Теория электрической связи

	Скачать реферат: Теория электрической связи

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.

Амплитуда первой гармоники тока коллектора Jк1

Методические указания к решению задачи 6

Для нормальной работы детектора необходимо следующие условия: SRH>>1

Чтобы подавлять высокочастотную составляющую коэффициент детектирования диодного детектора

     и  

где θ угол отсечки в радианах.

Отсюда θ=arc CosKg

Входное напряжение

Методические указания к решению задачи 7

Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) спектральной плотности прямоугольного импульса

Методические указания к решению задачи 3

Исходя из рис. W(x) записать значения W(x)  для различных участков x (a,c,d,b)

W(x)  вне интервала [a,b] равна нулю.

дельта функция. При x=x0,  при x≠x0,δ(x-x0)=0

По условию нормировки

Учитывая условие нормировки дельта функция

Фильтрующее свойства дельта функции

Известно, что    

Методические указания к решению задачи 4

При определении B(τ) в формулы Винера - Хинчина следует сделать замену переменной ω=ωo+Ω, и интегрирование следует производить по переменной Ω на интервале от о до ∞

Учитывая, что >>α

Функция плотности вероятности нормального (Гауссовского) стационарного случайного процесса

Основные понятия теории распределения информации. Сети распределения информации и их элементы.

Методы повышения эффективности систем электросвязи

Критерии эффективности систем связи. Оценка эффективности и методы оптимизации систем передачи информации. Эффективность аналоговых и цифровых систем. Выбор способов модуляции и помехоустойчивого кодирования. Использование обратного канала для повышения эффективности передачи дискретных сообщений. Методы уменьшения избыточности сообщений. Статистическое уплотнение. Адаптивная коррекция характеристик каналов передачи.

Математические модели и характеристики непрерывных каналов

Если в единицу времени источник выдает в среднем символов (скорость источника ), то среднее количество информации, создаваемой источником в единицу времени

где, Tcp – средняя длительность одного символа

Характеристику H'(A) называют производительностью дискретного источника.

Методические указания к решению задачи 2

Физическим объемом сигнала Vc называют произведение трех его физических характеристик: длительность сигнала Tc, ширины спектра Fc и динамического диапазона уровней сигнала Dc:

где Pmax и Pmin – максимальное и минимальное значение мощностей;

При наличии шумов в канале допустимый минимальный уровень мощности Pmin обычно определяется средней мощностью шумов в канале. Поэтому можно записать:                                                 

Минимальную мощность  иногда выражает через усредненную за достаточно большой интервал времени мощность сигнала . В этом случае

Где, - пикфактор сигнала по мощности.

Аналогично физическому объему сигнала можно ввести характеристику, называемую физическим объемом канала

Для передачи сигнала, имеющего объем Vc с достаточно высоким качеством необходимо выполнение неравенства   Vc≤Vk, Tc≤Tk, Fc≤Vk, Dc≤Dk

Задача 9

Дать общую характеристику и классификацию корректирующих кодов.

Изложить принцип построения кодов, обнаруживающих и исправляющих ошибки.

Изложить функциональную схему кодирующего устройства кода Хэмминга

Построить код Хэмминга, взяв в качестве исходной кодовой комбинации двоичное число, полученное из двух последних цифр шифра студента. Определить вероятность ошибочного приема полученной кодовой комбинации кода Хэмминга и вероятность появления необкарироваемой ошибки .

Методические указания к выполнению контрольных работ

Методические указания к решению задачи 1

Количество информации I(ai), содержащиеся в символе ai выбирается из ансамбля (ai), (i=1,2,3,…,N), где N - объем алфавита, с вероятностью P(ai)

I(ai) = - log2P(ai)

Информация измеряется в двоичных единицах (битах). Одна двоичная единица информации – это количества информации, содержащееся в одном и двух выбираемых с равной вероятностью символов.

Среднее количество информации H(A), приходящееся на один символ выдаваемых дискретным источником независимых сообщений с объемом алфавита N, можно найти как математическое ожидание дискретной случайной величины I(ai) определяющей количество информации, содержащейся в одном случайно выбранном символе (знаке) ai.

H(A) = M = -

Эта величина называется энтропией источника независимых сообщений.

Одной из информационных характеристик дискретного источника является избыточность

Pu =

Избыточность источника зависит как от протяженности статистических связей между последовательно выбираемым символами, так и от степени неравномерности отдельных символов.

Если источник без памяти, т.е. последовательно передаваемые символы независимы, все символы равновероятны P(ai)=1/N, то H(A)=Hmax(A) и избыточность Pu=0

Математические модели и характеристики смешанных каналов

Разница между математической моделью и реальным каналом

Задача 7

рассчитать и построить амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частотную (ФЧХ) характеристики спектральной плотности одиночного импульса. Амплитуды U, длительность τu. Определить эффективную ширину спектра импульса ∆f.

Таблица 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

Рассчитать и построить спектральные плотности пачек видеоимпульсов, взяв за единицу масштаба по оси y спектральную плотность одиночного импульса. Количество импульсов N в пачке и скважность Q

Таблица 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

Рассчитать спектры фазомодулированных (ФМК) и частотно-модулированных (ЧМК) колебаний при одинаковых несущих частотах f и уровнях напряжений U. Для ФМК заданы индекс модуляции β и частота модуляции F1 , а для ЧМК – девиация частоты f д и частота модуляции F2. Построить спектры ФМК и ЧМК по результатам расчетов.

