МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ
РЕУСПУБЛІКІ КАЗАХСТАН
Казахсько-Американський Університет
ТЕОРІЯ ЕЛЕКТРИЧНОЇ ЗВ'ЯЗКУ
Методичний посібник для самостійної роботи
і контрольне завдання для студентів
факультету «Телекомунікації»
ЗАТВЕРДЖУЮ
В.о. ректора КАУ
______А.Р. Кушенов
«___»________ 2001р
м. Алма-Ата 2001р.
ЗМІСТ
Введення
Навчально-методична карта дисципліни
Структура дисципліни
Зміст дисципліни
Питання для самоперевірки
Контрольні завдання
Методичні вказівки до виконання контрольних робіт
Література
У результаті отримаємо комбінацію коду Хеммінга 00101010011, яка буде передана в канал зв'язку.
Функціональна схема повинна складатися з вхідного регістра з сім'ю осередками для семи інформаційних позицій, чотирьох суматорів для чотирьох перевірочних позицій і з вихідного регістра з 11 осередками (чотири перевірочних та сім інформаційних).
Таблиця 5.3.
| № позиції | Двійкове число | |||
| 4 | 3 | 2 | 1 | |
| 1 | 1 | |||
| 2 Березня | 1 січня | 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 |
З таблиці. 5.3. Знаходимо, що одиницю в першому розряді мають всі непарні номери позицій кодової комбінації.
Отже, перша перевірка за модулем два повинна охоплювати всі непарні номери позиції:
повірочним елементом є перша позиція кодової комбінації, а її значення можна визначити з виразу.
результат другої перевірки визначає другий розряд двійкового числа. З таблиці. 5.3 знаходимо всі номери позиції, що мають одиницю в другому розряді.
перевірочним елементом є друга позиція.
розмірковуючи аналогічно, знайдемо номери позицій третьої і четвертої перевірок, а також перевірочні елементи.
Отже, перевірочним елементами є 1-а, 2-а, 4-а, 8-а позиції, а інші - інформаційними. Тоді інформаційні елементи будуть мати значення
Визначимо значення перевірочних елементів
ВСТУП
У теорії електричного зв'язку розглядаються питання перетворення повідомлень в електричні сигнали, перетворення і передача сигналів включають в себе питання генерування сигналів, кодування модуляції, перешкоди і спотворення сигналів, оптимального прийому, завадостійкого кодування, підвищення ефективності систем зв'язку і т. д.
Для успішної творчої роботи в галузі виробництва й експлуатації засобів зв'язку, сучасний інженер повинен бути достатньою мірою знайомий з питаннями перетворення повідомлень і сигналів і дати кількісну оцінку, знати склад сигналів їх спектральний аналіз, способи перетворення сигналів в передавачі і приймачі. Методи передачі безперервних і дискретних сигналів, способи підвищення вірності передачі сигналів.
Предмет «Теорія електричного зв'язку» встановлює якісні і кількісні характеристики інформації, формує умови узгодження джерел інформації з каналами зв'язку, для підвищення завадостійкості передачі сигналів по каналах зв'язку з перешкодами використовує способи застосування коригувальних код і систем передачі з обробкою зв'язком, розглядає питання оптимального декодування сигналів.
Курс «Теорія електричного зв'язку» відноситься до числа фундаментальних дисциплін підготовки висококваліфікованих інженерів, що володіють сучасними методами аналізу та синтезу систем та пристроїв зв'язку різного призначення.
Метою курсу є вивчення основних закономірностей і методів передачі повідомлень по каналах зв'язку і рішення задачі аналізу та синтезу систем зв'язку.
Курс «Теорія електричного зв'язку» призначений для підготовки інженерів електрозв'язку широкого профілю за спеціальностями автоматичного електрозв'язку, багатоканальної телекомунікаційної системи, радіозв'язок, радіомовлення та телебачення, а також бакалаврів за напрямом телекомунікацій.
