Общая теория связи

Бакалавриат 2019/2020

Лучший по критерию «Новизна полученных знаний»

Статус: Курс обязательный (Инфокоммуникационные технологии и системы связи)

Направление: 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 2-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Васенко Андрей Сергеевич

Язык: русский

Кредиты: 4

Контактные часы: 72

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Курс направлен на приобретение знаний, умений и практических навыков в области теории радиотехнических сигналов и передачи информации. Рассматриваются математические модели сигналов, способы и виды аналоговой модуляции, основы дискретизации аналоговых сигналов, принципы Фурье-анализа и теории информации. Кроме лекционных и семинарских занятий, курс сопровождается практикумом по современным методам телекоммуникационных технологий, в котором студенты самостоятельно собирают схемы модуляции и демодуляции аналоговых сигналов и анализируют спектральный состав сигнала на любом участке собранной схемы. Курс является базовым для ряда последующих дисциплин, в частности теории цепей, цифровых сигналов и т.д. При обучении предусмотрен контроль знаний студентов в виде учета активности студентов на семинаре, домашнего задания, контрольной работы, зачёта по лабораторному практикуму и двух экзаменов в конце каждого модуля.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Общая теория связи» (ОТС) является изучение основных закономерностей передачи информации в инфокоммуникационных системах, основных видов сигналов, используемых в телекоммуникационных системах, основных видов модуляции аналоговых сигналов, основ дискретизации аналоговых сигналов, осо-бенностей передачи сигналов по каналам телекоммуникационных систем. Задача изуче-ния дисциплины ОТС состоит в том, чтобы ознакомить студентов с методами анализа и синтеза систем передачи информации в условиях мешающих воздействий, умению творчески применять и самостоятельно повышать свои знания в области инфокоммуникаций.

Планируемые результаты обучения

Знать: Основы Фурье-анализа, теоремы о спектрах. Принципы амплитудной, балансной и угловой модуляции и демодуляции. Основы дискретизации аналоговых сигналов и теорему Котельникова. Основы корреляционного анализа. Основы теории узкополосных сигналов. Дискретное и быстрое преобразование Фурье.
Уметь: Применять прямое и обратное преобразования Фурье. Находить энергию и норму сигнала. Рисовать блок-схемы амплитудной, балансной и угловой модуляции и демодуляции и записывать математическую модель сигнала в каждом эле-менте блок-схемы. Доказывать теорему Котельникова. Находить автокорреляционную функцию сигнала. Собирать на практикуме схемы амплитудной, баланс-ной и угловой модуляции и демодуляции на учебной плате Emona DATEX ™. Находить спектр сигнала в каждом элементе схемы/
Владеть: Методом прямого и обратного преобразования Фурье. Методиками решения схемотехнических задач по амплитудной, балансной и угловой модуляции и демодуляции, а также оценивать эффективность разных методов демодуляции. Программным обеспечением LabVIEW для выполнения практикума по методам модуляции и демодуляции на учебной плате Emona Datex ™.
Знать: Основные понятия теории вероятностей. Основы теории случайных процессов. Двумерную плотность вероятности, корреляционную функцию случайных процессов. Стационарные и эргодические случайные процессы. Спек-тральное представление стационарных случайных процессов и свойства случай-ной спектральной плотности. Теорему Винера-Хинчина. Примеры случайных процессов: белый шум, гауссов случайный процесс и т.д.
Уметь: Находить функцию распределения и плотность вероятности случайных процессов в заданном сечении. Находить моментные функции случайных процессов (математическое ожидание, дисперсию, корреляционную функцию). Определять принадлежность процесса к стационарным и/или эргодическим. Генерировать случайные сигналы на учебной плате Emona DATEX ™ и изучать их влияние на пере-дачу сигналов (передача сигналов в условиях мешающих воздействий).
Владеть: Основами математического аппарата теории вероятностей; Основами работы со случайными сигналами на учебной плате Emona DATEX ™.
Знать: Основные положения теории пере-дачи информации. Понятия энтропии источника, совместной и условной энтропии, взаимной информации. Информационную модель канала связи. Пропускную способность канала связи. Понятие информации в непрерывных сигналах. Понятие дифференциальной энтропии. Формулу Шеннона для пропускной способности непрерывного канала связи. Соотношение сигнал/ шум. Понятие Эпсилон-энтропии источника. Теорему Шеннона.
Уметь: Определять пропускную способность канала связи. Уметь вычислять дифференциальную энтропию в случае Гауссова закона распределения случайной величины. Уметь на практике применять формулу Шеннона для пропускной способности непрерывного канала связи
Владеть: Основами математического аппарата теории информации.

