Закреплена за кафедрой | Кафедра радиофизики и теоретической физики |
---|---|
Направление подготовки | 03.03.03. Радиофизика |
Форма обучения | Очная |
Общая трудоемкость | 6 ЗЕТ |
Учебный план | 03_03_03_РФ-4-2019 |
|
|
Распределение часов по семестрам
Курс (семестр) | 4 (7) | Итого | ||
---|---|---|---|---|
Недель | 19 | |||
Вид занятий | УП | РПД | УП | РПД |
Лекции | 18 | 18 | 18 | 18 |
Лабораторные | 72 | 72 | 72 | 72 |
Сам. работа | 99 | 99 | 99 | 99 |
Часы на контроль | 27 | 27 | 27 | 27 |
Итого | 216 | 216 | 216 | 216 |
Визирование РПД для исполнения в очередном учебном году
Рабочая программа пересмотрена, обсуждена и одобрена для
исполнения в 2019-2020 учебном году на заседании
кафедры
Кафедра радиофизики и теоретической физики
Протокол от 26.06.2018 г. № 12-2017\18
Заведующий кафедрой д.ф.-м.н., профессор Лагутин Анатолий Алексеевич
1.1. | Знакомство с основными принципами приема и обработки радиосигналов с аналоговой и цифровой модуляцией. Изучение принципов построения и методов проектирования радиоприемных устройств различного назначения на современной элементной базе. Овладение методами расчета и экспериментальной оценки характеристик устройств приема и обработки сигналов. |
---|
Цикл (раздел) ООП: Б1.В.01 |
ПК-3 | владением компьютером на уровне опытного пользователя, применению информационных технологий |
В результате освоения дисциплины обучающийся должен | |
3.1. | Знать: |
---|---|
3.1.1. | Основные методы приема и обработки сигналов Принципы построения и математические основы преобразования сигналов в аналоговых и цифровых системах передачи информации. |
3.2. | Уметь: |
3.2.1. | Применять на практике теоретические знания при решении задач приёма и обработки сигналов. Рассчитывать и измерять характеристики устройств приёма и обработки сигналов. |
3.3. | Иметь навыки и (или) опыт деятельности (владеть): |
3.3.1. | Методами автоматизации эксперимента в области приема и обработки сигналов. Методами анализа и проектирования радиоприёмных устройств. |
Код занятия | Наименование разделов и тем | Вид занятия | Семестр | Часов | Компетенции | Литература |
---|---|---|---|---|---|---|
Раздел 1. Аналоговые системы приёма радиосигналов | ||||||
1.1. | Основные понятия теории радиоприема. Функции, классификация, сравнительный анализ схемотехники радиоприемных устройств. Программно опредляемое радио. Основные характеристики радиоприёмников. | Лекции | 7 | 2 | ПК-3 | Л3.4, Л1.1, Л1.3, Л2.1 |
1.2. | Измерение основных характеристик радиовещательного радиоприемника УКВ-диапазона. | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-3 | Л3.1, Л3.3, Л2.2, Л1.1, Л2.1 |
1.3. | Спектр частот радиовещательных станций и особенности приема сигналов в различных диапазонах частот. Функции устройств приема и обработки сигналов в составе радиотехнических систем различного назначения. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-3 | Л1.1, Л2.1 |
1.4. | Классификация источников шумов в радиоприемниках. Понятие о коэффициенте шума каскада радиоприемника. Коэффициент шума последовательного соединения каскадов. Шумовая температура. | Лекции | 7 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л2.1 |
1.5. | Автоматизированное измерение характеристик УКВ-радиоприемника | Лабораторные | 7 | 8 | ПК-3 | Л2.2, Л3.4, Л2.3, Л1.1, Л2.1 |
1.6. | Особенности появления внешних помех в различных частотных диапазонах. Помехоустойчивость приема и селекция сигналов. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-3 | Л2.4, Л1.1, Л2.1 |
1.7. | Преобразование спектра сигнала в смесителях. Спектр действительного монохроматического, baseband-сигнала и модулированного сигнала. Временное представление комплексного монохроматического, baseband-сигнала и модулированного сигнала. Векторный, квадратурный и комплексный смесители. Спектры сигналов на выходе смесителей. Схемная реализация смесителей сигналов с переносом на нулевую и на ненулевую частоту. Подавление зеркальной частоты в квадратурном смесителе. | Лекции | 7 | 2 | ПК-3 | Л2.4, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
1.8. | Детектирование ЧМ-сигналов с помощью квадратурных методов. | Лабораторные | 7 | 12 | ПК-3 | Л2.2, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