Самостійна робота з підготовки освоєння курсу починається з уважного вивчення розділів з літератури і відповіді на контрольні запитання. Потім студент виконує контрольну роботу. У контрольній роботі увага приділяється питанням кількісної оцінки сигналів, спектрального аналізу, амплітудно-частотних та фазо-частотних характеристиках, модуляції і детектування, а також завадостійкості кодування.
Кожен студент заочного відділення повинен виконувати контрольну роботу по 4 з дев'яти завдань, з таблиці 4.1. відповідно до індивідуального завданням по останній цифрі шифру (номера залікової книжки).
Вивчивши дисципліну, студент повинен:
Знати склад і призначення елементів узагальненої схеми системи передачі інформації; способи тимчасового і частотного уявлень детермінованих і випадкових безперервних, імпульсних і цифрових сигналів; основні співвідношення, що визначають продуктивність джерел і пропускну здатність каналів;
способів вирішення завдання завадостійкого прийому при виявленні, розрізненні, оцінці параметрів і т. п.; основні способи модуляції, види завадостійких кодів, математичні способи їх опису, побудови і області застосування в каналах з різними статистиками помилок; принципи поділу каналів і структурні схеми багатоканальних систем .
2. Вміти вибирати способи модуляції, кодування, приймання сигналів та інших змін у відповідність до характеристиками каналів (рівень перешкод, статистикою помилок); оцінювати ефективність систем передачі і їх можливості забезпечення необхідної швидкості і вірності передачі; розбиратися в принципах роботи нових систем передачі і функції їх елементів .
3. Мати уявлення про способи побудови модемів, що кодують і декодер, приймачів інформації та інших перетворювачів сигналів; синтезі оптимальних фільтрів; напрямки розвитку способів і систем передачі.
НАВЧАЛЬНО-МЕТОДИЧНА КАРТА ДИСЦИПЛІНИ
Структура дисципліни
| № п / п | Розділи (теми) | Кількість годин | уч. література | |||||
| всього ауд | лек | лаб. | практ. | для з / о | сам. роб. | |||
| 1 | Вступна лекція | 2 | 2 | - | - | 1 | 2 | Л1 |
| 2 | Загальні відомості про системи електрозв'язку | 10 | 6 | - | 4 | 1 | 6 | Л1 Л2 |
| 3 | Основні характеристики систем електрозв'язку | 22 | 14 | 4 | 4 | 2 | 16 | Л2 Л6 |
| 4 | Форми і способи перетворення сигналів і кодування | 24 | 16 | 4 | 4 | 2 | 20 | Л2 Л8 |
| 5 | Методи формування та перетворення сигналів | 22 | 12 | 6 | 4 | 3 | 20 | Л3 Л8 |
| 6 | Канали електрозв'язку та способи передачі сигналів по них | 18 | 12 | 4 | 2 | 3 | 12 | Л7Л8 |
| 7 | Методи підвищення вірності передачі цифрових сигналів. Перешкодостійкі коди. | 24 | 14 | 6 | 4 | 3 | 20 | Л2 Л6 |
| 8 | Системи передачі інформації зі зворотним зв'язком | 6 | 4 | - | 2 | 2 | 5 | Л1Л8 |
| 9 | Теорія завадостійкого прийому сигналу. | 22 | 12 | 4 | 6 | 4 | 14 | Л2Л5 |
| 10 | Принципи побудови багатоканальних систем електрозв'язку | 12 | 6 | 4 | 2 | 1 | 6 | Л1Л4Л8 |
| 11 | Методи підвищення ефективності систем електрозв'язку | 8 | 4 | 2 | 2 | 2 | 4 | Л3Л8 |
| Всього | 170 | 102 | 34 | 34 | 24 | 125 | ||
Таблиця 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-модульованого коливання індекс модуляції знаходять як. Значення Jn (β) для β = 10 наведено в табл. 5.2.
