Кафедра радіотехнічних систем

[RE-156] Передавання інформації в радіотехнічних системах

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Рівень вищої освіти	Перший (бакалаврський)
Галузь знань	17 - Електроніка, автоматизація та електронні комунікації
Спеціальність	172 - Електронні комунікації та радіотехніка
Освітня програма	172Б РТС - Радіотехнічні інформаційні технології (ЄДЕБО id: 6842)172Б РКС - Радіотехнічні комп'ютеризовані системи (ЄДЕБО id: 49227)172Б РКС+ - Радіотехнічні комп'ютеризовані системи (ЄДЕБО id: 57920)
Статус дисципліни	Нормативна
Форма здобуття вищої освіти	Очна
Рік підготовки, семестр	1 курс, весняний семестр
Обсяг дисципліни	5 кред. (Лекц. 54 год, Практ. 0 год, Лаб. 18 год, СРС. 57 год )
Семестровий контроль/контрольні заходи	Екзамен
Розклад занять	https://rozklad.kpi.ua
Мова викладання	Українська
Інформація про керівника курсу / викладачів	Лекц.: Шпилька О. О., Лаб.: Шпилька О. О.,
Розміщення курсу	https://do.ipo.kpi.ua/

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Дисципліна “Передавання інформації в радіотехнічних системах” ставить за мету сформувати компетентності ознайомити слухачів з прниципами, процесами та аспектами функціонуванняя будь-якої системи обміну інформацією.

Предметом вивчення дисципліни являються поняття теорії інформації, характеристики та границі систем передачі інформації, методи вимірювання, стиснення, перевірки цілосності, передачі та прийому інформації, моделі каналів передачі данних.

2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Для опановування матеріалу необхідно володіння знаннями та вміннями отриманими при вивчені наступних дисциплін:

Теорія ймовірностей в телекомунікаціях та радіотехніці;
Основи теорії телекомунікацій і радіотехніки;
Інформатика;
Вища математика

3. Зміст навчальної дисципліни

Основні поняття теорії передавання інформації. Класифікація систем. Узагальнена структурна схема цифрової системи зв’язку.
Характеристики джерела інформації. Кількість інформації в одному символі джерела за Шеноном. Ентропія джерела інформації. Сумісна та умовна ентропії. Взаємна ентропія. Ентропія шуму в каналі. Ненадійність каналу.
Характеристики дискретних каналів зв’язку: продуктивність джерела інформації, швидкість передачі інформації, пропускна здатність n-значного симетричного дискретного каналу.
Характеристики неперервних джерел інформації. Диференційна ентропія. Пропускна здатність неперервного каналу зв’язку. Формула Шенона. Спектральна ефективність. Границя Шенона.
Ефективне кодування. Теорема Шенона про кодування джерела інформації. Рівномірне ефективне кодування. Нерівномірне кодування: алгоритми Шенона-Фано і Хафмана. Алгебраїчне ефективне кодування. Алгоритм Лемпеля-Зіва-Велча.
Завадостійке кодування. Теорема Шенона про кодування. Класифікація кодів. Основні поняття, приницпи та характеристики завадостійких кодів. Коригуюча спроможність кодів.
Коди що виявляють помилки: Код з перевіркою на парність. Код з однаковою вагою. Cyclic redundancy check (CRC) коди.
Коди для виправлення помилок. Лінійні блокові коди. Декодування лінійних блокових кодів.
Згорткове кодування. Алгоритм Вітербі для декодування загорткових кодів.
Аналітичний сигнал. Перетворення Гільберта. Комплексна огинаюча сигналу. Квадратурний модулятор. Основні види цифрової модуляції. Модуляційне сузір’я.
Основні принципи кореляційного прийому. Критерій ідеального спостерігача, максимальної правдоподібності. Критерії прийняття рішень
Поняття про «Soft» та «Hard» рішення. Квадратурний демодулятор. Log likelihood ratio оцінка для різних типів модуляційних сузір’їв.
Багатопроменеві канали. Модель Релея. Модель Райса. Модель Джейкса. Спотворення що виникають в багатопроменевих каналах. Пропускна здатність багатопроменевого каналу зв’язку
Методи розділення каналів. Область використання. Переваги та недоліки.

4. Навчальні матеріали та ресурси

Мазурков М.І. Основи теорії передавання інформації. Навчальний посібник для вищих навчальних закладів. Одеса: Наука і техніка, 2005. – 168 с
Stefan Host. Іnformation and communication theory. Published by John Wiley & Sons, Inc., Hoboken, New Jersey, 2019 ISBN 978-1-119-43378-1
Fuqin Xiong. Digital Modulation Techniques. Second Edition. Published by ARTECH HOUSE, Inc., Norwood, MA, 2006 ISBN 1-58053-863-0
Michael Rice. Digital Communicat.ions: A Discrete-Time Approach. Pblished by Pearson Education, Inc., Upper Saddle River, New Jersey, 2009 ISBN 0-13-030497-2
J. G.Proakis: Digital Communications. – New York: McGraw-Hill, 2000.
Радіомережі: Багатоантенні системи [Електронний ресурс] : навч. посіб. для студ. спеціальності 172 «Телекомунікації та радіотехніка» / В.А. Головін, О.О. Шпилька ; КПІ ім. Ігоря Сікорського. – Електронні текстові дані (1 файл: 6,36 Мбайт). – Київ : КПІ ім. Ігоря Сікорського, 2021. – 169 с.
Навчальний посібник: методичні вказівки до виконання індивідуального завдання.
Навчальний посібник: методичні вказівки до виконання лабораторних робіт.

