6 Лекция №6.

1. Формирование энергетического спектра.

2. Преобразование цифровых потоков в линейные (канальные) сигналы. Алгоритмы цифрового кодирования: алфавитные коды (mBnB, mBnT, mBnQ), простейшие коды линейного сигнала NRZ, RZ, ЧПИ (AMI), PST, BHZS, HDBn, РЕ (фазовое кодирование, манчестерское кодирование), CDP, CMI и их спектры.

3. Скремблирование.

7 Лекция №7

1. Методы цифровой модуляции.

2. Многопозиционная модуляция: пФМ квадратурная амплитудная модуляция (КАМ) и амплитудно - фазовая модуляция (АФМ).

3. Оптимальный прием ДС сигналов.

4. Аналитическое и векторное представление.

5. Спектральные характеристики модулированных колебаний.

6. Прием сигнала в гауссовом шуме.

7. Оптимальный приемник.

8. Когерентный и некогерентный прием.

9. Цифровой согласованный фильтр

10. Оценка помехоустойчивости модулированных сигналов и их сравнение. Особенности передачи и приема сигналов в каналах с изменяющимися во времени характеристиками.

11. Обеспечение высокой удельной скорости передачи сообщений.

12. Обеспечение высокой помехоустойчивости при передаче сообщений по каналам с сосредоточенными во времени помехами.

8 Лекция №8

1. Оценка параметров сигнала.

2. Восстановление несущей и тактовая синхронизация при демодуляции сигнала.

3. Синхронизация в синхронных и асинхронных системах.

4. Определение понятий: синхронизация поэлементная, групповая и цикловая синхронизация.

5. Устройства и принципы работы поэлементной синхронизации.

6. Понятие о допустимой величине фазового рассогласования.

7. Принципы работы замкнутых устройств синхронизации по элементам.

8. Оценка параметров устройств синхронизации

9 Лекция №9.

1. Основные принципы обнаружения и исправления ошибки.

2. Кодовое расстояние и корректирующая способность кода.

3. Границы для кодового расстояния.

4. Границы Варшамова - Гильберта, Плоткина.

5. Классификация корректирующих кодов.

10 Лекция №10 Методы и устройства помехоустойчивого кодирования

1. Линейные блоковые коды.

2. Порождающая и проверочная матрица.

3. Коды Хемминга.

4. Циклические коды: Хемминга, Боуза - Чоудхури - Хоквингема (БЧХ), Файра, Рида - Соломона.

11 Лекция №11.Помехоустойчивые коды и методы декодирования корректирующих кодов

1. Сверточные коды.

2. Методы декодирования корректирующих кодов. Мягкое и жесткое декодирование. Алгебраическое и мажоритарное декодирование. Сравнение качества декодирования мягких и жестких решений. Декодирование сверточных кодов.

3. Алгоритм Возенкрафта и Фано.

4. Модуляция и кодирование в каналах с ограниченной полосой.

12 Лекция №12.

1. Решетчатое (треллис) кодирование.

2. Алгоритм декодирования Витерби.

3. Техническая реализация кодирующих и декодирующих устройств, декодирование циклических кодов.

4. Методика выбора кодов для аппаратуры передачи дискретных сообщений.

13 Лекция №13.

1. Характеристики системы с обратной связью и их особенности.

2. Структурная схема системы с информационной образной связью (ИОС) решающей обратной связью (РОС), характеристики и алгоритм работы.

3. Виды системы с РОС: системы с ожиданием служебных сигналов, системы непрерывной передачей и блокировкой, системы с адресным переспросом.

4. Алгоритм защиты от наложения и потери информации.

5. Повышение достоверности передачи сообщений.

6. Сравнительная характеристика систем корректирующим кодом, РОС и ИОС.

14 Лекция №14

1. Применение эффективного (статистического) кодирования для сжатия данных.

2. Алгоритмы сжатия без потерь: RLE, LZW (Лемпелла - Зива - Узлча), Хаффмана.

3. Особенности применения алгоритма Хаффмана в факсимильной связи (Использование алгоритма с фиксированной таблицей CCIT).

