Типовая учебная программа образование высшее профессиональное бакалавриат теория электрической связи по специальности: 050719 Радиотехника, электроника и телекоммуникации 4 кредита

Вид материала

Содержание

3 Введена впервые
Пояснительная записка
Цель курса
Задачи курса
1 Содержание дисциплины
3. Примерный перечень тем лабораторных занятий
4. Примерный перечень тем семестровых заданий (РГР).
5. Примерный перечень тем курсовых работ

Подобный материал:

ТИПОВАЯ УЧЕБНАЯ ПРОГРАММА

Образование высшее профессиональное

БАКАЛАВРИАТ

Теория электрической связи

по специальности:

050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

4 кредита

Министерство образования и науки Республики Казахстан

Алматы

2004

Предисловие

1 РАЗРАБОТАНА И ВНЕСЕНА учебно-методическим объединением высших учебных заведений по специальностям энергетики, радиоэлектроники и телекоммуникаций при Алматинском институте энергетики и связи

2 УТВЕРЖДЕНА И ВВЕДЕНА В ДЕЙСТВИЕ приказом Министерства образования и науки Республики Казахстан от « __ » ________ 2004 г. №_____

3 ВВЕДЕНА ВПЕРВЫЕ

4 Типовая учебная программа разработана в соответствии с государственным общеобязательным стандартом образования по специальности

050719 – Радиотехника, электроника и телекоммуникации

5 Программа рекомендована к изданию НМС по специальности 050719 – «Радиотехника, электроника и телекоммуникации» учебно-методического объединения высших учебных заведений по специальностям энергетики, радиоэлектроники и телекоммуникаций (протокол заседания Совета УМО № __ от "___" ________2004 г.)

Настоящая типовая программа не может быть тиражирована и распространена без разрешения Министерства образования и науки Республики Казахстан

Пояснительная записка

Курс "Теория электрической связи " является обязательным предметом для студентов высших учебных заведений и включается в учебные планы в качестве базовой дисциплины.

Цель курса - изучение основных закономерностей передачи информации в телекоммуникационных системах. Кроме того студентов необходимо ознакомить с основными концепциями, моделями и принципами построения телекоммуникационных систем и сетей, современными тенденциями их развития и стандартами в области телекоммуникаций.

Задачи курса - в результате изучения дисциплины у студентов должны сформироваться знания, навыки и умения, позволяющие самостоятельно проводить математический анализ физических процессов в аналоговых и цифровых устройствах формирования, преобразования и обработки сигналов, оценивать реальные и предельные возможности пропускной способности и помехоустойчивости телекоммуникационных систем.

В курсе ТЭС принят единый методологический подход к анализу и синтезу современных телекоммуникационных систем и устройств на основе вероятностных моделей сообщений, сигналов, помех и каналов в системах связи. В свою очередь, теоретической базой курса ТЭС являются основные сведения из дисциплин естественнонаучного и профессионального циклов: математики, информатики, физики, дискретной математики, теории вероятностей и математической статистики, основ теории цепей, электроники, основ схемотехники. Предусмотренные программой ТЭС знания являются не только базой для последующего изучения специальных дисциплин, но имеют также самостоятельное значение для формирования дипломированных специалистов направлений телекоммуникации.

1 Содержание дисциплины

1.1 Введение

Информация, сообщения, сигналы. Сообщения, их источники и получатели. Сигнал как носитель сообщения. Сообщение и информация. Случайный характер сообщений и сигналов. Основные параметры сигналов: длительность, ширина спектра и динамический диапазон. Примеры: речевые (телефонные), вещательные, телевизионные, телеграфные сигналы, сигналы передачи данных.

1.2 Системы, каналы и сети связи.

Классификация телекоммуникационных систем по назначению, способу действия и технической реализации. Система связи и канал связи. Структурная схема системы связи. Дискретные и непрерывные каналы, их основные характеристики. Диапазон частот электромагнитных колебаний, используемых в системах передачи информации. Многоканальные системы передачи. Понятие о системах связи.

1.3 Помехи и искажения в каналах.

Аддитивные и мультипликативные помехи. Классификация помех по физическим свойствам и происхождению.

1.4 Методы формирования и преобразования сигналов

Модуляция и детектирование

Преобразование колебаний в нелинейных цепях. Линейное усиление. Нелинейное резонансное усиление гармонических колебаний. Преобразование частоты.