Навчальний контент

5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Лекція №1. Основні поняття теорії інформації.

Основні поняття теорії передавання інформації. Класифікація систем. Узагальнена структурна схема цифрової системи зв’язку.

Лекція №2. Характеристики джерела інформації за Шеноном.

Кількість інформації в одному символі джерела за Шеноном. Ентропія джерела інформації. Сумісна та умовна ентропії.

Лекція №3 Характеристики дискретних каналів зв’язку

Продуктивність джерела інформації, швидкість передачі інформації, пропускна здатність n-значного симетричного дискретного каналу.

Лекція №4 Характеристики неперервних джерел інформації та каналів зв’язку. Формула Шенона.

Диференційна ентропія. Пропускна здатність неперервного каналу зв’язку. Спектральна ефективність. Границя Шенона. Співвідношення сигнал/шум, енергія біта/спектральна густина потужності шуму.

Лекція №5 Ефективне кодування.

Визначення та поняття процесу кодування. Теорема Шенона про кодування джерела інформації. Рівномірне ефективне кодування.

Лекція №6 Нерівномірне ефективне кодування.

Алгоритми Шенона-Фано і Хафмана. Алгебраїчне ефективне кодування. Алгоритм Лемпеля-Зива-Велча.

Лекція № 7 Завадостійке кодування

Теорема Шенона про кодування. Класифікація кодів. Основні поняття, приницпи та характеристики завадостійких кодів. Коректуюча спроможність кодів.

Лекція №8 Лінійні блокові коди

Алгоритм кодування лінійних блокових кодів. Алгебраїчне декодування лінійних блокових кодів. Декодування мажоритарним методом.

Лекція №9 Згорткові коди

Діаграма станів пристрою кодування. Решітчата діаграма. Алгоритм Вітербі для декодування загорткових кодів.

Лекція №10 Коди з перевіркою на парність

Поліноми генератори. Ділення поліномів. Архітектура пристрою ділення поліномів.

Лекція №11 Цифрова модуляція

Аналітичний сигнал. Перетворення Гільберта. Комплексна огинаюча сигналу. Квадратурний модулятор. Квадратурний демодулятор.

Лекція №12 Канал з AWGN

Детектування дискретних сигналів. Функція помилки. Критерії приняття рішень.

Лекція №13 Сигнали з частотною модуляцією

Структурна схеме квадратурного модулятора для CPFSK модуляції. Модуляція з мінімальним частотним зсувом. Модуляція з гаусовою обвідною. Когерентний і некогерентний прийом сигналів з цифровою частотною модуляцією. Залежності ймовірності бітової помилки в каналах з AWGN

Лекція №14 Сигнали з фазовою модуляцією

Структурна схема квадратурного модулятора для PSK модуляції. Міжсимвольна інтерференція і фільтр приподнятого косинуса. Глаз-діаграма. Модуляції OQPSK, pi/4-QPSK, DBPSK, DQPSK.

Лекція №15 Сигнали з фазовою модуляцією

Когерентний і некогерентний прийом сигналів з цифровою фазовою модуляцією. Квадратурна амплітудна модуляція. Прийняття рішень, щодо переданих символів. Залежності ймовірності бітової помилки в каналах з AWGN

Лекція №16 Багатопроменеві канали

Модель Релея. Модель Райса. Модель Джейкса. Спотворення що виникають в багатопроменевих каналах. Пропускна здатність багатопроменевого каналу зв’язку

Лекція №17 Технологія OFDM

Ідея OFDM. Структура OFDM символа: захисні інтервали, захисні полоси, пілот сигнали. Стуктурна схема пристрою формування OFDM символів

Лекція №18 Розділення каналів

Технології CDMA, TDMA та FDMA. Технологія MIMO.

6. Самостійна робота студента

На самостійну роботу виноситься закріплення знань по матеріалу, вивченому на лекціях шляхом опрацювання наданої основної та додаткової літератури; виконання індивідуального завдання; підготовка до лабораторних робіт та екзамену.

Політика та контроль

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Рекомендовані методи навчання:

метод проблемного навчання: проблемний виклад на окремих лекціях, і дослідницький метод при виконанні лабораторних робіт;
особистісно-орієнтований - у вигляді навчальних дебатів під час проведення практичних занять і виконанні лабораторних робіт;
розробка і застосування комп'ютерних засобів при виконанні завдань.

