|
|
Ауео. Учебные материалы для студентов заочной формы обучения (4й семестр)
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Забайкальский государственный университет»
(ФГБОУ ВО «ЗабГУ»)
Факультет ___Энергетический_________
Кафедра _____Физики и техники связи_ __
УЧЕБНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
для студентов заочной формы обучения (4-й семестр)
по Общей теории связи
наименование дисциплины (модуля)
для направления подготовки (специальности) _11.03.02 Инфокоммуникационные_технологии и системы связи_ ________ ___
код и наименование направления подготовки (специальности)
Общая трудоемкость дисциплины (модуля)
Виды занятий
|
Распределение по семестрам
в часах
|
Всего часов
|
4
семестр
|
5
семестр
|
----
семестр
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
Общая трудоемкость
|
72
|
108
|
|
216
|
Аудиторные занятия, в т.ч.:
|
10
|
16
|
|
28
|
лекционные (ЛК)
|
6
|
6
|
|
12
|
практические (семинарские) (ПЗ, СЗ)
|
0
|
4
|
|
4
|
лабораторные (ЛР)
|
4
|
6
|
|
10
|
Самостоятельная работа студентов (СРС)
|
62
|
92
|
|
154
|
Форма промежуточного контроля в семестре*
|
зачет
|
экзамен (36)
|
|
|
Курсовая работа (курсовой проект) (КР, КП)
|
-
|
-
|
|
|
Краткое содержание курса
Общие сведения о системах связи.
Математические модели сообщений сигналов и помех.
Методы формирования и преобразования сигналов. Модуляция и детектирование.
Математические модели каналов связи.
Теория помехоустойчивости систем передачи сообщений.
Основы теории информации.
Основы теории кодирования.
Цифровая обработка сигналов.
Принципы многоканальной связи и распределения информации.
Анализ эффективности и элементы оптимизации систем связи
Форма текущего контроля
Контрольная работа №_1__
Контрольная работа выполняется в соответствии с вопросами к зачету за 5-й семестр.
Вариант определяется по последней цифре номера зачетной книжки.
Контрольная работа представляется на кафедру до начала сессии для проверки ведущим преподавателем и оценивается - «зачтено, «не зачтено». При выставлении оценки «не зачтено» работа с письменными замечаниями преподавателя возвращается студенту на доработку
Форма промежуточного контроля
Зачет
Перечень примерных вопросов для подготовки к зачету.
Информация, сообщение, сигнал. Типы сигналов: аналоговый, дискретный, квантованный, цифровой. Характеристики сигнала: длительность, динамический диапазон, ширина спектра, объем.
Основные характеристики системы связи. Классификация телекоммуникационных систем по назначению, способу действия и технической реализации. Системы и сети связи. Структурная схема системы связи.
Классификация сигналов. Детерминированные и случайные процессы, их математические модели. Прямые и косвенные модели процессов. Представление сообщений и сигналов в виде векторов в пространствах Евклида, Гильберта, Хэмминга. Представление сигналов в виде обобщенного ряда Фурье. Спектральное представление периодических сигналов
Спектральное представление непериодических функций. Спектральная плотность по Фурье непериодического сигнала.
Прямое и обратное преобразование Фурье непериодического сигнала х(t). Формула Парсеваля (скалярное произведение двух функций).
Спектральная плотность мощности и спектральная плотность энергии сигнала х(t). Функция корреляции сигнала х(t) по энергии ВЕ,Х(t) и по мощности ВХ(t).
Дискретизация сигналов во времени. Теорема Котельникова (теорема отсчетов). Восстановление непрерывной функции по отсчетам. Приближенное разложение в ряд Котельникова, оценка погрешности
Случайные процессы и их основные характеристики (ПВ,ИФР, МО, дисперсия, ФК).
Гауссовский случайный процесс (СП), ПВ и ИФР, Д(Х).
