МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
ПО ВЫПОЛНЕНИЮ
ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ
по дисциплине ОП03 Теория электросвязи
для студентов специальности 11.02.10 Радиосвязь, радиовещание и телевидение
Разработчики – преподаватели ГБПОУ РК СКР:
- Степанов Андрей Юрьевич ______________
г.Симферополь
2016 г.
Содержание.
| Пояснительная записка | |
| Практическая работа №1 | |
| Графоаналитический метод определения коэффициентов ряда Фурье. | |
| Практическая работа №2 | |
| Расчет энергетических и временных характеристик непрерывной последовательности импульсов | |
| Практическая работа №3 | |
| Расчёт разрядности кода цифрового сигнала | |
| Практическая работа №4 | |
| Расчет прохождения детерминированного сигнала через нелинейную цепь | |
| Практическая работа №5 | |
| Расчет и построение кода Шеннона-Фано | |
| Практическая работа №6 | |
| Расчет и построение кода Хаффмана | |
| Практическая работа №7 | |
| Сжатие информации по алгоритму Хэмминга | |
| Практическая работа №8 | |
| Декодирование информации по алгоритму Хэмминга | |
| Критерии оценивания выполнения лабораторно-практических работ |
Пояснительная записка
Методические указания к практическим(лабораторным) работам по дисциплинеОП03 «Теория электросвязи» предназначены для студентов по специальности 11.02.01 «Радиосвязь, радиовещание и телевидение»
Цель методических указаний: оказание помощи студентам в выполнении практических(лабораторных) работ по дисциплине «Теория электросвязи».
Настоящие методические указания содержат практические(лабораторные) работы, которые позволят студентам закрепить теорию по наиболее сложным разделам дисциплины (МДК) и направлены на формирование следующих компетенций:
ОК 1. Понимать сущность и социальную значимость своей будущей профессии, проявлять к ней устойчивый интерес.
ОК 2. Организовывать собственную деятельность, определять методы и способы выполнения профессиональных задач, оценивать их эффективность и качество.
ОК 3. Решать проблемы, оценивать риски и принимать решения в нестандартных ситуациях.
ОК 4. Осуществлять поиск, анализ и оценку информации, необходимой для постановки и решения профессиональных задач, профессионального и личностного развития.
ОК 5. Использовать информационно-коммуникационные технологии для совершенствования профессиональной деятельности.
ОК 6. Работать в коллективе и команде, обеспечивать ее сплочение, эффективно общаться с коллегами, руководством, потребителями.
ОК 7. Ставить цели, мотивировать деятельность подчиненных, организовывать и контролировать их работу с принятием на себя ответственности за результат выполнения заданий.
ОК 8. Самостоятельно определять задачи профессионального и личностного развития, заниматься самообразованием, осознанно планировать повышение квалификации.
ОК 9. Быть готовым к смене технологий в профессиональной деятельности.
ПК 1.1. Выполнять монтаж и первичную инсталляцию оборудования систем радиосвязи и вещания.
ПК 1.2. Выполнять монтаж и производить настройку сетей абонентского доступа на базе систем радиосвязи и вещания.
ПК 1.4. Выполнять регламентно-технические работы по обслуживанию оборудования радиосвязи и вещания.
В результате выполнения практических работ по дисциплине «Теория электросвязи» студенты должны:
у1 - применять основные законы теории электрических цепей, учитывать на практике свойства цепей с распределенными параметрами и нелинейных электрических цепей;
у2 - различать непрерывные (аналоговые) и дискретные (цифровые) сигналы, рассчитывать их параметры;
з1 - классификацию каналов и линий связи, видов сигналов и их спектров;
з2 - виды нелинейных преобразований сигналов в каналах связи;
з3 - кодирование сигналов и преобразование частоты;
з4 - виды модуляции в аналоговых и цифровых системах радиосвязи;
з5 - принципы помехоустойчивого кодирования, виды кодов, их исправляющая способность
Описание каждой практической работы содержит: тему, цели работы, порядок выполнения работы, а так же перечень контрольных вопросов. Для получения дополнительной, более подробной информации по изучаемым вопросам, приведено учебно-методическое и информационное обеспечение.