Правила відвідування занять. Відвідування лекцій, практичних та лабораторних занять є обов’язковою, оскільки на них викладається теоретичний матеріал та розвиваються навички, необхідні для виконання семестрових контрольних заходів. Система оцінювання орієнтована на отримання балів за своєчасність і якість виконання лабораторних робіт, а також виконання курсової роботи.

Призначення заохочувальних та штрафних балів. Заохочувальні бали виставляються за: активну участь на лекціях , лабораторних та практичних заняттях, Кількість заохочуваних балів не більше 10; Штрафні бали можуть виставлятися за: невиконання або невчасне виконання завдань. Кількість штрафних балів не більше 10.

Академічна доброчесність Політика та принципи академічної доброчесності визначені у розділі 3 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code.

Норми етичної поведінки Норми етичної поведінки студентів і працівників визначені у розділі 2 Кодексу честі Національного технічного університету України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського». Детальніше: https://kpi.ua/code.

Навчання іноземною мовою Навчальна дисципліна «Технології передавання інформації в радіотехнічних системах» передбачає її вивчення українською мовою. У процесі викладання навчальної дисципліни використовуються матеріали та джерела англійською мовою.

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Поточний контроль: виконання лабораторних робіт, розрахунково-графічна робота, написання модульної контрольної роботи.

Календарний контроль: проводиться двічі на семестр як моніторинг поточного стану виконання вимог силабусу.

Семестровий контроль: екзамен у формі усної відповіді на два теоретичних запитання після пів- годинної підготовки.

Рейтинговий бал студента за семестр визначається результатами виконання завдань до 4 лабораторних робіт, індивідуального завдання і модульної контрольної роботи. На виконання кожної з лабораторних робіт відводиться по 4 аудиторні години. Максимальний бал за лабораторну роботу 10. Таким чином під час семестру студент може отримати 40 балів за виконання лабораторних робіт. Максимальний бал за розрахунково-графічну роботу 20. Максимальний бал за модульну контрольну роботу 10. Таким чином сума балів за виконання завдань під час семестру рівна 70 балів.

Умовою допуску до екзамену являється виконання усіх вищевказаних задань. За умови набору менше 50% від максимальної суми балів, студент під час проведення екзамену дає відповіді на два екзаменаційні білети (термін підгтовки до відповіді при цьому збільшується в двічі)

Таблиця відповідності рейтингових балів оцінкам за університетською шкалою

Кількість балів	Оцінка
100-95	Відмінно
94-85	Дуже добре
84-75	Добре
74-65	Задовільно
64-60	Достатньо
Менше 60	Незадовільно
Не виконані умови допуску	Не допущено

9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

...

Опис матеріально-технічного та інформаційного забезпечення дисципліни

Планується проведення 6-ти лабораторних робіт (36 год.) з метою набуття досвіду вимірювання параметрів передавачів на сучасному вимірювальному та стендовому обладнанні,їх налаштування. Ознайомлення із зразками електронних приладів НВЧ, дослідження їх характеристик з використанням радіовимірювальної НВЧ апаратури.

Робота № 1 – Освоєння методики настроювання і дослідження оптимальних енергетичних режимів вихідних каскадів передавачів.

В роботі досліджуються два варіанти схемної побудови вихідних каскадів – з паралельним та послідовним живленням, досліджується вплив режиму роботи АЕ на енергетичні характеристики ГЗЗ.

Робота № 2 – Дослідження цифрового синтезатора частоти прямого синтезу частот – DDS.

В роботі студенти знайомляться із схемною побудовою реального синтезатора DDS, досліджують спектри вихідних коливань, засвоюють методику встановлення робочої частоти.

Робота № 3 – Дослідження цифрового синтезатора частоти з колом ФАПЧ.

В роботі студенти знайомляться із схемною побудовою СЧ, засвоюють методику встановлення вихідної частоти, досліджують вплив дестабілізуючих факторів (зміна напруги живлення та температури) на стабільність частоти, спектральні характеристики вихідних коливань та фазові шуми.

Робота № 4 – Дослідження формування та параметрів сигналів з цифровими методами модуляції:

стенд 5-1. Модуляції BPSK, QPSK, OQPSK.

стенд 5-2. Модуляція 16QAM.

Робота № 5 – Дослідження лампи зворотної хвилі (ЛЗХ) типу «О». Ознайомлення з конструкцією, вимірювання діапазону електронного перестроювання та розрахунки крутизни електронного перестроювання і дисперсійних характеристик пакетованої малопотужної ЛЗХ типу із зустрічно-штиревою сповільнюючою системою.

Робота №6 – Дослідження характеристик магнетронного генератора; вимірювання робочих і навантажувальних характеристик пакетованого магнетрона безперервного генерування.

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено Шпилька О. О.;
Ухвалено кафедрою РТС (протокол № 06/23 від 22.06.2023 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № 06-2023 від 29.06.2023 )