерного сигнала. Прямоугольный и гексагональный растры дискретизации. Частотный анализ многомерных сигналов. Периодические последовательности. Конечные последовательности. Многомерные последовательности.
2 [3], тема 13, 14 стр. [6], c. 15-72 Раздел 2. Сигналы и системы передачи данных. 34 Телекоммуникации и связь.
Сети и линии связи. Передача информации по каналам связи. Характеристики линий связи. Пропускная способность каналов. Способы передачи данных.

6 [3], тема 14 Виды модуляции Аналоговая модуляция. Дискретная (цифровая) модуляция. Системы телеобработки информации. Аппаратура линий связи. Способы цифрового кодирования данных. Методы синхронизации. Методы обнаружения искажений. 6 [1], c. 92-113, [3], тема 15 Модулированные сигналы.
Амплитудная модуляция (АМ). Энергия АМ-сигналов. Демодуляция АМ-сигналов. Балансная, однополосная, полярная амплитудная модуляция. Сигналы с угловой модуляцией (УМ). Фазовая модуляция. Частотная модуляция. Спектры сигналов с угловой модуляцией. Демодуляция УМ – сигналов. Квадратурная модуляция. Демодуляция квадратурного сигнала. Внутриимпульсная частотная модуляция. ЛЧМ-сигналы. Спектр прямоугольного ЛЧМ-сигнала.

6 [1], c. 92-113, [3], тема 15 Импульсная модуляция Импульсно-модулированные сигналы. Амплитудно- и широтно-импульсная модуляция. Временная импульсная модуляция. Кодово-импульсная модуляция. Модуляция символьных и кодовых данных. Амплитудно-манипулированные сигналы. Угловая манипуляция. 6 [1], c. 92-113, [3], тема 15, 18 стр. Основные понятия теории информации
Понятие информации. Информация и энтропия. Свойства энтропии. Условная энтропия. Взаимная энтропия и информация.. Информационные характеристики источника информации и канала связи.
2 [1], c. 131-138, [2], с. 431-446, [3], темы 16, 17, 14 стр. Согласование источника информации с каналом связи.
Кодирование информации, простые коды. Первая и вторая теорема Шеннона. Кодирование в дискретном канале связи без помех. Оптимальное кодирование. Коды Шеннона-Фано, код Хаффмена. Канальное кодирование. Особенности эффективных кодов.
4 [3], тема 18 Повышение достоверности передачи данных .
Помехоустойчивое кодирование. Основные параметры помехоустойчивых кодов. Принципы построения и классификация помехоустойчивых кодов. Линейные и циклические коды. Предельные соотношения для параметров помехоустойчивых кодов. Системы передачи данных с ОС
4 [3], тема 21 ^ 5. ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ И ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ. КУРСОВАЯ РАБОТА. 5.1. Практические работы. Работы выполняются на компьютерах по типовым программам с заданием индивидуальных параметров моделирования, расчетов и обработки данных для каждого студента группы. Номер раздела и темы Наименование тем практических работ, необходимое обеспечение. 1.1. Общие понятия сигналов (2 часа). Литература: [3], тема 1. 1.4. Ряды Фурье периодических сигналов (2 часа).
Литература: [3], тема 4.
1.4. Спектры конечных сигналов (2 часа).
Литература: [3], тема 4.
1.7, 1.8. Дискретизация и интерполяция сигналов (2 часа).
Литература: [3], тема 7, 8.
1.7, 1.8. Искажения при дискретизации сигналов (2 часа). Литература: [3], тема 7, 8. 1.6. Корреляционные функции сигналов (2 часа).
Литература: [3], тема 6.
2.2. Угловая модуляция сигналов (2 часа).
Фазовая модуляция (ФМ). Частотная модуляция (ЧМ). Демодуляция сигналов.

Литература: [3], тема 15.
2.2. Импульсно-модулированные сигналы (2 часа).
Амплитудно-импульсная модуляция. Широтно-импульсная модуляция. Амплитудно-манипулированные сигналы.

Литература: [3], тема 15.
5.2. Лабораторные работы
Лабораторные работы выполняются фронтальным методом на унифицированных лабораторных стендах по теория электрической связи с применением прикладных программ компьютерной обработки сигналов

^ ТЕМАТИКА ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ:

№1 «Цифровая система связи»

Цель работы - Знакомство с основными функциональными узлами системы связи для передачи как дискретных, так и аналоговых сигналов. Преобразование сигналов в отдельных блоках системы связи с разными видами модуляции и кодирования. Демонстрация помехоустойчивости системы связи.


