Учебно-методический комплекс по дисциплине «Основы Теории и практики радиосвязи» Специальность 080502 Экономика и управление на предприятии
| Вид материала | Учебно-методический комплекс |
- Учебно-методический комплекс по дисциплине «организация производства на предприятиях, 1298.86kb.
- Учебно-методический комплекс Для специальности 080502 Экономика и управление на предприятии, 1031.78kb.
- Учебно-методический комплекс Специальность: 080502 Экономика и управление на предприятии, 851.37kb.
- Учебно-методический комплекс Специальность: 080502 Экономика и управление на предприятии, 425.13kb.
- Учебно-методический комплекс Специальность: 080502 Экономика и управление на предприятии, 507.84kb.
- Учебно-методический комплекс Специальность: 080502 Экономика и управление на предприятии, 970.84kb.
- Учебно-методический комплекс Специальность: 080502 Экономика и управление на предприятии, 437.92kb.
- Планирование на предприятии учебно-методический комплекс, 871.22kb.
- Учебно-методический комплекс Специальность: 080502 Экономика и управление на предприятии, 324.86kb.
- Карпенко Елена Зугумовна к э. н., доцент должность профессор учебно-методический комплекс, 548.9kb.
Организация промежуточного и итогового контроля знаний
| Вид работы | Максимальная оценка за единицу работы | Количество работ | Возможное количество баллов |
| Самостоятельная подготовка к практическим занятиям | 4 | 5 | 20 |
| Выполнение практического занятия на компьютере | 4 | 5 | 20 |
| | | | |
| Экзамен | 60 | | 60 |
| Итого: | 100 | ||
По общему количеству баллов выводится итоговая оценка за курс
Отлично 91 – 100 баллов
Хорошо 71 – 90 баллов
Удовлетворительно 41 – 70 баллов
Неудовлетворительно до 40 балл.
Вопросы к экзамену
- Понятие и классификация радиоволн.
2.Атмосфера и ионосфера Земли.
3.Распространение сверхдлинных и длинных радиоволн.
4.Распространение средних и коротких волн.
5.Распространение ультракоротких волн.
6.Дальнее распространение метровых волн.
7.Дальнее распространение дециметровых и сантиметровых волн.
8.Антенно-фидерные системы.
9.Основные характеристики антенн.
10.Антенны метровых, дециметровых и сантиметровых волн.
11. Организация передающих устройств. Модуляция сигналов.
12. Организация приемных устройств. Демодуляция сигналов.
13. Основные характеристики радиоприемных устройств.
14. Приемник прямого усиления.
15. Супергетеродинный приемник.
16. Понятие аналого-цифрового преобразования (АЦП).
17. Метод последовательного счета.
18. Метод последовательных приближений.
19. Метод считывания (параллельный).
20. Основные параметры АЦП.
21. Принципы передачи изображений.
22. Принципы телевизионной развертки.
23. Передача телевизионных сигналов.
24.Принципы организации систем цветного телевидения.
25. Принципы сжатия цифровых данных.
26. Методы сжатия видеоданных.
27. Стандарты сжатия видеоинформации.
28. Методы передачи данных в цифровом телевидении.
29. Общие принципы организации радиорелейных линий связи.
30. Классификация радиорелейных линий.
31. Принципы организации спутниковых систем связи.
32. Орбиты спутников связи.
33. Разделение спутниковых служб по назначению сети.
34. Геостационарные спутниковые системы связи.
35. Сети связи на базе негеостационарных ретрансляторов.
36. Функциональная схема сотовой связи.
37. Организация подвижной станции.
38. Организация базовой станции и центра коммутации.
39. Эфирный интерфейс сотовой связи.
40. Аутентификация и установление связи.
41. Аутентификация и установление связи.
42. Принципы сверхширокополосной связи.
43.Принципы CDMA.
44. Понятие и архитектура транковой связи.
45. Архитектура транковых сетей.
46. Система Smar Trunk.
47. Транковые системы протокола МРТ 1327.
