В учебнике рассмотрены основные вопросы общей теории связи.
Учебник рассчитан на студентов 2 и 3 курсов, обучающихся по направлению 11.03.02 – Инфокоммуникационные технологии и системы связи; он также может быть полезен студентам других направлений и специальностей.
ОГЛАВЛЕНИЕ
Предисловие 13
1. ВВЕДЕНИЕ. СИСТЕМЫ СВЯЗИ, СИГНАЛЫ, КАНАЛЫ СВЯЗИ 15
1.1. Общие сведения о системах связи 15
1.1.1. Информация, сообщение 15
1.1.2. Сигналы 17
1.1.3. Системы связи 19
1.1.4. Кодирование и шифрование 23
1.1.5. Модуляция 26
1.2. Сигналы и помехи 31
1.2.1. Классификация сигналов и помех 31
1.2.2. Объём сигнала 35
1.3. Системы и каналы связи 36
1.3.1. Классификация систем связи 36
1.3.2. Каналы связи 38
Контрольные вопросы 40
Упражнения 41
2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИГНАЛОВ 43
2.1. Простейшие модели сигналов 43
2.2. Векторное представление сигналов 51
2.3. Сигналы и действия над ними 53
2.4. Линейное пространство 56
2.5. Структура линейного пространства 59
2.5.1. Базис линейного пространства 59
2.5.2. Метрика 63
2.5.3. Норма 65
2.5.4. Скалярное произведение 66
2.6. Гильбертово пространство 69
2.6.1. Неравенство Шварца. Ортогональность 69
2.6.2. Ортонормальные базисы 72
2.6.3. Обобщённый ряд Фурье 75
2.6.4. Усечённый ОРФ. Неравенство Бесселя 76
2.6.5. Процедура Грама–Шмидта 83
2.7. Непрерывные представления сигналов 85
2.7.1. Базисы и базисные ядра 85
2.7.2. Примеры базисных ядер 88
2.8. Преобразования сигналов и линейные цепи 94
2.8.1. Преобразования и операторы 94
2.8.2. Линейные операторы 95
2.8.3. Временнóе описание линейных цепей 100
2.8.4. Линейные стационарные цепи 101
2.8.5. Частотное описание ЛИС-цепей 106
2.8.6. Фильтры 113
2.9. Ряд Фурье и интеграл Фурье 117
2.9.1. Ряд Фурье, его формы, свойства спектров 117
2.9.2. Свойства преобразования Фурье 126
2.9.3. Корреляционно-спектральные характеристики детерминированных сигналов 141
2.10. Дискретизация сигналов. Теорема отсчётов 147
2.11. Аналитический сигнал 157
2.12. Дискретизация узкополосных сигналов 168
Контрольные вопросы 173
Упражнения 174
3. ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ 177
3.1. Случайные величины и их характеристики 179
3.2. Случайные процессы 191
3.3. Корреляционно-спектральные характеристики случайных процессов 200
3.4. Воздействие ССП на ЛИС-цепи 205
3.5. Безынерционные нелинейные преобразования случайных процессов 209
3.6. Узкополосные случайные процессы 211
3.6.1. Комплексный случайный процесс 212
3.6.2. Квадратурные компоненты узкополосного процесса 216
3.6.3. Распределения огибающей и фазы узкополосного гауссовского процесса 221
Контрольные вопросы 224
Упражнения 225
4. МЕТОДЫ АНАЛИЗА ЛИС-ЦЕПЕЙ 227
4.1. Метод, основанный на решении дифференциального уравнения 228
4.2. Спектральный метод 231
4.3. Операторный метод 232
4.4. Метод комплексной огибающей 234
Контрольные вопросы 236
Упражнения 236
5. ПРИНЦИПЫ МОДУЛЯЦИИ И ДЕМОДУЛЯЦИИ 237
5.1. Линейные нестационарные цепи 238
5.2. Воздействие гармонического колебания на параметрическую цепь 240
5.3. Нелинейные цепи 242
5.4. Аппроксимация характеристик нелинейных элементов 245
5.4.1. Полиномиальная (степенна́я) аппроксимация 246
5.4.2. Экспоненциальная (показательная) аппроксимация 251
5.4.3. Кусочно-линейная аппроксимация 252
5.4.4. Статические и дифференциальные параметры нелинейных элементов 253
5.5. Воздействие гармонических колебаний на нелинейный
элемент 254
5.5.1. Воздействие гармонического напряжения на НЭ
с полиномиальной характеристикой 254
5.5.2. Воздействие гармонического напряжения на НЭ
с экспоненциальной ВАХ 257
5.5.3. Воздействие гармонического напряжения на НЭ
с кусочно-линейной ВАХ 258
5.5.4. Бигармоническое воздействие на НЭ 261
5.5.5. Использование нелинейного элемента в качестве параметрического 262