Содержание учебной дисциплины

Тема 1 Детерминированные сигналы
Лекция 1. Общие сведения о системах электрической связи. Основные понятия и определения. Преобразование сообщения в электрический сигнал. Классификация сигналов. Элементы функционального анализа сигналов. Лекция 2. Спектральное представление сигналов. Спектр периодических и непериодических сигналов. Теоремы о спектрах. Преобразование Фурье. Дельта-функция Дирака. Спектральные плотности неинтегрируемых сигналов. Лекция 3. Модулированные сигналы. Амплитудная модуляция (АМ). Балансная модуляция (БМ). Однополосная амплитудная модуляция. Лекция 4. Сигналы с угловой модуляцией. Фазовая модуляция. Частотная модуляция (ЧМ). Цифровая модуляция. Лекция 5. Детектирование модулированных сигналов. Демодуляция АМ, БМ и ЧМ сигналов. Лекция 6. Сигналы с ограниченным спектром. Теорема Котельникова. Квантование сигналов. Узкополосные сигналы. Лекция 7. Основы корреляционного анализа сигналов. Автокорреляционная функция сигналов (АКФ). Связь между АКФ и энергетическим спектром сигнала. Взаимокорреляционная функция двух сигналов (ВКФ). Лекция 8. Элементы цифровой обработки сигналов. Дискретное преобразование Фурье. Быстрое преобразование Фурье. Z-преобразование.
Тема 2 Случайные сигналы
Лекция 9. Основы теории случайных процессов. Характеристики случайных процессов и их измерение. Стационарные случайные процессы. Эргодические случайные процессы. Измерение характеристик эргодических случайных процессов. Лекция 10. Спектральное представление стационарных случайных процессов. Теорема Винера-Хинчина. Типовые модели случайных сигналов. Белый шум. Дробовой шум. Гауссово распределение случайной величины. Лекция 11. Узкополосные случайные процессы. Функция корреляции. Статистические свойства сопряжённого процесса. Корреляционные свойства синфазной и квадратурной амплитуд.
Тема 3 Основы теории информации
Лекция 12. Кодирование источника. Основные положения теории передачи информации. Энтропия источника. Взаимная информация. Эффективное кодирование дискретных сообщений. Лекция 13. Информационная модель канала связи. Передача информации по каналу связи. Двоичный канал связи. Пропускная способность канала связи. Лекция 14. Информация в непрерывных сигналах. Дифференциальная энтропия непрерывного сигнала. Пропускная способность непрерывного канала связи. Теорема Шеннона. Эпсилон-энтропия.

Элементы контроля

активность на семинарах 1
активность на семинарах 2
контрольная работа
лабораторный практикум
экзамен 1
экзамен 2
В ходе освоения дисциплины формируются следующие компетенции: УК-1, УК-2, УК-3, УК-5, ПК-3, ПК-9.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (1 модуль)
0.12 * активность на семинарах 1 + 0.48 * контрольная работа + 0.4 * экзамен 1
Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.12 * активность на семинарах 2 + 0.48 * лабораторный практикум + 0.4 * экзамен 2

Программа дисциплины