48. Стандарты систем беспроводных телефонов.
49. Организация интерфейса в стандарте DECT.
50. Классификация систем беспроводного доступа.
51. Технология WiMAX.
52. Технология беспроводного доступа Wi-Fi.
53.Технология беспроводной связи Bluetooth.
5.1. Литература
1. Андрианов В.И., Соколов А.В. Средства мобильной связи. СПб.: BHV-Санкт-Петербург, 1998.
2. Долуханов М. П. Распространение радиоволн-М: Связь,1965.
3. Крук Б.И., Попонтопуло В.Н., Шувалов В.П. Телекоммуникационные системы и сети- М: Горячая линия-ТЕЛЕКОМ, 2003.
4. Кушнаренко Г. А. Теория и практика радиосвязи - Учебное пособие, изд. БГУЭП, Иркутск, 2008
5. Ламекин В.Ф. Модемная связь. Ростов н/Д: Изд-во «Феникс», 1997.
6. Петраков А. В., Лагутин В. С. Защита абонентского телетрафика-М: Радио и Связь, 2001.
7. Ратынский М.В. Основы сотовой связи. / Под ред. Зимина Д.Б. М.: Радио и связь, 2001
5.2. Дополнительная литература
- Баскаков С.И.. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высш. шк. 1988.
2.Уайндер С. Справочник по технологиям и средствам связи- М: Мир, 2000.
5.2. Практические и контрольные задания.
| Номер темы | Номер заня-тия | Содержание занятия | Объ-ем в часах |
| 1 | 1.1. | Моделирование процессов распространения Радиоволн в пакете программ Vis Sim. | 4 |
| 2 | 2.1. | Моделирование систем контроля одиночных ошибок | 4 |
| 3 | 3.1. | Моделирование систем коррекции одиночных ошибок в коде Хемминга. | 4 |
| 4 | 4.1. | Исследование в Интернет новых спутниковых систем и обсуждение результатов в классе. | 3 |
| | Итого: | Практические занятия | 15 |
5.3. Список Интернет ресурсов.
-
Электронное издание
Адрес в Интернет
Журнал Компьютерра
a.com/
Журнал PCMAGAZIN/Русское издание
.ru/
Журнал PCWEEK/Русское издание
k.ru/
Журнал Computerworld/ Русское издание
n.ru/
Базы информации по средствам связи
u
Журнал Мир ПК
u/pcworld/
Открытые Системы
u/os/index.phpl
Сервер Информационных
Технологий
rum.ru/
Поисковые серверы
www.rambler.ru
www.yahoo.ru
www.aport.ru
www.yandex.ru
III. Учебные материалы
По данной дисциплине разработан курс лекций «Теория и практика радиосвязи».
Федеральное агентство по образованию
Байкальский государственный университет экономики и права
Г. А. Кушнаренко
Теория и практика радиосвязи
Курс лекций
Иркутск
Издательство БГУЭП
2008
Оглавление
Введение 4
Раздел 1. Условия распространения радиоволн. 6
Тема 1. Основные определения. 6
Тема 2.Понятие и классификация радиоволн. 6
Тема З. Атмосфера и ионосфера Земли. 7
Тема 4. Распространение сверхдлинных и длинных радиоволн. 9
Тема 5. Распространение средних и коротких волн. 10
Тема 6. Распространение ультракоротких волн. 11
Раздел 2.Основы организации передающих и приемных устройств. 14
Тема 7. Антенно-фидерные системы. 14
Тема 8. Организация передающих устройств. Модуляция сигналов. 18
Тема 9. Организация приемных устройств. Демодуляция сигнала. 20
Раздел 3. Методы аналого-цифрового преобразования. 23
Тема 10.Понятие аналого-цифрового преобразования (АЦП). 23
Тема 11.Структура АЦП и ЦАП. 27
Раздел 4. Организация систем передачи изображений. 34
Тема 12. Принципы передачи изображений. 34
Тема 13. Принципы сжатия цифровых данных. 37
Тема 14. Методы передачи данных в цифровом телевидении. 42
Раздел 5. Организация радиорелейных линий связи. 44
Тема 15. Общие принципы. 44
Раздел 6. Спутниковые системы связи. 46
Тема 16. Принципы организации спутниковых систем связи. 46
Тема 17. Геостационарные системы спутниковой связи. 52
Тема 18. Сети связи на базе негеостационарных ретрансляторов. 55
Раздел 7. Организация сотовой связи. 63
Тема 19. Функциональная схема сотовой связи. 63
Тема 20. Организация подвижной станции. 65
