Главная | Научная деятельность | Издания | Системы, сети и устройства радиосвязи: Учеб. пособие / В.И. Николаев, Ю.Б. Нечаев, В.В. Прилепский, С.С. Гремяченский. / 2005

Научная деятельность

Системы, сети и устройства радиосвязи: Учеб. пособие / В.И. Николаев, Ю.Б. Нечаев, В.В. Прилепский, С.С. Гремяченский. / 2005
Системы, сети и устройства радиосвязиУДК 621.396.2
Н-63

Системы, сети и устройства радиосвязи: Учеб. пособие / В.И. Николаев, Ю.Б. Нечаев, В.В. Прилепский, С.С. Гремяченский. Воронеж. гос. техн. ун-т, 2005. 382 с.

В настоящем пособии рассматриваются вопросы построения современных цифровых систем и устройств радиосвязи.

Учебное пособие соответствует требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования по направлению 210200 «Проектирование и технология электронных средств», специальности 210201 «Проектирование и технология радиоэлектронных средств», дисциплине «Основы радиоэлектроники и связи». Отдельные разделы будут полезны студентам других радиотехнических специальностей и инженерам.

Табл. 15. Ил. 226. Библиогр.: 25 назв.

Научный редактор д-р физ.-мат. наук, проф. Ю.С. Балашов

Рецензенты:
кафедра информационных систем факультета компьютерных наук Воронежского государственного университета (зав. кафедрой д-р физ.-мат. наук, проф. Э.К. Алгазинов);
засуженный деятель науки и техники РФ, д-р техн. наук, проф. А.П. Ярыгин

Введение

Предлагаемое учебное пособие предназначено для студентов старших курсов радиотехнических специальностей. Оно будет полезно также при подготовке и сдаче вступительных экзаменов в аспирантуру и кандидатского экзамена по специальности 05.12.13 «Системы, сети и устройства телекоммуникаций». Учебное пособие базируется на следующих вузовских дисциплинах: «Электродинамика и распространение радиоволн», «Радиотехнические цепи и сигналы», «Теория электрической связи», «Теория оптимального приема сигналов», «Импульсные и цифровые устройства», «Теория информации».

В целом все они являются составной частью дисциплины «Информационные технологии». Этот термин возник в последней трети XX столетия, которое вначале называлось «веком электричества», в середине – «атомным веком», а в настоящее время – «веком информатики».

Действительно, мир переживает сегодня информационный бум. В теории информатики есть понятие «удвоение информационного потока» - это временной интервал, в течение которого количество накопленной в мире информации удваивается. Если в средние века удвоение происходило за 100 лет, в начале XX века – за 10 лет, то, начиная с1990 года, происходит ежегодное удвоение накопленной в мире информации.

Сегодня в США доля средств, направляемых в информатику, в валовом национальном продукте превышает 10% и уже опережает все другие отрасли промышленности, в том числе автомобильную.

Учебное пособие состоит из пяти глав, содержание которых понятно уже из их названия. Пособие, в основном, базируется на общепризнанной научной и учебно-методической литературе отечественных и зарубежных авторов, список который дается в конце пособия. Вместе с тем в ряд разделов включены материалы, отражающие современное состояние вопросов построения и разработки систем, сетей и устройств телекоммуникаций на основе оригинальных работ специалистов Воронежского НИИ связи, в том числе и авторского коллектива, опубликованных как в периодической печати, так и в ведомственной литературе, доступ к которой затруднен. В этом случае материалы даются в более подробном изложении. В целом же авторы ставили перед собой цель обеспечить полноту учебного пособия достаточной для сдачи вступительного экзамена в аспирантуру и кандидатского экзамена по специальности 05.12.13 без дополнительного обращения к первоисточникам, учитывая при этом, что при сдаче экзамена по специальности по программе кандидатского минимума аспирант готовится еще и по специальной программе.

