Председатель УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники

Утверждена
Председатель УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-024/тип.
ВВЕДЕНИЕ В СПЕЦИАЛЬНОСТЬ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
Составители:
В.А. Чердынцев, заведующий кафедрой радиотехнических устройств
Учреждения образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники», профессор, доктор технических наук;
М.П. Федоринчик, старший преподаватель кафедры радиотехнических
устройств Учреждения образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники»
Рецензенты:
С.А. Малышев, заведующий лабораторией полупроводниковой оптоэлектроники, заместитель директора по науке Института электроники
Национальной академии наук Беларуси, кандидат технических наук;
Кафедра телекоммуникационных систем Учреждения образования «Высший
государственный колледж связи» (протокол № 5 от 22.01.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 10 от 17.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 Схемы
радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
4
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Введение в специальность» разработана для специальности
І-39 01 03 Радиоинформатика высших учебных заведений.
Общей целью преподавания данной дисциплины является подготовка
студентов первого курса специальности к осознанному и активному участию в
учебном процессе.
Курс состоит из трех частей – введение в учебный процесс, введение в
инженерное дело, введение в радиоинформатику. В первой части изучаются
особенности обучения в вузе, структура вуза и основные нормативные
документы; во второй – рассматриваются основные аспекты инженерной
деятельности и требования, предъявляемые к современному инженеру; в
третьей – история изобретения радио и развития радиоэлектронных средств
передачи, хранения и обработки информации, а также основные принципы и
методы радиоинформатики и ее отрасли.
Данная дисциплина опирается на знания, приобретенные учащимися в
средней школе при изучении математики, физики, химии, и развивает их
применительно к специальности Радиоинформатика.
Основная форма занятий – лекционная. Самостоятельная работа
студентов заключается в изучении рекомендованной литературы, подготовке к
лекциям и завершается написанием реферата на заданную тему.
Программа рассчитана на объем 17 лекционных учебных часов и
предусматривает написание реферата, тематика которого связана с избранной
специальностью.
В результате изучения дисциплины «Введение в специальность» студент
должен:
знать:
- особенности учебного процесса в вузе, его организационную структуру,
свои права и обязанности;
- какими навыками, знаниями и умениями должен обладать инженер по
радиоинформатике, а также какие общие требования предъявляются к
специалисту в соответствии с квалификационной характеристикой;
- основные принципы формирования, передачи, приема и обработки
информации с помощью электромагнитных колебаний, а также принципы
построения и функционирования радиоэлектронных устройств различного
назначения, их элементную базу, современное состояние и перспективы
развития;
- историю развития радиоинформатики, вклад отечественных и зарубежных
ученых и изобретателей в создание и развитие радиоэлектронных устройств и
систем на различных этапах их развития;
уметь:
- осознанно и продуктивно работать на лекциях, лабораторных, практических
и семинарских занятиях для приобретения необходимых знаний и навыков;
5
- самостоятельно работать с рекомендованной литературой, методическими и
учебными пособиями, владеть современными методами получения научнотехнической информации;
- грамотно составить и оформить реферат по одной из тем, связанных с
будущей специальностью.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ В УЧЕБНЫЙ ПРОЦЕСС
Тема 1.1. СИСТЕМА ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
Организация учебного процесса в вузе, график учебного процесса,
учебный план специальности Радиоинформатика.
Требования, предъявляемые к студентам в вузе, права и обязанности
студентов. Система аттестации, принятая в высшей школе. Формы контроля
знаний студентов. Структура вуза и факультета. История создания и развития
университета, кафедры.
Особенности содержания высшего радиотехнического образования.
Сочетание фундаментальных, общепрофессиональных и специальных
дисциплин при подготовке инженеров по радиоинформатике. Возможности
быстрого реагирования высшей школы на запросы промышленных
предприятий, научных и образовательных учреждений по подготовке
специалистов.
Тема 1.2. МЕТОДИКА УЧЕБНОГО ПРОЦЕССА
Аудиторная и самостоятельная работа студентов, подготовка к лекциям,
лабораторным и практическим занятиям, ведение конспекта, умение работать с
рекомендованной литературой, учебными пособиями. Современные методы
получения научно-технической информации.
