Теория электрической связи

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РЕУСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН

Казахско-Американский Университет

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ СВЯЗИ

Методическое пособие для самостоятельной работы

и контрольное задание для студентов

факультета «Телекоммуникации»

УТВЕРЖДАЮ

И.о. ректора КАУ

______А.Р. Кушенов

«___»________2001г

г. Алма-Ата 2001г.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Учебно-методическая карта дисциплины

Структура дисциплины

Содержание дисциплины

Вопросы для самопроверки

Курсовая работа

Контрольные задания

Методические указания к выполнению контрольных работ

Литература

В результате получим комбинацию кода Хэмминга 00101010011 , которая будет передана в канал связи.

Функциональная схема должна состоять из входного регистра с семью ячейками для семи информационных позиций, четырех сумматоров для четырех проверочных позиций и из выходного регистра с 11 ячейками (четыре проверочных и семь информационных).

Таблица 5.3.

№ позиции	Двоичное число
	4	3	2	1
1	1
2 3	1 1	0 1
4 5 6 7	1 1 1 1	0 0 1 1	0 1 0 1
8 9 10 11	1 1 1 1	0 0 0 0	0 0 1 1	0 1 0 1

Из табл. 5.3. Находим, что единицу в первом разряде имеют все нечетные номера позиций кодовой комбинации.

Следовательно, первая проверка по модулю два должна охватывать все нечетные номера позиции:

поверочным элементом является первая позиция кодовой комбинации, а ее значение можно определить из выражения.

результат второй проверки определяет второй разряд двоичного числа. Из табл. 5.3 находим все номера позиции, имеющие единицу во втором разряде.

проверочным элементом является вторая позиция.

рассуждая аналогично, найдем номера позиций третьей и четвертой проверок, а также проверочные элементы.

Следовательно, проверочным элементами являются 1-я, 2-я, 4-я, 8-я позиции, а остальные – информационными. Тогда информационные элементы будут иметь значения

Определим значения проверочных элементов

ВВЕДЕНИЕ

В теории электрической связи рассматриваются вопросы преобразования сообщений в электрические сигналы, преобразования и передача сигналов включающих в себя вопросы генерирования сигналов, кодирования модуляции, помехи и искажения сигналов, оптимального приема, помехоустойчивого кодирования, повышение эффективности систем связи и т. д.

Для успешной творческой работы в области производства и эксплуатации средств связи, современный инженер должен быть достаточной степени знаком с вопросами преобразования сообщений и сигналов и дать количественную оценку, знать состав сигналов их спектральный анализ, способы преобразования сигналов в передатчике и приемнике. Методы передачи непрерывных и дискретных сигналов, способы повышения верности передачи сигналов.

Предмет «Теория электрической связи» устанавливает качественные и количественные характеристики информации, формирует условия согласования источников информации с каналами связи, для повышения помехоустойчивости передачи сигналов по каналам связи с помехами использует способы применения корректирующих код и систем передачи с обработкой связью, рассматривает вопросы оптимального декодирования сигналов.

Курс «Теория электрической связи» относится к числу фундаментальных дисциплин подготовки высококвалифицированных инженеров, владеющих современными методами анализа и синтеза систем и устройств связи различного назначения.

Целью курса является изучение основных закономерностей и методов передачи сообщений по каналам связи и решение задачи анализа и синтеза систем связи.

Курс «Теория электрической связи» предназначен для подготовки инженеров электросвязи широкого профиля по специальностям автоматической электросвязи, многоканальной телекоммуникационной системы, радиосвязь, радиовещание и телевидение, а также бакалавров по направлению телекоммуникаций.

Самостоятельная работа по подготовке освоению курса начинается с внимательного изучения разделов по литературе и ответа на контрольные вопросы. Затем студент выполняет контрольную работу. В контрольной работе внимание уделяется вопросам количественной оценке сигналов, спектральному анализу, амплитудно-частотным и фазо-частотным характеристикам, модуляции и детектированию, а также помехоустойчивости кодированию.

Каждый студент заочного отделения должен выполнять контрольную работу по 4 из девяти задач, из таблицы 4.1. в соответствии с индивидуальным заданием по последней цифре шифра (номера зачетной книжки).

Изучив дисциплину, студент должен:

Знать состав и назначение элементов обобщенной схемы системы передачи информации; способы временного и частотного представлений детерминированных и случайных непрерывных, импульсных и цифровых сигналов; основные соотношения, определяющие производительность источников и пропускную способность каналов;

способов решения задачи помехоустойчивого приема при обнаружении, различении, оценке параметров и т. п.; основные способы модуляции, виды помехоустойчивых кодов, математические способы их описания, построения и области применения в каналах с различными статистиками ошибок; принципы разделения каналов и структурные схемы многоканальных систем.

2. Уметь выбирать способы модуляции, кодирования, приема сигналов и других преобразований в соответствии с характеристиками каналов (уровень помех, статистикой ошибок); оценивать эффективность систем передачи и их возможности обеспечения необходимой скорости и верности передачи; разбираться в принципах работы новых систем передачи и функциях их элементов.