№2 «Исследование спектров сигналов»

Цель работы - Исследование формы и спектра гармонических сигналов и периодических последовательностей импульсов. Формирование навыков спектрального анализа сигналов на ПК.

№3 «Дискретизация непрерывных сигналов во времени (теорема Котельникова)»

Цель работы - Исследование процессов дискретизации и восстановления непрерывных сигналов.


№4 «Преобразование формы и спектра сигналов безинерционным нелинейным элементом»

Цель работы - Изучение формы и спектра сигналов на выходе резистивной цепи, содержащей нелинейный безинерционный элемент при моно- и бигармоническом воздействии.

№5 «Усиление сигналов»

Цель работы - Исследование процессов усиления сигналов в линейном и нелинейном режимах.


№6 «Умножение частоты»

Цель работы -Изучение процесса умножения частоты. Получение оптимального режима.


№7 «Преобразование частоты»

Цель работы - Исследование процесса преобразования частоты при использовании нелинейного элемента с квадратичным участком вольт-амперной характеристики.


№8 «Амплитудная модуляция»

Цель работы - Исследование процесса амплитудной модуляции, получение статической модуляционной характеристики и выбор оптимального режима работы модулятора.


№9 «Детектирование АМ колебаний»

Цель работы - Исследование процесса амплитудной модуляции, получение статической модуляционной характеристики и выбор оптимального режима работы модулятора.


№10 «Исследование частотного модулятора»

Цель работы - Исследование принципа действия частотного модулятора. Получение характеристик частотного модулятора при воздействии на его вход моногармонического сигнала. Исследование формы и спектра сигналов с частотной модуляцией.


№11 «Исследование детектора ЧМ сигналов»

Цель работы - Экспериментальное исследование частотного детектора. Выбор оптимального режима детектирования.


№12 «Исследование LC автогенератора»

Цель работы - Исследование схемы транзисторного автогенератора гармонических колебаний с трансформаторной обратной связью.

Экспериментальная проверка основных положений теории самовозбуждения

№13 «Исследование RC генератора»

Цель работы - Исследование одной из схемы автогенератора RC. Экспериментальная проверка основных положений теории RC генераторов.

№14 «Автоколебательная LC-цепь под внешним воздействием»

Цель работы - Ознакомление с основными свойствами автоколебательной цепи, находящейся под внешним воздействием периодической ЭДС. Получение процессов регенерации, синхронизации и деления частоты.


№15 «Исследование аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования сигналов»
Цель работы - Изучение принципов действия преобразователей аналогового сигнала в цифровой и наоборот. Снятие статических характеристик преобразователей. Наблюдение осциллограмм преобразованных сигналов при разных частотах дискретизации и разрядности цифрового сигнала.

№16 «Исследование законов распределения случайных сигналов»

Цель работы - Ознакомление с методикой экспериментального исследования плотностей вероятности мгновенных значений случайных процессов. Установление количественных связей между характером случайного процесса, его числовыми характеристиками и графиками плотности вероятности.


№17 «Прохождение случайных сигналов через линейные и нелинейные цепи»

Цель работы - Исследование преобразования законов распределения мгновенных значений при прохождении случайных сигналов через линейные и нелинейные цепи.


№18 «Исследование спектров модулированных сигналов»

Цель работы - Изучение модулированных сигналов в цифровых системах связи для разных видов модуляции (манипуляции) - АМ, ЧМ, ФМ и ОФМ при периодических модулирующих сигналах.


№19 «Исследование свойств ортогональности гармонических сигналов»

Цель работы - Экспериментальное исследование условий, при которых обеспечивается ортогональность гармонических сигналов.


№20 «Исследование оптимальных когерентных демодуляторов АМ и ЧМ сигналов»

Цель работы - Изучение принципа действия демодуляторов. Работа демодулятора в условиях помех. Изучение влияния порога на вероятность ошибки при АМ.


№21 «Исследование оптимальных когерентных демодуляторов ФМ и ОФМ сигналов»

Цель работы - Изучение принципа действия демодуляторов ФМ и ОФМ сигналов. Изучение влияния фазы опорного колебания на работу демодулятора. Работа демодулятора в условиях помех.


№22 «Исследование помехоустойчивости системы связи при разных видах модуляции»

Цель работы - Измерение оценок вероятности ошибки в приёме символа при разных видах модуляции и разных отношениях сигнал/шум.

