1
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение выс-
шего профессионального образования
ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ И
РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ (ТУСУР)
КАФЕДРА РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ (РТС)
Ю.П. Акулиничев, А.С. Бернгардт ТЕОРИЯ РАДИОСВЯЗИ
Учебное пособие
Томск 2015
1
2
Ю.П. Акулиничев, А.С. Бернгардт
ТЕОРИЯ РАДИОСВЯЗИ: Учебное пособие. –Томск: 2015. -197С .
Рассматриваются общие положения статистической теории передачи сигналов. Вводятся математические модели сигналов и помех, описаны основные преобразования, которым подвергаются сигналы в процессе их передачи и приема. Рассмотрены базовые элементы устройств, осуществляющих указанные преобразования. Рассмотрены также базовые методы аналоговой и цифровой модуляции, используемые в современных системах передачи информации. Большое внимание уделено вопросам кодирования сигналов: для сокращения избыточности или для повышения помехозащищенности. Освещены методы приема сигналов в когерентных и некогерентных системах связи при наличии шума, а также в условиях многолучевости. Дан анализ методов многостанционного доступа с частотным, временным и кодовым разделением каналов. Определены принципы обмена информацией в телекоммуникационных сетях.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению подготовки (специальность) – 11.04.01 — "Радиотехника".
Магистерская программа подготовки: «Радиоэлектронные устройства передачи информации».
Форма обучения – очная
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
ВВЕДЕНИЕ………………..….………………………………….………….. |
5 |
1 Математические модели сигналов и помех …….…. |
7 |
1.1 Информация и сигналы…………………….…..………………........... |
7 |
1.2Цифровые сигналы..…………………………...………………............ 9
1.3Дискретные сигналы..……………………...………………...……….. 12
1.4Непрерывные сигналы..…………………...……………………..….... 14
1.5 |
Аддитивные и мультипликативные помехи..…..............................… |
15 |
1.6 |
Методы аналитического и геометрического представления сигна- |
|
лов и помех..………………..……………………………………….. |
18 |
|
2 ПРЕОБРАЗОВАНИЯ СИГНАЛОВ ………..…………………………. |
24 |
|
2.1Модель системы передачи информации..……...……………………. 24
2.2Элементы преобразователей..……………..…………………………. 30
2.3 Преобразование неэлектрических сигналов в электрические..……. |
31 |
2.4 Квантование по времени непрерывного сигнала...…………………. |
32 |
2.5 Модуляция импульсной несущей дискретным сигналом..…....…… |
36 |
2.6Аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования..……….…. 37
2.7Линейная цифровая фильтрация и генерирование
последовательностей символов.………………...………………………. 40
3
2.8 Модуляция гармонической несущей цифровым сигналом..……….. |
44 |
|
2.9 Корреляционный прием и согласованная фильтрация..……………. |
51 |
|
2.10 |
Модуляция гармонической несущей непрерывным сигналом..….. |
52 |
2.11 |
Каналы передачи сигналов...…………………………………….….. |
54 |
2.12 |
Последовательный и параллельный способы передачи..…………. |
57 |
2.13 |
Статистический синтез цифровой системы |
|
передачи информации …………………………………………………… |
59 |
|
3 КОДИРОВАНИЕ КАНАЛА …………………………………………... |
64 |
|
3.1 Корректирующие коды …………………………………...……..…… |
64 |
|
3.2Линейные блочные коды ………………………..………………….... 67
3.3Коды Xэмминга …………………………………..…………………... 74
3.4Циклические коды …………………………………............................. 76
3.5 |
Декодирование в СПИ с каналом переспроса …………….……...… |
84 |
3.6 |
Свёрточные коды …………………………..………………………… |
86 |
3.7 |
Перемежение символов ……………………………………………… |
89 |
3.8 |
Комбинирование кодов ……………………………….………….…... |
91 |
4 КОДИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКА ….………………………………..... |
94 |
|
4.1 |
Собственная информация и избыточность (цифровые сигналы) …. |
94 |
4.2 |
Кодирование источника ……………………….………………...…… |
98 |
4.3Взаимная информация ……………………………………….….….... 104
4.4Пропускная способность канала и теоремы о кодировании в
цифровом канале с помехами …............................................................. |
106 |
4.5 Пропускная способность непрерывного канала с шумом …..……... |
110 |
5 ДЕМОДУЛЯЦИЯ ЦИФРОВЫХ СИГНАЛОВ |
114 |
..................................... |
114 |
5.1Роль априорной информации…………………………………….…... 116
5.2Когерентные системы ……………………………….............……….. 122
