Презентация ОПК и ЦОС

Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Ульяновский государственный технический
университет»
Основы помехоустойчивого
кодирования и цифровая обработка
сигналов
Информатика и вычислительная техника
Информационные системы и технологии
Приоритетное направление модернизации и технологического развития экономики России :
Перспективные виды вооружения, военной и специальной техники
Задачи программы

формирование у обучающихся представлений о методах
повышения энергетической эффективности современных
систем связи;

формирование у обучающихся представлений о моделях
каналов связи и их использовании в оценке потенциальных
возможностей кодеков по повышению достоверности данных;

развитие навыков расчета вероятностных характеристик
систем обмена данными;

развитие навыков моделирования элементов обмена данными в
системе Matlab;

развитие навыков цифровой обработки сигналов.
2
Перечень профессиональных
компетенций, подлежащих освоению в
процессе обучения

ПК 1.1.1. Способность понимать основные проблемы в своей
предметной области, выбирать методы и средства их
решения;

ПК 1.1.2. Готовность выполнять расчет и проектирование
деталей, узлов и устройств радиотехнических систем в
соответствии с техническим заданием с использованием
средств автоматизации проектирования;

ПК 1.1.3 Способность к организации
экспериментальных
исследований
с
современных средств и методов;

ПК 1.1.4. Способность выполнять моделирование объектов и
процессов с целью анализа и оптимизации их параметров с
использованием имеющихся средств исследований, включая
стандартные пакеты прикладных программ.
и
проведению
применением
3
Структура программы
«Основы помехоустойчивого кодирования и цифровая
обработка сигналов»
№
Модуль
1
Модуль 1. Математические основы и
параметры избыточных кодов
2
Модуль 2. Методы обработки двоичных
помехоустойчивых кодов
Модуль 3. Недвоичные коды и их
применение в каскадных конструкциях
3
Всего
Лекции Практика
8
5
3
12
5
7
10
3
7
4
Модуль 4. Моделирование элементов
кодеков систем обмена данными
12
5
7
5
Модуль 5. Цифровая обработка сигналов
30
12
18
Итоговая аттестация
4
4
-
ИТОГО
72
434
38
4
ПМ 1. Математические основы и параметры
избыточных кодов
Раздел 1. Элементы общей теории связи
•Тема 1.1. Основные определения и понятия;
•Тема 1.2. Каноническая схема системы обмена данными;
Назначение основных элементов;
•Тема 1.3. Предел К. Шеннона и пути его достижения.
Раздел 2. Математическая основа построения
помехоустойчивых кодов
•Тема 2.1. Аксиомы теории алгебраических групп, колец и
полей;
•Тема 2.2. Классификация кодов и их основные параметры;
•Тема 2.3. Двоичные линейные коды.
Раздел 3. Методы оценки вероятностных
характеристик систем обмена данными
•Тема 3.1. Вероятностные характеристики систем обмена
данными в условиях независимого потока ошибок;
•Тема 3.2. Каналы с группированием ошибок и оценка их
параметров.
Итоговая аттестация по модулю
5
ПМ 2. Методы обработки двоичных
помехоустойчивых кодов
Раздел 1. Математические модели СОД
•Тема 1.1. Классификация моделей СОД;
•Тема 1.2. Принципы построения имитационных моделей на
базе системы Matlab.
Раздел 2. Перспективные двоичные
помехоустойчивые коды
• Тема 2.1. Принципы мягкого декодирования избыточных кодов;
• Тема 2.2. Коды с малой плотностью проверок на четность (LDPC
коды);
• Тема 2.3. Сверточные коды, принципы построения и
декодирования;
• Тема 2.4. Системы с турбокодированием;
• Тема 2.5. СОД на базе полярных кодов;
• Тема 2.6. Методы декодирования линейных кодов по
кластерам.
Итоговая аттестация по модулю
6
ПМ 3. Недвоичные коды и их
применение в каскадных конструкциях
Раздел 1. Поля Галуа и их расширения
•Тема 1.1. Формирование расширенных полей Галуа и их
свойства;
•Тема 1.2. Коды Рида-Соломона (РС), их свойства и
особенности декодирования;
Тема 1.3. Алгоритм Берлекэмпа-Месси в системе
декодирования кодов РС.
Раздел 2. Мягкое декодирование кодов РС
•Тема 2.1. Функция правдоподобия для символов
недвоичного кода, мягкое декодирование кодов РС по
алгоритму Форни.
Раздел 3. Каскадные коды
•Тема 3.1. Произведение кодов размерности 2D
Итоговая аттестация по модулю
7
ПМ 4. Моделирование элементов
кодеков систем обмена данными
Раздел 1. Принципы формирования
произведений кодов размерности 3D и более
•Тема 1.1. Произведения кодов с единственной проверкой
четности.
Раздел 2. Применение шумоподобных сигналов в
перспективных системах связи
•Тема 2.1. Принципы формирования и классификация
шумоподобных сигналов.
Раздел 3. Моделирование элементов систем
обмена данными
•Тема 3.1 Аналитическое моделирование сложных систем
обмена данными в среде Mathcad;
•Тема 3.2 Принципы разработки имитационных моделей
систем обмена данными в системе Matlab.
Итоговая аттестация по модулю
8
ПМ 5. Цифровая обработка сигналов
Раздел 1. Случайные процессы
•Тема 1.1. Интуитивные предпосылки и основные понятия и
определения теории случайных процессов;
•Тема 1.2. Основные параметры и виды случайных
процессов;
•Тема 1.3. Авторегрессионные случайные
последовательности.
Раздел 2. Фильтрация сигналов
•Тема 2.1. Постановка задачи фильтрации сигналов;
•Тема 2.2. Оптимальный линейный фильтр Винера;
•Тема 2.3. Рекуррентная фильтрация. Фильтр Калмана.
Раздел 3. Обнаружение сигналов
•Тема 3.1. Постановка задачи обнаружения сигналов.
Ошибки первого и второго рода. Байесовский критерий
обнаружении сигналов. Критерий Неймана-Пирсона
•Тема 3.2. Анализ эффективности обнаружения сигналов.
Обнаружение сигналов в условиях априорной
неопределенности
Итоговая аттестация по модулю
9
Методические рекомендации по
изучению тем модулей
Теоретический материал дается в двух формах.
1. Теоретические занятия проводятся в аудитории, оснащенной доской и
компьютером с широкоэкранным телевизором или проектором.
2. Теоретические занятия проводятся в дистанционной форме. При их
проведении слушатели находятся на базовом предприятии, а преподаватель
посредством видеоконференцсвязи доводит до слушателей изучаемый
материал. Лекции сопровождаются графическими и видеоматериалами с
использованием интерактивной доски.
Практические занятия и лабораторные работы выполняются на
оборудовании, указанном в описании соответствующего профессионального
модуля.
Отчеты по лабораторным работам и отчетные материалы по практическим
занятиям могут пересылаться преподавателю по электронной почте.
10
Используемая литература