1.9. | Параметры и схемотехника преобразователей частоты. Параметры и схемотехника гетеродинов. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-3 | Л1.1, Л2.1 |
1.10. | Системы автоматической регулировки усиления и автоматической подстройки частоты, принцип работы, схемы и характеристики. Работа синтезатора частоты на основе цифровой ФАПЧ. | Лекции | 7 | 2 | ПК-3 | Л2.4, Л3.4, Л1.1, Л3.2, Л2.1 |
1.11. | Измерение характеристик цифрового синтезатора частот. | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-3 | Л2.2, Л3.4, Л1.1, Л3.2, Л2.1 |
1.12. | Схемотехника систем ФАПЧ. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-3 | Л1.1, Л3.2, Л2.1 |
1.13. | Измерение параметров спектра сигналов различных источников в диапазоне 100 кГц – 2,4 ГГц. | Лабораторные | 7 | 8 | ПК-3 | Л2.4, Л3.4, Л1.1, Л1.2, Л2.1 |
1.14. | Изучение принципа работы и функциональных возможностей анализатора спектра R&S FSH4/8 | Сам. работа | 7 | 10 | ПК-3 | Л1.1, Л2.1 |
Раздел 2. Цифровые системы приёма радиосигналов | ||||||
2.1. | Достоинства и недостатки цифровых систем передачи информации. Обобщенная схема системы цифровой передачи информации. Функции блоков схемы. Форматирование сигналов. Операции дискретизации и восстановления непрерывных сигналов. Погрешность квантования. Методы кодирования источника (сжатия информации). | Лекции | 7 | 2 | ПК-3 | Л2.4, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.2. | Моделирование тракта приёма цифровых сигналов в LabVIEW. | Лабораторные | 7 | 8 | ПК-3 | Л2.4, Л2.2, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.3. | Функции цифровой демодуляции в LabVIEW | Сам. работа | 7 | 10 | ПК-3 | Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.4. | Требования к кодировкам при импульсной модуляции. Типы сигналов при импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Достоинства и недостатки отдельных кодировок PCM (ИКМ). Спектральные параметры сигналов ИКМ. | Лекции | 7 | 2 | ПК-3 | Л2.4, Л1.1, Л2.1 |
2.5. | Требования к кодировкам при импульсной модуляции. Типы сигналов при импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Достоинства и недостатки отдельных кодировок PCM (ИКМ). Спектральные параметры сигналов ИКМ. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-3 | Л1.1, Л2.1 |
2.6. | Демодуляция и детектирование цифровых сигналов. Суть оптимального приема сигналов с известной формой. Импульсная и частотная характеристика согласованного фильтра. Примеры реализации согласованных фильтров.Отношение сигнал-шум на выходе согласованного фильтра. Согласованный фильтр как коррелятор. | Лекции | 7 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л2.1 |
2.7. | Анализ примеров реализации согласованных фильтров. | Сам. работа | 7 | 7 | ПК-3 | Л1.1, Л2.1 |
2.8. | Согласованная фильтрация. | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-3 | Л2.4, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.9. | Функции демодуляции и детектирования в LabVIEW. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-3 | Л2.2, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.10. | Полосовая модуляция и демодуляция. Классификация методов манипуляции. Общие принципы построения оптимальных приемников М-арных сигналов. Схема некогерентного приема бинарной FSK. Минимальное расстояние между тонами для ортогональной FSK для некогерентного и когерентного приема. Зависимости вероятности битовой ошибки при М-арной ортогональной частотной манипуляции при когерентном приеме. OFDM- модуляция. | Лекции | 7 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л2.1 |
2.11. | Моделирование передачи и приема частотно-манипулированного сигнала и анализ вероятности битовой ошибки. | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-3 | Л2.2, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.12. | Функции частотной манипуляции в LabVIEW. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-3 | Л2.2, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.13. | Построение модуляторов и приемников в случае использования бинарной и квадратурной PSK. Зависимости вероятности битовой ошибки при М-арной фазовой манипуляции. QAM- модуляция и сигнальные созвездия при QAM- модуляции. Методы расширения спектра. Методы множественного доступа. Межсимвольные искажения (ISI). Виды фильтров для ослабления ISI. | Лекции | 7 | 2 | ПК-3 | Л1.1, Л2.1 |
