Иванов Валерий Павлович (ф и. о.) учебно-методический комплекс

Вид материала

Содержание

Методические указания для студентов
Методические рекомендации (материалы) для преподавателей
Материалы текущего, промежуточного и итогового контроля знаний студентов
Экзаменационный билет № 1

Подобный материал:

1 2 3 4

Каждая лабораторная работа должна сопровождаться Методическими указаниями (рекомендациями) по ее выполнению, включенными в рабочую программу или оформленными в виде отдельного приложения к рабочей программе.

- тематика курсовых/контрольных работ/рефератов и методические указания по их выполнению;

Предусмотрено выполнение двух контрольных работ.

Необходимый теоретический материал, а также задание на контрольные работы содержатся в методическом пособии

Филинков В.В., Тарадин Н.А Теория передачи сигналов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: М., РГОТУПС, 2008

Цель выполнения контрольных работ состоит в углублённом усвоении и закреплении знаний, полученных студентами при прослушивании лекций по ряду разделов дисциплины. Ставится задача практического применения теоретических знаний для выполнения конкретных практических заданий. Контрольная работа №1 содержит задачи по разделу 3, теме 3.3 (Количественное определение информации) и по разделу 4, теме 4.2 (Помехоустойчивое кодирование). Контрольная работа №2 включает в себя задачи по разделу 2, теме 2.1 (Спектральный состав ограниченной последовательности прямоугольных импульсов), по разделу 5, теме 5.2 (Спектральный состав модулированных колебаний) и по разделу 6, теме 6.2 (Оптимальный приём сигналов. Согласованная фильтрация). Объём должен соответствовать полному представлению результатов работы согласно заданию. Работа должна быть оформлена в соответствии с требованиями ЕСКД.

- самостоятельная работа;

Каждому студенту с целью закрепления теоретического материала и приобретения навыков применения теории к решению конкретных практических задач следует ответить письменно на все контрольные вопросы, приведенные в [1] после каждого раздела теории, а также самостоятельно решить все задачи и выполнить упражнения. Итоги выполнения самостоятельной работы преподаватель подводит на специально организуемых консультациях.

Предусмотрено выполнение двух контрольных работ.

Необходимый теоретический материал, а также задание на контрольные работы содержатся в методическом пособии

Филинков В.В., Тарадин Н.А Теория передачи сигналов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи: М., РГОТУПС, 2008

- учебно-методическое обеспечение дисциплины:

литература

Основная

1. Горелов Г.В., Фомин А.Ф., Волков А.А., Котов В.К. Теория передачи сигналов на железнодорожном транспорте: Учеб. — М.: Транспорт, 2001. - 416 с.

2. Кловский Д.Д. Теория электрической связи: Уч.пос.— М.: Радио и связь, 2005. - 600 с.

3. Яглом А.М., Яглом И.М. Вероятность и информация: Учеб. — М.: Ком Книга, 2007.— 512 с.

Дополнительная

1. Женко Л. А. Теория передачи сигналов на железнодорожном транспорте: Уч. пос. - Самара: СамГАПС, 2005. - 106 с.

2. Таныгин Ю. И. Теория передачи сигналов: Лекции. - М.: РГОТУПС, 2002. - 190 с.

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

4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. — М.: Радио и связь, 1986.

5. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на 1ВМ РС. Лабораторный практикум на базе Electronic Workbench и МАТLАВ. - М: СОЛОН-Пресс, 2004. - 800 с.

6. Кудряшов В.А., Семенюта Н.Ф. Передача дискретной информации на железнодорожном транспорте: Учеб. – М.: ЗАО «Вариант», 1999.

7. Теория электрической связи/ Под ред. Д.Д. Кловского: Учеб. — М.: Радио и связь. 1999.

материально-техническое и/или информационное обеспечение дисциплин:

Обучающие и контролирующие компьютерные программы: EWB, Fourier Scope, EDSW.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ДЛЯ СТУДЕНТОВ

Учебно-методические материалы (УММ) лекционного курса:

Раздел 1 Введение

Передача информации в системах управления железнодорожным транспортом.

1.1 Основные определения. Обобщенная схема системы передачи информации: источник информации, преобразование информации в сигнал, кодирование информации, модуляция, линия связи, помехи, приём сигналов, демодуляция, декодирование, окончательное представление информации.