Таблиця 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 |
Методичні вказівки до вирішення задачі 9
Будь-коригувальний код містить n елементів, яких m інформаційних і до перевірочних. Тоді n = m + к. Довжину кодової комбінації n коду Хеммінга. При заданому числі інформаційних елементів m можна визначити з нерівності
Покажемо принцип побудови кодової комбінації коду Хеммінга, якщо шифр студента 01-МТС-7.
Враховуючи, що в шифрі міститься тільки одна цифра 7 до неї необхідно додати цифри 1 і 0 тоді цифра вийде 107. У двійковій системі числення шляхом послідовного ділення числа 107 на 2:
Визначимо число перевірочних елементів з нерівності
Звідси n = 11, к = 4. Отже, кодова комбінація буде містити 11 елементів з яких 7 інформаційних та 4 перевірочних.
Визначимо позиції перевірочних елементів в кодової комбінації. Для цього запишемо номери позицій кодової комбінації в двійковій системі числення - табл. 5.3.
передачі частотно-імпульсною модуляцією (ЧІМ), широтно-імпульсної мо Тут через позначена функція sin c (x) = sin (x) / x
Фазо-частотна характеристика (ФЧХ)
θ (ω) = π ∙ n де n = 0,1,2 ...
або φ (f) = θ (f) =- πn, n ∙ 103 ≤ f> 1
Щоб придушувати високочастотну складову коефіцієнт детектування діодного детектора
і
де θ кут відсічення в радіанах.
Звідси θ = arc CosKg
Вхідна напруга
Методичні вказівки до вирішення задачі 7
Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) спектральної щільності прямокутного імпульсу
Методичні вказівки до вирішення задачі 3
Виходячи з рис. W (x) записати значення W (x) для різних ділянок x (a, c, d, b)
W (x) поза інтервалу [a, b] дорівнює нулю.
дельта функція. При x = x0, при x ≠ x0, δ (x-x0) = 0
За умовою нормування
Враховуючи умову нормування дельта функція
Фільтруюче властивості дельта функції
Відомо, що
Методичні вказівки до вирішення задачі 4
При визначенні B (τ) у формули Вінера - Хинчина слід зробити заміну змінної ω = ωo + Ω, і інтегрування слід виробляти по змінній Ω на інтервалі від о до ∞
Враховуючи, що>> α
Функція щільності ймовірності нормального (гауссовского) стаціонарного випадкового процесу
Основні поняття теорії розподілу інформації. Мережі розподілу інформації та їх елементи.
Методи підвищення ефективності систем електрозв'язку
Критерії ефективності систем зв'язку. Оцінка ефективності та методи оптимізації систем передачі інформації. Ефективність аналогових і цифрових систем. Вибір способів модуляції і завадостійкого кодування. Використання зворотного каналу для підвищення ефективності передачі дискретних повідомлень. Методи зменшення надмірності повідомлень. Статистичне ущільнення. Адаптивна корекція характеристик каналів передачі.
Питання для самоперевірки
Тема 2.2.2.
Інформація, її роль у народному господарстві
Класифікація інформації
Система зв'язку
Канал зв'язку
Методи передачі інформації по каналах зв'язку
Показники якості передачі
Види перешкод у каналах зв'язку
Методи перетворення повідомлень в сигнал
Заходи вимірювань кількості інформації
Що називається ентропією
Назвіть діапазон частот сигналів використовуються в системах електрозв'язку
Тема 2.2.3.
Мета і способи перетворення повідомлень в сигнал
Види сигналів і їх характеристики
Математичні моделі сигналів
Що називається спектром сигналів?
Що називається дельта функцією?
Спектри різних видів імпульсів
Що таке реалізація випадкового процесу?
Що таке ансамбль повідомлень у системі зв'язку?
Який випадковий процес називається стаціонарним?
Який випадковий процес називається ергодичної?
Як обчислюється функція кореляції випадкового процесу?
Що таке білий шум?