Формирование и детектирование сигналов амплитудной модуляции (АМ). АМ с подавленной несущей (АМ-ПН), однополосная модуляция (ОМ). Временное, спектральное и векторное представление АМ-колебаний. Формирование модулированных сигналов в нелинейных цепях. Анализ модуляционных характеристик на ЭВМ. Схемы модуляторов. Принцип когерентного и некогерентного детектирования. Использование параметрических и нелинейных элементов для детектирования. Схемы детекторов сигналов АМ, АМ-ПН, ОМ. Анализ характеристик детекторов на ЭВМ.

Формирование и детектирование сигналов угловой модуляции. Свойства и характеристики сигналов угловой модуляции в частотной и временной областях для детерминированных и случайных моделей сообщений. Узкополосная и широкополосная угловая модуляция, различие в спектрах ЧМ и ФМ сигналов. Методы формирования ЧМ и ФМ сигналов. Принципы детектирования сигналов угловой модуляции в нелинейных цепях. Схемы фазовых и частотных детекторов.

Формирование и детектирование сигналов, модулированных дискретными сообщениями. Понятие синхронизации и принципы ее обеспечения в системах электросвязи.

Помехоустойчивость приема при использовании неоптимальных детекторов. Анализ помехоустойчивости диодного детектора АМ-сигналов, выходное отношение сигнал=помеха и его зависимость от параметров модуляции сигнала и помехи. Помехоустойчивость когерентного детектирования. Помехоустойчивость ЧМ, явление порога при ЧМ.

Модуляция и детектирование импульсного переносчика. Методы амплитудно-импульсной модуляции. Спектры импульсно-модулированных колебаний при детерминированной и случайной сообщений.

1.5 Кодирование и модуляция.

Равномерные и неравномерные коды, корректирующие коды. Модуляция как операция преобразования сообщения в сигнал. Структурная схема системы передачи дискретных сообщений, модем и кодек. Передача непрерывных сообщений.

1.6 Демодуляция и декодирование.

Решающее устройство. Понятие о методах обработки сигнала в демодуляторе.

1.7 Математические модели сообщений, сигналов и помех.

Классификация сообщений, сигналов и помех. Детерминированные и случайные процессы, их математические модели. Прямые и косвенные модели процессов. Представление сообщений и сигналов в различных метрических и топологических пространствах.

Разложение функций в ортогональные ряды по базисным функциям пространства сигналов. Основные соотношения между элементами функциональных линейных пространств. Обобщенный ряд Фурье. Спектральное и временное представление сигналов. Теорема Котельникова. Разложение аналогового сигнала в базисе Уолша. Представление цифровых сигналов векторами пространства Хемминга.

1.8 Случайные процессы и их основные характеристики.

Стационарные и нестационарные СП. Эргодическое свойство стационарных СП. Особенности нестационарных процессов.

Функции корреляции и их свойства. Гауссовский СП. Спектр плотности мощности и его связь с функцией корреляции. Функция корреляции “белого” шума с ограниченным спектром. Эффективная ширина спектра.

Описание дифференциальными (разностными) уравнениями.

Комплексное и квазигармоническое представление узкополосных СП. Преобразование Гильберта, комплексный сигнал. Статические характеристики огибающей и фазы узкополосного СП. Корреляционная функция узкополосного СП.

1.9 Помехоустойчивость видов модуляции

Сравнительная оценка помехоустойчивости АМ, ЧМ, ФМ - сигналов.

1.10 Математические модели каналов связи.

Классификация каналов электросвязи

1.11 Преобразование сигналов в линейных и нелинейных каналах связи

Прохождение случайных сигналов через детерминированные линейные и нелинейные системы. Случайные линейные каналы и их характеристики, особенности проводных и радиоканалов, замирания сигналов. Флуктуационные, сосредоточенные и импульсные помехи, их вероятностные характеристики

1.12 Модели непрерывных каналов.

Идеальных канал без помех, канал с аддитивным гауссовым шумом. Канал с неопределенной фазой сигнала, однолучевой канал с замираниями. Канал с межсимвольной интерференцией и аддитивным шумом.

1.13 Теория помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений

Постановка задачи об оптимальном демодуляторе (приемнике) дискретных сообщений. Критерии качества и правила приема дискретных сообщений. Критерий максимума средней вероятности правильного приема. Решающая схема, построенная по правилу максимума апостериорной вероятности. Отношение правдоподобия.

1.14 Оптимальные алгоритмы приема сигналов

Оптимальный прием в дискретно-непрерывном канале без искажений при наличии аддитивного белого шума. Синтез алгоритмов и схем оптимальных приемников (корреляционный приемник, согласованный фильтр). Цифровые методы обработки сигналов в приемниках. Неоптимальные методы приема дискретных сообщений.