Типы распределений СВ: равномерное, гармонического колебания, распределение вероятностей дискретных СВ, Пуассона, экспоненциальное.
Стационарные и нестационарные СП. Эргодические СП; их МО, дисперсия, ФК, нормированная ФК, интервал корреляции. СПМ случайного процесса. Дисперсия (средняя мощность) СП. Интервал корреляции и эффективная (энергетическая) ширина спектра. Белый шум. ФК белого шума (ФК СП с ограниченным спектром).
Представление СП рядами. Каноническое разложение (ряд Карунена-Лоэва), разложение по гармоническим функциям, разложение в ряд Котельникова. Марковские СП (СП, определяемые двумерной ПВ
Преобразование колебаний в параметрических и нелинейных цепях: Линейная параметрическая система, трансформация спектра сигнала в ней.
Нелинейный резистивный двухполюсник, когда сигнал управления значительно превышает входной сигнал
Нелинейный резистивный двухполюсник при произвольных соотношениях входного и сигнала управления. Аппроксимация ВАХ полиномом.
Кусочно-линейная аппроксимация ВАХ. Угол отсечки. Коэффициенты Берга.
Умножение частоты (умножитель частоты на биполярном n-p-n транзисторе).
Линейная амплитудная модуляция, временные диаграммы сигналов. Тональная модуляция, амплитудные спектры первичного и АМ сигналов. Средняя мощность сигнала.
Реализация АМ. Структурная схема АМ посредством перемножителей. Однотактная схема преобразователя частоты на базе биполярного n-p-n транзистора
Угловая модуляция, виды, характеристики. Фазовая модуляция сигнала.
Частотная модуляция сигнала
Реализация УМ, структурная схема с применением нелинейных блоков и умножителей.
Схема получения УМ на основе генератора гармонических колебаний.
Нелинейные схемы детектирования при УМ, фазовый детектор.
Формирование и детектирование сигналов однополосной модуляции (ОМ).
Цифровая амплитудная модуляция (ЦАМ).
Цифровая фазовая модуляция (ЦФМ).
Цифровая частотная модуляция (ЦЧМ).
Формирование и детектирование сигналов при импульсном переносчике. Помехоустойчивость АМ и УМ.
Математические модели каналов связи. Классификация каналов связи. Линейные и нелинейные модели каналов связи. Типы каналов
Преобразование детерминированных сигналов в детерминированных линейных каналах связи. Интеграл Дюамеля.
Модели непрерывных каналов связи. Идеальный канал без помех
Канал с аддитивным гауссовским шумом
Канал с неопределённой фазой сигнала и аддитивным шумом
Канал с межсимвольной интерференцией (МСИ) и аддитивным шумом
Модели дискретных каналов: ДСК, ДСК со стиранием, ДНК (двоичный несимметричный )
Модель дискретно-непрерывного канала
Количественная мера информации дискретного источника.
Дискретные ансамбли и источники. Количество информации в дискретном сообщении. Энтропия ансамбля. Условная информация. Условная энтропия. Совместная энтропия. Энтропия дискретного стационарного источника на сообщение.
Собственная информация источника. Энтропия источника без памяти. Взаимная информация. Скорость передачи информации по дискретному каналу. Количество информации, передаваемой по каналу связи. Взаимная информация и ее свойства.
Эффективное кодирование дискретных сообщений, теорема оптимального кодирования для каналов без помех. Сжатие сообщений. Укрупнение алфавита и неравномерное кодирование.
Пропускная способность дискретного канала связи, определение. Пропускная способность двоичного симметричного канала.
Пропускная способность непрерывного канала с аддитивным квазибелым гауссовым шумом, формула Шеннона.
