Лукьянюк С. Г., Потапенко А. М.

Теория электрической связи

Часть 1

Учебное пособие для студентов высших учебных заведений,

обучающихся по программам подготовки специалистов

и бакалавров направления 210400 «Телекоммуникации»

г. Курск 2011

УДК 621.391 (075)

Лукьянюк С. Г., Потапенко А. М.

Теория электрической связи: Учебное пособие. В 2-х частях. — Курск: Юго-Западный государственный университет, 2011. – Ч.1. – с.

Учебное пособие соответствует программе курса «Теория электрической связи» для студентов, обучающихся по направлению «Телекоммуникации».

В части 1 пособия излагаются основные способы математического представления сообщений, сигналов и помех, методы формирования и преобразования сигналов в системах связи.

В части 2 пособия рассмотрены методы приёма сигналов в когерентных и некогерентных системах связи при наличии шума, а также в условиях многолучёвого распространения радиоволн. Дан анализ методов многостанционного доступа с частотным, временным и кодовым разделением каналов. Рассмотрены принципы распределения информации в телекоммуникационных сетях.

Предисловие

Дисциплина «Теория электрической связи» (ТЭС) относится к числу фундаментальных общепрофессиональных дисциплин при подготовке дипломированных специалистов по направлению 210400 «Телекоммуникации», как в рамках программы бакалавриата, так и по всем специальностям, в том числе: 210402 «Системы связи с подвижными объектами»; 210403 «Защищенные системы связи»; 210404 «Многоканальные телекоммуникационные системы»; 210406 «Сети связи и системы коммутации».

Предусмотренные программой ТЭС знания являются не только базой для последующего изучения специальных дисциплин, но имеют также самостоятельное значение для формирования дипломированных специалистов по другим направлениям, связанным с организацией обмена информацией. Принципы и методы курса ТЭС являются теоретической основой для развития инженерных методов расчёта и проектирования аналоговых и цифровых систем связи.

ТЭС представляет собой единую научную дисциплину, основу которой составляют: теория сигналов, теория помехоустойчивости и теория информации.

В результате изучения дисциплины ТЭС студенты должны:

- знать принципы и основные закономерности передачи информации по каналам связи;

- знать физические свойства сообщений, сигналов, помех и каналов связи, уметь составлять их математические модели и использовать их в расчетах;

- знать и уметь применять на практике методы формирования, преобразования и обработки сигналов в электрических цепях и устройствах; уметь пользоваться методами компьютерного моделирования преобразования сигналов в электрических цепях;

- знать и уметь использовать физико-технические и информационные характеристики сообщений и сигналов, принципы их преобразований в электрических цепях и устройствах обработки;

- знать и уметь применять на практике основные положения теории помехоустойчивости дискретных и аналоговых сообщений, пропускной способности дискретных и аналоговых каналов;

- знать и уметь пользоваться методами помехоустойчивого и статического кодирования; иметь представление о теоретико-информационной концепции криптозащиты сообщений в телекоммуникационных системах;

- знать принципы многоканальной передачи и распределения информации; иметь представление о методах оптимизации систем передачи и сетей связи.

Содержание данного учебного пособия соответствует требованиям государственных образовательных стандартов высшего профессионального образования направления подготовки «Телекоммуникации», квалификация – бакалавр техники и технологии и инженер, а также программе дисциплины «Теория электрической связи». Теоретической базой курса ТЭС являются основные сведения из дисциплин естественнонаучного и профессионального циклов: математики, информатики, физики, дискретной математики, теории вероятностей и математической статистики, основ теории цепей, электроники, основ схемотехники.

Большую роль в этой дисциплине играют математические приёмы исследований, служащие логическим фундаментом построения последующих специальных дисциплин и дисциплин специализаций.

Учебное пособие подготовлено на основе материалов учебных изданий и монографий ведущих отечественных и иностранных учёных в области общей теории связи, а также опыта авторов в вопросах создания и эксплуатации телекоммуникационной аппаратуры.

В первой части учебного пособия представлено пять тем:

- общие сведения о системах связи;

- математические модели сообщений, сигналов, помех;

- методы формирования и преобразования сигналов; модуляция и детектирование;

- цифровая обработка сигналов;

- математические модели каналов связи. Преобразование сигналов в каналах связи.

Каждая тема разбита на ряд лекций и завершается перечнем контрольных вопросов и списком литературы по теме.