Раздел 2. ВВЕДЕНИЕ В ИНЖЕНЕРНОЕ ДЕЛО
Тема 2.1. ХАРАКТЕРИСТИКА СПЕЦИАЛЬНОСТИ
Общая характеристика радиоинформатики как комплекса областей науки
и техники, связанных с проблемами формирования, передачи, приема и
преобразования информации на основе использования информационных
электромагнитных полей.
Особенности подготовки инженеров специальности Радиоинформатика.
Квалификационная характеристика. Назначение, области деятельности и
основные функции специалиста, специфика его будущей работы по
специальности. Общие требования к знаниям, умениям и практическим
навыкам. Учебный план специальности, взаимные связи учебных дисциплин.
Информационные технологии – важнейший инструмент в работе инженера.
Применение современных информационных технологий при разработке и
проектировании радиоэлектронных систем и устройств.
6
Тема 2.2. КРАТКИЙ ИСТОРИЧЕСКИЙ ОБЗОР РАЗВИТИЯ
РАДИОИНФОРМАТИКИ
Успехи физической науки XIX века. Опыты Х.Эрстеда и М.Фарадея,
появление систематизированной теории об электричестве и магнетизме.
Фундаментальные работы А.Ампера, Д.Максвелла по электродинамике и
теории электромагнитного поля. Эксперименты Г.Герца по исследованию
электромагнитных волн. Изобретения А.С.Попова и Г.Маркони. Научная
деятельность Нижегородской и Центральной радиолабораторий. Роль
отечественных и зарубежных ученых и изобретателей в развитии радиотехники
и информатики.
Раздел 3. ВВЕДЕНИЕ В РАДИОИНФОРМАТИКУ
Тема 3.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ И МЕТОДЫ РАДИОИНФОРМАТИКИ
Электромагнитное поле как средство передачи информации в
пространстве, его основные свойства. Преимущества высокочастотных
электромагнитных полей для передачи и приема информации. Модуляция
высокочастотных колебаний низкочастотными сигналами для передачи
информации.
Принципы получения информации с помощью радиосигналов: получение
сигналов за счет энергии свободных электромагнитных волн, их
детектирование, покаскадное усиление и селекция.
Электрические и электромагнитные сигналы. Информативность и
структурные свойства сигналов. Единицы измерения информации.
Информационная емкость носителей информации. Скорость передачи
информации. Формула Шеннона. Примеры пропускной способности каналов
передачи информации.
Методы реализации основных принципов радиоинформатики: излучение
и прием электромагнитных волн, усиление и генерирование сигналов,
модуляция и детектирование, борьба с помехами и селекция сигналов. Модели,
алгоритмы и программы – основа информационных технологий.
Тема 3.2. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ
Пассивные и активные дискретные элементы. Классификация и основные
характеристики пассивных элементов.
Исторические вехи изобретения и развития активных элементов:
электронных ламп, биполярных транзисторов, полевых МДП- и КМДПтранзисторов. Интегральные схемы, степень интеграции, перспективы
развития.
Тема 3.3. СИСТЕМЫ РАЗРАБОТКИ И ПРОЕКТИРОВАНИЯ
АДИОЭЛЕКТРОННЫХ СРЕДСТВ
Операционная система для персональных компьютеров Microsoft
Windows и прикладное программное обеспечение для нее: текстовый (Microsoft
Word) и табличный (Microsoft Excel) процессоры, системы конструирования
(Auto CAD) и проектирования электронных устройств (PCAD), математические
пакеты (Math CAD и Math LAB) и др.
7
Основные направления и уровни автоматизированного проектирования.
Состав современных систем автоматизированного проектирования
(математическое, лингвистическое, программное и др. обеспечение).
Системы
схемотехнического
моделирования
радиоэлектронных
устройств (Pspice и Micro-Cap), принципы построения, основные возможности.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные проблемы и перспективы развития теории и техники
радиоинформационных устройств и систем. Роль в современном мире
инженера по радиоинформатике.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ РЕФЕРАТОВ
1. Радиоинформатика – новое направление в науке и технике.