Контрольная работа № 1
Вариант 1
№
|
Вопрос, задача
|
|
Определить понятия: сообщение и сигнал.
|
|
Спектральное представление периодических сигналов, разложение в ряд Фурье
|
|
Дисперсия случайной величины (СВ), среднее квадратичное отклонение СВ (сигнала)
|
|
Фазовая модуляция (ФМ) сигнала
|
|
Датчик температуры, через дискретные интервалы времени ∆t=0.5 мин выдает значения температуры в пределах 16°... ... 36°. Сколькими уровнями К. можно отобразить (квантовать) шкалу температур, чтобы погрешность квантования δ не превысила по модулю 0,2°? Сколько различных сообщений может выдать такой дискретный во времени и квантованный по уровням источник, если длительность каждого сообщения T=4 мин?
|
|
Скорость равномерного кодирования дискретного источника сообщений
|
|
Дискретный источник сообщений выдает символы из алфавита аi , i=1,…, 9 c вероятностями:
p(ai)=0.2; 0.18; 0.125; 0.12; 0.12; 0.10; 0.0625; 0.05; 0.0425.
Закодировать данный ансамбль сообщений кодом Шеннона-Фано
|
|
Построить граф кода
|
|
Определить среднюю длину кодовой комбинации (слова)
|
|
Вычислить энтропию источника, скорость кодирования при равномерном кодировании
|
Вариант 2
№
|
Вопрос, задача
|
1
|
Дискретный сигнал: дискретный по времени и дискретный по уровню сигналы.
|
2
|
Обобщенный ряд Фурье
|
3
|
Математическое ожидание случайной величины X(t) (сигнала)
|
4
|
Амплитудная модуляция сигналов
|
5
|
Изменение давления, создаваемого говорящим у микрофона за время T=100 мс, представляет некоторую функцию времени. Уровень давления, измеряемый в децибелах, меняется в пределах 0,5... 3,5 дБ. Верхняя частота спектра сообщения Fmax=4000 Гц. Сколькими реализациями можно описать сообщения источника при дискретном времени с шагом ∆t=1/(2Fmax) и квантовании уровней с шагом ∆Р=1 дБ?
|
6
|
Сформулируйте прямую теорему кодирования источника.
|
7
|
Дискретный источник сообщений выдает символы из алфавита аi , i=1,…10 c вероятностями:
p(ai)=0.2; 0.18; 0.15; 0.12; 0.10; 0.08; 0.06; 0.05; 0.04; 0.02.
Закодировать данный ансамбль сообщений кодом Шеннона-Фано
|
8
|
Построить граф кода
|
9
|
Определить среднюю длину кодовой комбинации
|
10
|
Вычислить энтропию, скорость кодирования при равномерном и неравномерном кодировании
|
Вариант 3
№
|
Вопрос, задача
|
1
|
Аналоговый сигнал (определение, примеры)
|
2
|
Дискретизация сигналов
|
3
|
СПМ- спектральная плотность мощности сигнала
|
4
|
Частотная модуляция сигналов
|
5
|
Дана реализация напряжения нормированного первичного сигнала b (t) в системе передачи речи с максимальной частотой спектра Fмакс = 5 кГц. С какой частотой работает генератор стробирования (взятия отсчетов) речевого сигнала, если шаг дискретизации во времени ∆t =1/(2Fмакс)? Каким числом реализаций определяется речевой сигнал на интервале T=3 мс при дискретизации во времени и квантовании по уровням с шагом ∆b=0,02 В, если |b|1 В?
|
6
|
Определение энтропии дискретного ансамбля сообщений
|
7
|
Дискретный источник сообщений выдает символы из алфавита аi , i=1, 10 c вероятностями:
p(ai)=0.20; 0.15; 0.125; 0.10; 0.10; 0,10; 0.0625; 0.05; 0.05; 0.0325.