Темы, включенные в издание, подготовлены следующими авторами: гл. 1 – канд.техн.наук, проф. В.И. Николаевым, гл. 2 и 4 – д-ром техн. наук В.В. Прилепским, гл.3 – канд. физ.-мат. наук, доц. С.С. Гремяченским, гл. 5 – д-ром физ.-мат. наук, проф. Ю.Б. Нечаевым.

Авторы глубоко признательны рецензентам: заслуженному деятелю науки и техники РФ, д-ру техн. наук, проф. А.П. Ярыгину (5-й Центральный научно-исследовательский испытательный институт) и коллективу кафедры информационных систем Воронежского государственного университета во главе с д-ром физ.-мат. наук, проф. Э.К. Алгазиновым.

Авторы будут благодарны за замечания, которые помогут им в предполагаемой дальнейшей работе по улучшению учебного пособия и расширению области его применения.

Содержание

Введение 3

Глава 1.
Общие сведения о системах телекоммуникаций и радиоканалах

5
1.1. Особенности распространения радиоволн в радиолиниях наземной связи 5
1.1.1. Уравнение Максвелла. Поле диполя в свободном пространстве 8
1.1.2. Поле источника, расположенного на Земле (задача Зоммерфельда). Формула Шулейкина-Ван-дер-Поля 12
1.1.3. Поле источника, поднятого над землей. Интерференционные формулы. Квадратичная формула Введенского 21
1.1.4. Критерий Рэлея гладкой поверхности. Основные методы расчета поля на пересеченной местности 27
1.1.5. Особенности распространения радиоволн на трассах при подвижной связи. Разнесенный прием 36
1.1.6. Особенности распространения коротких радиоимпульсов при подвижной связи 47
1.1.7. Особенности распространения радиоволн сантиметрового, миллиметрового и оптического диапазонов. Радиорелейные линии связи 51
1.1.8. Особенности распространения радиоволн в тропосферных, ионосферных и метеорных радиолиниях 59
1.2. Основные понятия о системах и каналах связи 80
1.2.1. Принципы построения систем и сетей связи, передачи информации, их классификация и эффективность 81
1.2.2. Многоканальные системы передачи информации. Методы разделения канальных сигналов 86
1.2.3. Распределение информации в системах связи. Нагрузка и трафик системы. Формула Эрланга 92
1.3. Радиотелефонные системы связи 99
1.3.1. Радиальные системы с каналами общего доступа. Сотовые системы I поколения (аналоговые) 100
1.3.2. Системы с сотовой структурой 105
1.3.3. Тенденции и перспективы развития цифровых систем подвижной связи 113
1.3.4. Принципы передачи информации в цифровых системах подвижной связи 127
1.3.5. Принципы построения цифровых систем подвижной связи с временным разделением каналов (TDMA) 135
1.3.6. Системы подвижной связи с кодовым разделением каналов (CDMA) 144
1.3.7. Сравнительные характеристики технологий TDMA и CDMA . Прогноз развития систем III поколения 157
1.3.8. Спутниковые системы радиотелефонной связи 161

Глава 2.
Виды сигналов, их формирование и характеристики

167
2.1. Цифровая передача аналоговых сообщений 167
2.1.1. Преобразование непрерывных сообщений в цифровую форму 167
2.1.2. Кодирование речи 171
2.1.3. Современные вокодеры 175
2.2. Аналоговая модуляция радиосигналов 181
2.2.1. Амплитудная модуляция (АМ) 181
2.2.2. Балансная амплитудная модуляция (БАМ) 183
2.2.3. Однополосная амплитудная модуляция 184
2.2.4. Фазовая модуляция (ФМ) 186
2.2.5. Частотная модуляция (ЧМ) 188
2.3. Цифровая модуляция 190
2.3.1. Амплитудная манипуляция (АМн) 192
2.3.2. Бинарная фазовая манипуляция (BPSK) 193
2.3.3. Квадратурная фазовая манипуляция (QPSK) 194
2.3.4. Квадратурная фазовая манипуляция со сдвигом (O-QPSK) 197
2.3.5. Фазовая манипуляция π/4- DQPSK 198
2.3.6. Многофазная манипуляция (M-PSK) 201
2.3.7. Амплитудно-фазовая манипуляция (АФМн) 202
2.3.8. Квадратурная амплитудная манипуляция (КАМ, QAM) 202
2.3.9. Частотная манипуляция с минимальным сдвигом (MMC, MSK) 204
2.3.10. Частотная манипуляция с минимальным сдвигом и предварительной гауссовской фильтрацией (GMSK) 208