Тема 21.Организация базовой станции и центра коммутации. 67
Тема 22. Эфирный интерфейс. 69
Тема 23. Аутентификация и установление связи. 70
Тема 24. Функции сотовой связи. 72
Тема 25. Принципы сверхширокополосной связи. 73
Раздел 8 Организация транкинговой связи. 75
Тема 26. Понятие и архитектура транкинговой связи. 75
Тема 27. Классификация транкинговых сетей. 77
Раздел 9. Системы беспроводного доступа. 82
Тема 28. Стандарты беспроводных телефонов. 82
Тема 29. Технология WiMAX. 86
Тема 30. Технология беспроводного доступа Wi-Fi. 89
Тема 31. Технология беспроводного доступа Bluetooth. 92
Литература
Введение
В 1895 году был изобретен способ передачи информации на расстояние без проводов – радио. Это изобретение сделали независимо русский физик А. С. Попов и итальянский инженер Гульельмо Маркони. С тех пор прошло более столетия. За это время системы и методы радиосвязи сильно изменились и усовершенствовались, но в любом случае сигналы передаются при помощи электромагнитных колебаний.
Эволюция методов радиосвязи начиналась с передачи дискретных сигналов – точек и тире в азбуке Морзе, потом появился радиотелеграф, передающий буквы текста. Позже появились радиосистемы аналоговой передачи речи, музыки, неподвижных изображений (фототелеграф).
Перед второй мировой войной были изобретены способы передачи и приема движущихся изображений (телевидение) и методы и аппаратура радиолокации объектов в пространстве.
Развитие космической техники привело к появлению спутниковых систем радиосвязи, позволяющих осуществить передачу информации глобально по всему Земному шару.
Повышение требований к количеству и качеству передаваемой информации очень сильно изменило радиосистемы. Они снова стали использовать дискретное представление данных на более высоком уровне – в виде цифровых кодов.
Современные системы радиосвязи реализуются в основном в виде аналого-цифровой аппаратуры различного назначения. Они применяются практически во всех областях деятельности человечества. Разработка, производство и эксплуатация радиосистем осуществляются множеством организаций во всем мире. Кроме этого существует большое количество фирм, занимающихся продвижением радиосистем на рынок, реализующих радиосистемы, а также их услуги на рынке.
Учебное пособие «Теория и практика радиосвязи» имеет две цели:
- Ознакомить с основами теории распространения радиосигналов в околоземном пространстве и космосе, способами передачи и приема электромагнитных колебаний в различных диапазонах радиоволн;
- Изучить пользовательские характеристики современных систем радиосвязи, стандарты их применения и перспективы развития.
Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальности «Экономика и менеджмент на предприятиях связи».
Раздел 1.Условия распространения радиоволн.
Тема 1. Основные определения.
В современной жизни люди часто пользуются понятием – информация. В различных отраслях знания понятие информации воспринимается людьми разными способами. Попробуем определить это понятие для систем электрорадиосвязи.
Информация – это совокупность некоторых сведений о состоянии какой-либо материальной системы (предмете, процессе, событии), предназначенных для передачи, распределения, преобразования, хранения или непосредственного использования.
В системах связи информация выглядит в виде сообщений (данных) устно, письменно или по каналам связи.
Сообщение – это форма представления информации (текст, речь, изображение, цифровые данные и т. д.).
Связь – система передачи сообщений от отправителя (передатчика) получателю (приемнику). Современная связь – это чаще всего электрорадиосвязь.