Закодировать данный ансамбль сообщений кодом Шеннона-Фано
|
8
|
Построить граф кода
|
9
|
Определить среднюю длину кодовой комбинации
|
10
|
Вычислить энтропию, скорость кодирования при равномерном и неравномерном кодировании
|
Вариант 4
№
|
Вопрос, задача
|
1
|
Цифровой сигнал (определение, примеры)
|
2
|
Теорема Котельникова
|
3
|
Спектральная плотность непериодического сигнала; преобразование Фурье.
|
4
|
Модуляция сигнала, типы модуляции
|
5
|
Дана реализация напряжения нормированного первичного сигнала b (t) в системе передачи речи с максимальной частотой спектра Fмакс = 4 кГц. С какой частотой работает генератор стробирования (взятия отсчетов) речевого сигнала, если шаг дискретизации во времени ∆t =1/(2Fмакс)? Каким числом реализаций определяется речевой сигнал на интервале T=4 мс при дискретизации во времени и квантовании по уровням с шагом ∆b=0,01 В, если |b|1 В?
|
6
|
Скорость равномерного кодирования источника
|
7
|
Дискретный источник сообщений выдает символы из алфавита аi , i=1, 9 c вероятностями:
p(ai)=0.25; 0.17; 0.15; 0.125; 0.10; 0.08; 0.0625; 0.0325;0.03.
Закодировать данный ансамбль сообщений кодом Шеннона-Фано
|
8
|
Построить граф кода
|
9
|
Определить среднюю длину кодовой комбинации (слова)
|
10
|
Вычислить энтропию, скорость кодирования при равномерном и неравномерном кодировании
|
Вариант 5
№
|
Вопрос, задача
|
1
|
Характеристики сигнала (длительность, динамический диапазон, ширина спектра )
|
2
|
Стационарные случайные процессы
|
3
|
СПЭ- спектральная плотность энергии
|
4
|
ОМ- однополосная модуляция сигналов
|
5
|
Дана реализация напряжения нормированного первичного сигнала b (t) в системе передачи речи с максимальной частотой спектра Fмакс = 6 кГц. С какой частотой работает генератор стробирования (взятия отсчетов) речевого сигнала, если шаг дискретизации во времени ∆t =1/(2Fмакс)? Каким числом реализаций определяется речевой сигнал на интервале T=4 мс при дискретизации во времени и квантовании по уровням с шагом ∆b=0,02 В, если |b|2 В?
|
6
|
Определение префиксного кода
|
7
|
Дискретный источник сообщений выдает символы из алфавита аi , i=1,11 c вероятностями:
p(ai)=1/4; 1/8; 1/8; 1/8; 1/16; 1/16; 1/16; 1/16; 1/16; 1/32; 1/32. Закодировать данный ансамбль сообщений кодом Шеннона-Фано
|
8
|
Построить граф кода
|
9
|
Определить среднюю длину кодовой комбинации
|
10
|
Вычислить энтропию, избыточность источника при равномерном кодировании
|
Вариант 6
№
|
Вопрос, задача
|
1
|
Объем сигнала
|
2
|
Числовые характеристики СП: ФК – функция корреляции
|
3
|
Эргодические СП
|
4
|
БМ – балансная модуляция сигнала
|
5
|
Дана реализация напряжения нормированного первичного сигнала b (t) в системе передачи речи с максимальной частотой спектра Fмакс = 8 кГц. С какой частотой работает генератор стробирования (взятия отсчетов) речевого сигнала, если шаг дискретизации во времени ∆t =1/(2Fмакс)? Каким числом реализаций определяется речевой сигнал на интервале T=2 мс при дискретизации во времени и квантовании по уровням с шагом ∆b=0,02 В, если |b|3 В?
|
6
|
Количество собственной информации в сообщении
|
7
|
Дискретный источник сообщений выдает символы из алфавита аi , i=1,9 c вероятностями:
p(ai)=0.2; 0.15; 0.15; 0.12; 0.10; 0.10; 0.08; 0.06; 0.04.