Практическая работа №1
Тема: Графо-аналитический метод определения коэффициентов ряда Фурье
Цель работы: По заданному графическому изображению периодической функции научиться, используя графо-аналитический метод, определять коэффициенты ряда Фурье
Теоретические сведения
Всякую периодическую несинусоидальную функцию можно выразить как:
Y=A 0 +B 1 sinwt+B 2 sin2wt+B 3 sin3wt+…+B k sinkwt+C 1 coswt+C 2 cos2wt+C 3 cos3w+…+C k coskwt, (1)
Где А0- постоянная составляющая,
Вк, Ск- коэффициенты ряда Фурье.
Коэффициенты ряда Фурье определяются при помощи следующих формул:
2p
A 0 =1/2pò y dwt; (2)
2p
B k =1/pòy sinkwt dwt; (3)
2p
C k =1/pòy coskwt dwt; (4)
Коэффициенты ряда (1) можно определить графо- аналитическим методом, который дает приближенные значения коэффициентов, но является более общим, так как не требует аналитического разлагаемой в ряд функции.
Периодическая кривая вычерчивается на графике (рисунок 1). На протяжении отрезка, соответствующего периоду, на равных расстояниях Dwt друг от друга проводятся ординаты кривой.
Коэффициент А0- постоянная составляющая- определяется приближенным выражением:
m
A 0 =(Sy)/m, (5)
где Sу- алгебраическая сумма всех ординат, взятая за период; m- число ординат.
Выражение (5) следует из основного (2):
2p m m m
A 0 =1/2pò y dwt » 1/2pSyDwt =(Dwt Sy)/2p =(Sy)/m, (6)
0 1 1 1
так как Dwt =2p/m.
Результат определения А0 тем точнее, чем меньше будет взят интервал Dwt между ординатами.
Аналогично определяются коэффициенты Вк и Ск на основании выражений (3) и (4):
2p 1
B k =1/pòy sinkwt dwt » 2/mSy sinkwt, (7)
0 m
2p 1
C k =1/pòy coskwt dwt » 2/mSy coskwt, (8)
0 m
Рисунок 1. К определению коэффициентов ряда графическим методом
Порядок выполнения работы
- Согласно таблице вариантов выписать исходные данные согласно заданному варианту.
- Перерисовать заданный график в масштабе удобном для дальнейшего разбития на 12 равных частей (см. Рисунок 1).
- Разбить нарисованный график на 12 равных частей при этом следует иметь в виду, что одна часть соответствует углу равному p/6 (30°).
- Для удобства расчёта составить таблицу:
| № ординаты | i, A | wt, град | sinwt | coswt | i sinwt | i coswt |
| … | ||||||
| Cумма |
- Согласно разбиению графика и выбранного масштаба заполнить в вышеприведенной таблице первую и вторую графу (i, A и wt, град).
- Вычислить и заполнить оставшиеся графы таблицы.
- Согласно формулам (7) и (8) определить коэффициенты В1 и С1, а по формуле (6) постоянную составляющую А0.
- Аналогичным образом рассчитать коэффициенты В2, В3 и С2, С3 для 2-ой и 3-ей гармоники (соответствуют частотам 2wt и 3wt).
- Результатом вычислений коэффициентов будет представление заданного графика в виде:
Y=A 0 +B 1 sinwt+C 1 coswt+B 2 sin2wt+C 2 cos2wt +B 3 sin3wt+ C 3 cos3wt,
- По данным практической работы сделать вывод о полученном ряде Фурье.
Содержание отчета о выполнении практической работы
- Нарисованный график в приемлемом для расчета масштабе.
- Грамотно составленная таблица для вычисления коэффициентов ряда Фурье.
- Приведенный расчет коэффициентов ряда Фурье согласно составленной таблицы.
- Окончательный аналитический вид ряда Фурье заданного графика.
