Структура, объем и содержание дисциплины

КАЗАХСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им.аль-Фараби

Физико-технический факультет

Кафедра физики твердого тела и нелинейной физики

 

Образовательная программа по специальности «5В071900-Радиотехника, электроника и телекоммуникации»

Утверждено на заседании Ученого совета  физико-технического  факультета Протокол №____от «____»________ 2013 г. Декан факультета _____________ Давлетов А.Е.

СИЛЛАБУС*

По основному обязательному

 модулю ___ 3 кредита

Включает дисциплину

«Технологии цифровой связи» (3 кредита)

3 курс, (р/о), семестр (весенний)

 

 

Дараев Абдумежит Масимович, к.т.н. старший преподаватель

тел. 8-7772787293

e-mail: Majit_2006@mail.ru.

каб.: № 414

ПАСПОРТ модуля:

§ Цель

Целью дисциплины является изложение принципов и методов передачи цифровых сигналов, научных основ и современное состояние технологии цифровой связи; дать представление о возможностях и естественных границах реализации цифровых систем передачи и обработки, уяснить закономерности, определяющие свойства устройств передачи данных и задачиих функционирования. Она углубляет и развивает подготовку инженеров связистов, овладевающих современной технологией построения и передачи цифровой информации.

§ Задачи:

Задачи курса  – изучить основы теории, расчета и эксплуатации цифровых устройств и систем цифровой связи предприятий и объектов телекоммуникации.

Изучив дисциплину, студент должен знать:

В результате изучения дисциплины студенты должны иметь четко, представлять,.

- основные направления и перспективы развития систем и технологии связи,;

- знать организацию предприятий телекоммуникации;

- основные параметры и требования цифровой связи;

 

§ Пререквизиты

Дисциплина «Технологии цифровой связи» (ТЦС) базируется на теоретических основах таких дисциплин, как: «Математика 1», «Математика 2», «Математика 3», «Физика 1», «Физика 2», «Теория электрической связи», «Теория электрических цепей 1», «Теория электрических цепей 2», «Основы радиотехники, электроники и телекоммуникаций 1», «Основы радиотехники, электроники и телекоммуникаций 2», «Электроника и схемотехника аналоговых устройств 1», «Цифровые устройства и микропроцессоры» и др. Она является основой для изучения последующих дисциплин, служит базой для понимания принципов построения и функционирования сетей связи.

§ Постреквизиты

Перечень дисциплин, взаимосвязанных с данной дисциплиной: «Многоканальные системы связи», «Транспортные телекоммуникационные сети», «Цифровые сети с коммутацией пакетов», «Сети связи и системы коммутации» а также дисциплин специализации и дисциплин, устанавливаемых Советом ВУЗа.

