Общая трудоемкость дисциплины
Скачать 172.69 Kb.
|
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского» Радиофизический факультет Кафедра бионики и статистической радиофизики УТВЕРЖДАЮ Декан радиофизического факультета ____________________Якимов А.В. «27» июня 2012 г. Учебная программа Дисциплины ОПД.Ф.14 «Теория электрической связи» по специальности 090106 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем» Нижний Новгород 2012 г. 1. Область применения Данная дисциплина относится к общепрофессиональным дисциплинам федерального компонента, преподается в 6 и 7 семестрах. 2. Цели и задачи дисциплины Цель курса:
Изучение курса предполагает:
3. Требования к уровню освоения содержания дисциплины В результате изучения студенты должны:
4.Объем дисциплины и виды учебной работы
5. Содержание дисциплины 5.1. Разделы дисциплины и виды занятий
5.2. Содержание разделов дисциплины Раздел 1. Введение. История развития электрической связи. Общие сведения о системах электрической связи, включая понятия информации, сообщения, сигнала и его объема, канала и его пропускной способности, кодирования, модуляции и т.п. Основные сведения о современных системах связи. Проводные и беспроводные системы связи. Использование радиочастотного диапазона как природного ресурса. Примеры современных систем связи. Сотовые системы связи. Беспроводной доступ в Интернет (локальный и удаленный доступ). Спутниковые системы связи. Системы связи для военного применения. Раздел 2. Сигналы и их спектры. 2.1. Классификация сигналов. Сигналы с ограниченной энергией (сигналы первой группы). Сигналы с неограниченной энергией (сигналы второй группы). Финитные сигналы. Сигналы с финитным спектром. Детерминированные, квазидетерминированные и случайные сигналы. Узкополосные и широкополосные сигналы, понятие базы сигнала. 2.2. Свойства сигналов. Энергия и мощность сигнала. Длительность сигнала и его амплитуда (обобщенные понятия). Энергия сигнала первой группы - есть произведение квадрата амплитуды на его длительность. Энергия сигнала не зависит от знака амплитуды, фазы сигнала и его положения на оси времени. Примеры различных сигналов первой и второй группы. 2.3. Спектральные свойства сигналов. Спектр действительного сигнала. Спектральная амплитуда сигнала как комплексная величина. Свойства спектральной амплитуды сигнала. Понятие отрицательной частоты. Однозначная связь сигнала и его спектральной амплитуды. Спектр энергии сигнала и понятие спектральной плотности энергии сигнала. Измерение спектральной плотности энергии сигнала с помощью анализатора спектра. Математическая и физическая спектральная плотность энергии сигнала. Неоднозначная связь сигнала и его спектра энергии. Примеры спектров энергии простых сигналов. Связь длительности сигнала и ширины его спектра. Сигналы с неинтегрируемым спектром энергии. Понятие дельта импульса и его свойства. Пример сигнала из суммы двух дельта импульсов различной амплитуды. Периодический спектр такого сигнала и его объяснение. Сигнал в виде скачка амплитуды, его спектр. Спектры сигналов после их дифференцирования или интегрирования по времени. Примеры. Асимптотическое поведение спектра при больших частотах. Связь со скачками сигнала и его производных. Случайные сигналы, распределение вероятностей. Пример гармонического сигнала со случайной фазой. Гауссов случайный сигнал. Понятие о нормализации случайного процесса. Пример суммирования гармонических сигналов со случайными фазами. Понятие авто и взаимной корреляции детерминированных и случайных сигналов. Связь корреляционных и спектральных свойств сигналов. Примеры. 2.4. Узкополосные сигналы. Три способа представления узкополосных сигналов. Разложение сигнала на две ортогональные составляющие (квадратуры). Использование квадратурного разложения сигнала в технике передачи и приема узкополосных сигналов. Понятие комплексной амплитуды сигнала. Суммирование и весовая обработка узкополосных сигналов. Примеры обработки сигналов в фильтрах и антенных решетках. Случайные узкополосные сигналы и шумы. Многомерные узкополосные сигналы, понятие вектора комплексных амплитуд сигнала. Корреляционная матрица многомерного случайного сигнала. Свойство эрмитовости корреляционной матрицы. Собственные числа и собственные векторы корреляционной матрицы. Выборочная корреляционная матрица. 