Основы радиоэлектроники и связи

3.2.10 Статистическая теория оценки параметров сигналов (2ч, сам. раб. 1ч.); Фильтрация сигналов (2ч, сам. раб. 1ч.)

Байесовская оценка. Функция риска. Оптимальная оценка при действии нормального белого шума. Теорема неопределенности. Широкополосные сигналы.

Характеристика задач фильтрации. Линейные цепи и линейные преобразования сигналов. Оптимальная линейная фильтрация по критерию минимума искажений полезного сигнала. Уравнение Винера – Хопфа. Предискажения сигнала. Согласованные фильтры. Эквивалентность согласованного фильтра и корреляционного приемника. Фильтр Калмана. Нелинейная фильтрация*.

3.2.11 Основы теории информации (8ч, сам. раб. 2 ч.); Кодирование источников и каналов связи (4ч, сам. раб. 2 ч.)

Проблема обеспечения сколь угодно высокой верности передачи дискретных сообщений в каналах с помехами. Потенциальные возможности дискретных каналов связи: основные понятия теории информации; теорема кодирования Шеннона. Потенциальные возможности непрерывных каналов связи при передаче дискретных сообщений: кодирование, декодирование, пропускная способность, количество информации, теорема кодирования. Каналы со многими пользователями.

Классификация методов кодирования. Помехоустойчивое кодирование, принципы построения помехоустойчивых кодов. Линейные двоичные блочные коды. Понятия о циклических, сверточных и каскадных кодах.

3.2.12 Принципы многоканальной связи и распределения информации (4ч, сам. раб. 2 ч.); Синтез оптимальных сигналов и методы повышения эффективности систем связи (2ч, сам. раб. 1ч.)

Основы теории разделения сигналов. Частотное, временное, фазовое разделение сигналов. Разделение сигналов по форме. Комбинационное разделение сигналов. Принципы построения сетей связи.

Оценка эффективности. Принцип системного анализа. Выбор сигналов и помехоустойчивых кодов. Синтез оптимальных сигналов. Компенсация помех и искажений в канале. Использование обратного канала. Сокращение избыточности. Сжатие данных. Оптимизация систем связи.

4 ЛАБОРАТОРНЫЕ ЗАНЯТИЯ (42 ч)

Основные цели выполнения лабораторных работ:

изучение принципов работы и измерения параметров и характеристик основных функциональных узлов радиоэлектронных систем: фильтров, усилителей, модуляторов, умножителей частоты, детекторов, автогенераторов, радиовещательных приемников.

изучение методов измерения параметров сигналов и помех; измерение характеристик функциональных узлов РЭС.

Задачи:

-знать технические и эксплуатационные параметры и характеристики аналоговых и дискретно-цифровых функциональных узлов РЭС;

-знать методы построения и расчета параметров аналоговых и дискретноцифровых функциональных узлов РЭС.

При выполнении лабораторных работ студент должен продемонстрировать знание соответствующего теоретического материала и знакомство с учебно-методической литературой по заданной теме. Методические указания к лабораторным работам [дополнительная литература 1 - 15] имеются на образовательном портале ТУСУРа, а также представлены непосредственно в лаборатории «Радиоэлектроники» кафедры КИПР.

4.1Пятый (осенний) семестр. (20 ч, самостоятельная работа 5 ч.)

4.1.1Применение радиоизмерительных приборов. (4 ч, самостоятельная работа 1ч)

4.1.2Исследование LC-колебательных контуров (4 ч, самостоятельная работа 1ч)

4.1.3Связанные колебательные контуры (4 ч, самостоятельная работа 1ч)

4.1.4Прохождение импульсных сигналов через ЛЗ (4 ч, самостоятельная работа 1ч)

4.1.5Прохождение гармонических сигналов через ЛЗ (4 ч, самостоят работа 1ч)

4.2Шестой (весенний) семестр. (22 ч, самостоятельная работа 5

ч.)

4.2.1Нелинейное усиление и умножение частоты (4 ч, самостоятельная работа 1ч)

4.2.2Амплитудная модуляция и детектирование (4 ч, самостоятельная работа 1ч)

4.2.3Цифровая система связи (4 ч, самостоятельная работа 1ч)

4.2.4Измерение параметров радиоустройства (4 ч, самостоятельная работа 1ч)

4.2.5Измерение параметров радиокомпонентов и сигналов (4 ч, самостоят. работа 1ч)

4.2.6Заключительное занятие, защита результатов (2 ч, самостоятельная работа 1ч)

5 ВИДЫ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ

Таблица 1 – Самостоятельная работа в пятом семестре (сводные данные)

Темы домашних заданий в пятом семестре:

1.Расчет спектров сигналов.