- Вывод о проделанной работе
Практическая работа №2.
Тема: Расчет энергетических и временных характеристик непрерывной последовательности импульсов.
Цель: Приобрести навыки построения и расчета параметров импульсного сигнала.
Порядок выполнения работы
1. Зарисовать форму последовательности импульсов для скважности равной 1.5; 2; 5; 8;10.
2. Высчитать среднюю мощность по формуле
Pcp= (E2*τи)/ Т, где
Е - амплитуда импульса(В), τи - длительность импульса (сек), Т - период повторения(сек). Принять Е=2V
3. Найти зависимость величины мощности от скважности на разных частотах.
4. Результаты занести в таблицу 1.
Таблица 1.
| Скважность N | Период следования Т,(сек) | Длительность имп-са τи(сек) | Средняя мощность Pcp | Период следования Т,(сек) | Длительность имп-са τи(сек) | Средняя мощность Pcp | Период следования Т,(сек) | Длительность имп-са τи(сек) | Средняя мощность Pcp |
| 1.5 | 10-8 | 10-6 | 10-3 | ||||||
| 10-8 | 10-6 | 10-3 | |||||||
| 10-8 | 10-6 | 10-3 | |||||||
| 10-8 | 10-6 | 10-3 | |||||||
| 10-8 | 10-6 | 10-3 |
5. Построить график зависимости Pcp=f(N) для разных периодов следования.
Контрольные работы
1. Что такое скважность?
2. Что такое коэффициент заполнения?
3. Связь между скважностью и коэффициентом заполнения?
4. Как изменяется мощность при изменении скважности и частоты?
Практическая работа №3
Тема: Расчёт разрядности кода цифрового сигнала
Цель: По заданной МЕТОДИКЕ НАУЧИТЬСЯ ОПРЕДЕЛЯТЬ ШАГ КВАНТОВАНИЯ и разрядность кода.
Теоретические сведения
По характеристикам в зависимости от области определения и области возможных значений функции различают следующие виды сигналов (рис. 1.)
Сигналы первого вида (рис. 1 а), называемые непрерывными, задаются на конечном или бесконечном временном интервале и могут принимать любые значения в некотором диапазоне. Примером является сигнал на выходе микрофона. Такие сигналы часто называются аналоговыми.
Сигналы второго вида - непрерывные по уровню и дискретные по времени (рис. 1 б). Дискретизация по времени обычно выполняется путем взятия отсчетов непрерывной по времени функции U(t) в определенные дискретные моменты времени ti,i =1,2,.... В результате непрерывную функцию U(t) заменяют совокупностью мгновенных значений U(ti),i =1,2,.... Дискретизация по времени лежит в основе всех видов импульсной модуляции.
Интервал дискретизации 
заданного сигнала по времени определяется на основе теоремы Котельникова по неравенству:
(1)
где 
- верхнее значение частоты спектра сигнала. (Гц.)
Дискретизация значений непрерывной функции U(t) по уровню называется амплитудным квантованием. В результате квантования непрерывный сигнал заменяется ступенчатой функцией. Шаг квантования ∆U (расстояние между двумя соседними разрешенными уровнями) может быть, как постоянным, так и переменным. Его обычно выбирают из условий обеспечения требуемой точности восстановления непрерывного сигнала из квантованного.
Разрядность кодов определяется исходя из динамического диапазона квантуемых по уровню импульсных отсчётов. При этом в качестве верхней границы динамического диапазона 
принимается напряжение самого большого по амплитуде отсчёта. Нижняя граница диапазона
(B), (1)
где К- коэффициент усиления (согласно заданию).
Для самого малого по амплитуде импульсного отсчета задается соотношение мгновенной мощности сигнала и мощности шума квантования:
, (2)
где: PШ.КВ - мощность шумов квантования при размерной шкале квантования, Вт.
Известно, что:
, (3)
где: D - шаг шкалы квантования.
В свою очередь:
, (4)
где: D - шаг шкалы квантования;
nКВ – число уровней квантования;
UMAX – верхняя граница динамического диапазона, В.