2.5. Модуляция сигналов. Амплитудная модуляция (АМ). Передача аналоговой и цифровой информации с помощью амплитудной модуляции. Применение амплитудной модуляции в проводных системах доступа в Интернет. Противоположные сигналы (BPSK). Квадратурная амплитудная модуляция (КАМ). Фазовая модуляция. Применение QPSK сигналов. Частотная модуляция. Модуляция с минимальным частотным сдвигом, используемая в системах сотовой связи GSM. Расширение спектра и множественный доступ. Фазовая манипуляция с помощью двоичных ортогональных последовательностей, применение в широкополосных системах связи CDMA. Линейно частотно модулированные сигналы. Расширение спектра методом скачков частоты. Расширение спектра путем смешивания ортогональных частотных составляющих (OFDM). Особенности сигналов OFDM. Отношение пиковой мощности сигнала к ее среднему уровню. Множественный доступ (OFDMA) на основе OFDM сигналов. Раздел 3. Каналы связи. 3.1 Канал с гауссовым шумом. Понятие отношения мощности сигнала к средней мощности шума. Передача сигнала в свободном пространстве. Связь мощностей принятого и передаваемого сигналов. Диаграмма направленности и усиление антенны. Антенны для базовых станций сотовых систем связи. Отражение сигнала от земной поверхности и двулучевое распространение сигналов. Интерференция прямой и отраженной волн. Квадратичная формула Введенского для множителя ослабления. Зависимость мощности принятого сигнала от расстояния. 3.2. Канал с замираниями сигнала. Многолучевое распространение сигнала (например, в городских условиях, в ионосфере или тропосфере). Временная дисперсия, задержки сигнала, распределение мощности сигнала в зависимости от величины задержки. Примеры из современных стандартов. Приближение малых задержек по сравнению с длительностью сигнала. Замирания сигнала. Распределение Релея и Райса. Потеря передаваемой информации, среднее время ослабления сигнала ниже заданного уровня. Понятие мгновенного и среднего отношения сигнала к шуму. 3.3. Канал с частотной дисперсией сигнала. Частотная дисперсия сигнала, обусловленная мобильностью абонента. Эффект Доплера. Канальная многолучевая модель Кларка и спектр Джейкса. Автокорреляционная функция сигнала, время корреляции сигнала и его зависимость от скорости движения абонента. Выбор параметров сигналов, примеры из стандартов. 3.4. Частотно селективный канал. Приближение больших задержек по сравнению с длительностью сигнала. Импульсная характеристика канала. Понятие интерсимвольной интерференции сигналов. Частотная характеристика канала. Частотно селективные свойства канала. Влияние интерсимвольной интерференции и частотной селективности канала в системах широкополосной связи. Обоснование применения OFDM сигналов. 3.5. Канал с угловой дисперсией сигнала. Угловая дисперсия и пространственная корреляция сигнала. Три модели рассеивателей сигнала в области абонента. Сравнение с экспериментальными данными. Пространственная корреляция сигналов, принимаемых базовой станцией. Пространственная корреляция сигналов, принимаемых мобильной станцией. 3.6. Векторно-матричное описание способов передачи сигнала через канал. Описание канала в случае одной передающей и N приемных антенн (SIMO системы). Описание канала в случае М передающих и одной приемной антенн (MISO системы). Описание канала в случае М передающих и N приемных антенн (MIMO системы). Основные свойства канальной матрицы (матрицы коэффициентов передачи). Сингулярное разложение канальной матрицы. Физический смысл сингулярных собственных чисел и собственных векторов. 3.7. Оценка канала связи. Оценивания канального коэффициента передачи с помощью обучающих сигналов. Применение последовательностей обучающих сигналов. Точность канального оценивания. Пример из стандарта GSM. Оценивание длины импульсной характеристики канала связи. Пороговый метод оценивания. Оценивание канала в системах связи, использующих OFDM сигналы. Распределение пилотных сигналов в плоскости ‘частота – время’ и интерполяция канальных оценок. Линейная и квадратичная интерполяция. Точность оценивания канала. Раздел 4. Методы обработки сигналов. 4.1. Системы сотовой связи и беспроводного Интернета. Функциональная блочная схема системы беспроводной цифровой связи и назначение отдельных блоков. Основные принципы построения сотовых систем связи. Гексагональная структура сети. Повторное использование частот. Процедура передачи пользователя от одной базовой станции к другой (handoff control). 