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

АИМ	– амплитудно-импульсная модуляция
АМ	– амплитудная модуляция
АЧХ	– амплитудно-частотная характеристика
БГШ	– белый гауссовский шум
БПФ	– быстрое преобразование Фурье
ВАХ	– вольтамперная характеристика
ВС	– вторичная сеть
ДК	– дискретный канал
ДНК	– дискретно-непрерывный канал
ДПФ	– дискретное преобразование Фурье
ЕСЭ РФ	– единая сеть электросвязи Российской Федерации
ИП	– информационный параметр
ИФНЧ	– идеальный фильтр нижних частот
ИФР	– интегральная функция распределения
ИХ	– импульсная характеристика
МО	– математическое ожидание
НБШ	– нормальный белый шум
НК	– непрерывный канал
ОДПФ	– обратное дискретное преобразование Фурье
ОСП	– отношение сигнал/помеха (отношение средних мощностей сигнала и помехи)
ОСШ	– отношения сигнал/шум
ПВ	– плотность вероятности
ПГ	– преобразование Гильберта
ПС	– первичная сеть
ПФ	– полосовой фильтр
СВ	– случайная величина
СКО	– среднеквадратическая ошибка
СП	– случайный процесс
СПМ	– спектральная плотность мощности
СПЭ	– спектральная плотность энергии
СФ	– согласованный фильтр
ТЭС	– теория электрической связи
УМ	– угловая модуляция
ФК	– функция корреляции
ФМ	– фазовая модуляция
ФНЧ	– фильтр нижних частот
ФЧХ	– фазочастотная характеристика
ЦОС	– цифровая обработка сигналов
ЦФ	– цифровой фильтр
ЧМ	– частотная модуляция
ЧХ	– частотная характеристика

ОСНОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ

А	– ансамбль (множество) сообщений
а	– реализация элемента сообщения
В	– ансамбль (множество) первичных сигналов
В(τ)	– функция корреляции процесса (сигнала)
b(t)	– реализация первичного сигнала
С	– пропускная способность канала
D	– динамический диапазон
D()	– дисперсия случайной величины или процесса
d	– расстояние между сигнальными точками, расстояние по Хэммингу между двоичными последовательностями, минимальное расстояние по Хэммингу между комбинациями линейного кода
Е	– энергия сигнала
F()	– интегральная функция распределения
F	– полоса частот сигнала (канала)
fд	– частота дискретизации
f	– частота
G(f)	– спектральная плотность мощности
G0(f)	– односторонняя спектральная плотность мощности (на положительных частотах)
g, g׳	– выигрыш и обобщённый выигрыш системы модуляции
H()	– энтропия дискретной случайной величины (дискретного источника)
H׳()	– производительность дискретного источника
h(t)	– импульсная характеристика линейной цепи
h(х)	– дифференциальная энтропия непрерывной случайной величины
I()	– количество информации
I׳()	– скорость передачи информации
	– частотная характеристика (передаточная функция или комплексный коэффициент передачи)
	– амлитудно-частотная характеристика
М	– индекс модуляции, коэффициент модуляции
М(х), m1	– математическое ожидание случайной величины (процесса)
m	– основание кода
N0	– односторонняя (на положительных частотах) спектральная плотность мощности квазибелого или белого шума
n(t)	– реализация случайного процесса (шума, помехи)
n	– длина (общее число символов) кодовой комбинации
Р	– средняя мощность сигнала
p(), px	– вероятность события, указанного в скобках или обозначенного индексом, вероятность ошибки на один информационный бит
Q(x)	– дополнительная функция ошибок (табулированная)
R	– скорость передачи информации, скорость кода
S(t)	– случайный сигнал на входе приёмника (детектора) без учёта аддитивных помех
	– спектральная плотность по Фурье сигнала х(t)
W(f)	– спектральная плотность энергии
w(x,t)	– одномерная плотность вероятности случайного процесса
w	– вес кодовой комбинации
Z(t), z(t)	– сумма сигнала и аддитивной помехи (реализация) на входе приёмника (детектора)
γ	– коэффициент передачи канала
θ	– фазовый сдвиг
σ2	– дисперсия случайного процесса
σ	– среднеквадратическое отклонение
τ	– интервал между двумя сечениями процесса, задержка
φ(t)	– фаза сигнала при угловой модуляции
ω	– угловая частота