5.6. Амплитудная модуляция гармонического переносчика 265
5.6.1. Временное и спектральное описание АМ-колебаний 265
5.6.2. Получение АМ-колебаний 269
5.6.3. Детектирование АМ-колебаний 274
5.7. Угловая модуляция 283
5.7.1. Временное и спектральное описание УМ-колебаний 283
5.7.2. Приближённый анализ воздействия УМ-колебаний
на ЛИС-цепи 288
5.7.3. Получение колебаний с угловой модуляцией 290
5.7.4. Детектирование УМ-колебаний 293
5.8. Дискретная модуляция 298
5.8.1. Цифровая (дискретная) амплитудная модуляция (ЦАМ, ДАМ),
или амплитудная манипуляция 301
5.8.2. Цифровая (дискретная) фазовая модуляция (ЦФМ, ДФМ),
или фазовая манипуляция 301
5.8.3. Цифровая (дискретная) частотная модуляция (ЦЧМ, ДЧМ),
или частотная манипуляция 303
5.8.4. Многопозиционные сигналы 303
5.9. Импульсная модуляция 305
Контрольные вопросы 309
Упражнения 309
6. ЦЕПИ С ОБРАТНОЙ СВЯЗЬЮ 311
6.1. Виды обратной связи 312
6.1.1. Положительная обратная связь 313
6.1.2. Отрицательная обратная связь 315
6.2. Устойчивость цепей с обратной связью 320
6.3. Автогенераторы колебаний 324
Контрольные вопросы 329
Упражнения 330
7. КАНАЛЫ СВЯЗИ 331
7.1. Канал с аддитивным шумом 334
7.2. Линейный стационарный (фильтровой) канал 334
7.3. Линейный нестационарный канал 335
7.4. Случайный линейный канал 336
7.4.1. Канал со случайными затуханием и задержкой 336
7.4.2. Канал с многолучевым распространением 337
7.5. Нелинейный канал 339
7.6. Дискретно-непрерывные каналы 339
7.7. Дискретные каналы 340
Контрольные вопросы 343
Упражнения 344
8. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ 345
8.1. Основные понятия и термины 345
8.2. Энтропия и информация 348
8.3. Пропускная способность дискретного канала 356
8.4. Эффективное кодирование (кодирование источника) 358
8.5. Информативность непрерывных источников сообщений 369
8.6. Пропускная способность непрерывного канала
с аддитивным белым гауссовским шумом 373
Контрольные вопросы 376
Упражнения 376
9. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ ПЕРЕДАЧИ
ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ 379
9.1. Задача оптимальной демодуляции 379
9.2. Бинарная задача проверки простых гипотез 385
9.3. Приём полностью известного сигнала (когерентный приём) 389
9.4. Согласованная фильтрация 393
9.5. Потенциальная помехоустойчивость когерентного приёма 400
9.6. Некогерентный приём 405
9.7. Потенциальная помехоустойчивость некогерентного приёма 409
9.8. О межсимвольной интерференции и методах борьбы с ней 412
Контрольные вопросы 414
Упражнения 415
10. КАНАЛЬНОЕ КОДИРОВАНИЕ 417
10.1. Принципы помехоустойчивого кодирования 417
10.2. Линейные блочные коды 421
10.3. Циклические коды 437
10.4. Свёрточные коды 440
10.5. Каскадные коды. Турбокоды. Низкоплотностные коды 448
10.6. О выборе помехоустойчивого кода 450
Контрольные вопросы 451
Упражнения 451
11. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ПЕРЕДАЧИ НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ 453
11.1. Основные понятия и термины 453
11.2. Оптимальное оценивание параметров сигнала 454
11.3. Оптимальная фильтрация случайного сигнала 462
11.4. Цифровая передача непрерывных сообщений 466
11.5. Импульсно-кодовая модуляция 467
11.6. Кодирование с предсказанием 472
Контрольные вопросы 475
Упражнения 475
12. ПРИНЦИПЫ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СВЯЗИ
И РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ 477
12.1. Структура многоканальной системы связи 477
12.2. Частотное разделение каналов 480
12.3. Временнóе разделение каналов 481
12.4. Разделение каналов по форме сигналов 483
12.5. Асинхронные адресные системы связи 485
12.6. Комбинационное разделение каналов 486
12.7. Коммутация в сетях связи 487
Контрольные вопросы 489
Упражнения 490