СТРУКТУРА, ОБЪЕМ И СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Не деля	Дисциплина - «Технологии цифровой связи», 3 кредита
	Название темы	Час.	Задания на СРС
Тематический блок  I
1	Лекция 1Введение История развития и перспективы цифровых систем передачи. Роль и место передачи цифровой информации в современном мировом сообществе. Содержание дисциплины и его задачи. (1час) Практическое занятие 1 «Синтез различных алфавитных кодов»	2 1	1) Проектирование устройств защиты от ошибок, использующих различные виды помехоустойчивого кодирования.
2	Лекция 2 Функциональная схема и основные элементы системы цифровой связи. Назначение функциональных узлов, основные понятия, терминология и определения. Цифровые сигналы и их основные параметры. (2 час.) Практическое занятие 2 «Оценка вероятности ошибок цифровых сигналов в гауссовом шуме»	2 1
3	Лекция 3 «Классификация сигналов, случайные и детерминированные, основные характеристики и параметры: спектральная плотность, автокорреляция, взаимокорреляция, ортогональность*.» Практическое занятие 3 «Оценка вероятности ошибок модулированных цифровых сигналов с различными типами модуляции»	2 1	1) Проектирование устройств модуляции-демодуляции, использующих различные виды модуляции дискретных сигналов. 2) Определение понятия синхронного и асинхронного ДК. 3) Математические модели каналов связи.
4	Лекция 4«Проводные, волоконно-оптические и беспроводные каналы*.Линейный фильтровой канал*. Определения понятий непрерывный, дискретного канала (ДК) и расширенный дискретный канал (РДК) и их основные характеристики.» Практическое занятие 4 «Расчет параметров согласованного фильтра»	2 1
Тематический блок  II
5	Лекция 5 «Особенности сопряжения анизохронного и изохронных дискретных сигналов с синхронным ДК. Метод Стаффинга. ДК каналы без памяти, с памятью, дискретный симметричный канал. Марковские модели ДК, модель Гильберта. Симметричный канал со стиранием. Помехи в каналах связи. Классификация помех. Аддитивные и мультипликативные помехи и их воздействие на полезные сигналы..» Практическое занятие 5 «Расчет параметров синхронизации»	2 1	1) Проектирование устройств сжатия данных, использующих различные виды эффективного кодирования. 2) Проектирование системы передачи с обратной связью. 3) Краевые искажения и дробления 4) Принципы использования двоично – парциально кодированных импульсов. » 5) Выравнивание. Типы эквалайзеров, эквалайзеры с решающей обратной связью. Скремблирование.
6	Лекция 6 «Соотношение между скоростью передачи и шириной полосы канала, формула Шеннона*. Обеспечение высокой удельной скорости передачи дискретных сигналов. Критерий качества, отношение сигнал-шум. Демодуляция/обнаружение цифровых сигналов. Обнаружение двоичных сигналов в гауссовом шуме. Согласованный фильтр*. Оценка вероятности ошибки. Особенности передачи цифровых сигналов по каналам с ограниченной полосой пропускания. Межсимвольная интерференция. Теорема Найквиста, импульс Найквиста, методы парциальных отсчетов (методы парциального кодирования). Практическое занятие 6 «Реализация алгоритмов кодирования и декодирования различных циклических корректирующих кодов»	2 1
7	Лекция 7 «Формирование энергетического спектра*. Преобразование цифровых потоков в линейные (канальные) сигналы. Алгоритмы цифрового кодирования: алфавитные коды (mBnB, mBnT, mBnQ), простейшие коды линейного сигнала NRZ, RZ, ЧПИ (AMI), PST, BNZS, HDBn, PE (фазовое кодирование, манчестерское кодирование), CDP, CMI и их спектры*» Практическое занятие 7«Реализация алгоритмов кодирования сверточных кодов при различных кодовой скорости. Построение решетчатой диаграммы для сверточного кода»	2 1
8	РК 1. Лекция 8 «Методы цифровой модуляции. Многопозиционная модуляция: nФМ, квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) и амплитудно – фазовая модуляция (АФМ). Оптимальный прием ДС сигналов. Аналитическое и векторное представление*. Спектральные характеристики модулированных колебаний. Прием сигнала в гауссовом шуме*.» Практическое занятие 8«Синтез алгоритма декодирования сверточного кода (алгоритмы Фано и Витерби)»	2 1
9	Лекция 9 «Оптимальный приемник*. Когерентный и некогерентный прием*. Цифровой согласованный фильтр*. Оценка помехоустойчивости модулированных сигналов и их сравнение. Особенности передачи и приема сигналов в каналах с изменяющимися во времени характеристиками. Обеспечение высокой удельной скорости передачи сообщений. Обеспечение высокой помехоустойчивости при передаче сообщений по каналам с сосредоточенными во времени помехами. Устойчивость систем. Частотный критерий устойчивости.(4час.)» Практическое занятие 9 «Синтез модулятор и демодулятора nФМ, КАМ.»	2 1
10	Лекция 10 «Оценка параметров сигнала. Восстановление несущей и тактовая синхронизация при демодуляции сигнала. Синхронизация в синхронных и асинхронных системах. Определение понятия: синхронизация поэлементная, групповая и цикловая синхронизация. Устройства и принципы работы поэлементной синхронизации. Понятие о допустимой величине фазового рассогласования. Принципы работы замкнутых устройств синхронизации по элементам. Оценка параметров устройств синхронизации. (2час)» Практическое занятие 10«Построение сигнальных созвездии для КАМ»	2 1
Тематический блок III
11	Лекция 11 «Основные принципы обнаружения и исправления ошибки. Кодовое расстояние и корректирующая способность кода. Границы для кодового расстояния. Границы Варшамова – Гильберта, Плоткина*. Классификация корректирующих кодов. Линейные блоковые коды. Порождающая и проверочная матрица. Коды Хемминга. Циклические коды: Хемминга, Боуза – Чоудхури-Хоквингема (БЧХ), Файра, Рида – Соломона. Сверточные коды. Практическое занятие 11 «Расчет помехоустойчивости систем с обратной связью,»	2 1	1) Моделирование различных устройств систем ПДС с помощью интегрированных программных сред анализа телекоммуникационных систем «SystemView», «VisSim/Comm», «MatLab». 2) Проектирование КАМ и nФМ модуляторов и демодуляторов. 3)  Проектирование сверточного кода и алгоритма декодирования Витерби на микропроцессорах. 4) Методика выбора кодов для аппаратуры передачи дискретных сообщений. 5) Техническая реализация кодирующих и декодирующих устройств. декодирование циклических кодов. 6) Сравнительная характеристика систем с корректирующим кодом, РОС и ИОС. 7) Применение вейвлет-преобразования для сжатия изображений.
12	Лекция 12 «Алгебраическое и мажоритарное декодирование. Сравнение качества декодирование мягких и жестких решений*. Декодирование сверточных кодов. Алгоритм Возенкрафта и Фано. Модуляция и кодирование в каналах с ограниченной полосы. Решетчатое (треллис) кодирование*. Алгоритм декодирования Витерби.» Практическое занятие 12«Добротность резонаторов. Способы возбуждения электромагнитных колебаний в объемных резонаторах.»	2 1
13	Лекция 13«Характеристики системы с обратной связью и их особенности. Структурная схема системы с информационной обратной связью /ИОС/ и решающей обратной связью /РОС/, характеристики и алгоритм работы. Виды системы с РОС: системы с ожиданием служебных сигналов, системы с непрерывной передачей и блокировкой, системы с адресным переспросом. Алгоритм защиты от наложения и потери информации. Повышение достоверности передачи сообщений.» Практическое занятие 13«Реализация различных алгоритмов сжатия данных.»	2 1
14	Лекция 14«Применение эффективного (статистического) кодирования для сжатия данных. Алгоритмы сжатия без потерь: RLE, LZW (Лемпелла-Зива-Уэлча), Хаффмана. Особенности применения алгоритма Хаффмана в факсимильной связи Практическое занятие 14«Использование алгоритма Хаффмана с фиксированной таблицей CCIT»	2 1
15	Лекция 15«Сжатие аудиосигналов. Адаптивная дифференциальная ИКМ (АДИКМ), полосно-разделенная АДИКМ. Рекомендация G.722 МСЭ-Т. CELP- кодирование (линейно-прогнозируемое кодирование с кодовой книгой)*. Алгоритмы сжатия MPEG, уровни 1,2,3. Сжатие изображений. Алгоритм сжатия JPEG. Практическое занятие 15 «Методы кодирования видеоизображений*.»	2 1