Потенциальная помехоустойчивость при точно известном множестве сигналов. Вероятность ошибки приема для двоичной системы сигналов при белом гауссовом шуме.

Алгоритм оптимального приема в каналах с МСИ. Помехоустойчивость в канале с МСИ. Процессор Витерби.

Оптимальный прием при неопределенной фазе и амплитуде сигнала. Сравнение потенциальной помехоустойчивости когерентного и некогерентного приема.

Прием дискретных сообщений в условиях флуктуации фаз и амплитуд сигналов. Разнесенный прием. Способы разнесенного приема.

Прием дискретных сообщений в каналах с сосредоточенными по спектру и импульсными помехами.

1.17 Теоремы кодирования Шеннона для дискретного канала связи.

1.18 Кодирование источников и каналов связи

Классификация методов кодирования. Конструктивные методы кодирования источников сообщений. Экспоненты вероятностей ошибок. Коды с гарантированным обнаружением и исправлением ошибок. Линейные двоичные коды для обнаружения и исправления ошибок. Важные подклассы линейных двоичных кодов. Конструктивные алгоритмы исправления ошибок линейными кодами. Сверточные коды.

1.19 Помехоустойчивое кодирование.

Блочные корректирующие коды. Обнаружение и исправление ошибок. Кодовое расстояние. Систематические линейные коды. Порождающие матрицы. Декодирование линейных кодов. Проверочные матрицы. Коды Хемминга.

Циклические коды. Порождающий полином. Способы кодирования циклических кодов. Декодирование при обнаружении и исправлении ошибок. Мажоритарное декодирование. Матричное представление циклических кодов.

Предельные возможности помехоустойчивого кодирования. Системы с информационной и решающей обратной связью. Помехоустойчивость систем с обратной связью. Эффективность систем с ОС в каналах с переменными параметрами.

!.20 Принципы многоканальной связи

Системы передачи с линейно-независимыми сигналами. Структурные схемы многоканальных систем. Пропускная способность систем многоканальной связи. Влияние взаимных помех на пропускную способность канала. Система передачи с многостанционным доступом. Основные положения теории массового обслуживания. Многоуровневая архитектура связи и протоколы.

1.21 Основы теории разделения сигналов.

Условия разделимости сигналов, определитель Грамма. Геометрическая трактовка разделения сигналов.

Частотное, временное и фазовые разделения сигналов. ЧРК, ВРК, ФРК, особенности формирования групповых сигналов и построения разделяющих устройств.

Разделение сигналов по форме. Структурная схема разделения линейно-независимых сигналов. Примеры использования в качестве переносчиков функций Уолша, полиномов Лежандра, Чебышева, Лагерра.

Комбинационное разделение сигналов. Разделение сигналов по уровню, многочастотные и многофазовые сигналы. Многопозиционные сигналы с амплитудно-фазовой модуляцией. Комбинационное уплотнение на основе представления группового сигнала блочным нелинейным несистематическим кодом.

Принцип многостанционного доступа к общему тракту передачи на основе ЧРК, ВРК, разделения сигналов по форме. Примеры псевдослучайных (шумоподобных) сигналов: последовательности Баркера, ЛРП, ШПС на основе частотно-временных матриц. Принцип статистического уплотнения.

Принципы распределения информации. Сеть распределения информации и ее элементы. Структура систем распределения информации.

1.22. Анализ эффективности и оптимизация систем связи.

Методологические принципы системного анализа. Иерархичность структуры СПИ. Принцип декомпозиции и агрегирования. Моделирование СПИ с помощью ЭВМ. Математическая формулировка задачи оптимизации. Показатели частотной, энергетической и информационной эффективности.

Эффективность аналоговых и цифровых систем при различных видах модуляции. Эффективность многоканальных систем. Выбор сигналов и помехоустойчивость кодов. Компенсация помех и искажений в канале. Сокращение избыточности, сжатие данных. Перспективы развития телекоммуникационной техники на основе современных информационных технологий, системы мультимедиа.