2.14. | Моделирование передачи и приема фазово-манипулированного сигнала и анализ вероятности битовой ошибки. | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-3 | Л2.2, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.15. | Функции фазовой манипуляции в LabVIEW. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-3 | Л2.2, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.16. | Моделирование передачи и приема сигнала с квадратурной амплитудной манипуляцией и анализ вероятности битовой ошибки. | Лабораторные | 7 | 6 | ПК-3 | Л2.2, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.17. | Функции квадратурной манипуляции в LabVIEW. | Сам. работа | 7 | 8 | ПК-3 | Л2.2, Л3.4, Л1.1, Л2.1 |
2.18. | Контроль знаний и компетенций | Экзамен | 7 | 27 | ПК-3 | Л1.1, Л1.3 |
5.1. Контрольные вопросы и задания для проведения текущего контроля и промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины |
1. Классификация и схемотехника радиоприемных устройств. 2. Основные характеристики радиоприемных устройств. 3. Классификация источников шумов в радиоприемниках. 4. Понятие о коэффициенте шума каскада радиоприемника. Шумовая температура. 5. Коэффициент шума последовательного соединения каскадов. 6. Спектр действительного монохроматического, baseband-сигнала и модулированного сигнала. Действительный сигнал как компонента комплексного сигнала (применительно к трём перечисленным типам сигналов). 7. Временное представление комплексного монохроматического, baseband-сигнала и модулированного сигнала. 8. Спектры квадратурных сигналов. 9. Векторный, квадратурный и комплексный смесители. Спектры сигналов на выходе смесителей. Подавление зеркальной частоты в квадратурном смесителе. 10. Схемотехника, достоинства и недостатки, проблемы построения приёмников программно-конфигурируемого радио. Приёмники с ненулевой (высокой и низкой) и нулевой промежуточной частотой. 11. Системы автоматической регулировки усиления. 12. Системы автоматической подстройки частоты. 13. Обобщенная схема системы цифровой передачи информации. Функции блоков схемы. 14. Операции дискретизации и восстановления непрерывных сигналов. Погрешность квантования. 15. Типы сигналов при импульсно-кодовой модуляции (ИКМ). Достоинства и недостатки отдельных кодировок ИКМ. Спектральные параметры сигналов ИКМ. 16. Демодуляция и детектирование цифровых сигналов. 17. Суть оптимального приема сигналов с известной формой. 18. Импульсная и частотная характеристика согласованного фильтра. 19. Примеры реализации согласованных фильтров. 20. Отношение сигнал-шум на выходе согласованного фильтра. 21. Согласованный фильтр как коррелятор. 22. Расчет и оптимизация вероятности битовой ошибки для случая бинарного кодирования цифровых сигналов 23. Полосовая модуляция и демодуляция. Классификация методов манипуляции. 24. Общие принципы построение оптимальных приемников М-арных сигналов. 25. Когерентное детектирование сигналов FSK. Схема некогерентного приема бинарной FSK. 26. Минимальное расстояние между тонами для ортогональной FSK при когерентном и некогерентном приеме. 27. Зависимости вероятности битовой ошибки при М-арной ортогональной частотной манипуляции при когерентном приеме. 28. Построение модуляторов и приемников в случае использования бинарной и квадратурной PSK. 29. Зависимости вероятности битовой ошибки при М-арной фазовой манипуляции. 30. Сигнальные созвездия при QAM- модуляции. Принципы формирования QAM-сигналов. 31. Методы расширения спектра. Методы множественного доступа. 32. Межсимвольные искажения (ISI). Виды фильтров для ослабления ISI. |
5.2. Темы письменных работ для проведения текущего контроля (эссе, рефераты, курсовые работы и др.) |
5.3. Фонд оценочных средств для проведения промежуточной аттестации |
См. Приложения |
6.1. Рекомендуемая литература | ||||