Ключевые понятия дисциплины в системе знаний и компетенций: методы передачи цифровых сигналов, технологии цифровой связи, цифровые системы передачи, устройства передачи данных,  передачи цифровой информации.

Лабораторные работы:
1	Формирование дискретных сигналов	2	2
2	Передача и восстановление дискретных сигналов	2	2
3	Изучение методов многократной модуляции	2	2
4	Изучение методов построения циклических кодов	2	2
5	Исследование циклического кода Файра	2
6	Изучение принципов кодирующее и декодирующее устройства кода БЧХ	2
7	Простые межсимвольные помехи	2	2
8	Сверточное кодирование. Код Рида-Соломона	2

Тема курсовой работы:

  1 Проектирование среднескоростного тракта передачи данных

2 Построение кодирующего и декодирующего устройства кода Файра

3 Построение кодирующего и декодирующего устройства кода БЧХ

 Экзаменационные вопросы

1. Роль и место передачи информации в современном мировом сообществе.

2. История и перспективы развития системы передачи дискретной информации.

3. Определение понятий «информация», «дискретное сообщение». Единица измерения количества информации. Количество информации содержащейся в дискретном сообщении (ДС).

4. Преобразование сообщения в сигнал. Классификация сигналов. Определение понятий изохронный и анизохронный сигналы.

5. Представление ДС кодовыми комбинациями. Основание кода. Количество информации в кодовой комбинации и единичном элементе.

6. Определение понятий: значащая позиция, значащий момент, значащий интервал, единичный интервал, единичный элемент.

7. Структурная схема системы ПДС. Понятие о дискретном канале (ДК), канале передачи данных (ПД), тракте ПД, цепях стыка, интерфейсе и протоколах ПДС.

8. Основные характеристики непрерывных каналов, предназначенных для передачи ДС.

9. Определение понятий синхронный и асинхронный (кодозависимый и кодонезависимый) ДК.

