Единое окно доступа к образовательным ресурсам

Теория электрической связи: Учебное пособие

Голосов: 0

Излагаются основные закономерности и методы анализа потенциальной помехоустойчивости и пропускной способности каналов связи. Рассматриваются параметры и характеристики сообщений, сигналов и помех, их математические модели, методы формирования и преобразования сигналов, вопросы теории передачи и кодирования сообщений, алгоритмы цифровой обработки сигналов, основные модели каналов электросвязи, принципы многоканальной связи и распределения информации, вопросы оценки эффективности систем связи и теоретико-информационные основы криптозащиты сообщений в телекоммуникационных системах. Книга предназначена студентам, обучающимся по направлению 654400 - Телекоммуникации.

Приведенный ниже текст получен путем автоматического извлечения из оригинального PDF-документа и предназначен для предварительного просмотра.
Изображения (картинки, формулы, графики) отсутствуют.
    УДК 621.391 (075)
ББК 32.8 я 7
  ТЗЗ

    Утверждено редакционно-издательским советом
    университета в качестве учебного пособия

    Рецензенты:
    Доктор технических наук, профессор Кумунжиев К.В.
    Кафедра радиоэлектроники Ульяновского высшего военного инженерного
    училища связи

    Авторы: К.К. Васильев, В.А. Глушков, А.В. Дормидонтов,
            А.Г. Нестеренко

    Теория электрической связи: учебное пособие / К.К. Васильев, В.А. Глуш-
Т 33 ков, А.В. Дормидонтов, А.Г. Нестеренко; под общ. ред. К.К. Васильева. -
    Ульяновск: УлГТУ, 2008. - 452 с.
    ISBN 978-5-9795-0203-8


    Излагаются основные закономерности и методы анализа потенциальной помехоустой-
чивости и пропускной способности каналов связи. Рассматриваются параметры и характери-
стики сообщений, сигналов и помех, их математические модели, методы формирования и
преобразования сигналов, вопросы теории передачи и кодирования сообщений, алгоритмы
цифровой обработки сигналов, основные модели каналов электросвязи, принципы многока-
нальной связи и распределения информации, вопросы оценки эффективности систем связи и
теоретико-информационные основы криптозащиты сообщений в телекоммуникационных
системах.
    Книга предназначена студентам, обучающимся по направлению 654400 - Телекоммуни-
кации.

                                                                 УДК 621.391 (075)
                                                                     ББК 32.8 я 7




                         © Васильев К. К., Глушков В. А., Дормидонтов А. В.,
                         Нестеренко А. Г., 2008


ISBN 978-5-9795-0203-8 ©       Оформление. УлГТУ, 2008


                             ПРЕДИСЛОВИЕ

    Пособие написано на основе опыта чтения авторами лекций по теории
электрической связи. Базируясь на ранее опубликованных изданиях [8, 9, 12,
13, 14, 15], авторы обобщили и собрали воедино материалы [1, 17, 20, 22, 34],
опубликованные в последние годы, дополнив их новыми информационными
технологиями. Основными особенностями настоящего пособия является рас-
смотрение вопросов корреляционного анализа; эталонной модели взаимодей-
ствия открытых систем как единой идеологии проектирования систем связи;
комплексного представления сигналов; некоторых методов модуляции, таких
как квадратурная относительно-фазовая манипуляция и частотная модуляция с
непрерывной фазой; методы сжатия дискретных сообщений; более детальное
рассмотрение некоторых методов помехоустойчивого кодирования (коды БЧХ,
Рида-Соломона, Рида-Маллера); уделено особое внимание методам приема
сигналов в сложных условиях и теоретико-информационным основам крипто-
защиты сообщений в телекоммуникационных системах.
    Настоящее учебное пособие состоит из десяти глав, в которых последова-
тельно рассматриваются основополагающие вопросы теории электрической
связи. Остановимся более подробно на содержании глав.
    В первой главе пособия рассматриваются сообщения, сигналы и помехи, их
математические модели, временное и спектральное представление сигналов и
помех.
    Во второй главе представлены методы формирования и преобразования
дискретных сигналов, временные и спектральные характеристики манипулиро-
ванных сигналов.
    В третьей главе пособия анализируются оптимальные методы приема при
различных видах передачи и способы реализации потенциальной помехо-
устойчивости.
    В четвертой главе пособия рассматриваются основные понятия теории ин-
формации и дискретных систем обработки информации.
    Пятая глава пособия посвящена анализу помехоустойчивых кодов, их клас-
сификации и сравнительным оценкам, на примере двоичных кодов, наиболее
часто встречающихся в практике при проектировании и эксплуатации дискрет-
ных устройств.