Закодировать данный ансамбль сообщений кодом Шеннона-Фано
|
8
|
Построить граф кода
|
9
|
Определить среднюю длину кодовой комбинации (слова)
|
10
|
Вычислить энтропию, скорость кодирования при равномерном кодировании
|
Вариант 7
№
|
Вопрос, задача
|
1
|
Канал связи; типы каналов
|
2
|
Детерминированные процессы, примеры
|
3
|
СП и их основные характеристики, интегральная функция распределения (ИФР)
|
4
|
Цифровая модуляция сигналов
|
5
|
Дана некоторая реализация напряжения нормированного первичного сигнала b (t) в системе передачи речи с максимальной частотой спектра Fмакс = 9 кГц. С какой частотой работает генератор стробирования (взятия отсчетов) речевого сигнала, если шаг дискретизации во времени ∆t =1/(2Fмакс)? Каким числом реализаций определяется речевой сигнал на интервале T=10 мс при дискретизации во времени и квантовании по уровням с шагом ∆b=0,02 В, если |b|3 В?
|
6
|
Энтропия ансамбля сообщений.
|
7
|
Дискретный источник сообщений выдает символы из алфавита аi , i=1,9 c вероятностями:
p(ai)=0.22; 0.20; 0.16; 0.12; 0.10; 0.0625; 0.0625; 0.045; 0.03.
Закодировать данный ансамбль сообщений кодом Шеннона-Фано
|
8
|
Построить граф кода
|
9
|
Определить среднюю длину кодовой комбинации
|
10
|
Вычислить энтропию, избыточность источника
|
Вариант 8
№
|
Вопрос, задача
|
1
|
Основные характеристики системы связи
|
2
|
Теорема отсчетов Котельникова
|
3
|
Среднее квадратичное отклонение СВ
|
4
|
ИМ – импульсная модуляция
|
5
|
Дана реализация напряжения нормированного первичного сигнала b (t) в системе передачи речи с максимальной частотой спектра Fмакс = 10 кГц. С какой частотой работает генератор стробирования (взятия отсчетов) речевого сигнала, если шаг дискретизации во времени ∆t =1/(2Fмакс)? Каким числом реализаций определяется речевой сигнал на интервале T=9 мс при дискретизации во времени и квантовании по уровням с шагом ∆b=0,07 В, если |b|7 В?
|
6
|
Условная энтропия дискретного ансамбля сообщений.
|
7
|
Дискретный источник сообщений выдает символы из алфавита аi , i=1,10 c вероятностями:
p(ai)=1/4; 1/8; 1/8; 1/8; 1/8; 1/16; 1/16; 1/16; 1/32; 1/32. Закодировать данный ансамбль сообщений кодом Шеннона-Фано
|
8
|
Построить граф кода
|
9
|
Определить среднюю длину кодовой комбинации
|
10
|
Вычислить энтропию, скорость кодирования при равномерном и неравномерном кодировании
|
Вариант 9
№
|
Вопрос, задача
|
1
|
Типы помех в канале связи
|
2
|
Спектральное представление периодических сигналов, ряд Фурье
|
3
|
Плотность вероятности; нормальное (Гауссово) распределение
|
4
|
Угловая модуляция сигналов (УМ)
|
5
|
Дана реализация напряжения нормированного первичного сигнала b (t) в системе передачи речи с максимальной частотой спектра Fмакс = 8 кГц. С какой частотой работает генератор стробирования (взятия отсчетов) речевого сигнала, если шаг дискретизации во времени ∆t =1/(2Fмакс)? Каким числом реализаций определяется речевой сигнал на интервале T=3 мс при дискретизации во времени и квантовании по уровням с шагом ∆b=0,08 В, если |b|4 В?
|
6
|
Совместная энтропия дискретного ансамбля сообщений
|
7
|
Дискретный источник сообщений выдает символы из алфавита аi , i=1, 9 c вероятностями:
p(ai)=0.2; 0.16; 0.14; 0.12; 0.10; 0.10; 0.0625; 0.0625; 0.05.