10. Основные характеристики ДК: скорость модуляции, скорость передачи информации, пропускная способность.

11. Искажения ДС при их передаче переменным током. Связь между допустимой скоростью модуляции и шириной полосы пропускания канала.

12. Искажения ДС при их передаче постоянным током. Связь между допустимой скоростью модуляции и шириной полосы пропускания канала.

13. Классификация помех.

14. Преобразования помех в пороговом устройстве. Понятие о краевых искажениях и дроблениях. Виды краевых искажений и их оценка.

15. Методы регистрации ДС: регистрация методом стробирования и интегрирования (аналоговое и цифровое интегрирование), многоин-тервальный метод, метод весовой функции.

16. Статистика ошибок в ДК. Модели потока ошибок в ДК. ДК без памяти, каналы с памятью, дискретный симметричный канал, модель Гильберта, Марковская цепь. Симметричный канал со стиранием. Расширенный дискретный канал. Методы повышения верности.

17. Способы распределения дискретных каналов: пространственный, частотный, синхронный и асинхронный (адресный) временной, комбинированный. Отличие систем распределения сообщений от систем разделения сигналов в многоканальных системах передачи.

18. Определение понятий поэлементная, групповая и цикловая синхронизация. Требования к устройствам синхронизации по элементам.

19. Синхронизация в синхронных системах. Понятие о допустимой величине фазового рассогласования.

20. Синхронизация в стартстопных системах.

21. Принцип работы разомкнутого устройства синхронизации по элементам: резонансный метод.

22. Принцип работы замкнутого устройства синхронизации по элементам: с непосредственным воздействием на генератор (с дискретным и непрерывным управлением); с косвенньм воздействием на генератор (с делением частоты добавлением и вычитанием импульсов).

23. Сущность безмаркерного и маркерного способа групповой синхронизации.

24. Синхронные и асинхронные каналы. Преимущества и недостатки.

25. Особенности сопряжения анизохронного сигнала с синхронным ДК методом наложения и методом скользящего индекса с подтверждением.

26. Особенности сопряжения изохронных дискретных сигналов с синхронным ДК. Метод Стаффинга.

27. Особенности сопряжения стартстопного сигнала с синхронным ДК.

28. Назначение и классификация УПС.

29. Оптимальный прием ДС.

30. Методы передачи ДС с применением модуляции. Виды модуляции (АМ, ЧМ, ФМ) и принципы построения ДК.

31. Перекодирование первичных сигналов. Алфавитные коды: ЧПИ (AMI), BNZS, PST, HDB (КВП), и их спектры.

32. Обеспечение высокой удельной скорости передачи дискретных сигналов. Условия Найквиста, методы парциальных отсчетов (методы парциального кодирования).

33. Принципы использования двоично-парциально кодированных импульсов.

34. Многопозиционное кодирование. Передача многопозиционных сигналов. Многократная фазовая модуляция (4- М, 8-ФМ), квадратурная амплитудная модуляция (КАМ), методы модуляции и демодуляции.

35. Избыточность сигналов дискретной информации. Понятие об объеме сигнала и способах повышения верности приема.

36. Принципы помехоустойчивого кодирования. Классификация кодов.

37. Кодовое расстояние. Число обнаруживаемых и исправляемых ошибок. Декодирование методом максимального правдоподобия.

38. Линейные коды. Понятие порождающей (генераторной) и проверочной (контрольной) матрицы. Синдром линейного кода.

39. Особенности и принципы кодирования кода Хемминга, Обнаружение и исправление ошибок кодом Хемминга.

40. Техническая реализация кодирующих и декодирующих устройств линейного кода.

41. Циклические коды. Особенности и принцип построения кодовой комбинации циклического кода Хемминга.

42. Обнаружение и исправление ошибок при циклическом кодировании. Синдром циклического кода и его свойства. Техническая реализация кодирующих и декодирующих устройств циклического кода.

43. Циклические коды БЧХ (Боуза-Чоудхури-Хоквингема) и Файра. Особенности построения кодовой комбинации, принцип обнаружения и исправления ошибок. Техническая реализация кодирующего и декодирующего устройства.

44. Сверточный, цепной, итеративный и каскадные коды. Особенности их построения, принципы обнаружения и исправления ошибок.

45. Техническая реализация кодирующих и декодирующих устройств сверточного, цепного, итеративного и каскадного кодов.

46. Структура и классификация адаптивных систем.

47. Методы контроля и оценки состояния канала связи.