Контрольные вопросы

Что такое канал связи и линия связи?
В чём отличие помех от искажений?
Что такое «модем»?
Что такое «кодек»?

1.2 Виды систем передачи информации.

Телефонная и телеграфная связь, передача информации по рельсовым цепям, радиосвязь, телевидение, громкоговорящая связь.

1.3 Основные характеристики системы связи.

(Точность, помехоустойчивость, помехозащищенность, пропускная способность, электромагнитная совместимость, разрешающая способность, скрытность).

1.4 Направления решения задачи оптимизации систем передачи информации

[1, с. 10-12,14-16; 3, с. 13-17, 25-27; доп. 3, с. 10-14, 23-26; доп. 2, с. 23-26]

Раздел 2. Основы теории сигналов

2.1 Понятие сигнала и его параметры.

Разложение сигнала по ортогональным функциям. Преобразование Фурье. Спектры некоторых сигнальных функций. Спектры периодических и непериодических функций.

2.2Дискретное представление сигналов.

Теорема Котельникова. Погрешности восстановления аналогового сигнала. Влияние частоты дискретизации на восстановление аналогового сигнала. Аналого-цифровая форма представления сигнала. Временное разделение каналов. Принципы разделения каналов в многоканальных системах.

2.3 Случайные сигналы и распределение вероятностей.

Числовые характеристики случайных сигналов. Энергетический спектр случайных сигналов, корреляционный анализ. Флуктуационные помехи и белый шум.

Контрольные вопросы

Что такое детерминированный сигнал?
Каковы условия периодического сигнала?
Что такое скважность импульсной последовательности?
Что такое «пачка» импульсов?
Чем отличаются спектры периодического и непериодического сигналов?
В чём главное отличие спектров «пачки» импульсов и неограниченной их последовательности?
Какие аналоговые сигналы можно представить в дискретном виде?
При каком условии возможно восстановление непрерывного сигнала?
Как работает система с временным разделением сигналов?
Как найти среднее значение случайной величины?
Что такое дисперсия случайной величины?
Чем отличается нормальный шум от белого?

[1, с. 17-60; 3, с. 29-80; доп. 3, с.27 –70; доп. 4, с.16-71]

Раздел 3. Основы теории информации

3.1 Определение основных понятий: информация, мера информации по Шеннону, энтропия. Единица измерения.

3.2 Энтропия.

Свойства энтропии, максимум энтропии, энтропия бинарной системы, условная энтропия. Энтропия сложных сообщений. Взаимная информация. Энтропия непрерывной величины.

3.3 Характеристики источников информации: информационная ёмкость, избыточность, производительность источника.

3.4 Пропускная способность и объём канала связи.

Пропускная способность канала связи без шумов (теорема Шеннона). Эффективное кодирование, код Шеннона-Фано и код Хафмена. Пропускная способность дискретного канала с шумами. Пропускная способность непрерывного канала связи с шумами (теорема Шеннона). Объем сигнала. Сравнение дискретного и непрерывного каналов связи по пропускной способности.

Контрольные вопросы

Чему равна энтропия объединения при независимости входящих в нее систем?
Чему равна энтропия объединения при функциональной зависимости входящих в нее систем?
Чему равна взаимная информация между независимыми системами?
Как оценивается потеря информации при передаче ее от одной системы к другой?
Что такое приведенная энтропия?
При каком распределении относительная энтропия максимальна для сигналов одинаковой средней мощности?
Чем определяется информационная емкость источника?
От чего зависит избыточность источника?
Что такое производительность источника?
Как повысить скорость создания сообщений?
От чего зависит пропускная способности канала связи?
Когда возникает задержка в передаче информации по каналу связи?
Может ли быть экономный код неравномерным?
Чем определяется пропускная способность бинарного канала связи?
Что называется избыточностью источника информации?
В чем суть теоремы Шеннона для дискретного канала связи с шумами?
Как зависит пропускная способность непрерывного канала связи с шумами от полосы частот?
Как объем алфавита источника влияет на пропускную способность канала связи?
Как «согласовать» канал связи с сигналом?

[1, с. 128-144; 3, с. 220-256; доп. 3, с.101-124]

Раздел 4. Элементы теории кодирования

4.1 Кодовое представление сигналов.

Простейшие коды: двоично-десятичные, самодополняющие, рефлексные, код Грея.

4.2 Помехоустойчивое кодирование.