Таблица 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

Таблица 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

Объяснить назначение и виды модуляции.

Изобразить схему транзисторного амплитудного модулятора, пояснить принцип ее работы.

Дать понятие статистической модуляционной характеристики (СМХ). Рассчитать и построить (СМХ) при заданных S, Uo и значения амплитуды высокочастотного напряжения Um.

С помощью СМХ определить оптимальное смещение Eo и допустимую величины амплитуды UΩ модулирующего напряжения UΩ cosΩt, соответствующие неискаженной модуляции.

Рассчитать коэффициент модуляции mam для выбранного режима. Построить спектр и временную диаграмму am сигнала.

Задача 6

Задана вольт-амперная характеристика диода амплитудного детектора аппроксимированная отрезками прямых

i =            SU           при         u ≥0

0              при         u <0

На вход детектора воздействует амплитудно-модулированное колебание

Uam (t) = Um (1+ mam cos2πFt) cos2fot

Таблица 4.7.

	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
S, mA/B	30	35	40	45	50	55	60	67	70	75
mam	0,8	0,85	0,9	0,7	0,6	0,5	0,7	0,6	0,5	0,8
Kg	0,9	0,7	0,8	0,6	0,7	0,8	0,7	0,6	0,9	0,7
Um, B	1	1,2	1,4	1,6	1,8	1,7	1,6	1,5	1,4	1,2
Fo, кГц	300	350	400	450	500	550	600	650	700	750
F, кГц	4	5	6	4	5	6	7	5	4	6

Объяснить назначение, изобразить схему и описать принцип работы детектора.

Рассчитать необходимое значение сопротивления нагрузки детектора RH для получения значения коэффициента передачи детектора Kg

Выбрать значение емкости нагрузки детектора CH при заданных fo и F

Рассчитать и построить спектры напряжений на входе и выходе детектора.

Виды сопряжения демодуляции и декодирования

Прием по надежным символам

Прием по методу Вагнера

Прием о принципу ограничения с двух сторон

Теорема Финка при приеме сигнала

Особенности определения эффективности передачи непрерывных и дискретных сигналов

Методы уменьшения избыточности сообщений

Статистическое уплотнение линий связи

Курсовая работа (семестровая работа)

Курсовая работа по курсу «Теория электрической связи» выполняется на тему «Дискретизация непрерывных сигналов и восстановления».

Целью работы является исследование дискретизации и восстановления непрерывных сигналов по В.А. Котельникову. Практическое определение возникающей при этом погрешности (на примере дискретизации конкретного заданного сигнала).

Выполнение курсовой работы необходимо начинать с приобретения методических руководств к курсовой работе Ниеталина Ж.Н. и Ниеталиной Ж.Ж. «Электрлiк байланыс теориясы» выпущенной в Алма-Ате в 1999 году, Ниеталина Ж.Н. и Ниеталиной Ж.Ж. «Теория электрической связи» учебное пособие к курсовой работе. Алма-Ата 2001г., а также учебное пособие Зюко А.Г. и др. «Теория передачи сигналов» – М.; «Связь» 1988г., «Теория электрической связи» учебник по руководством Кловского Д.Д. – М.; 1999г.

Обстоятельно прочитать, изучить тему «Дискретизация непрерывных сигналов» по методическому руководству, а когда необходимо более глубокое знание, тогда просмотреть и учебное пособие.

Затем приступать к выполнению курсовой работы по программе приведенной в методическом руководстве. Порядок выполнения и иллюстрированный пример также приведены в методическом руководстве. Варианты заданий приведены в таблице 3.1.

В таблице первая колонка – номер шифра, вторая колонка – текущая частота, третья колонка – затихание, четвертая колонка – верхняя частота, пятая колонка – продолжительность сигнала, шестая колонка – точка определения погрешности.

Таблица 3.1.

1	2	3	4	5	6
Н/Т	f(Гц)	а	fв (Гц)	Т(с)	tx(c)
01(51)	3	2	16	0.8
02(52)	4	3	16	0.8
03(53)	5	4	16	0.8
04(54)	6	5	17	0.7
05(55)	7	6	18	0.7
06(56)	8	5	18	0.7
07(57)	9	4	20	0.6
08(58)	10	3	20	0.6
09(59)	11	2	22	0.6
10(60)	12	3	22	0.6
11(61)	13	4	25	0.5
12(62)	14	5	25	0.4
13(63)	15	6	30	0.4
14(64)	16	5	30	0.3

VI. Литература

1. Под.ред. Кловского Д.Д. Теория электрической связи М «РиС» 1999г.
2. Зюко А.Г. и др. Теория передачи сигналов М. «РиС» 1986г.
3. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы М «РиС» 1983г.
4. Андреев В.С. Теория нелинейных электрических цепей М «РиС» 1982г.
5. Кловский Д.Д., Шилкин В.А. Теория передачи сигналов в задачах М «РиС» 1978г.
6. Гоноровский П.С. Радиотехнические цепи и сигналы М «РиС» 1986г.
7. Игнатьев В.И. Теория информации и передачи сигналов М. Сов. Радио 1979г.
8. Ниеталин Ж.Н. Электрлiк байланыс теориясы Алма-Ата РБК 1994г.
9. Ниеталина Ж.Ж. Теория электрической связи Учебное пособие к курсовой работе Алма-Ата 2001г.