2. Моя будущая специальность – Радиоинформатика. Что определило мой
выбор.
3. Электромагнитное поле как носитель информации. Диапазоны радиоволн и
их особенности.
4. Радиосвязь как средство передачи информации. Системы радиосвязи.
5. Радиоэлектроника в современных информационных технологиях.
6. Современные средства обмена информацией.
7. Программное обеспечение ПЭВМ.
8. Периферийные устройства ПЭВМ.
9. Устройства записи и хранения информации.
10.Интернет. Принцип работы и возможности.
11.Использование лазеров в информационных технологиях.
12.Элементная база устройств радиоинформатики.
13.Радиоинформатика в современной жизни.
14.Телекоммуникационные системы.
15.Автоматизированные
системы
проектирования
радиоэлектронных
устройств.
16.Радиоинформатика – специальность третьего тысячелетия.
17.Ученые и изобретатели, с чьими именами связаны история и настоящие
успехи радиотехники и информатики.
18.Радиоэлектронная промышленность Республики Беларусь.
19.История развития радиоэлектроники в Беларуси.
20.Белгосуниверситет информатики и радиоэлектроники. История и
сегодняшний день.
21.Вклад белорусских ученых и специалистов в развитие радиоинформатики.
22.Тема реферата по выбору (по согласованию с преподавателем).
8
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Лосев А.К. Введение в специальность «Радиотехника». - М.: Высш. шк.,
1980.
2. Зиновьев А.Л., Филиппов Л.И. Введение в специальность радиоинженера. М.: Высш. шк., 1989.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Аверьянов В.Я. Десять рассказов старого профессора о радио. - Мн.:
БГУИР, 1996.
2. Кузнецов И.Н. Научные работы: методика подготовки и оформления. Мн.: Амалфея, 2000.
3. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. – М.: Радио и связь,
1986.
4. Карпович С.Е., Дайняк И.В.. Прикладная информатика. – Мн.: Выш.шк.,
2001.
5. Системы автоматизированного проектирования в радиоэлектронике:
Справочник/Под ред. И.П.Норенкова. – М.: Радио и связь, 1986.
6. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-САРV. М.: Солон, 1997.
7. Положение об экзаменах и зачетах в высших учебных заведениях. - Мн.:
БГУИР, 1994.
8. Правила внутреннего распорядка УО БГУИР. - Мн.: БГУИР, 2001.
9. Белорусский
государственный
университет
информатики
и
радиоэлектроники: Рекламный буклет. Advertizing Agency «Portugalova@Co» .Мн., 2001.
10. Сайт в Интернете http://www/bsuir.unibel.by.
9
10
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и
радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-025/тип.
ОСНОВЫ АНАЛОГОВОЙ ТЕХНИКИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
11
Составитель
Э.Г. Попов, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
А.А. Арчаков, главный метролог Белорусского государственного института
метрологии, старший научный сотрудник, кандидат технических наук;
Н.И. Шатило, заведующий кафедрой телекоммуникационных систем
Учреждения образования «Высший государственный колледж связи», доцент,
кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 10 от 17.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 Схемы
радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
12
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа
«Основы
аналоговой
техники»
разработана
для
специальности І-39 01 03 Радиоинформатика высших учебных заведений.
Целью преподавания дисциплины «Основы аналоговой техники»
(«ОАТ») является формирование у студентов знаний и навыков, позволяющих
осуществлять анализ и схемотехническое проектирование электронных
усилителей и устройств аналоговой обработки сигналов, построенных на их
основе.
В свою очередь, «Основы аналоговой техники» служат базовой
дисциплиной для изучения ряда специальных дисциплин – «Методы и
устройства формирования сигналов», «Методы и устройства приема и
обработки сигналов», «Обработка информации в телевизионных системах» и
др.