6.1.1. Основная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л1.1 | В. И. Нефедов, А. С. Сигов ; под ред. В. И. Нефедова | Общая теория связи: учебник для бакалавриата и магистратуры | М. : Изд-во "Юрайт" // ЭБС "Юрайт", 2018 | biblio-online.ru |
Л1.2 | Э. Ф. Хамадулин | Методы и средства измерений в телекоммуникационных системах: учебное пособие для академического бакалавриата | М. : Изд-во "Юрайт" // ЭБС "Юрайт", 2018 | biblio-online.ru |
Л1.3 | В. А. Романюк | Основы радиосвязи: учебник для вузов | М. : Изд-во "Юрайт" // ЭБС "Юрайт", 2018 | biblio-online.ru |
6.1.2. Дополнительная литература | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л2.1 | Галкин В.А. | Основы программно-конфигурируемого радио [электронный ресурс]: | М.: Горячая линия - Телеком, 2013 | http:///www.studentlibrary.ru/book/ISBN9785991203050.html |
Л2.2 | Суранов А.Я. | LabVIEW 8.20: Справочник по функциям: Справочник | М.: ДМК Пресс // ЭБС "Лань", 2009 | e.lanbook.com |
Л2.3 | А. В. Аминев, А. В. Блохин ; под общ. ред. А. В. Блохина | Измерения в телекоммуникационных системах: учебное пособие для вузов | ЭБС "Юрайт" , 2018 | urait.ru |
Л2.4 | Догадин Н. Б. | Основы радиотехники: учеб. пособие | СПб.: Лань, 2007 | |
6.1.3. Дополнительные источники | ||||
Авторы | Заглавие | Издательство, год | Эл. адрес | |
Л3.1 | Суранов А.Я. | Угловая модуляция: Методическое пособие | Изд-во АлтГУ, 2000 | |
Л3.2 | Ю. В. Марков, А. С. Боков ; под науч. ред. Н. П. Никитина. | Устройства приема и обработки сигналов: проектирование: учебное пособие для вузов | М. : Издательство Юрайт, 2018 | |
Л3.3 | Суранов А.Я. | Супергетеродинный приемник : Методические указания | Изд-во АлтГУ, 2003 | |
Л3.4 | А.Я. Суранов | Моделирование беспроводных систем передачи сигналов и данных на LabVIEW: Учебное пособие | АлтГУ, 2014 | elibrary.asu.ru |
6.2. Перечень ресурсов информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" | ||||
Название | Эл. адрес | |||
Э1 | ЭБС «Лань» | e.lanbook.com | ||
Э2 | ЭБС «Университетская библиотека онлайн» | www.biblioclub.ru | ||
Э3 | ЭБС «Юрайт» | www.biblio-online.ru | ||
Э4 | ЭБС "АлтГУ" | elibrary.asu.ru | ||
6.3. Перечень программного обеспечения | ||||
Microsoft Windows Microsoft Office 7-Zip AcrobatReader | ||||
6.4. Перечень информационных справочных систем | ||||
Аудитория | Назначение | Оборудование |
---|---|---|
304К | лаборатория телекоммуникаций и цифрового телевидения центр систем автоматизации и управления - учебная аудитория для проведения занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических); проведения групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации | Учебная мебель на 10 посадочных мест; рабочее место преподавателя; стеллажи под лабораторное оборудование; проектор: марка INFOCUS модель IN24 - 1 единица; программно-аппаратный комплекс измерения технологических параметров на базе плат, система сбора данных AFS, средства отладки и программирования DL-NEXYS, станции паяльные ERSA (2шт.), телефон системный Panasonic KX-DT321RU-B (2шт.), IP-платформа Panasonic KX-NCP1000RU, Анализатор спектра R&S FSH8, модальная система анализа и генерации сигналов, персональные портативные устройства сбора данных NI myDAQ; методические указания по выполнению лабораторных работ по курсам "Техника приема и обработки сигналов", "Проектирование устройств на ПЛИС", "Цифровая и микропроцессорная техника". |
Учебная аудитория | для проведения занятий лекционного типа, занятий семинарского типа (лабораторных и(или) практических), групповых и индивидуальных консультаций, текущего контроля и промежуточной аттестации, курсового проектирования (выполнения курсовых работ), проведения практик | Стандартное оборудование (учебная мебель для обучающихся, рабочее место преподавателя, доска) |