Васильев, К. К. Математическое моделирование систем связи / К. К. Васильев, М. Н. Служивый. –
.Ульяновск : УлГТУ, 2010. – 128 с.

Васильев К.К., Крашенинников В.Р. Статический изображений, Ульяновск, УлГТУ, 2014, 220. анализ

Васильев К.К., Дементьев В.Е. Представление и обработка многозональных изображений,
Ульяновск: УлГТУ, 2015 (сайт Venec. Ulstu.ru/lib/

Возенкрафт, Дж. Теоретические основы техники связи / Дж. Возенкрафт, И. Джекобс. – М.: Мир,
1969. – 640 с

Галлагер, Р. Дж. Коды с малой плотностью проверок на четность : пер. с англ. под ред. Р.Л.
Добрушшина / Р. Дж. Галлагер. – М. : Мир, 1966. – 144 с.

Гладких А.А. Основы теории мягкого декодирования избыточных кодов в стирающем канале связи /
А.А. Гладких. – Ульяновск : УлГТУ, 2010. – 379 с

Карташевский, В. Г. Прием кодированных сигналов в каналах с памятью / В. Г. Карташевский, Д. В.
Мишин. – М. : Радио и связь, 2004.– 239

Коржик, В. И. Помехоустойчивое кодирование дискретных сообщений в каналах со случайной
структурой / В. И. Коржик, Л. М. Финк. – М. : Связь, 1975. – 272 с.

Лайонс, Р. Цифровая обработка сигналов : Второе издание. пер. с англ. / Ричард Лайонс – М. : ООО
Бином – Пресс, 2006 – 656 с. : ил.

Морелос-Сарагоса, Р. Искусство помехоустойчивого кодирования. Методы, алгоритмы, применение
/ Р. Морелос-Сарагоса.– М. : Техносфера, 2005.–320 с

Питерсон, У. Коды, исправляющие ошибки / У. Питерсон, Э. Уэлдон.: пер. с англ.; под ред. Р. Л.
Добрушина и С. Н. Самойленко. – М. : Мир, 1976. – 594 с.

Прокис, Джон. Цифровая связь / Джон. Прокис; пер. с англ.; под ред. Д. Д. Кловского.– М. : Радио
и связь, 2000. – 800 с.

Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое применение : изд. 2-е,
испр. пер. с англ / Бернард Скляр. – М. : Издательский дом «Вильямс», 2003. – 1104 с.
11
Примерный перечень вопросов для
подготовки к зачету
(основы помехоустойчивого кодирования)

Предел К. Шеннона, принципы его достижения. Характеристика ЭВК и особенности ее
определения в реальных системах.

Соотношение ошибки на бит (BER) и ошибки на комбинацию кода (CER). Оценка
вероятности ошибки на комбинацию в условиях независимого потока ошибок.

Основные классы помехоустойчивых кодов.

Понятие порождающей и проверочной матрицы кода. Переход от порождающей матрицы
кода к проверочной и обратно в систематической форме. Понятие синдрома.

Модель каналов связи. Характеристики математических моделей СОД.