Як веде себе випадковий процес, який підпорядковується Закону Гауса?
Що таке Марковський випадковий процес?
Як визначається спектр дискретного сигналу?
Числові характеристики випадкового процесу
Математичні моделі випадкових сигналів
Тема 2.2.4.
Дайте визначення узагальненого ряду Фур'є.
Які способи мають перетворення безперервних сигналів у дискретні?
Сенс і значення теореми Котельникова
Похибка дискретизації за Котельникова
Що таке адаптивна дискретизація
Способи перетворення Дискретизований сигналів в цифровій
Способи кодування повідомлень
Які коди називаються первинними?
Які коди називаються ефективними?
Які коди називаються префіксним?
Принципи побудови кодують і декодер
Як підрахувати число можливих комбінацій, знаючи кількість елементів в коді і значності коду?
Тема 2.2.5.
Що таке перетворення частоти?
Що таке Модуляція сигналу?
Як оцінюється характеристика модулируемого або несучого сигналу?
Який спектр модульованих сигналів і від чого залежить?
Яка необхідність подвійний модуляції?
Види модуляції.
Чим відрізняється різні види амплітудних модуляцій?
Що називається модуляційної характеристикою модулятора?
Енергетичні співвідношення амплітудно-модульованих сигналів.
Види фазової та частотної модуляції
Спектри частот фазової та частотної модуляції
Від чого залежить ширина спектру фазової та частотно модульованих сигналів?
Принципи побудови схем модуляторів
Спектр частот імпульсно-модульованих сигналів
Щодо фазова модуляція
Принципи побудови цифрових модуляторів і демодуляторів.
Тема 2.2.6.
Що називається каналом зв'язку?
Які види каналів зв'язку бувають?
Яким змінам піддається сигнал при передачі по каналах зв'язку?
Математичні моделі та характеристики безперервних каналів
Якщо в одиницю часу джерело видає в середньому символів (швидкість джерела), то середня кількість інформації, що створюється джерелом в одиницю часу
де, Tcp - середня тривалість одного символу
Характеристику H '(A) називають продуктивністю дискретного джерела.
Методичні вказівки до вирішення задачі 2
Фізичним обсягом сигналу Vc називають добуток трьох його фізичних характеристик: тривалість сигналу Tc, ширини спектру Fc і динамічного діапазону рівнів сигналу Dc:
де Pmax і Pmin - максимальне і мінімальне значення потужностей;
При наявності шумів в каналі допустимий мінімальний рівень потужності Pmin зазвичай визначається середньою потужністю шумів в каналі. Тому можна записати:
Мінімальну потужність іноді виражає через усереднену за досить великий інтервал часу потужність сигналу. У цьому випадку
Де, - пікфактор сигналу за потужністю.
Аналогічно фізичному обсягу сигналу можна ввести характеристику, звану фізичним обсягом каналу
Для передачі сигналу, що має об'єм Vc з досить високою якістю необхідно виконання нерівності Vc ≤ Vk, Tc ≤ Tk, Fc ≤ Vk, Dc ≤ Dk
Задача 9
Дати загальну характеристику та класифікацію коригувальних кодів.
Викласти принцип побудови кодів, що виявляють і виправляють помилки.
Викласти функціональну схему кодує пристрої коду Хеммінга
Побудувати код Хеммінга, взявши в якості вихідної кодової комбінації двійкове число, отримане з двох останніх цифр шифру студента. Визначити ймовірність помилкового прийому отриманої кодової комбінації коду Хеммінга і ймовірність появи необкаріроваемой помилки.
МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ
до виконання контрольних робіт
Методичні вказівки до вирішення задачі 1
Кількість інформації I (ai), що містяться в символі ai вибирається з ансамблю (ai), (i = 1,2,3, ..., N), де N - обсяг алфавіту, з імовірністю P (ai)
I (ai) = - log2P (ai)
Інформація вимірюється у двійкових одиницях (бітрейтом). Одна двійкова одиниця інформації - це кількості інформації, що міститься в одному і двох обираних з рівною імовірністю символів.