Теоретические основы помехоустойчивого кодирования. Принципы построения и возможности кодов. Классификация помехоустойчивых кодов. Код с удвоением элементов, код с четным числом единиц, инверсный код Бауэра. Блочные линейные корректирующие коды: групповые коды, код Хемминга, циклические коды. Код БЧХ.

4.3 Рекуррентные коды: сверточные коды, код Финка-Хагельберга, алгоритм Витерби. Арифметические коды.

4.4 Применение помехоустойчивых кодов в системах железнодорожной автоматики, телемеханики и связи.

Контрольные вопросы

Почему в двоично-десятичном кодировании возможны разные варианты кодирования?
Для чего применяются самодополняющие коды?

3. Как построен код с избытком 3?

4. В чем особенность кода Грея?

5. Чем отличаются блочные коды от непрерывных?

6. Какие ошибки не обнаруживает код с удвоением элементов?

7. Какие ошибки не обнаруживает инверсный код?

8. Что называется основанием кода?

9. Чем отличаются систематические коды от несистематических?

10. Какая группа называется конечной?

11. Поясните свойство замкнутости подгруппы разрешенных комбинаций группового кода.

12. Что называется дистанцией Хэмминга в бинарных блочных кодах?

13. Каким должно быть минимальное расстояние Хэмминга в бинарных блочных кодах?

14. Какие свойства отличают циклические коды от прочих групповых?

15. Как определять синдромы ошибок в циклических кодах?

16. Что такое генератор AN-кода?

17. Почему в качестве порождающего числа в AN-кодах применяются только просто числа?

[1, с. 61-127; 3, с. 82-115; доп. 3, с.72 -93]

Раздел 5. Модуляция сигналов

5.1 Задачи преобразования сигналов при передаче их по трактам с заданными свойствами.

5.2 Модуляция как управление информационным параметром сигнала-переносчика.

Виды модуляции несущего колебания непрерывного, импульсного и широкополосного и их разновидности. Комбинированные виды модуляции. КАМ-модуляция.

5.3 Цифровые виды модуляции.

Импульсно-кодовое и дельта-представление сигналов.

5.4 Алгоритмы преобразований сигналов при различных видах модуляции.

Спектры сигналов при различных видах модуляции.

5.5 Демодуляция как восстановление переданных сообщений.

Контрольные вопросы

Зачем нужна модуляция?
Какие сигналы могут быть переносчиками информационного сообщения?
Какой параметр несущего колебания используется при АМ модуляции?
Чем отличается манипуляция от модуляции?
Чем определяется ширина спектра АМ сигнала?
Что такое глубина модуляции АМ и как ее измерить?
Какой параметр сигнала изменяется при частотной модуляции?
Что такое девиация частоты?
Что такое индекс модуляции и от чего он не зависит?
Чем определяется ширина спектра ЧМ сигнала?
Как связаны между собой ЧМ и ФМ модуляции?
Как определить отличие ЧМ и ФМ модуляции?
В чем отличие ОФМн от ФМн?
Что такое двукратная ОФМн?
Что такое КАМ модуляция?
Что представляют собой виды модуляции АИМ-I, АИМ-II?
Какова ширина спектра АИМ?
Что представляют собой виды модуляции ШИМ-I, ШИМ-II?
Чем модуляция ФИМ отличается от АИМ?
Чем модуляция ЧИМ отличается от ФИМ?
Какая частота дискретизации телефонного сигнала принята согласно рекомендациям МККТТ?
Что такое квантование сигнала?
Что такое "шум квантования"?
Как отличаются по полосе частот спектры сигналов ИКМ и АМ-ОБП?
Что такое ДИКМ модуляция?
Что такое АДМ модуляция?

[1, с. 61-127; 3, с. 82-115; доп. 3, с.72 -93]

Раздел 6. Оптимальный прием сигналов

6.1 Потенциальная помехоустойчивость и задачи оптимального приема сигналов.

Вычисление апостериорных вероятностей. Оптимальная обработка сигналов в бинарных каналах. Критерии оптимальности: Байеса, Котельникова. Оптимальный прием детерминированных сигналов, приёмник Котельникова. Оптимальный прием не полностью известных сигналов, приём радиоимпульсов с неизвестной начальной фазой, прием сигналов с неизвестным временем, некогерентная обработка принимаемых сигналов. Помехоустойчивость дискретных сигналов со случайными существенными параметрами.