В результате освоения курса «ОАТ» студент должен:
знать:
- общие принципы усиления электрических сигналов;
- принципы построения и функционирования базовых усилительных каскадов
на различных электронных приборах;
- режимы работы усилительных элементов и методы их задания и
стабилизации;
- принципы
использования
усилителей
для
создания
устройств,
предназначенных для различной обработки электрических сигналов;
- принципы использования обратной связи для получения устройств с
заданными характеристиками;
уметь:
- анализировать работу различных аналоговых схем;
- проектировать различные усилительные каскады на различных
усилительных элементах по заданным параметрам;
- использовать усилители для целенаправленной обработки аналоговых
сигналов;
- анализировать работоспособность аналогового устройства по его
принципиальной схеме;
приобрести навыки:
- построения усилительных каскадов и их использования для обработки
электрических сигналов;
- расчета всех цепей, обеспечивающих режим и работоспособность
усилительных каскадов различного назначения;
- использования обратной связи для целенаправленного изменения
параметров усилительных устройств;
- экспериментального исследования аналоговых устройств различного
назначения.
Программа рассчитана на общий объем 105 часов, из них 102 часа –
аудиторные занятия: 51 час - лекций, 34 часа - лабораторных занятий, 17 часов практических занятий, 3 часа – самостоятельная работа над курсовой работой.
13
Лекционный курс, практические занятия и лабораторные занятия проводятся в
5-м семестре. В 6-м семестре студенты выполняют курсовую работу по
индивидуальному заданию, выдаваемому кафедрой.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Цель и задачи курса, связь с другими дисциплинами, методические
указания по его изучению. Определение аналоговых электронных устройств
(АЭУ), области применения и классификация. Краткий исторический обзор и
тенденции развития аналоговой электронной техники. Определение
усилительного устройства. Усилитель - основной элемент АЭУ. Классификация
усилителей. Виды каскадов АЭУ, способы межкаскадной связи.
Раздел 1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ УСИЛИТЕЛЕЙ
Коэффициенты передачи, входные и выходные данные усилителей.
Частотная, фазовая и переходная характеристики, связь между ними. Линейные
и нелинейные искажения сигнала, нормирование искажений. Шумы и помехи.
Амплитудная характеристика и динамический диапазон. Стабильность
усилителей. Нормирование параметров усилителей различного назначения,
связь с технико-экономическими показателями.
Раздел 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОБРАТНОЙ СВЯЗИ
Усилитель как четырехполюсник. Определение и классификация
обратных связей, способы организации. Количественная оценка обратной
связи. Влияние обратной связи на параметры усилителей (коэффициенты
передачи, входные и выходные импедансы, частотную, фазовую и переходную
характеристики, динамический диапазон и др.). Устойчивость усилителей,
охваченных ОС. Оценка устойчивости с помощью различных критериев.
Раздел 3. БАЗОВЫЕ УСИЛИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ
Свойства усилительных элементов при различных способах включения
по сигналу. Использование эквивалентных схем для анализа параметров
каскадов в частотной и временной областях. Усилительные каскады на
биполярных транзисторах, включенных по схемам с общим эмиттером, с общей
базой и с общим коллектором. Сравнительный анализ параметров. Каскады на
полевых транзисторах, включенных по схемам с общим истоком, с общим
стоком и с общим затвором, сравнительный анализ параметров.
14
Раздел 4. РЕЖИМЫ РАБОТЫ АКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
В УСИЛИТЕЛНЫХ КАСКАДАХ
Статические и динамические характеристики усилительных элементов.
Режимы А, В, С и D, основные энергетические показатели режимов.
Нестабилизированные цепи питания биполярных транзисторов, причины
дрейфа режима по постоянному току. Стабилизация режима с помощью ООС.
Параметрическая стабилизация. Цепи питания биполярных и полевых
транзисторов. Генераторы стабильного тока (ГСТ) на транзисторах, их
применение.
Раздел 5. КАСКАДЫ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ
Резисторные каскады предварительного усиления, их принципиальные и
эквивалентные схемы. Оценка основных параметров каскада (входные и
выходные сопротивления, коэффициенты усиления, нелинейные искажения).