4.2. Преобразование аналоговой информации в дискретную форму. Кодирование источников. Спектр дискретного сигнала. Частота Найквиста. Эффект наложения спектра при дискретизации. Восстановление сигнала по его временным выборкам. Теорема Котельникова. Квантование амплитуды аналоговых сигналов. Равномерная и неравномерная импульсно-кодовая модуляция. Логарифмический компрессор. Кодирование дискретных источников. Информационная емкость источника сообщений. Кодовые слова фиксированной и переменной длины. Алгоритм кодирования Хаффмена. 4.3. Спектральная эффективность каналов. Логарифмическая мера информации. Количество информации в дискретных сообщениях. Информационная емкость дискретного и непрерывного сигнала. Модели каналов без памяти (двоичный симметричный канал, дискретный канал, канал с дискретным входом и непрерывным выходом). Спектральная эффективность этих каналов. Спектральная эффективность частотно ограниченного канала с аддитивным шумом и дискретным временем. Теорема Шеннона о кодировании в канале с шумами. Некоторые предельные переходы для спектральной эффективности. 4.4. Прием и различение сигналов. Корреляционный демодулятор (основные вероятностные характеристики сигнала и шума на выходе корреляционного приемника, выходное ОСШ, примеры). Согласованный фильтр как демодулятор (импульсная характеристика, передаточная функция, выходное ОСШ, примеры). Оптимальный детектор для модуляции без памяти. Критерий максимума апостериорной вероятности и критерий максимального правдоподобия при детектировании сигналов. Вероятность битовой и символьной ошибки в гауссовом шумовом канале для 2-, 4-ФМ, 16- и 64-КАМ модуляций. 4.5. Канальное (помехоустойчивое) кодирование и декодирование. Сверточный кодер. Различные представления сверточного кодера (векторы связи, импульсная характеристика, полиномиальное представление, диаграмма состояний и древовидная диаграмма, решетчатая диаграмма). Физический смысл канального кодирования. Декодирование по методу максимального правдоподобия. Мягкое и жесткое принятие решений. Алгоритм сверточного декодирования Витерби. Свойства сверточных кодов (минимальный просвет, способность к исправлению ошибок, эффективность). Перемежитель (интерливер). 4.6. Вероятность ошибки передачи информации в многолучевых каналах с замираниями сигналов. Вероятность битовой и символьной ошибки в релеевском канале для сигналов различных модуляций. Вероятность битовой и символьной ошибки в райсовском канале. Энергетические потери, обусловленные релеевскими и райсовскими замираниями сигналов. 4.7. Основные методы разделения пользователей в системах связи. Сравнение производительности систем связи с временным и частотным разделениями пользователей. Кодовое разделение пользователей в CDMA-системах связи. Кодовые псевдошумовые последовательности Уолша. RAKE-приемник. 4.8. Передача и прием информации в OFDM-системах связи. Ортогональные многомерные сигналы с частотным сдвигом. Формирование OFDM-сигнала. Прием OFDM-сигнала. Пропускная способность OFDM-системы. 4.9. Сравнение цифровых методов модуляции. Вероятность битовой и символьной ошибки в гауссовом шумовом канале для M-арных сигналов амплитудной и фазовой модуляции. Вероятность битовой и символьной ошибки для сигналов частотной модуляции при увеличении ширины полосы. Понятие коэффициента использования полосы. Два основных класса цифровых систем связи - системы с передачей ортогональных или неортогональных сигналов. Раздел 5. Системы связи с антенными решетками. 5.1. Разнесенный прием сигналов. Основные методы разнесенного приема - когерентное суммирование антенн и отбор «лучшей» антенны. Выигрыш в ОСШ за счет разнесенного приема. Вероятность битовой ошибки в релеевском некоррелированном и коррелированном каналах. Асимптотическое поведение вероятности битовой ошибки при больших отношениях сигнал/шум. Вероятность битовой ошибки в релеевском канале при произвольном коэффициенте корреляции. Спектральная эффективность релеевского некоррелированного канала с разнесенным приемом. 5.2. Разнесенная передача. Неадаптивная и адаптивная разнесенные передачи. Виды неадаптивной разнесенной передачи - фазовая, временная, ортогональная и пространственно-временная (схема Аламоути). Адаптивная разнесенная передача. Сравнительная эффективность (вероятность ошибки) методов неадаптивной и адаптивной разнесенных передач. Понятие о пространственном разделении пользователей. 6. Лабораторный практикум.