2. Примерный перечень тем практических занятий

Системы связи и способы передачи сообщений.
Сообщения, сигналы, помехи.
Каналы связи.
Основы теории передачи информации.
Основы теории помехоустойчивого кодирования.
Прием дискретных сообщений.
Прием непрерывных сообщений.
Цифровые методы передачи непрерывных сообщений.
Теория многоканальной передачи сообщений.
Методы повышения эффективности систем передачи сообщений.
Спектральные представления сигналов.
Сигналы с ограниченным спектром.
Динамическое представление сигналов.
Геометрические методы в теории сигналов.
Спектральное представление непериодических сигналов.
Энергетический спектр сигнала. Автокорреляционная функция сигнала.
Сигналы с амплитудной модуляцией.
Сигналы с угловой модуляцией.
Теорема Котельникова.
Узкополосные сигналы.
Спектральный метод анализа линейных систем.
Операторный метод анализа линейных систем.
Низкочастотный эквивалент частотно-избирательной цепи.
Детектирование АМ, ФМ, ЧМ сигналов.
Характеристики случайных величин.
Корреляционный анализ случайных сигналов.
Случайные узкополосные сигналы.
Прохождение случайных сигналов через линейные системы.

3. Примерный перечень тем лабораторных занятий

Преобразование формы и спектра сигнала безынерционным нелинейным элементом.
Преобразование частоты.
Амплитудная модуляция.
Детектирование амплитудно-модулированных колебаний.
Частотная модуляция и детектирование.
Код Хэмминга.
Теорема Котельникова.
Случайные процессы.
Прохождение цифрового сигнала по радиоканалу.

3.10. Исследование однополосной модуляции (ОБП).

4. Примерный перечень тем семестровых заданий (РГР).

4.1. Расчет спектров импульсных сигналов

4.2. Расчет параметров и построение диаграмм модулированных сигналов.

4.3. Расчет характеристик случайных стационарных процессов

4.4. Кодирование помехоустойчивыми кодами и построение схем кодеров и декодеров.

4.5. Расчет параметров дискретных систем связи.

4.6. Статистическое (экономное) двоичное кодирование и расчет погрешности дискретизации аналогового сигнала.

5. Примерный перечень тем курсовых работ

Прохождение суммы сигнала и шума через радиоприемное устройство.
Разложение периодических сигналов в ряд Фурье.
Спектральная плотность сигналов.
Автокорреляционная и взаимная корреляционная функции. Энергия сигнала.
Модулированные колебания.
Аналитический сигнал.
Анализ воздействия сигналов на линейные системы.
Анализ воздействия сигналов на нелинейные системы.
Генерирование гармонических колебаний.
Цепи с переменными параметрами.
Построение квазиоптимальной по критерию минимума вероятности ошибки системы связи.

Примерный перечень учебно-лабораторного оборудования

6.1. Прибор для исследования корреляционных характеристик Х 6-4.

6.2. Милливольтметр В3-38.

6.3. Осциллограф универсальный с 1-99.

6.4.Стойка ТЭС .

6.5. Генератор сигналов НЧ Г3-118.

6.6. Частотомер электронно-счетный Ч3-34.

6.7. Лабораторный макет «Код Хэмминга».

6.8. Лабораторный макет «Теорема Котельникова».

6.9. Анализатор спектра С4-60.

6.10.Генератор шума Г2-47.

6.11.Персональная ЭВМ «Pentium 3».

Список рекомендуемой литературы

а) основная литература:

1. Теория электрической связи: Учебник для вузов/ Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. - М.: Радио и связь, 1999. - 432 с.

б) дополнительная литература:

1. Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Назаров М.В., Финк Л.М. Теория передачи сигналов. - М.: Радио и связь, 1986.

2. Кловский Д.Д., Шилкин В.А. Теория электрической связи. Сб. задач и упражнений: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1990. - 280 с.

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

4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Радио и связь, 1986. - 512 с.

5. Парамонов Ю.В. Введение в теорию и методы защиты информации: Учебное пособие, МТУСИ. - М.: 1999.

6. Молчанов В.Н., Наумов Н.М., Санников В.Г. Методы математического представления сообщений, сигналов и помех: Учебное пособие, МТУСИ. - М.: 1998.

7. «Теория электрической связи» под редакцией профессора Д.Д.Кловского: Учебник для Вузов, «Радио и связь». - М.: 1999.

8. Баскаков С.И. «Радиотехнические цепи и сигналы», «ВШ». – М.: 2000.

9. Баскаков С.И. «Радиотехнические цепи и сигналы»: Руководство к решению задач, «ВШ». – М.: 2002.Список рекомендуемой литературы

Авторы

Айтмагамбетов А.З. – кандидат технических наук, профессор АИЭС, заведующий кафедрой «Радиотехника» Алматинского института энергетики и связи

Павлова Т.А. – старший преподаватель Алматинского института энергетики и связи

Blog