2.Построение спектров модулированного сигнала.

3.Расчет вторичных параметров контуров.

4.Расчет АЧХ и ФЧХ LRC – цепей.

Перечень тем и вопросов для самостоятельного изучения в пятом семестре:

1.Области применения радиоэлектроники: радиовещание, телевидение, радиосвязь, радиолокация, радиоастрономия, радионавигация, радиоуправление, радиотелеметрия.

2.Передача информации с помощью ЭМВ; распространение ЭМВ различных диапазонов.

3.Структурные схемы и принцип действия систем связи.

4.Методы вейвлет анализа.

5.Стереофоническое радиовещание.

6.Цифровое радиовещание, телевещание.

Таблица 2 – Самостоятельная работа в шестом семестре (сводные данные)

Темы домашних заданий в шестом семестре:

1.Обнаружение и различение сигналов.

2.Оптимальные корреляционные приемники.

3.Фильтрация сигналов.

4.Кодирование сигналов.

5.Схемы многоканальной связи.

Перечень тем и вопросов для самостоятельного изучения в шестом семестре:

1.Оптимизация систем связи и предельные возможности систем передачи информации.

2.Помехи в канале связи, их классификация.

3.Помехоустойчивость приема сообщений в оптическом диапазоне волн.

4.Системы с обратным каналом.

5.Эквивалентность согласованного фильтра и корреляционного приемника.

6.Методы нелинейной фильтрации.

6 КОНТРОЛЬНЫЕ И ЭКЗАМЕНАЦИОННЫЕ ВОПРОСЫ

Подготовка к экзамену способствует систематизации, обобщению и закреплению знаний, устранению пробелов, возникающих в процессе учебных занятий, и должна вестись в течение всего семестра. Организация самостоятельной работы в семестре является залогом успешной сдачи экзамена.

Экзаменационный билет состоит из двух теоретических вопросов по основным разделам курса «Основы радиоэлектроники и связи» и одного вопроса по методике проведения радиоэлектронных измерений соответствующих ФУ.

При сдаче экзамена учитывается текущий рейтинг (не более 70 баллов) и экзаменационный – 30 баллов, по 10 баллов за каждый вопрос билета. Максимальный балл по экзаменационному вопросу выставляется при отличном знании.

Список экзаменационных вопросов по дисциплине.

1.Преобразование сигналов в РЭС и основные радиотехнические процессы.

2.Структурные схемы систем связи: одноканальная, многоканальная, аналоговая, цифровая; их параметры и характеристики.

3.Общие сведения о радиоэлектронных системах: системы передачи информации, обнаружения, измерения.

4.Спектральное представление периодических сигналов

5.Спектральное представление непериодических сигналов

6.Корреляционный анализ сигналов

7.Узкополосные сигналы

8.Сигналы с импульсной и импульсной-кодовой модуляцией

9.Модулированные колебания и их спектры

10.Случайные сигналы.....

11.Шумоподобные сигналы

12.Резонансные цепи. Усилительные устройства

13.Дифференцирование и интегрирование сигналов

14.Электрические фильтры

15.Общие сведения. Аппроксимация характеристик нелинейных элементов

16.Общие сведения. Аппроксимация характеристик нелинейных элементов

17.Нелинейные усилители мощности и умножители частоты

18.Модуляторы

19.Преобразование сигналов в параметрических цепях

20.Логарифмирование сигналов

21.Общие сведения. Генераторы гармонических колебаний. LC-генераторы

22.RС-генераторы

23.Стабилизация частоты в автогенераторах

24.Цифровое представление сигналов. Теорема Котельникова

25.Дискретные сигналы и их спектры

26.Алгоритмы дискретного и быстрого преобразований Фурье.

27.Дискретная свертка сигналов. Теория z-преобразования

28.Принципы цифровой фильтрации.

Материалы для промежуточного контроля знаний ( тесты и контроль-

ные вопросы) по дисциплине ОРЭиС.

Тема 1. Общая радиотехника. Общие сведения о РЭС.