Глава 3.
Кодирование сообщений в системе телекоммуникаций

210
3.1. Информация в канале связи 210
3.1.1. Цифровые системы связи 210
3.1.2. Модели канала 213
3.1.3. Информация и энтропия 217
3.1.4. Пропускная способность канала 220
3.1.5. Непрерывные системы связи. Формула Шеннона 223
3.2. Кодирование с исправлением ошибок 226
3.2.1. Основные принципы кодирования 226
3.2.2. Классификация кодов 230
3.3. Циклические коды 233
3.3.1. Общие сведения 233
3.3.2. Подклассы циклических кодов 240
3.4. Сверточные коды 248
3.4.1. Общие сведения 248
3.4.2. Пороговое декодирование 252
3.4.3. Алгоритм декодирования Витерби 254

Глава 4.
Синхронизация в цифровых системах

262
4.1. Следящие системы синхронизации. Система ФАПЧ. 262
4.1.1. Основные параметры. Режимы захвата и слежения 262
4.1.2. Уравнение системы ФАПЧ 266
4.1.3. Слежение за допплеровским сдвигом частоты. Системы ФАПЧ 1-го, 2-го и 3-го порядков 270
4.1.4. Устойчивость систем ФАПЧ 277
4.1.5. Цифровые системы ФАПЧ 278
4.2. Системы восстановления несущей частоты ФМн- сигналов 282
4.2.1. Восстановление несущей частоты бинарных Мн- сигналов 282
4.2.2. Восстановление несущей частоты 4 фазных Мн- сигналов 284
4.3. Тактовая синхронизация в системах цифровой связи 286
4.3.1. Схема тактовой синхронизации 286
4.3.2. Блоковая и кадровая синхронизация 291
4.4. Синхронизация по задержке в приемниках ШПС 292

Глава 5.
Общие сведения о сетях телекоммуникаций

296
5.1. Классификация и принципы построения сетей 296
5.1.1. Топология информационно-вычислительных сетей 296
5.1.2. Линия связи 301
5.1.3. Блоки взаимодействия 304
5.2. Методы коммутации в телекоммуникационных сетях 306
5.2.1. Коммутация каналов 308
5.2.2. Коммутация пакетов. Дейтаграммная передача пакетов и сети с виртуальными каналами 310
5.2.3. Коммутация сообщений 316
5.3. Методы доступа пользователей к сети 318
5.3.1. Метод случайного доступа CSMA/CD 319
5.3.2. Метод с состязаниями (система ALOHA) 323
5.3.3. Детерминированные методы доступа 324
5.4. Маршрутизация в системах передачи данных 330
5.4.1. Принципы маршрутизации 330
5.4.2. Алгоритмы (методы) маршрутизации 332
5.5. Концепции открытости сетевых технологий. Эталонная модель взаимодействия открытых систем (BOC/ OSI) 341
5.6. Стандартные стеки коммуникационных протоколов 348
5.6.1. Стек OSI 351
5.6.2. Стек TCP/IP 353
5.7. Особенности вычислительных сетей 357
5.7.1. Сети X. 25 357
5.7.2. Сети Frame Relay 361
5.7.3. Технология ATM 366
Заключение 374
Библиографический список 375