6.2 Корреляционный прием и согласованная фильтрация сигналов.

Согласованный фильтр для прямоугольного видеоимпульса, радиоимпульса. Дискретные и цифровые согласованные фильтры. Квазиоптимальная фильтрация.

6.3 Приём непрерывных сообщений, потенциальная помехоустойчивость разных видов модуляции.

Контрольные вопросы

Что понимают под оптимальным приемом?
Что такое оптимальный приемник?
Можно ли принимать сигнал при априорной неопределенности (если о нем ничего не известно)?
В чем смысл функции риска по Байесу?
Что такое функция правдоподобия?
Что такое функционал правдоподобия?
В чем суть критерия оптимальности Байеса?
Чем отличается критерий Котельникова от критерия Байеса?
Что такое оптимальный порог?
Как влияет вид модуляции сигнала на помехоустойчивость оптимального приемника Котельникова?
В чем различие когерентного и некогерентного приема?
Как меняется схема обработки при увеличении неопределенности параметров передаваемых сигналов?
К чему приводит прием сигналов по огибающей?
Как связана помехоустойчивость с видом модуляции и почему?
Как оценивается помехоустойчивость в непрерывных каналах связи?
Чем объясняется преимущество в помехоустойчивости угловой модуляции по сравнению с амплитудной?
Какие задачи решают оптимальные фильтры?
В чем разница между линейной и нелинейной фильтрацией?
Почему согласованный фильтр является оптимальным?
Сохраняется ли форма сигнала, пропущенного через согласованный фильтр?
Что такое "эффективная полоса частот сигнала"?
Какое максимальное отношение сигнал/шум у квазиоптимальных фильтров прямоугольного видеосигнала?
Почему у квазиоптимального RC фильтра максимальное значение отношения сигнал/шум наблюдается в момент времени T = RC?

[1, с. 149-228; 3, с. 165-217; доп. 3, с.159-220; доп. 4, с. 396-423]

Раздел 7. Способы повышения верности при передаче информации по каналам с помехами

7.1 Повышение верности передачи.

Задача повышения верности передачи. Классифицирование методов повышения верности. Многократная передача информации. Передача по параллельным каналам связи. Системы с обратной связью: решающая (РОС) и информационная (ИОС) обратная связь.

Косвенные методы повышения верности - отказ от регистрации сигнала при снижении качества канала связи.

7.2 Применение сложных сигналов.

Виды и характеристики сложных сигналов. Фазоманипулированные сигналы. Коды Баркера, М- последовательности, многофазные сигналы. Формирование сигналов, приём и обработка. Асинхронно-адресные системы связи.

7.3 Возможности сжатия информации.

Статистическое кодирование. Особенности сжатия речевых сигналов и изображения.

Контрольные вопросы

1. Как действует система ИОС?

2. В чём отличие систем РОС и ИОС?

Какие сигналы называются сложными?
Дайте определение базы сигнала.
Как строится внутренняя структура видеоимпульса?
Что такое код Баркера?
Почему сигнал с кодом Баркера имеет лучшие показания по помехоустойчивости?
Какой код называется статистическим?

[1, с. 362-372; 3, с. 292-294;доп. 2, с.128 – 132; доп. 6, с. 65-75]

Учебно-методические материалы (УММ) лабораторных занятий:

Методические указания к выполнению лабораторных работ:

№1 Формирование сигналов.

Для выполнения работы студент должен изучить Методические указания к выполнению лабораторной работы №1, лекционный материал и рекомендуемую литературу по Разделу 2 «Основы теории сигналов», темы 2.1, 2.3. Работа выполняется с помощью персонального компьютера с установленной программой VISIO. На выполнение работы отводится 4 часа.

№2 Исследование спектра периодических сигналов.

Для выполнения работы студент должен изучить Методические указания к выполнению лабораторной работы №2, лекционный материал и рекомендуемую литературу по Разделу 2 «Основы теории сигналов», тема 2.1. Работа выполняется с помощью персонального компьютера с установленной программой EWB. На выполнение работы отводится 4 часа.

№3 Дискретизация непрерывных сигналов.

Для выполнения работы студент должен изучить Методические указания к выполнению лабораторной работы №3, лекционный материал и рекомендуемую литературу по Разделу 2 «Основы теории сигналов», тема 2.2. Работа выполняется с помощью персонального компьютера с установленной программой EWB. На выполнение работы отводится 4 часа.