Данные – сведения о лицах, предметах, событиях, явлениях или процессах, представленных на материальном носителе.
Достоверность данных – оценка вероятности отсутствия ошибок в передаваемом сообщении.
Сигналы – могут быть звуковые, зрительные, электромагнитные и др. Сообщения чаще всего передаются в виде электромагнитных сигналов в системах электрорадиосвязи.
Общая структура системы связи может иметь вид (Рис.1).
Рис.1
При передаче данных по линии связи на них воздействуют природные и промышленные помехи. Для уменьшения влияния помех при передаче данных применяют различные способы защиты от них. Кроме этого в состав аппаратуры передачи входят программные и аппаратные системы обнаружения и коррекции ошибок.
Передача информации может осуществляться по проводным и беспроводным линиям связи. В данном пособии основное внимание уделяется принципам организации радиосвязи.
Тема 2. Понятие и классификация радиоволн.
В середине 19 века английский физик Джеймс Максвелл доказал, что любой проводник, по которому течет переменный ток, излучает в пространство электромагнитные волны. Скорость распространения этих волн равна скорости света. Максвелл сделал вывод о том, что электромагнитные волны и свет имеют одну природу.
Ученый – физик Генрих Герц создал первый генератор электромагнитных волн. Изобретатель радио российский ученый
А.С. Попов впервые 7 мая 1895 года применил электромагнитные волны для передачи информации.
Радиоволнами обычно называют электромагнитные волны в диапазоне от 100000 м до 0,1 мм. Соотношение между частотой радиоволн и их длиной определяется уравнением.
В этом выражении L – длина волны в метрах, f – частота в герцах.
По всем стандартам для высоких частот введены единицы:
1 Кгц = 103 гц, 1Мгц = 106 гц, 1Ггц = 109 гц, 1Тгц = 1012 гц.
Не следует смешивать 1Мгц и 1мгц = 10-3 гц (миллигерц).
Радиоволны принято разделять по способу распространения в свободном пространстве и вокруг земного шара. Волны, распространяющиеся в космическом пространстве от одного космического объекта к другому, называют прямыми или свободными.
Радиоволны, распространяющиеся вдоль поверхности Земли, называются земными.
Диапазоны радиоволн, применяемые на практике, приведены в таблице 1
Таблица 1
Тема 3. Атмосфера и ионосфера Земли. Атмосферу Земли можно делить на области или сферы по резным признакам: температуре, составу или доминирующим физическим процессам.
Наиболее распространено деление атмосферы по температурному признаку. Рассмотрим рис.2
Рис. 2
Предположим, что время года – лето, и температура воздуха 27 градусов по Цельсию. Это будет 300 градусов по Кельвину. Поднимаясь вверх, мы обнаружим, что температура резко падает. Данная область атмосферы называется тропосферой. Верхняя граница тропосферы лежит там, где заканчивается падение температуры. Выше располагается стратосфера, где градиент температуры положителен. Граница между тропосферой и стратосферой называется тропопаузой, и она находится на высотах 12 – 13 км.
Выше до высоты около 50 км температура повышается до 270 – 280 К и снова начинает падать до высот 85 – 90 км. Эта область называется мезосферой.
На большей высоте в области термосферы температура непрерывно возрастает и на высоте 150 км может достигать 500 К в зависимости от времени суток. На высотах выше 250 км рост температуры прекращается, и это будет область изотермии.
Если рассмотреть деление атмосферы по виду доминирующих процессов, то до высот 105 – 110 км все движения в атмосфере происходят, как движения атмосферного газа в целом. Такой процесс называется турбулентной диффузией.
Область атмосферы от поверхности Земли и до 105 – 110 км называется гомосферой, то есть областью постоянного состава.
Земная атмосфера на больших высотах (50 км и выше) состоит в основном из азота и молекулярного кислорода.
Плотность атмосферы с высотой быстро падает, например, на высоте 100 км она составляет одну миллионную долю от плотности на уровне моря.