48. Структурная схема и алгоритм работы систем с решающей обратной связью и ожиданием решающего сигнала (РОСож).

49. Структурная схема и алгоритм работы системы с РОС и непрерывной передачей информации (РОСнп) и блокировкой.

50. Структурная схема и алгоритм работы системы с информационной обратной связью (ИОС).

51. Сравнительная характеристика систем с корректирующим кодом, РОС и ИОС.

52. Принципы сжатия речи. Адаптивная дифференциальная ИКМ.

53. Линейно-прогнозирующее кодирование с помощью кодовой книги (CELP-кодирование).

54. Методы сжатия факсимильных сигналов. Методика Хаффмена, модифицированный одномерный код Хаффмена.

55. Методы сжатия изображений. Формат JPEG.

56. Методы сжатия изображений. Рекурсивный алгоритм.

57. Сжатие данных. Алгоритм LZW.

Список литературы

Основная

1. Беллами Дж. Цифровая телефония.- М.,1986,2004

2. Передача дискретных сообщений В.П.Шувалов и др. -М.: Радио и связь, 1990.

3. Основы передачи дискретных сообщений./под ред. В.М.Пушкина.-М.,1992

4. Скляр Б. Цифровая связь. - М., Санк-П, Киев: Изд. дом «Вильямс», 2003.

5. Абдуллаев Д.А., Арипов М.Н. Передача дискретных сообщений в задачах и упражнениях. - М.; Радио и связь, 1985.

6. Джангозин А.Д., Чежимбаева К.С. Учебное пособие «Помезоустойчивые циклические коды».-А.,2006

7. Джангозин А.Д., Чежимбаева Қ.С. Оқу құралы «Цифрлық байланыс технологиялары».-А.,2006

8. Джангозин А.Д.,Чежимбаева К.С., Гармашова Ю.М. Учебное пособие «Применение пакета System View для моделирования телекоммуникационных систем».-А., 2009

9. Чежимбаева К.С., Абиров Ж.А.Технологии цифровой связи. Конспект лекци.-А., 2008

10. Джангозин А.Д., Чежимбаева К.С. ТЦС. Методические указания к выполнению курсовой работы, АИЭС, Алматы, 2008 г.                                                                       

Дополнительная

1. Сергиенко А.Б. Цифровая обработка сигналов. - М.-СПб.: Питер, 2002.

2. Шелухин О.И., Лукьянцев Н.Ф. Цифровая обработка и передача речи.- М.: Радио и связь, 2000.

3. Ватолин Д.С. Алгоритмы сжатия изображений. - М.: МГУ, 1999.

4. Емельянов Г.А., Шварцман B.C. Передача дискретной информации. - М.: Радио и связь,1982.

5. Аджемов А.С. и др. Многоканальная электросвязь и каналообразующая телеграфная аппаратура. - М.: Радио и связь, 1981.

6. Коржик В.И. и др. Расчет помехоустойчивости систем передачи дискретных сообщений. Справочник, - М.: Радио и связь, 1981

7. Питерсон У., Уэлдон Э. Коды, исправляющие ошибки. - М.: Мир, 1976.

5. Прокис Дж. Цифровая связь. - М.: Радио и связь, 2000.

6. Гаранин М.В., Журавлев, Кунегин С.В. Системы и сети передачи информации. - М.: Радио и связь, 2001.

7. Лагутенко О.И. Современные модемы. - Эко-Тредз, 2002.

8. Основы передачи дискретных сообщений Ю.П.Купинов и др-М.: Радио и связь, 1992.

9. Захарченко И.Б. и др. Основы передачи дискретных сообщений. М.: Радио и связь, 1990.

РК: 1, 2

Промежуточный контроль: экзамен в период экзаменационной сессии

 

Рубежный контроль проводится по теоретическим и практическим вопросам, входящим в курс дисциплины и результатам самостоятельной работы студента

Консультации по дисциплине можно получить во время офис-часов преподавателя (СРСП)

 

Задания и методические рекомендации по СРМ / СРМП.

Форма проведения рубежных контролей (письменно или устно) и промежуточного экзамена - в письменном виде

Критерии оценки знаний и компетенций, баллы в %

Рубежный контроль I (включая текущий контроль):		30	7-я неделя
Практические занятия - результаты работ	12
СРС	18
Рубежный контроль II (включая текущий контроль):		30	15 неделя
Практические занятия - результаты работ	12
СРС	18
Промежуточный контроль (экзамен)		40