Принцип построения кодов LDPC. Декодирование кодов LDPC методом распространения
доверия. Сверточные коды: принцип декодирования, особенности алгоритма Витерби.
Особенности декодирования турбокодов. Полярные коды: особенности построения и
декодирования. Концепция декодирования по кластерам.

Поля Галуа и их расширение. Коды Рида-Соломона и способы их декодирования.
Каскадные коды.

Методы композиций помехоустойчивых кодов. Возможности произведения кодов
размерности 3D.Принципы построения декодеров произведения кодов размерности 3D.

Моделирование процедуры декодирования произведения кодов размерности 3D.
Построение адаптивных систем обмена данными на базе произведения кодов размерности
3D.
12
Примерный перечень вопросов для
подготовки к зачету
(цифровая обработка сигналов)

Интуитивные предпосылки и основные понятия и определения теории случайных процессов. Предмет
теории случайных процессов (СП), ее задачи и место в подготовке инженеров. Понятие о
конечномерных распределениях, математическом ожидании, дисперсии и ковариационной функции
случайного процесса. Определение непрерывности и дифференцируемости СП. Зависимость
непрерывности СП от вида его ковариационной функции. Связь характеристик случайного процесса и
его производной.

Определение стационарного случайного процесса в узком и широком смыслах. Определение
нормального случайного процесса. Примеры нормальных СП. Связь характеристик нормального
случайного процесса и его производной. Определение и характеристики винеровского СП.

Определение марковского случайного процесса. Примеры марковских СП. Свойства Марковского СП.
Определение случайной последовательности. Описание свойств марковости, стационарности и
однородности для случайной последовательности. Определение одномерной авторегрессии и
исследование ее свойств.

Постановка задачи обнаружения сигналов. Ошибки первого и второго рода. Байесовский критерий
обнаружении сигналов. Критерий Немана-Пирсона. Анализ эффективности обнаружения сигналов.
Обнаружение сигналов в условиях априорной неопределенности

Постановка задачи фильтрации СП. Оптимальная винеровская фильтрация СП. Характеристики
винеровского оптимального фильтра. Калмановская фильтрация СП. Преимущества рекуррентной
фильтрации СП. Характеристики фильтра Калмана. Нелиненая фильтрация. Медианная фильтрация.
Введение в адаптивную фильтрацию. Псевдоградиентный подход при оценивание случайных
последовательностей.
13
Контрольно-измерительные
материалы
Входной контроль по программе осуществляется в форме собеседования,
позволяющего оценить уровень освоения слушателями следующих
компетенций:

способность понимать основные проблемы в своей предметной области,
выбирать методы и средства их решения;

готовность выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и
устройств СОД в соответствии с техническим заданием с использованием
средств автоматизации проектирования;

способность к организации и проведению экспериментальных
исследований с применением современных средств и методов;

способность выполнять моделирование объектов и процессов с целью
анализа и оптимизации их параметров с использованием имеющихся
средств исследований, включая стандартные пакеты прикладных
программ;

способность создавать алгоритмы обработки данных, в том числе и
многомерных, и реализовывать их в виде самостоятельных и
вспомогательных программных продуктов
Итоговый контроль по каждому профессиональному модулю проводится в
форме собеседования или защиты практической работы по следующим
контрольно-измерительным материалам
14
Программа стажировки
Цель

Ознакомление с инфраструктурой, способной решать задачи, стоящие перед
высокотехнологичными отраслями промышленности.
Задачи

ознакомление с целями и задачами предприятия;

ознакомление с деятельностью подразделений, входящих в предприятие;

изучение лучших практик в области разработки и моделирования элементов
обмена данными.
Требования к поступающим

способность понимать основные проблемы в своей предметной области,
выбирать методы и средства их решения;

готовность выполнять расчет и проектирование деталей, узлов и устройств СОД
в соответствии с техническим заданием с использованием средств
автоматизации проектирования;

способность к организации и проведению экспериментальных исследований с
применением современных средств и методов;

способность выполнять моделирование объектов и процессов с целью анализа и
оптимизации их параметров с использованием имеющихся средств
исследований, включая стандартные пакеты прикладных программ;

способность создавать алгоритмы обработки данных, в том числе и
многомерных, и реализовывать их в виде самостоятельных и вспомогательных
программных продуктов.
15
Основные виды деятельности,
формы организации работы стажирующихся
Основные виды деятельности

ознакомление с целями и задачами предприятия;

ознакомление с деятельностью подразделений,
входящих в предприятие;

изучение лучших практик в области разработки и
моделирования элементов обмена данными.
Формы проведения стажировки:

Экскурсии;

Выполнение заданий по стажировке на рабочем
месте;

Семинар с экспертами.
16
Образовательные результаты
Формирование у обучающихся представлений о структуре и составе
современных систем помехоустойчивого кодирования, математических
моделях систем обмена данными (СОД), конструкции элементов кодеков
Формирование у обучающихся представлений об этапах
проектирования СОД;
Формирование у обучающихся представлений об этапах
проектирования СОД;
Развитие навыков моделирования элементов СОД в среде Matlab
Развитие навыков цифровой обработки сигналов.
17