001вК | склад экспериментальной мастерской - помещение для хранения и профилактического обслуживания учебного оборудования | Акустический прибор 01021; виброизмеритель 00032; вольтметр Q1202 Э-500; вольтметр универсальный В7-34А; камера ВФУ -1; компьютер Турбо 86М; масспектрометр МРС -1; осциллограф ЕО -213- 2 ед.; осциллограф С1-91; осциллограф С7-19; программатор С-815; самописец 02060 – 2 ед.; стабилизатор 3218; терц-октавный фильтр 01023; шкаф вытяжной; шумомер 00026; анализатор АС-817; блок 23 Г-51; блок питания "Статрон" – 2 ед.; блок питания Ф 5075; вакуумный агрегат; весы; вольтметр VM -70; вольтметр В7-15; вольтметр В7-16; вольтметр ВУ-15; генератор Г-5-6А; генератор Г4-76А; генератор Г4-79; генератор Г5-48; датчик колебаний КВ -11/01; датчик колебаний КР -45/01; делитель Ф5093; измеритель ИМП -2; измеритель параметров Л2-12; интерферометр ИТ 51-30; источник "Агат" – 3 ед.; источник питания; источник питания 3222; источник питания ЭСВ -4; лабораторная установка для настройки газовых лазеров; лазер ЛГИ -21; М-кальк-р МК-44; М-калькул-р "Электроника"; магазин сопротивления Р4075; магазин сопротивления Р4077; микроскоп МБС -9; модулятор МДЕ; монохроматор СДМС -97; мост переменного тока Р5066; набор цветных стекол; насос вакумный; насос вакуумный ВН-01; осциллограф С1-31; осциллограф С1-67; осциллограф С1-70; осциллограф С1-81; осциллоскоп ЕО -174В – 2 ед.; пентакта L-100; пирометр "Промень"; пистонфон 05001; преобразователь В9-1; прибор УЗДН -2Т; скамья оптическая СО 1м; спектограф ДФС -452; спектограф ИСП -51; стабилизатор 1202; стабилизатор 3217 – 4 ед.; стабилизатор 3218; стабилизатор 3222 – 3 ед.; станок токарный ТВ-4; усилитель мощности ЛВ -103 – 4 ед.; усилитель У5-9; центрифуга ВЛ-15; частотомер Ч3-54А; шкаф металлический; эл.двигатель; электродинамический калибратор 11032 |
519М | электронный читальный зал с доступом к ресурсам «ПРЕЗИДЕНТСКОЙ БИБЛИОТЕКИ имени Б.Н. Ельцина» - помещение для самостоятельной работы | Учебная мебель на 46 посадочных мест; 1 Флипчарт; компьютеры; ноутбуки с подключением к информационно-телекоммуникационной сети "Интернет" и доступом в электронную информационно-образовательную среду; стационарный проектор: марка Panasonic, модель PT-ST10E; стационарный экран: марка Projecta, модель 10200123; система видеоконференцсвязи Cisco Telepresence C20; конгресс система Bosch DCN Next Generation; 8 ЖК-панелей |
Курс состоит из двух основных частей, касающихся вопросов приёма и обработки аналоговых и цифровых сигналов, причём вторая часть является большей по объёму. При изучении вопросов первой части необходимо усвоить основные понятия теории радиоприёма и представлять весь набор функций радиоприёмных устройств (РПрУ). Для ориентации во всём многообразии таких устройств необходимо руководствоваться их классификацией по различным критериям, а также знать схемотехнику на структурном уровне и основные характеристики. Для понимания ограничений чувствительности приёмников надо знать свойства внутренних и внешних шумов РПрУ, а также их шумовые характеристики. При рассмотрении одной из основных операций преобразования сигнала в РПрУ – операции смешения сигналов или переноса частоты, помимо традиционных векторных смесителей надо понять работу современных квадратурных и комплексных смесителей. С этим связана необходимость анализа спектра действительного монохроматического, baseband-сигнала и модулированного сигнала, а также временного представления этих сигналов в комплексной форме. При изучении вопросов второй части необходимо руководствоваться общей структурной схемой цифровой системы передачи информации и знанием функций её блоков. Это позволяет последовательно по данной схеме рассмотреть вопросы форматирования (аналого-цифрового преобразования), методы кодирования источника (сжатия информации) и импульсной модуляции. При дальнейшем движении по структурной схеме необходимо усвоить такие ключевые вопросы демодуляции и детектирования цифровых сигналов, как суть оптимального приема сигналов с известной формой, импульсная и частотная характеристика согласованного фильтра, отношение сигнал-шум на выходе согласованного фильтра и согласованный фильтр как коррелятор. Хорошее понимание данных вопросов позволит перейти к общим принципам построение оптимальных приемников М-арных сигналов и расчётам вероятности битовой ошибки для конкретных видов полосовой манипуляции. Помимо вопросов оптимального (согласованного) приёма, большое значение для понимания основ работы современных радиоприёмных устройств имеет чёткое представление о принципах OFDM-модуляции, методах расширения спектра и множественного доступа. |