С учетом этого:
, (5)
где: nКВ – число уровней квантования;
UMIN – нижняя граница динамического диапазона, В;
UMAX – верхняя граница динамического диапазона, В.
Из (3.6) получаем:
, (6)
Известно, что при использовании двоичного кодирования число кодовых комбинаций, равное числу уровней квантования, определяется выражением:
, (7)
где: m – разрядность кодовых комбинаций.
Отсюда:
. (8)
Длительность элементарного кодового импульса определяется исходя из интервала дискретизации и разрядности кода по выражению
,с. (9)
Порядок выполнения работы
- Выписать данные согласно варианта из таблицы 2
- Определить верхнее значение частоты спектра сигнала Рассчитать интервал дискретизации по уравнению 1
- Нарисовать график дискретизированного во времени сигнала. Форму графика взять из примера или свободную. В момент времени «0» значение U(t), (В) равно максимальному напряжению из задания. Заполнить верхнюю строку таблицы, добавляя каждый раз вычисленное приращение дискрета Δt. На графике разбить ось ОХ на 8 одинаковых частей. Каждой следующей отметке придается следующее значение из строки дискрета времени. Из каждого дискрета времени на графике провести перпендикуляр. Точка пересечения графика с перпендикуляром даст значение функции (напряжение) в этот момент. Вертикальная ось OY графика должна быть линейно разделена на удобные для отсчета отрезки.
- Заполнить таблицу зависимости данного сигнала от времени.
- По полученным данным сделать выводы.
Таблица 1 - Зависимость сигнала от времени
| приращение дискрета времени ∆t (сек) | |||||||||
| Значение функции U(t), (В) |
Таблица2 Варианты заданий
| Номер варианта | Циклическая частота ὼс | Амплитуда Umax |
| 1,0 | ||
| 0,8 | ||
| 0,6 | ||
| 0,4 | ||
| 0,3 | ||
| 0,5 | ||
| 0,7 | ||
| 0,9 | ||
| 1,1 | ||
| 1,2 |
Рис 2 Пример оформления графика
6. Данные для расчета берутся из приложения согласно варианта
7. Найти нижнюю границу динамического диапазона по формуле 1.
8. Найти число уровней квантования по формуле 6.
9. Найти шаг шкалы квантования по формуле 4.
10. Найти мощность шумов квантования по формуле 3.
11. Найти соотношение мощности сигнала к мощности шума квантования по формуле 2.
12. Найти разрядность кодовых комбинаций по формуле 8.
13. Найти длительность элементарного кодового импульса по формуле 9.
14. Заполнить таблицу результатов в таблице 1.
1. Вывод о проделанной работе
Таблица 1
| Коэффициент усиления К | Максимальное напряжение UMAX (В) | Минимальное напряжение UMIN (В) | Число уровней квантования nКВ | Шаг шкалы квантования D | Мощность шумов квантования PШ.КВ | Соотношение γ | Разрядность кодовых комбинаций m | длительность элементарного кодового импульса τ |
Контрольные вопросы
- Что означает термин «дискретизация сигнала».
- Чем отличается дискретизация сигнала по времени от дискретизации по уровню.
- Откуда берется шум квантования
- Как можно уменьшить шум квантования
- Как влияет динамический диапазон на разрядность квантованного сигнала.
Приложение. Варианты задания
| Номер варианта | Коэффициент усиления К | Соотношение γ | Максимальное напряжение UMAX (В) |
| 1,0 | |||
| 1,23 | 0,8 | ||
| 0,37 | 0,6 | ||
| 0,05 | 0,4 | ||
| 0,6 | 0,3 | ||
| 2,74 | 0,5 | ||
| 1,16 | 0,7 | ||
| 0,98 | 0,9 | ||
| 4,41 | 1,1 | ||
| 1,44 | 1,2 |
Практическая работа № 4
Тема: «Расчет прохождения детерминированного сигнала через нелинейную цепь»
Цель работы: Получение навыков расчета характеристик сигналов аналоговых модуляций.