     В шестой главе пособия обобщены вопросы импульсных и цифровых мето-
дов передачи непрерывных сигналов.
     В седьмой главе пособия анализируются методы передачи сигналов в усло-
виях помех, решаются вопросы защиты каналов от замираний, межсимвольной
интерференции и сосредоточенных помех, при передаче различных видов со-
общений.
     В восьмой главе пособия описываются физические явления и процессы, ле-
жащие в основе многоканальной связи, вопросы объединения и разделения ка-
налов, а также принципы построения систем множественного доступа и прото-
колы их реализации.
     В девятой главе пособия рассмотрены вопросы оценки эффективности сис-
тем связи при заданной помехоустойчивости.
     В десятой главе изложены классические методы шифрования и современ-
ные криптологические методы, алгоритмы, протоколы и системы как методы и
средства защиты информации в компьютерных системах и системах связи.
     Работа по написанию пособия распределилась следующим образом:
     Главы 1 (кроме пп. 1.2.4, 1.6.2, 1.7), 2, 3 (кроме п. 3.1) написаны В. А.
Глушковым, глава 4 - А. Г. Нестеренко, пп. 1.7, 3.1 - К. К. Васильевым, главы 6,
7 (кроме § 7.5), пп. 5.1, 5.2 - А. Г. Нестеренко, главы 8 (кроме пп. 8.1.2, 8.1.3), 9
- В. А. Глушковым, глава 10 - А. Г. Нестеренко, пп. 1.2.4, 1.6.2, 7.5, 8.1.2, 8.1.3 -
А. В. Дормидонтовым. Глава 5 (кроме пп. 5.1, 5.2) повторяет материал учебно-
го пособия: Васильев К. К., Новосельцев J1. Я., Смирнов В. Н. Основы теории
помехоустойчивых кодов : учеб. пособие. - Ульяновск : УлГТУ, 2000.
     Редактирование всех глав пособия выполнено К. К. Васильевым.
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 


        СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ


АКФ     автокорреляционная функция;
АМн     амплитудная манипуляция;
АИМ     амплитудно-импульсная модуляция;
АЦП     аналого-цифровое преобразование;
БГШ     белый гауссовский шум;
БПФ     быстрое преобразование Фурье;
БЧХ     Боуза-Чоудхури-Хоквингема;
ВКФ     взаимно-корреляционная функция;
ВРК     временное разделение каналов;
ДДИМ    двухсторонняя длительно-импульсная модуляция;
ДИМ     длительно-импульсная модуляция;
ДК      дискретный канал;
ДМ      дельта-модуляция;
ДНК     дискретно-непрерывный канал;
ДПФ     дискретное преобразование Фурье;
ДСКБП   дискретный симметричный канал без памяти;
ИКМ     импульсно-кодовая модуляция;
КРК     кодовое разделение каналов;
КТЧ     канал тональной частоты;
МСД     многостанционный доступ;
МСИ     межсимвольная интерференция;
МЧС     многочастотный сигнал;
НВ      наиболее вероятное;
НК      непрерывный канал;
НОД     наибольший общий делитель;
НОК     наименьшее общее кратное;
ОДИМ    односторонняя длительно-импульсная модуляция;
ОСШ     отношение сигнал/шум;