7. Учебно-методическое обеспечение дисциплины 7.1. Рекомендуемая литература. а) основная литература: 1. Финк Л.М. Теория передачи дискретных сообщений. М.: Сов. радио, 1970. 728с. 2. Прокис Д. Цифровая связь. Пер. с англ. – М: Радио и связь, 2000. 800с. 3. Кловский Д.Д. Теория электрической связи. М.: Связь, 1982. 304 с. 4. Тихонов В.И., Харисов И.Н. Статистический анализ и синтез радиотехнических устройств и систем. М.: Радио и связь, 1991. 5. Скляр Б. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение. Пер. с англ. – М:, Вильямс, 2003. 1104 с. 6. Ермолаев В.Т., Флаксман А.Г. Теоретические основы обработки сигналов в беспроводных системах связи. Монография. – Нижний Новгород: ННГУ, 2011. – 368 с. 8. Вопросы для контроля
9. Критерии оценок
10. Примерная тематика курсовых работ и критерии их оценки Курсовые работы не предусмотрены. Программа составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом по специальности 090106 «Информационная безопасность телекоммуникационных систем». Авторы программы _______________ Ермолаев В.Т. _______________ Флаксман А.Г. Программа рассмотрена на заседании кафедры 26 апреля 2012 г. протокол № 18 Заведующий кафедрой ___________________ Мальцев А.А. Программа одобрена методической комиссией факультета 17 мая 2012 г. протокол № 02/12 Председатель методической комиссии_________________ Миловский Н.Д. | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Добавить документ в свой блог или на сайт
Похожие:
 | Аннотированное содержание программы дисциплины «Общая экология» по... Общая трудоемкость дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 часов. Курс 2, семестр 4 | | Аннотации программ дисциплин Аннотация дисциплины «Общая химическая... Рецензент программы: д э н., проф. Орешкин В. А., профессор кафедры Международной торговли и внешней торговли РФ |
| Общая трудоемкость дисциплины Дисциплины опд. Ф. 17 «Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах» | | Самостоятельная работа 46 ч Общая трудоемкость дисциплины: 100 часов, в т ч лекции – 22 ч., семинары 32 ч |
 | Тематический план изучения дисциплины «экология» Семестр Форма промежуточной аттестации – зачет. Общая трудоемкость дисциплины составляет 2 зачетных единицы, 72 часа | | Аксиология Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетные единицы (108 часов) |
| Общая трудоемкость дисциплины Данная дисциплина относится к дисциплинам по выбору, преподается в 1 и 2 семестрах | | Общая трудоемкость дисциплины Данная дисциплина относится к дисциплинам специализации, преподается в 7 семестре |
| Общая трудоемкость дисциплины Данная дисциплина относится к дисциплинам специализации, преподается в 8 семестре | | Рабочая программа дисциплины «Педагогика высшей школы» Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 6 зет (216 часа). Форма обучения: очная и заочная |
| Общая трудоемкость дисциплины Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования | | Законодательство по бжд Общая трудоемкость дисциплины: 100 часов, в т ч лекции 36 ч., семинары – 18 ч., самостоятельная работа – 46 ч |
| Аннотированное содержание программы дисциплины «факультетская хирургия,... Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 5 зачетных единиц, 180 академических часов | | Аннотированное содержание программы дисциплины «Челюстно-лицевое... Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетные единицы, 108 академических часов |
| Задачами изучения дисциплины являются Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных единицы (108 часов) | | Задачами изучения дисциплины являются Общая трудоемкость изучения дисциплины составляет 3 зачетных единицы (108 часов) |