В тоже время на атмосферу Земли поступает излучение Солнца и космическое излучение. Излучение Солнца имеет сложную структуру. Основным видом является электромагнитное излучение от ультрафиолетового до радиоизлучения. Второй вид излучения - это мощные потоки заряженных тяжелых частиц.
Все виды излучения взаимодействуют с частицами газов атмосферы, которые могут ионизироваться, то есть распадаться на ионы кислорода и азота с большой массой и легкие электроны. Одновременно с процессом ионизации в атмосфере происходит и рекомбинация, то есть превращение зараженных ионов в нейтральные атомы.
С увеличением высоты ионизация нейтральных частиц превышает рекомбинацию и образуется слой заряженных частиц, который называется
ионосферой. Основной характеристикой ионосферы является электронная концентрация.
Наблюдения за состоянием ионосферы показывают, что в ней возникают несколько ионизированных областей плавно переходящих одна в другую. Зависимость электронной концентрации N для дня и ночи показана на рис.3
Рис.3
Как следует из рисунка, в дневные часы возникают четыре максимума ионизации, получившие названия области D (60 – 80 км), области E (100 - 120 км), области F1 (180 – 200 км) и области F2 (250 – 450 км).
После заката Солнца, когда уменьшается образование новых электронов, начинается процесс рекомбинации, который протекает особенно бурно в плотных слоях атмосферы. Этим объясняется почти мгновенное исчезновение слоя D, которого нет на ночной кривой. Исчезает, но по другим причинам и слой F1. В ночные часы ионосфера состоит только из двух ионизированных областей: слоя E и слоя F2, который в ночные часы называют символом F.
Области D,E,F1 достаточно устойчиво располагаются на высотах 60 – 200 км, причем электронная концентрация в них однозначно определяется высотой солнца, достигая максимума в полуденные часы, высота слоя F2 довольно сильно меняется от дня к ночи.
Появление нескольких максимумов в ионосфере объясняется неоднородностями ионосферы и большим количеством разнородных видов излучений Солнца.
Тема 4. Распространение сверхдлинных и длинных радиоволн.
Механизмы распространения сверхдлинных радиоволн (10000 – 100000 м) и длинных радиоволн (1000 – 10000 м) мало отличаются один от другого, что позволяет рассматривать их совместно.
На небольших расстояниях (до 1000 км) электромагнитное поле в месте приема создается за счет дифракционного распространения вокруг выпуклой поверхности Земли. На этих расстояниях сверхдлинные и длинные волны распространяются как земные.
На больших расстояниях они распространяются за счет отражений от ионосферы и от Земли, то есть в своеобразном сферическом волноводе. Волноводная схема распространения ДВ и СДВ показана на Рис.4.
Рис. 4
Продвигаясь по волноводу ДВ и СДВ позволяют наблюдать эффект антипода, при котором волны, огибающие земной шар по различным направлениям, создают на противоположной стороне Земли усиленное поле.
В общем случае направляющее действие волновода проявляется в том, что на расстоянии, превышающем четверть длины меридиана (10000 км), лучи поля начинают сходиться, что приводит к компенсации ослабления поля за счет потерь в земле и в ионосфере. Этим объясняется способность ДВ и СДВ распространяться на большие расстояния, испытывая при этом относительно небольшое затухание.
Вследствие того, что области D и Е, от которых отражаются ДВ и СДВ, относятся к стабильным образованиям ионосферы, распространение радиоволн этих диапазонов характеризуется высоким постоянством. Это значит, что в определенный час суток на заданной трассе величина сигналов будет каждый день принимать одни и те же значения и суточный ход напряженности электромагнитного поля на этой трассе не будет сильно изменяться.
На этих диапазонах работают очень мощные станции. Они обеспечивают устойчивую радиосвязь с объектами, находящимися в любой точке Земли, например, с подводными лодками стратегического назначения в подводном состоянии. В этом же диапазоне работает всемирная служба точного времени, точных частот. На диапазоне ДВ ведется радиовещание с амплитудной модуляцией.