1.Какие основные задачи решают радиоэлектроника и техника связи?

2.Что определяют понятия информация и сообщение?

3.Какова взаимосвязь между информацией и сообщением ?

4.Что такое сигнал и какими параметрами он характеризуется ?

5.Зачем в радиотехнике передаваемое сообщение преобразуют в электрический сигнал?

6.Что такое радиоволны и на какие диапазоны они разделяются?

7.Что понимают под плотностью потока мощности электромагнитного излуче-

ния?

8. Представьте структурную схему аналоговой системы радиосвязи.

9.Какие основные радиотехнические процессы характерны для систем

связи?

10.В чем состоит суть метода уплотнения?

11.Чем отличаются аналоговые и цифровые системы связи?

12.В чем состоит сущность процесса модуляции?

13.Какие виды модуляции используются в системах связи?

14. Что представляет собой процесс детектирования?

Тема 2.Преобразование сигналов в РЭС. Основные понятия тео-

рии связи. Помехи и искажения в канале. Основные характеристики и пара-

метры систем связи.

1.Какими параметрами характеризуется радиоканал?

2.Что такое помехоустойчивость системы?.

3.На каком принципе основано действие радиолокационных систем?

4.Для каких целей применяются радионавигационные системы?

5.Из каких радиотехнических систем состоит система радиотелеуправле-

ния?

6.На каком принципе построены современные системы подвижной (мо-

бильной) связи?

7.Как работают сотовые системы мобильной связи?

.Для каких целей используются транкинговые системы мобильной радиосвязи?

.Каков принцип построения современных систем беспроводных телефонов? 10.На чем основано действие низкоорбитальных систем спутниковой

связи?

Тема 3. Классификация и модели детерминированных сигналов. Тео-

рия ортогональных сигналов.

1.По каким признакам классифицируют радиотехнические сигналы?

2.Какие сигналы относятся к аналоговым, дискретным и цифровым?

3.В чем заключено основное отличие детерминированных и случайных сиг-

налов?

4.Что собой представляют шумы и помехи?

5.Какие сигналы являются ортогональными?

6.Что собой представляет ортонормированный базис функций?

7.Для каких целей применяют спектральное представление сигналов?

8.Какие классы радиотехнических сигналов можно представить рядами Фурье?

Тема 4.Спектральные характеристики детерминированных сигналов.

Спектры периодических сигналов.

1.Какой сигнал называется периодическим?

2.Какими параметрами характеризуется гармонический сигнал? 3.Покажите на графиках первую, вторую и третью гармоники ряда Фурье. 4.На какие спектральные составляющие раскладывается четная (нечетная)

функция времени?

5.Почему гармоники с номерами кратными скважности последовательно-

сти прямоугольных импульсов имеют нулевую амплитуду?

6.Назовите основные свойства спектра периодической последовательно-

сти прямоугольных импульсов.

7.Как связаны амплитуды спектральных составляющих тригонометриче-

ского действительного и комплексного рядов Фурье?

8.Как изменится спектр периодической последовательности прямоуголь-

ных импульсов, если скважность увеличится в три раза (а) при неизмен-

ной длительности, б)при неизменном периоде.)

9. Как изменится спектр периодической последовательности импульсов,

если период устремить к бесконечности (если длительность устремить к нулю)?

Тема 5. Спектры непериодических сигналов.

1. Как связаны между собой прямое и обратное преобразования Фурье? 2.Почему для получения спектрального представления непериодиче-

ских сигналов используется прямое преобразование Фурье, а не разложе-

ние их в ряд Фурье?

3.Как связаны между собой спектры одиночного импульса и перио-

дической последовательности таких же импульсов?

4.Какими основными свойствами обладают преобразования Фурье? 5.Что такое дельта-функция и функция включения?

Тема 6.Теоремы о спектрах ( основные свойства преобразований Фу-

рье)

1..Зачем нужны теоремы о спектрах?

2.Приведите примеры применения теоремы линейности при определении спектров сигналов на выходе усилителя, сумматора, аттенюатора.

3.С какой целью преобразуется спектр сигнала в радиоприемных устройст-

вах?

4.Как изменяется ширина спектра и амплитуда спектральных составляющих при сжатии (растяжении) сигналов.

5.Как изменяется эффективная ширина спектра прямоугольного импульса при его свертке с экспоненциальной функцией?