15 Лекция №15

1. Сжатие аудиосигналов.

2. Адаптивная дифференциальная ИКМ (АДИКМ), полосно - разделенная АДИКМ.

3. Рекомендация C.722 МCЭ - Т. CELP кодирование (линейно - прогнозируемое кодирование с кодовой книгой).

4. Алгоритмы сжатия MPEG, уровни 1,2,3.

5. Сжатие изображений.

6. Алгоритм сжатия JPЕG.

Заключение

Список литературы

Введение

В этих конспектах лекции мы представляем основные принципы, которые лежат в основе анализа и синтеза систем цифровой связи. Предмет цифровой связи включает в себя передачу информации в цифровой форме от источника, который создаёт информацию для одного или многих мест назначения. Особенно важным для анализа и синтеза систем связи являются характеристики физических каналов, через которые передаётся информация. Характеристики канала обычно влияют на синтез базовых составных блоков системы связи. Ниже мы опишем элементы системы связи и их функции.

Развитие телекоммуникационных сетей увеличивает роль и значение передачи дискретных сообщений в электросвязи.

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 задачи их функционирования.

Следует отметить, что самая ранняя форма электрической связи, а именно телеграфная связь, была системой цифровой связи. Электрический телеграф был разработан Сэмюэлём Морзе и демонстрировался в 1837 г. Морзе изобрел двоичный код переменой длины, в котором буквы английского алфавита представлены последовательностью точек и тире (кодовые слова). В этом коде часто встречающиеся буквы представлены короткими кодовыми словами, в то время как буквы, встречающиеся менее часто, — более короткими кодовыми словами. Таким образом, код Морзе был предшественником методов кодирования источников кодом переменной длины.

Почти 40 годами позже, в 1875г., Эмиль Бодо изобрёл код для телеграфной связи, в котором каждая буква кодировалась двоичным кодом фиксированной длины 5. В коде Бодо элементы двоичного кода имеют равную длину и именуются посылкой и паузой.

Хотя Морзе принадлежит первая электрическая система цифровой связи (телеграфная связь), начало того, что мы теперь считаем современной теорией цифровой связи, следует из работ Найквиста (1924), исследовавшего проблему определения максимальной скорости передачи, которую можно обеспечить по телеграфному каналу данной ширины полосы частот без межсимвольной интерференции (МСИ). Он сформулировал модель телеграфной системы, в которой передаваемый сигнал имеет общую форму

где g(t) - базовая форма импульса (несущей); {а_n} - последовательность данных в двоичном коде (±1), передаваемых со скоростью 1/Гбит/с.

Найквист пытался определить оптимальную форму импульса g(t) с ограниченной полосой W Гц и максимизировать скорость передачи данных в предположении, что импульс не вызывает МСИ в точках отсчёта kT, k = 0,± 1,±2,... Эти исследования привели его к заключению, что максимальная скорость передачи равна 2W отсч./с. Эту скорость теперь называют скоростью Найквиста. Более того, эту скорость передачи можно достичь при использовании импульса g(t) = sin2πWt/(2πWt). Эта форма импульса допускает восстановление данных без межсимвольных помех в выборочные моменты времени. Результат Найквиста эквивалентен версии теоремы отсчётов для сигналов с Ограниченной полосой, который был позже точно сформулирован Шенноном (1948). Теорема отсчётов гласит, что сигнал с шириной полосы частот W может быть восстановлен по его отсчётам, взятым со скоростью Найквиста 2W, путем использования интерполяционной формулы

В продолжение работы Найквиста Хартли (1928) рассмотрел вопрос о количестве данных, которые могут быть переданы надежно по каналу с ограниченной полосой частот, когда для последовательной передачи данных используются импульсы со многими амплитудными уровнями. С учетом шума и другой интерференции Хартли показал, что приемник может надежно оценивать амплитуду принятого сигнала с некоторой точностью . Это исследование привело Хартли к заключению, что имеется максимальная скорость передачи данных по каналу с ограниченной полосой частот, зависящая от максимальной амплитуды сигнала А_mах (фиксированной максимальной мощности) и величины .