ОФМн     относительная фазовая манипуляция;
ПАКФ     периодическая автокорреляционная функция;
ПВКФ     периодическая взаимно-корреляционная функция;
ППРЧ     псевдослучайное переключение рабочих частот;
ПСП      псевдослучайная последовательность;
PC       Рида-Соломона;
СКК      сигнально-кодовые конструкции;
СПМ      спектральная плотность мощности;
СФ       согласованный фильтр;
СЭС      система электрической связи;
УМ       угловая модуляция;
ФИМ      фазоимпульсная модуляция;
ФМн      фазовая манипуляция;
ФМ-ПСС   фазовая манипуляция псевдослучайными сигналами;
ФМ-ШПС   манипуляции широкополосными сигналами;
ЦАП      цифро-аналоговое преобразование;
ЦСП      цифровые системы передачи;
ЧИМ      частотно-импульсная модуляция;
ЧМн      частотная манипуляция;
ЧРК      частотное разделение каналов;
ШИМ      широтно-импульсная модуляция;


                                 ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ


А, В,С                        - случайные события;
A(t ) = S 2 (t ) + S 2 (t )   - огибающая сигнала, мгновенная амплитуда;

B = F ⋅T                      - база сигнала;
C                             - пропускная способность канала (бит/с), множество сообще-
                              ний источника;
C'                            - пропускная способность канала (бит/символ или бит/отсчет),
                              множество разрешенных кодовых слов;
C ''                          - множество возможных кодовых слов;
 i
Cn                            - число сочетаний из n по i;
Dx                            - дисперсия случайной величины или процесса;
Dc                            - динамический диапазон;
d ( s1 , s2 )                 - расстояние между сигнальными точками
d (C1 , C 2 )                 расстояние по Хеммингу между двоичными последовательно-
                              стями, минимальное расстояние по Хеммингу между комби-
                              нациями линейного блокового кода;
         t2
                              - энергия сигнала;
E = ∫ S 2 (t )dt
         t1


E ( x)                        - ошибка в оценивании случайного параметра или процесса,
                              шум наблюдения или квантования;
F ()                          - функция распределения вероятностей;
∆Fc                           - ширина спектра сигнала (канала);
 f = 1/ T                     - циклическая частота;
∆f защ                        - защитный интервал частот;
G (ω )                        - спектральная плотность мощности;
g (t )                        - импульсная характеристика линейной цепи;
g, g '                        - выигрыш и обобщенный выигрыш системы модуляции;


H ( X ), H ( X / Y )          - энтропия и условная энтропия дискретной случайной ве-
                              личины (дискретного источника);
H '( X )                      - производительность дискретного источника;
h( X ), h( X / Y )            - дифференциальная энтропия и условная
                              дифференциальная энтропия непрерывной случайной ве-
                              личины;

h2 =
       E                      - отношение энергии элемента сигнала на входе
       N0
                              демодулятора к односторонней спектральной плотности
                              мощности белого шума;
             P       h2       - отношение нормированной энергии сигнала на 1 бит
hЭ =
 2
                 =
           N 0 RИ R log 2 m
                              информации (битовой энергии) к односторонней спек-
                              тральной плотности мощности белого шума;
I ( xi )                      - количество информации в отдельно взятом единичном
                              сообщении xi ;
I ( X ,Y )                    - количество информации, переданной по дискретному ка-
                              налу;
 j                            - знак мнимой единицы, j = −1 ;
K СЖ                          - коэффициент сжатия источника;
K                             - объем алфавита дискретного источника;
k                             - число информационных символов в кодой комбинации;
mАМ                           - индекс амплитудной модуляции;
mУМ                           - индекс угловой модуляции;
mx = M { X }                  - математическое ожидание случайной величины (процес-
                              са);
m                             - основание кода (объем алфавита кода);
N0                            - односторонняя (на положительных частотах) спектраль-
                              ная плотность мощности квазибелого и белого шума;


n(t )                      - аддитивный белый гауссовский шум;
nср                        - среднее число символов на одну букву;
n                          - длина (общее число символов) кодовой комбинации;
P(t ) = S 2 (t )           - мгновенная мощность сигнала S (t ) ;
              t
           1 2 2           - средняя мощность сигнала;
           T∫
Pcp =           S (t )dt
             t1