5.3Некогерентные системы..………………………………………….…. 124
5.4Частично-когерентные системы………….……………………….…. 127
5.5Прием сигнала в условиях многолучевости…………………….…... 131
5.6Регенерация цифрового сигнала в ретрансляторах…………….……
5.7 |
Особенности СПИ, в которых применяется помехоустойчивое |
133 |
6 кодирование ……………………...…………..........................................… |
|
|
МНОГОКАНАЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА И МНОГОСТАНЦИОННЫЙ |
138 |
|
ДОСТУП …………………….………………………………………….. |
138 |
|
6.1 |
Методы многостанционного доступа ……………………………... |
141 |
6.2 |
Многостанционный доступ с частотным разделением каналов.…... |
144 |
6.3 |
Многостанционный доступ с временным разделением каналов … |
147 |
6.4 |
Многостанционный доступ с кодовым разделением каналов…...… |
149 |
6.5 |
Синхронизация в СПИ с многостанционным доступом....……….... |
154 |
76.6 Расширение спектра сигнала…………………………………………. 159
ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СЕТЕЙ ЭЛЕКТРОСВЯЗИ……….... 159
4
7.1Определения, классификация, структуры сетей……………………. 160
7.2Коммутация каналов и коммутация пакетов.……………………….. 164
7.3Центры коммутации…………..…..………………………………..….
7.4 Дейтаграммный метод передачи и передача с предварительным |
169 |
установлением соединения…………………..… |
173 |
7.5 Элементы теории телетрафика…………………………….…...….…. |
|
ЗАКЛЮЧЕНИЕ…..……………………………………………………...…. |
180 |
ЛИТЕРАТУРА………………………………..….......................................... |
181 |
ПРИЛОЖЕНИЯ……………………..…………………............................... |
183 |
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ |
189 |
ГЛОССАРИЙ ………………………………………………………………. |
190 |
5
ВВЕДЕНИЕ
Считается, и не без оснований, что XXI век – это век информатизации. Поэтому знание фундаментальных закономерностей и методов передачи, преобразования и хранения информации для современного человека необходимо не менее чем знание основных законов физики, химии и других естественных наук. В подтверждение достаточно лишь отметить, что вся электронная аппаратура создается для передачи и обработки сигналов, несущих информацию. Исключения настолько редки, что придется хорошо подумать, чтобы привести хотя бы 2-3 соответствующих примера.
Системы передачи информации (СПИ) являются одной из самых динамичных отраслей мировой экономики. В указанных системах, особенно цифровых, воплощены практически все новейшие достижения науки и технологии, применяемые и в других радиотехнических системах. Нет ничего удивительного, что книги, содержащие более или менее связное описание лишь основных методов, имеют весьма солидный объем [1–3 и др.].
Данное учебное пособие предназначено для первого ознакомления с курсом «ТЕОРИЯ РАДИОСВЯЗИ». Главная цель, которая преследовалась при выборе способа подачи материала, – это максимальная доступность иногда даже в ущерб строгости и полноте освещения отдельных вопросов. Если у читателя сложится цельное представление о предмете, о назначении и взаимосвязи применяемых методов, это будет хорошей базой для более детального изучения избранных тем по другой учебной и научной литературе.
Чтобы материал, представленный в книге, не воспринимался как простой набор фактов, необходимо подчеркнуть следующее.
Во-первых, начальный этап любого исследования, зачастую требующий наибольшей квалификации, – это систематизация и количественное описание того, что известно об объекте исследования. Для СПИ это означает разработку математических моделей сигналов и помех. Поэтому нет смысла приступать к изучению курса, не вспомнив хотя бы основные понятия теории вероятностей и теории электрических цепей и сигналов.
Во-вторых, прием сигналов всегда требует вынесения серии решений в условиях частичной неопределенности. Поэтому нужно осознать, что не каждое из этих принятых решений оказывается правильным, поэтому при выборе методов передачи и приема стремятся к тому, чтобы доля удачных решений была максимальной.
В-третьих, улучшение одних характеристик СПИ неизбежно сопровождается ухудшением других, поэтому никогда нельзя рассматривать лишь одну сторону медали. Таким образом, проектирование СПИ и ее элементов сводится к количественному обоснованию цепи компромиссных вариантов.
В теории СПИ очень широко используются различные математические методы. Хотя следует признать, что количество основных идей не так уж ве-