Другим значительным вкладом в развитие теории связи была работа Винера (1942), который рассмотрел проблему оценивания полезного сигнала s(f) на фоне аддитивного шума n(f), исходя из наблюдения принимаемого сигнала r(t) = s(t) + n(t) . Эта проблема возникает при демодуляции сигналов. Винер определил линейный фильтр, выход которого является лучшей среднеквадратической аппроксимацией полезного сигнала s(f). Полученный фильтр назван оптимальным линейным (винеровским) фильтром.

Результаты Хартли и Найквиста по максимальной скорости передачи цифровой информации были предшественниками работ Шеннона (1948), который установил математические основы передачи информации по каналам связи и нашел фундаментальные ограничения для систем цифровой связи. В своей пионерской работе Шеннон сформулировал основную проблему надежной передачи информации в терминах статистической теории связи, используя вероятностные модели для информационных источников и каналов связи. Применяя вероятностный подход, он нашёл универсальную логарифмическую меру для количества информации источника. Он также показал, что существует некоторый предельный показатель, характеризующий скорость передачи информации по каналу связи, зависящий от величины мощности передатчика, ширины полосы и интенсивности аддитивного шума, названный им пропускной способностью канала. Например, в случае аддитивного белого (с равномерным спектром) гауссовского шума идеальный частотно-ограниченный канал с шириной полосы W имеет пропускную способность С, бит/с, которая определяется формулой

где Р - средняя мощность сигнала, a n₀ - спектральная плотность мощности аддитивного шума. Значение параметра пропускной способности канала С состоит в том, что если информационная скорость (производительность) источника R меньше, чем C(R < С) , то теоретически возможно обеспечить надёжную (свободную от ошибок) передачу через канал соответствующим кодированием. С другой стороны, если R > С , то надежная передача невозможна, независимо от способов обработки сигнала на передаче и приеме. Таким образом, Шеннон установил основные ограничения передачи информации и породил новое направление, которое теперь называется теорией информации.

Другой важный вклад в области цифровой связи - это работа Котельникова (1947), который провел тщательный анализ различных систем цифровой связи, основанный на геометрическом представлении.

Исследование Котельникова было позже развито Возенкрафтом и Джекобсом (1965).

Вслед публикациям Шеннона появилась классическая работа Хемминга (1950) по кодам с обнаружением и с исправлением ошибок, которые противодействуют вредному влиянию канального шума. Работа Хемминга стимулировала многих исследователей, которые в последующие годы открыли ряд новых и мощных кодов, многие из которых сегодня внедрены в современные системы связи.

За ранними работами Шеннона, Котельникова и Хемминга появилось много новых достижений в области цифровой связи. Некоторые из наиболее заметных достижений следующие:

разработка новых блоковых кодов Маллером (1954), Ридом (1954) и Соломоном (1960), Боузом и Рой-Чоудхури (1960) и Гоппом (1970)

Данные о дисциплине: Название «Технологии цифровой связи».

По данной дисциплине проводятся лекционные и практические занятия, проводятся лабораторные работы, кроме того, предполагается выполнение курсовая работа, собирается схема с применением пакетов Матлаб, LabVIEW, VisSim для моделирования телекоммуникационных систем, кодирующего и декодирующего устройства циклического кода с использованием модуляции и демодуляции и проведение самостоятельных работ с целью углубления общих знаний теории.

1 Лекция №1. Элементы систем цифровой связи

Цель лекции: изучение основных элементов систем цифровой связи и классификации сигналов.

Содержание:

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

2. История развития и перспективы цифровых систем передачи.

3. Назначение функциональных узлов, основные понятия, терминология и определения.

4. Цифровые сигналы и их основные параметры.

5. Элементы систем цифровой связи.

6. Функциональная схема и основные элементы системы цифровой связи.

7. Классификация сигналов, случайные и детерминированные, основные характеристики и параметры: спектральная плотность, автокорреляция, взаимокорреляция, ортогональность.