P(), Px                    - безусловная вероятность события, указанного в скобках
                           или обозначенного индексом;
p ( xi )                   - вероятность появления символа алфавита;
p ( yi / xi )              - переходные вероятности появления символа yi при
                           условии передачи символа xi ;
 pb ( pЭ )                 - вероятность ошибки на один информационный бит
                           (эквивалентная вероятность ошибки)
pош                        - вероятность ошибочного приема символа;

R=
         k                 - скорость кода;
         n

RИ =
             R log 2 m     - максимальная производительность при R = 1
                 T
                           (информационная скорость) дискретного источника
                           (бит/с), скорость передачи информации;
r = n−k                    - число проверочных символов в кодовых комбинациях
                           блочного кода;
R (τ )                     - нормированная функция корреляции, коэффициент
                           корреляции;
S = T /τ0                  - скважность импульсной последовательности;
S (t )                     - случайный сигнал на выходе модулятора;
S (t )                     - комплексный (аналитический) сигнал;


S (t )                   - преобразование Гильберта от сигнала S (t ) ;

Sφ =
         ds (t )
                 = tgϕ   - крутизна фронта колоколообразного импульса;
          dt
S (Ω )                   - спектральная плотность сигнала по Фурье;
s (t )                   - реализация случайного сигнала на выходе передатчика;
T                        - длительность тактового интервала, длительность финитно-
                         го сигнала, знак транспонирования матрицы;
t                        - текущее время;
U (t )                   - случайный сигнал на входе приемника (детектора) без уче-
                         та аддитивных помех;
u (t )                   - реализация случайного сигнала на входе приемника (де-
                         тектора) без учета аддитивных помех;
VИ                       - скорость передачи (число символов в секунду) дискретно-
                         го источника (канала), число отсчетов в одну секунду не-
                         прерывного сигнала;
W (C )                   - вес кодового слова;
Wj                       - функция Уолша;
w( x, t )                - одномерная плотность распределения вероятности случай-
                         ной величины (случайного процесса);
X ,Y                     - алфавит сообщений на входе и выходе дискретного канала;

x (t ), y (t )           - вектор (цепочка символов) сообщений на входе и выходе
                         дискретного канала;
α                        - коэффициент группирования ошибок;
                 ∆f Σ    - спектральная цена уплотнения;
β (M ) =
                 ∆f1

β=
            R            - коэффициент использования канала по мощности (энерге-
         Pc / N 0
                         тическая эффективность системы);
δ ()                     - дельта-функция;


γ=
        R              - коэффициент использования канала по полосе частот (час-
       ∆F
                       тотная эффективность системы);
∆                      - шаг дискретизации непрерывного сигнала во времени;
         Pош           - эффективность помехоустойчивого кода;
η=
       PДКи ( o )

η=
       R               - коэффициент использования канала по пропускной
       C
                       способности (информационная эффективность системы);

η (M ) =
                PΣ     - энергетическая цена уплотнения;
                P1


χ                      - избыточность источника, кода;
Λ                      - отношение правдоподобия;
µk , µk (t )           - коэффициент передачи;
υ                      - кодовое ограничение сверточного кода;
П                      - пик-фактор сообщения или сигнала (отношение макси-
                       мального значения к среднеквадратическому);
ρ (τ )                 - нормированная периодическая автокорреляционная функ-
                       ция;
σ x = Dx               - среднеквадратическое отклонение

τ k ,τ k (t )          - время задержки;
∆τ мл                  - время многолучевости;
Ф0 ( z )               - интеграл вероятности;
         2πτ u         - начальная фаза;
ϕ0 =
          T

{ϕk (t )}              - базис разложения;
ϕ (t ) = ArgS (t )     - мгновенная фаза сигнала;
ω = 2π f               - угловая частота;
            d ϕ (t )   - мгновенная частота сигнала.
ω (t ) =
              dt



    
Яндекс цитирования Яндекс.Метрика