3. Иметь представление о способах построения модемов, кодирующих и декодирующих устройств, приемников информации и других преобразователей сигналов; синтезе оптимальных фильтров; направления развития способов и систем передачи.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКАЯ КАРТА ДИСЦИПЛИНЫ

Структура дисциплины

№ п/п	Разделы (темы)	Количество часов						уч. литература
		всего ауд	лек	лаб.	практ.	для з/о	сам. раб.
1	Вводная лекция	2	2	-	-	1	2	Л1
2	Общие сведения о системах электросвязи	10	6	-	4	1	6	Л1 Л2
3	Основные характеристики систем электросвязи	22	14	4	4	2	16	Л2 Л6
4	Формы и способы преобразования сигналов и кодирования	24	16	4	4	2	20	Л2 Л8
5	Методы формирования и преобразования сигналов	22	12	6	4	3	20	Л3 Л8
6	Каналы электросвязи и способы передачи сигналов по ним	18	12	4	2	3	12	Л7Л8
7	Методы повышения верности передачи цифровых сигналов. Помехоустойчивые коды.	24	14	6	4	3	20	Л2 Л6
8	Системы передачи информации с обратной связью	6	4	-	2	2	5	Л1Л8
9	Теория помехоустойчивого приема сигнала.	22	12	4	6	4	14	Л2Л5
10	Принципы построения многоканальных систем электросвязи	12	6	4	2	1	6	Л1Л4Л8
11	Методы повышения эффективности систем электросвязи	8	4	2	2	2	4	Л3Л8
Всего	170	102	34	34	24	125

Таблица 5.1

n	0	1	2	3	4	5	6
Jn(β)	-0,18	-0,33	0,047	0,37	0,39	0,26	0,13

Для частотно-модулированного колебания индекс модуляции находят как . Значения Jn ( β ) для β =10 приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2.

n	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11
Jn ( β )	-0,25	0,044	0,26	0,06	-0,22	-0,23	-0,014	0,22	0,32	0,29	0,21	0,12

Методические указания к решению задачи 9

Любой корректирующий код содержит n элементов, которых m информационных и к проверочных. Тогда n = m +к . Длину кодовой комбинации n кода Хэмминга. При заданном числе информационных элементов m можно определить из неравенства

Покажем принцип построения кодовой комбинации кода Хэмминга, если шифр студента 01-МТС-7.

Учитывая, что в шифре содержится только одна цифра 7 к ней необходимо добавить цифры 1 и 0 тогда цифра получится 107. В двоичной системе счисления путем последовательного деления числа 107 на 2:

(1101011). Следовательно, исходная кодовая комбинация будет иметь семь элементов ( m =7)

Определим число проверочных элементов из неравенства

Отсюда n =11, к=4 . Следовательно, кодовая комбинация будет содержать 11 элементов из которых 7 информационных и 4 проверочных.

Определим позиции проверочных элементов в кодовой комбинации. Для этого запишем номера позиций кодовой комбинации в двоичной системе счисления – табл. 5.3.

передачи частотно-импульсной модуляцией (ЧИМ), широтно-импульсной мо Здесь через обозначена функция sin c(x)=sin( x )/ x

Фазо-частотная характеристика (ФЧХ)

θ ( ω )= π ∙ n где n =0,1,2…

или φ ( f )= θ ( f )=- πn , n ∙10³ ≤ f <( n +1) 10³

Эффективная ширина спектра импульса

∆

При расчете спектральной плотности пачек видеоимпульсов спектральную плотность первого импульса в пачке обозначают S ₁ ( ω ), тогда для второго импульса, сдвинутого относительно первого на период Т (в сторону запаздывания), S ₂ ( ω )= S ₁ ( ω )l^{- iωT} , для третьего – S ₃ ( ω )= S ₁ ( ω )l^{- i 2 ωT} .

Для группы из N импульсов

S_N (ω)= S₁ (ω)[1+l^-iωT + l^-i2ωT +…+ l^-i(N-1)ωT ]

На частотах, отвечающих условию , где K – целое число, т.е. модуль пачки в N раз больше модуля спектра одиночного импульса. Это объясняется тем, что спектральные составляющие различных импульсов с частотами складываются с фазовыми сдвигами, кратными 2 π . При частотах . Сумма векторов l^{- i к T} обращается в ноль, и суммарная спектральная плотность равна нулю.

При промежуточных значениях частот модуль S ( ω ) определяется как геометрическая сумма спектральных плотностей отдельных импульсов.

Методические указания к решению задачи 8

Практическая ширина спектра частот при фазовой и частотной модуляции определяется числом N гармонических составляющих, равным N =2( β +1)+1

Амплитуда каждой составляющей спектра определяется как

Un=U∙Jn(β)

Где Jn ( β ) – функция Бесселя, значения которой даны в табл. 11 для β =5

Содержание дисциплины

Вводная

Роль передачи сигналов в народном хозяйстве передача сообщений на расстояние, физический процесс несущий сообщение, источник сообщения, информация классификация информации.