Закодировать данный ансамбль сообщений кодом Шеннона-Фано
|
8
|
Построить граф кода
|
9
|
Определить среднюю длину кодовой комбинации
|
10
|
Вычислить энтропию, избыточность источника
|
Вариант 10
№
|
Вопрос, задача
|
1
|
Цифровое кодирование сигнала
|
2
|
Спектральное представление непериодических сигналов, спектральная плотность
|
3
|
Белый шум, его функция корреляции и дисперсия
|
4
|
ИКМ – импульсно-кодовая модуляция, выражение сигнала ИКМ,
|
5
|
Дана реализация напряжения нормированного первичного сигнала b (t) в системе передачи речи с максимальной частотой спектра Fмакс = 9 кГц. С какой частотой работает генератор стробирования (взятия отсчетов) речевого сигнала, если шаг дискретизации во времени ∆t =1/(2Fмакс)? Каким числом реализаций определяется речевой сигнал на интервале T=4 мс при дискретизации во времени и квантовании по уровням с шагом ∆b=0,02 В, если |b|3 В?
|
6
|
Сформулируйте прямую теорему кодирования источника
|
7
|
Дискретный источник сообщений выдает символы из алфавита аi , i=1, 9 c вероятностями:
p(ai)=0.25; 0.15; 0.125; 0.10; 0.10; 0,10; 0.0625; 0.05; 0.0325.
Закодировать данный ансамбль сообщений кодом Шеннона-Фано
|
8
|
Построить граф кода
|
9
|
Определить среднюю длину кодовой комбинации
|
10
|
Вычислить энтропию, скорость кодирования при равномерном кодировании
|
Оформление письменной работы согласно МИ 4.2-5/47-01-2013 Общие требования к построению и оформлению учебной текстовой документации
Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
Основная литература
Теория Электрической связи: Учебник для вузов/ Зюко А.Г., Кловский Д.Д., Коржик В.И., Назаров М.В. ; под ред. Д.Д. Кловского. - М.: Радио и связь, 1998. - 432 с.
Общая теория связи. Учебник для бакалавриата и магистратуры. Нефедов В.И., Сигов А.С.; под ред. Нефедова В.И.- М.: Издательство Юрайт, 2018.-495с. . [Электронный ресурс]. Режим доступа: https://www.biblio-online.ru/book/545BFC31-6153-44ED-B34E-311A4B4344B2
Дополнительная литература
Кловский Д.Д., Шилкин В.А. Теория электрической связи. Сб. задач и упражнений: Учебное пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1990. - 280 с.
Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. - М.: Радио и связь, 1986. -512с.
Парамонов Ю.В. Введение в теорию и методы защиты информации: Учебное пособие, МТУ СИ. - М.: 1999.
Молчанов В.Н., Наумов Н.М., Санников В.Г. Методы математического представления сообщений, сигналов и помех: Учебное пособие, МТУСИ. - М.: 1998.
Колесник В.Д., Полтырев Г.Ш. Курс теории информации – М.: Наука, 1982.
Котоусов А.С. Теория информации. Учебное пособие для вузов - М.: Радио и связь, 2003. – 80 с.
Шеннон К. Математическая теория связи // В сб. Работы по теории информации и кибернетике. -М.: ИЛ, 1963.
Дмитриев В.И. Прикладная теория информации — М.: Высшая школа. 1989.
Нефедов В.И. Основы радиоэлектроники и связи.- М.: Высш. шк.., 2005.-510 с.
Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы. –М.: Высш. шк.., 2003.
Каганов В.И., Битюков В.К. Основы радиоэлектроники и связи.- М.: Горячая линия-Телеком., 2007.-542 с.
Собственные учебные пособия
Методические указания к лабораторным работам по курсу «Общая теория связи»
Ведущий преподаватель доцент Верхотуров А.Р.
Заведующий кафедрой доцент Свешников И.В. |
|
|
Скачать 174.5 Kb.