Середня кількість інформації H (A), що доводиться на один символ видаються дискретним джерелом незалежних повідомлень з об'ємом алфавіту N, можна знайти як математичне сподівання дискретної випадкової величини I (ai) визначальною кількість інформації, що міститься в одному випадково вибраному символі (знаку) ai.
H (A) = M = -
Ця величина називається ентропією джерела незалежних повідомлень.
Однією з інформаційних характеристик дискретного джерела є надмірність
Pu =
Надмірність джерела залежить як від протяжності статистичних зв'язків між послідовно вибираним символами, так і від ступеня нерівномірності окремих символів.
Якщо джерело без пам'яті, тобто послідовно передаються символи незалежні, всі символи різновірогідні P (ai) = 1 / N, то H (A) = Hmax (A) і надмірність Pu = 0
Математичні моделі та характеристики змішаних каналів
Різниця між математичною моделлю і реальним каналом
Які канали мають лінійні характеристики?
Чому необхідне вивчення математичних моделей каналів?
Дайте визначення оптичного каналу. Які вони мають особливості?
Одиниці виміру рівнів сигналів
Що називається залишковим загасанням, частотна характеристика?
Що називається груповою швидкістю, групове час затримки сигналу при проходженні по каналах зв'язку
Види перешкод у каналах зв'язку
Види адитивних завад
Які перешкоди називаються мультиплікативними?
Передача простих двійкових сигналів методом амплітудної маніпуляції
Передача простих двійкових сигналів методом частотної модуляції
Передача простих двійкових сигналів фазовою модуляцією
Вплив різних видів перешкод при різних способах передачі.
Порівняльна характеристика різних способів передачі.
Тема 2.2.7.
Що називається вірністю передачі дискретних сигналів?
Чим вимірюється вірність передачі сигналів?
Що називається помилкою при передачі простих двійкових сигналів?
Які помилки називаються корельованими, які некорельованих?
Як розрахувати помилки в некорельованих помилках каналах?
Особливість розрахунку помилок у некорельованих помилок каналах?
Що називається пакетом помилок?
Які коди називаються завадостійким?
Які коди називаються коригуючими?
Принцип побудови коригувальних код.
Що таке кодова відстань? Чим вимірюється?
Якими параметрами характеризуються коригувальні коди?
Класифікація коригувальних код
Як пов'язано кодова відстань з кількістю (виправляється) виявлених помилок?
Чому залежить ймовірність помилок і як розраховується?
Які способи завадостійкого кодування та декодування знаєте?
Які коди називаються систематичними?
Принцип побудови схем систематичного коду.
Які коди називаються кодом Хеммінга?
Які коди називаються циклічними?
Принцип побудови циклічних код
Принцип побудови схем кодує пристрої циклічних код.
Які коди називаються рекурректнимі?
Принцип побудови схем кодує пристрої безперервних код.
Принцип побудови схем декодуючого пристрої безперервних код.
Приклад виправлення пакета помилок.
Тема 2.2.8.
Що називається системою передачі зі зворотним зв'язком?
Принципи організації системи передачі зі зворотним зв'язком
Характеристики різних видів зворотним зв'язком
Система з інформаційної зворотним зв'язком
Система з вирішальною зворотним зв'язком
Система з комбінованою зворотним зв'язком
Принцип побудови схем систем зі зворотним зв'язком з посимвольної перевіркою
Принцип побудови схем систем зі зворотним зв'язком з перевіркою по комбінаціях
Порівняльні характеристики систем зі зворотним зв'язком з посимвольної перевіркою і перевіркою по комбінаціях.
Принцип вибору різних способів передачі інформації зі зворотним зв'язком.
Тема 2.2.9.
Що називається завадостійкістю?
Чому залежить завадостійкість передачі дискретної інформації?
Методи прийому дискретних сигналів.