Общие сведения о системах электросвязи.

Обобщенная схема системы передачи информации электрическими сигналами и ее элементами. Показатели качества систем передачи, помехи, вероятность ошибки.

Количество информация. Энтропия. Пропускная способность. Производительность. Избыточность.

Основные характеристики систем электросвязи

Сообщения, сигналы, помехи их математические модели. Детерминированные сигналы и их характеристики, частотное и временное представление, энергия, мощность, корреляционные характеристики. Сигналы и помехи как случайные процессы, их классификация и характеристики: вероятностные, спектральные, корреляционные. Стационарность и эргодичность случайного процесса. Гауссовский случайный процесс. Марковские непрерывные и дискретные процессы, способ их представления.

Формы и способы преобразования сигналов и кодирования.

Разложение сигналов в обобщенный ряд Фурье по системам ортогональных функций. Теорема Котельникова. Интерполяционная погрешность, определение частоты дискретизации. Разностные и дельта-дискретные представления. Адаптивная дискретизация.

Понятие о кодировании сигналов. Эффективное кодирование. Первичные коды. Способы кодирования и кодирующие, декодирующие устройства.

Методы формирования и преобразования сигналов.

Принципы образования спектров сигнала. Преобразования частот. Модуляция сигналов. Модуляция как управление информационным параметром сигнала-переносчика, как преобразование сигнала в параметрической цепи.

Аналоговые непрерывные виды модуляции гармонического колебания (АМ, ЧМ, ФМ, ВМ, ОМ), их характеристики, принципы построения модуляторов и демодуляторов. Дискретные сигналы (АТ, ЧТ, ФТ, ОФТ) и их характеристики.

Цифровые виды модуляции (ИКМ, ДИКМ, ДМ), их характеристики, принципы построения АЦП и ЦАП.

Каналы электросвязи и способы передачи сигналов по ним.

Каналы электросвязи. Классификация каналов электросвязи. Математическое описание каналов электросвязи. Способы передачи сигналов по каналам электросвязи. Помехи в каналах связи. Передача сигналов по каналам связи способом амплитудно-импульсной модуляции (АИМ). Помехо-защищенность сигналов при АИМ. Способы

дуляцией (ШИМ), фазоимпульсной модуляцией (ФИМ) и относительно фазовой модуляцией (ОФМ).

Методы повышения верности передачи сигналов. Помехоустойчивые коды.

Классификация способов повышения верности сигналов передаваемых по каналам связи. Многократное повторение сообщений. Использование каналов обратной связи. Структурные схемы систем повышения верности искажения сигналов и их закономерность.

Применение помехоустойчивых кодов, их назначение, особенности и классификация. Блочные систематические коды, их математическое представление. Алгоритмы кодирования и декодирования линейных кодов. Кодирующие и декодирующие устройства блочных линейных кодов.

Циклические коды, их свойства и математическое представление. Алгоритмы кодирования и декодирования. Кодирующие и декодирующие устройства циклических кодов. Декодирование с обнаружением и исправлением ошибок различной кратности. Мажоритарное декодирование. Сверхточные коды, их свойства. Кодирующие и декодирующие устройства сверхточных кодов. Выбор кодов в соответствии со статистикой ошибок в каналах. Помехоустойчивость различных кодов. Примеры использования и перспективы применения помехоустойчивого кодирования в устройствах систем электросвязи.

Системы передачи информации с обратной связью.

Виды передачи информации с обратной связью. Система с информационной обратной связью. Система с решающей обратной связью. Система с проверкой по символам. Система с проверкой по комбинациям. Система повторения с блокировкой. Система повторения по адресам. Смешанные системы с обратной связью. Порядок выбора систем с обратной связью.

Теория помехоустойчивого приема сигналов.

Задачи приема сигналов через канал с помехами. Прием сообщений и сигналов как статистическая задача. Критерии и показатели качества оптимального приема. Теория потенциальной помехоустойчивости. Теория В.А. Котельникова. Апостериорное распределение вероятностей, распознавания, оценки параметров, фильтрации и демодуляции. Оптимальный прием сигналов со случайными параметрами. Согласованная фильтрация полностью известных сигналов. Помехоустойчивость дискретных и аналоговых импульсных сигналов при оптимальном приеме. Решающие схемы. Прием в целом и посимвольный метод приема. Метод Вагнера и прием по наиболее надежным символам. Прием со стиранием. Оценка помехоустойчивости приема в целом. Теорема финка.

Принципы построения многоканальных систем электросвязи.

Основы теории линейного разделения сигналов. Методы временного, частотного и фазового разделения. Разделение по форме. Пространственное разделение. Комбинированное разделение. Способы разделения сигналов в асипхронно-адресных системах связи. Взаимные помехи в многоканальных системах. Пропускная способность многоканальных систем.

где

Методические указания к решению задачи 5

Статистическую модуляционную характеристику следует построить для семи - десяти значений Е на интервале от Uo - Um до Uo + Um . Для выбранного значения Е и заданных Uo и Um определить угол отсечки θ .

29-04-2015, 05:19