6.Как изменяются сигнал и его спектр при прохождении через дифферен-

циатор (через интегратор)?

7.Как изменяется относительный вклад низкочастотных (высокочас-

тотных) составляющих в суммарную энергию сигнала с равномерным спек-

тром при его дифференцировании (интегрировании)?

8.Как изменяется относительный вклад низкочастотных (высокочас-

тотных) составляющих в суммарную энергию прямоугольного импульса при его дифференцировании (интегрировании)?

9.Приведите АЧХ и ФЧХ идеального и реального каналов связи.

Тема 7.Модулированные сигналы и их спектры.

1.В чем заключается физический процесс модуляции несущего колебания?

2.Покажите спектры АМ-колебания при модуляции одним тоном и сложным сигналом.

3.В чем состоит принцип построения векторной диаграммы АМ-сигнала?

4.Для каких целей применяются балансная и однополосная виды амплитудной моду-ляции?

5.В чем заключаются различия и сходства однотональных ЧМ- и ФМ-сигналов?

6.Как определяются и как связаны между собой частота модуляции, девиация частоты и индекс модуляции в однотональных ЧМ- и ФМ-сигналах?

7.Чем различаются спектры однотональных AM- и ЧМ-сигналов при малых ин-

дексах частотной модуляции?

8.Чему равна практическая ширина спектра сигналов с угловой модуляцией?

9.Для каких целей применяется полярная модуляция?

10.На каком физическом принципе основано сжатие ЛЧМ-импульса во времени?

11.Какие существуют виды импульсной модуляции?

12.В чем отличие спектров немодулированной периодической последовательно-

сти импульсов и АИМ-сигнала?

13.В чем заключается принцип импульсно-кодовой модуляции?

14.Какие существуют виды импульсной модуляции?

15.В чем отличие спектров немодулированной периодической последовательно-

сти импульсов и АИМ-сигнала?

16.В чем заключается принцип импульсно-кодовой модуляции?

17.Как осуществляется цифровая фазовая модуляция?

18.В чем отличие спектров немодулированной периодической последователь-

ности импульсов и АИМ-сигнала?

19.В чем заключается принцип импульсно-кодовой модуляции?

20.Как осуществляется цифровая частотная модуляция?

Тема 8.Прохождение сигналов через линейные стационарные цепи.

21.Из каких основных элементов состоят электрические цепи?

22.На какие классы делятся радиотехнические цепи?

23.Какие свойства присущи линейным радиотехническим цепям?

24.В чем заключается отличительное свойство динамических линейных систем?

25.Как определяется частотный коэффициент передачи линейной радиотехниче-

ской цепи?

26.В чем заключается спектральный метод анализа линейных цепей?

27.В каких задачах удобен спектральный метод анализа?

28.В чем состоит сущность операторного метода анализа прохождения сигналов через линейные цепи?

29.Запишите прямое и обратное преобразования Лапласа.

30.Что отражают импульсная и переходная характеристики цепи?

31.Как связаны между собой импульсная и переходная характеристики линейной

цепи?

12. Как связаны между собой импульсная характеристика и частотный коэффици-

ент передачи линейного четырехполюсника?

13.В чем заключается суть анализа линейных цепей методом интеграла Дюамеля

(интеграла наложения)?

14.Какие цепи относятся к многополюсным и как проводится их анализ?

15.Какие цепи относятся к дифференцирующим?

16.Как дифференцирующая цепь влияет на импульсные сигналы?

17.Для каких целей применяют интегрирующие цепи ?

18. Представьте основные параметры колебательных контуров

19.Какими параметрами характеризуются связные контуры?

20.На чем основан принцип действия электрических фильтров?

21.На какие основные виды разделяются электрические фильтры?

22.Представьте АЧХ основных типов фильтров.

23.В чем заключается разница между свойствами фильтров Баттерворта и Че-

бышева?

24.На чем основан принцип структурного синтеза фильтров?

25.Какие фильтры относятся к активным?

26.На чем основаны принципы построения активных фильтров?

27.Представьте основные базовые схемы активных фильтров.

Тема 9.Нелинейные и параметрические цепи. Генерирование гармониче-

ских колебаний.

1. Какие радиотехнические цепи относятся к нелинейным?

2 Для чего используют аппроксимацию характеристик НЭ?