Що називається оптимальним прийомом?
Що називається правилом рішення при прийомі дискретних сигналів?
Принцип побудови вирішальних схем
Що називається потенційної завадостійкістю
Теорія Котельникова про потенційної завадостійкості
Критерій оцінки вірності передачі і прийому дискретного сигналу
Як визначається повна ймовірність помилкового прийому?
Що називається критерій середнього ризику?
Що називається критерій ідеального спостерігача?
Що називається апостеріорної ймовірністю?
Що називається мінімаксної критерієм?
Що називається критерієм Неймана-Пірсона?
Що називається відношенням правдоподібності?
Що називається першою вирішальною схемою?
Що називається другою вирішальною схемою?
Що називається прийомом за символами?
Що називається прийомом в цілому?
Задача 7
розрахувати і побудувати амплітудно-частотну (АЧХ) та фазо-частотну (ФЧХ) характеристики спектральної щільності одиночного імпульсу. Амплітуди U, тривалість τu. Визначити ефективну ширину спектра імпульсу Δf.
U (t)
U
0 t
Таблиця 4.8.
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| U, B | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
| τu, МКС | 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,1 | 1,0 |
Розрахувати і побудувати спектральні щільності пачок відеоімпульсів, взявши за одиницю масштабу по осі y спектральну щільність одиночного імпульсу. Кількість імпульсів N в пачці і шпаруватість Q
Таблиця 4.9.
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| N | 5 | 8 | 4 | 6 | 3 | 5 | 10 | 6 | 3 | 8 |
| Q | 3 | 5 | 4 | 8 | 3 | 6 | 5 | 8 | 4 | 10 |
Задача 8
Розрахувати спектри фазомодулірованних (ФМК) і частотно-модульованих (ЧМК) коливань при однакових частотах, що несуть f і рівнях напруг U. Для ФМК задані індекс модуляції β і частота модуляції F1, а для ЧМК - девіація частоти f д і частота модуляції F2. Побудувати спектри ФМК і ЧМК за результатами розрахунків.
Таблиця 4.10
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| U, B | 60 | 50 | 45 | 40 | 35 | 30 | 25 | 20 | 15 | 10 |
| F, МГц | 60 | 95 | 90 | 80 | 70 | 80 | 90 | 95 | 60 | 70 |
| F1, кГц | 3 | 6 | 10 | 8 | 4 | 7 | 5 | 9 | 4 | 3 |
| Fд, кГц | 70 | 30 | 50 | 40 | 60 | 45 | 75 | 35 | 50 | 60 |
| F2, кГц | 7 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 |
| β | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 | 5 |
Таблиця 4.6.
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| S, mA / B | 100 | 95 | 110 | 85 | 120 | 75 | 115 | 90 | 105 | 80 |
| Uo, B | 0,35 | 0,45 | 0,55 | 0,65 | 0,75 | 0,40 | 0,50 | 0,60 | 0,70 | 0,80 |
| Um, B | 0,40 | 0,50 | 0,45 | 0,60 | 0,80 | 0,45 | 0,35 | 0,50 | 0,55 | 0,65 |
Пояснити призначення і види модуляції.
Зобразити схему транзисторного амплітудного модулятора, пояснити принцип її роботи.
Дати поняття статистичної модуляційної характеристики (СМХ). Розрахувати і побудувати (СМХ) при заданих S, Uo і значення амплітуди високочастотного напруги Um.
За допомогою СМХ визначити оптимальне зсув Eo і допустиму величини амплітуди UΩ напруги, що модулює UΩ cosΩt, відповідні неспотвореної модуляції.
Розрахувати коефіцієнт модуляції mam для вибраного режиму. Побудувати спектр і тимчасову діаграму am сигналу.
Задача 6
Задано вольт-амперна характеристика діода амплітудного детектора апроксимувати відрізками прямих
i = SU при u ≥ 0
0 при u α
0 
2 
4 
6 
8