5.3. Курсовая работа. Представляет собой проектирование и расчет характеристик системы передачи данных с повышенной верностью. Типовое название работы: "Расчет параметров системы передачи данных с повышенной верностью». Содержание курсовой работы
Общие понятия сигналов (2 часа). 7

Ряды Фурье периодических сигналов (2 часа). 7

Спектры конечных сигналов (2 часа). 7

Дискретизация и интерполяция сигналов (2 часа). 7

Искажения при дискретизации сигналов (2 часа). 7

Корреляционные функции сигналов (2 часа). 7

Угловая модуляция сигналов (2 часа). 7

Импульсно-модулированные сигналы (2 часа). 7

Представляет собой проектирование и расчет характеристик системы передачи данных с повышенной верностью. Типовое название работы: "Расчет параметров системы передачи данных с повышенной верностью». 10

Содержание курсовой работы 10

А 12

Б 12

Д 12

И 12

К 12

М 13

П 13

Р 13

С 14

Т 14

Ф 15

Э 15


^ 5. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.

Рекомендуемая литература.


1. Кушнир В.Ф., Ферсман Б.А. Теория нелинейных электрических цепей. М.:Связь,1974.

2. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей. М.: Радио и связь,1982.

3. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В.,. Теория передачи сигналов. М.: Радио и связь 1986.

4.Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. Теория электрической связи. М.: Радио и связь, 1998.

5. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 1985.

6.Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Советское радио,1977.

7. Борисенко А.В. Теория электрической связи: Методические рекомендации к лабораторным работам. / СПбГУТ. – СПб, 2003.

8. Писаренко В.П. Методические указания для курсового проектирования по дисциплине "Теория электрической связи". / Хабаровск - 2010


^ 6. МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ.

Унифицированные лабораторные стенды по теории электрической связи

Класс персональных компьютеров.


Организация самостоятельной работы

Самостоятельная работа предполагает, что:

отдельные темы могут быть отнесены на самостоятельное изучение;

теоретическая подготовка к лабораторным работам с использованием МУ может осуществляться дома самостоятельно.



Глоссарий

А
Алфавит   
Б
Бит   
Д
Дельта-модуляция   
Дискретизация   
Дискриминатор   
И
Избыточность   
- корректирующего кода   

Информация   
- определение  

Источник сообщения   
К
Канал
- волоконно-оптический   

- идеальный   
- пропускная способность   

- реальный  

  - с временным разделением   
- скорость передачи   
- с частотным разделением   
Код   
Кодирование
- корректирующее   
- помехоустойчивое   
- статистическое   
- эффективное   
Коэффициент избыточности  
Критерий   
- Байеса   
- идеального наблюдателя   

- информационный   
- максимального правдоподобия   
- минимума суммы условных вероятностей ошибок   
- Неймана-Пирсона  
- среднего риска  
М
Манипуляция  
- амплитудная  
- частотная  
Матрица корреляционная  
Модуляция
- амплитудная  
- амплитудно - импульсная  
- дискретная  
- импульсная  

- импульсно-кодовая  
- непрерывная  
- фазовая  
- фазоимпульсная  
- цифровая  
- частотная  
П
Преобразование
- Гильберта  
- Фурье  

- - дискретное  

- - финитное  
Прием сигналов  
- когерентный  
- некогерентный  
- оптимальный  
- оптических сигналов  
- - гетеродинный  
- - гомодинный  
Производительность
- источника  
- кодера  
Р
Ряд Фурье  
Ретранслятор  
С
Свертка  
Сигнал  
- аналитический  

- детерминированный  
- стохастический  
- обнаружение  
- оценка параметров  

- различение  
- фильтрация  
- узкополосный  
Система
- инвариантная во времени  
- линейная  
- массового обслуживания  
- многоканальная  
- передачи информации  
- частотная характеристика  
Символ  
Скорость передачи  

Согласованный фильтр  
Сообщение  
- дискретное  
- непрерывное  
Спектр  
- амплитудный  
- фазовый  

- энергетический  
Спектральная плотность  
Т
Теорема
- Винера- Хинчина  
- дискретизации  

- о свертке  
- Шеннона  
- - для идеальных каналов  
- - для корректирующих кодов  
- - для реальных каналов  
- - для эффективных кодов  


Ф
Функция
- апертурная элемента дискретизации  

- дискретизации  
- интерполяционная Шеннона 

  - корреляционная  
- правдоподобия  
Э
Энтропия  
- источника дискретных сообщений  

- кодера   - помехи  

- условная  


Глоссарий выдается студентам как тест для контрольной промежуточной проверки знаний

или как инструмент для самоконтроля при самостоятельной работе