[1, с. 17-60; 3, с. 29-80; доп. 3, с.27 –70; доп. 4, с.16-71]

№4 Модуляция и манипуляция сигналов.

Для выполнения работы студент должен изучить Методические указания к выполнению лабораторной работы №3, лекционный материал и рекомендуемую литературу по Разделу 5 «Модуляция сигналов». Работа выполняется с помощью персонального компьютера с установленными программами Fourier Scope и EWB. На выполнение работы отводится 4 часа.

[1, с. 61-127; 3, с. 82-115; доп. 3, с.72 -93]

При выполнении работ студенты обязаны соблюдать правила техники безопасности при работе с персональным компьютером.

МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ (МАТЕРИАЛЫ) ДЛЯ ПРЕПОДАВАТЕЛЕЙ

Программа дисциплины «Теория передачи сигналов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи» состоит из лекционного материала, лабораторных занятий, самостоятельных и контрольных работ, консультаций, а также текущей и итоговой проверки знаний.

Для изложения большого объёма материала в условиях сильно ограниченных по времени лекционных занятий целесообразно применение медиапроекторов, плазменных панелей, или аналогичных устройств, управляемых персональным компьютером, для видео сопровождения излагаемого материала. Лекции должны соответствовать литературным источникам - учебникам и учебным пособиям, перечисленным в списке литературы.

Лабораторные работы выполняются согласно Методическим указаниям к выполнению лабораторных работ, содержащим теоретическую часть, описание лабораторной схемы, задание, требования к отчёту и список рекомендуемой литературы. Работа должна предваряться краткой вступительной лекцией преподавателя и инструктажем по охране труда. Перед допуском к работе преподаватель проверяет степень готовности студентов к выполнению работы.

Контрольные работы №1 и №2 выполняются студентами самостоятельно согласно «Заданию на контрольные работы №1 и №2 с методическими указаниями для студентов IV курса специальности 190402 АВТОМАТИКА, ТЕЛЕМЕХАНИКА И СВЯЗЬ НА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОМ ТРАНСПОРТЕ», содержащему задание и список рекомендуемой литературы.

Литература

Основная

1. Теория передачи сигналов на железнодорожном транспорте: Учеб. / Г.В. Горелов, А.Ф. Фомин, А.А. Волков, В.К. Котов. — М.: Транспорт, 2001. - 416 с.

2. Кловский Д.Д. Теория электрической связи: Уч.пос.— М.: Радио и связь, 2005. - 600 с.

3. Теория электрической связи/ Под ред. Д.Д. Кловского: Учеб. — М.: Радио и связь. 1999.

4. Яглом А.М., Яглом И.М. Вероятность и информация: Учеб. — М.: Ком Книга, 2007.— 512 с.

Дополнительная

1. Женко Л. А. Теория передачи сигналов на железнодорожном транспорте: Уч. пос. - Самара: СамГАПС, 2005. - 106 с.

2. Таныгин Ю. И. Теория передачи сигналов: Лекции. - М.: РГОТУПС, 2002. - 190 с.

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

4. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. — М.: Радио и связь, 1986.

5. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на 1ВМ РС. Лабораторный практикум на базе Electronic Workbench и МАТLАВ. - М: СОЛОН-Пресс, 2004. - 800 с.

6. Кудряшов В.А., Семенюта Н.Ф. Передача дискретной информации на железнодорожном транспорте: Учеб. – М.: ЗАО «Вариант», 1999.

МАТЕРИАЛЫ ТЕКУЩЕГО, ПРОМЕЖУТОЧНОГО И ИТОГОВОГО КОНТРОЛЯ ЗНАНИЙ СТУДЕНТОВ

Экзаменационные билеты по изучаемому курсу.

МИИТ

РОАТ

Кафедра ЖАТС 2010/2011 уч. год

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1

По дисциплине «Теория передачи сигналов железнодорожной автоматики, телемеханики и связи»

для специальности 190402 «Автоматика, телемеханика, связь»

студентам 4 курса

Утверждаю:

зав. кафедрой

А.В. Горелик

Детерминированные и случайные сигналы.

Кодирование. Алфавит кода.

Амплитудно – импульсная модуляция (АИМ). Спектр АИМ сигнала.

Blog

Иванов Валерий Павлович (ф и. о.) учебно-методический комплекс

Содержание

ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЙ БИЛЕТ № 1