Радиотехнические цепи и сигналы

Государственный комитет Российской Федерации
                          по связи и информатизации

                     Сибирская государственная академия
                       телекоммуникаций и информатики



                       Кафедра радиотехнических систем

                               Чернецкий Г.А.



                      "РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ"


                   Методические указания к курсовой работе

                           ПРЕОБРАЗОВАНИЕ СИГНАЛОВ
                       В РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВАХ

         для студентов 3 курса специальности 200700 - "Радиотехника"



                                 Новосибирск
                                    1997
                                 ПРЕДИСЛОВИЕ

      "Радиотехнические цепи и сигналы" (РТЦ и С) - базовая дисциплина в
системе подготовки современного инженера в области радиотехники и
радиоэлектроники. Его целью является изучение фундаментальных
закономерностей, связанных с получением сигналов, их передачей по каналам
связи, обработкой и преобразованием в радиотехнических цепях. Важная задача
курса РТЦ и С - научить студентов выбирать математический аппарат для
решения конкретных научных и технических задач в области радиотехники,
видеть тесную связь математического описания с физической стороной
рассматриваемого явления, уметь составлять математические модели изучаемых
процессов с учетом этих целей и задач. Курсовая работа ориентирована на
закрепление навыков и формирование умений по математическому описанию
сигналов, определению их вероятностных и числовых характеристик,
энергетической и корреляционной функции и характеризующих их параметров, а
также по анализу преобразования случайного процесса в нелинейных цепях.
Кроме этого, студенты должны иметь глубокое знание обобщенной структурной
схемы радиотехнической системы передачи сообщений и осуществляемых в ней
многочисленных преобразований.
      Успешное выполнение курсовой работы предполагает использование
студентами знаний из предшествующих дисциплин - "Высшая математика",
"Основы теории цепей", "Теория вероятностей".
      В настоящих методических указаниях приведены задания на курсовую
работу, образцы вариантов исходных данных и даны методические указания по
его выполнению. Конкретные варианты заданий выдаются студентам
индивидуально. В приложениях приведен необходимый справочный материал. В
конце дан список  литературы для самостоятельного изучения соответствующих
разделов курса.
      На основании выше изложенного курсовая работа выполняется по теме
"Преобразование сигналов в радиотехнических устройствах" и включает в себя
следующие разделы:
      1. Составление обобщенной структурной схемы радиотехнической  системы
передачи непрерывных сообщений дискретными сигналами и описание
функциональных преобразований сообщений и сигналов в ней с приведением
графических иллюстраций во временной и частотной областях.
      2. Определение вероятностных и числовых характеристик.
      3. Определение корреляционной функции сигнала.
      4. Нелинейное преобразование сигналов.

                       1. ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ.

1.1. Вводные замечания.

      В предисловии дано обоснование направленности содержания курсовой
работы с учетом места курса "Радиотехнические цепи и сигналы" в подготовке
радиоинженеров.
      Задание учитывает устойчивые тенденции перехода от аналоговых систем
к цифровым системам передачи и обработки непрерывных сообщений на основе
дискретизации, квантования и импульсно-кодового преобразования исходных
непрерывных сообщений (см. ниже п. 1.2).
      Статистическое описание радиотехнических сигналов, оценивание их
физических характеристик является математическим "инструментом"
радиоинженера при решении многообразных практических задач (п. 1.3).
      Наряду с полным описанием свойств сигналов с помощью многомерных
вероятностных характеристик широко применяются также функция
энергетического спектра и корреляционная функция сигналов. Последние
связаны между собой преобразованием Фурье (по теореме Хинчина-Винера) и
имеют фундаментальное значение в теории стационарных случайных процессов.
Нахождение корреляционной функции сигналов с различным энергетическим
спектром предусмотрено в п. 1.4 задания.
      В п. 1.5 задания требуется определить вероятностные и числовые
характеристики сигнала на выходе безынерционного нелинейного устройства с
заданной зависимостью y = f(x) при воздействии на него стационарного
гауссовского случайного процесса.

        1.2. Составление структурной схемы радиотехнической системы.

       Изобразить  обобщенную  структурную  схему  радиотехнической  системы
передачи  непрерывных  сообщений  дискретным  сигналом.   Привести   краткое
описание  назначения  входящих  в  нее  блоков   и   графики   временных   и
спектральных   диаграмм   на   выходе   каждого   из   них,   иллюстрирующие
(качественно)  преобразование  сообщения  и  сигнала  в   системе   передачи
непрерывных  сообщений. Вид модуляции выбирается самостоятельно.

          1.3. Определение вероятностных и числовых характеристик.

      Для заданной реализации эргодического сигнала U(t),  вид  и  параметры
которой соответствуют вашему варианту, определить:
       а)  Одномерную  плотность   распределения   вероятностей   мгновенных
значений w(u);
      б) Функцию распределения вероятности F(u);
       в)  Математическое   ожидание,   дисперсию   и   среднеквадратическое
отклонение двумя способами:

      - усреднением по множеству реализаций;
      - усреднением по времени;
      г) Вероятность того, что значения сигнала  превысят  заданный  уровень
анализа Ua  или будут находится в заданном интервале от U1 до U2.
      Построить графики  w(u)  и  F(u)  и  показать  на  них  математическое
ожидание, среднеквадратическое отклонение, вероятность  того,  что  значения
сигнала будут меньше уровня  анализа  Ua  или  будут  находится  в  заданном
интервале.

              1.4. Определение корреляционной функции сигнала.

       Для  случайного  сигнала  с  заданным  энергетическим  спектром  W(()
определить:
      а) Корреляционную функцию K(();
      б) эффективную ширину спектра;
      в) интервал корреляции.
      Изобразить графики W(() и K((), показать  на  них  эффективную  ширину
спектра и интервал корреляции.

                  1.5. Нелинейное преобразование сигналов.

      Стационарный гауссовский случайный процесс u(t) с параметрами  m(t)  и
((t) воздействует  на  безынерционную  нелинейную  цепь  с  характеристикой,
заданной в варианте.
      Определить  плотность  распределения  вероятностей  w(y)  процесса  на
выходе   цепи   y(t),   его    математическое    ожидание,    дисперсию    и
среднеквадратическое отклонение.
       Построить  графики  входного  и  выходного   процессов   относительно
заданной  передаточной  характеристики  безынерционной  нелинейной  цепи   и
соответствующих  им   плотностей   распределения   вероятностей   мгновенных
значений w(uвх) и w(y). Показать на них mx, (x,  my, (y.
      Графики должны быть построены с учетом  заданных  параметров  входного
процесса и цепи.

                                     4.
      Помехоустойчивое кодирование и  декодирование  поясняется  для  случая
использования кода с проверкой на четность.
      1.
      2.  В  основе  выполнения  пункта  1.3.  лежит  определение  плотности
распределения вероятностей мгновенных значений по временной реализации  U(t)
эргодического сигнала длительностью  T.  При  этом  плотность  распределения