Анализ частотных, фазовых и переходных характеристик. Влияние
разделительных и блокировочных конденсаторов на формирование частотных и
переходных
характеристик.
Динамический
диапазон
каскадов
предварительного усиления. Каскады с повышенным входным сопротивлением
на биполярных и полевых транзисторах. Применение составных транзисторов.
Раздел 6. ВЫХОДНЫЕ КАСКАДЫ
Особенности работы каскадов в режиме большого сигнала. Требования,
предъявляемые к выходным каскадам. Виды выходных каскадов. Однотактные
выходные каскады. Построение нагрузочных характеристик. Гармонический
анализ выходного сигнала по динамическим характеристикам. Двухтактные
выходные каскады. Особенности работы и свойства двухтактных каскадов.
Энергетические показатели и диаграммы мощности двухтактного каскада в
режиме В. Методы стабилизации режима по постоянному току в двухтактных
каскадах при работе с отсечкой тока. Выходные каскады с повышенным КПД.
Работа в режиме D с широтно-импульсной модуляцией.
Раздел 7. СПЕЦИАЛЬНЫЕ ВИДЫ УСИЛИТЕЛЬНЫХ КАСКАДОВ
Широкополосные усилители (ШУ) с коррекцией частотных и переходных
характеристик. Методы коррекции характеристик. Дифференциальные
усилители (ДУ) на биполярных и полевых транзисторах. Принцип действия,
параметры в режиме малого сигнала. Улучшение параметров ДУ применением
ГСТ и токового зеркала. Усилители постоянного тока (УПТ). Дрейф нуля.
Принципы построения, обеспечение минимального дрейфа характеристик.
Усилители постоянного тока прямого действия. Усилители постоянного тока с
преобразованием. Особенности усилительных каскадов с трансформаторной и
дроссельной связями. Усилительные каскады с динамической нагрузкой.
15
Каскадный усилитель. Магнитные усилители.
Усилители с распределенной нагрузкой.
Емкостные
усилители.
Раздел 8. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ
И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В АЭУ
Основные показатели операционных усилителей (ОУ), предъявляемые к
ним требования. Типовые структуры и каскады современных ОУ. Макромодели
ОУ. Принципы анализа схем на ОУ. Инвертирующее и неинвертирующее
включение ОУ. Линейные преобразователи сигналов и на ОУ. Масштабное
преобразование. Суммирование и вычитание сигналов. Преобразователи токнапряжение и напряжение-ток. Дифференциаторы и интеграторы сигналов.
Активные фильтры. Нелинейные преобразователи. Логарифматоры и
антилогарифматоры. Перемножители сигналов.
Раздел 9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ МНОГОКАСКАДНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ
Распределение частотных, фазовых и переходных искажений в
многокаскадном усилителе. Использование обратной связи в многокаскадном
усилителе. Устойчивость усилителей с обратной связью. Критерий
устойчивости Найквиста. Обеспечение устойчивости многокаскадных
усилителей с обратной связью. Паразитные обратные связи и борьба с ними.
Обратная связь через источник питания.
Раздел 10. РЕГУЛИРОВКИ В УСИЛИТЕЛЯХ
Устройства, обеспечивающие регулировку усиления. Регулировка
частотных характеристик и полосы пропускания. Пассивные и активные
регулировки тембра.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тенденции и перспективы развития АЭУ.
ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Целью практических занятий является закрепление теоретических
знаний, полученных из лекционного курса, и оказание помощи студентам при
работе над курсовым проектом:
1. Основные параметры и характеристики АЭУ.
2. Обратные связи в АЭУ, определение вида ОС, оценка глубины ООС,
влияние ОС на параметры устройства. Применение обратной связи в АЭУ.
3. Расчет цепей питания биполярных и полевых транзисторов в каскадах
АЭУ.
16
4. Проектирование каскадов предварительного усиления.
5. Расчет выходных каскадов.
6. Расчет широкополосных и дифференциальных усилителей.
7. Анализ схем многокаскадных АЭУ.
8. Расчет аналоговых устройств на ОУ.
9. Проектирование устройств аналоговой обработки сигналов
использованием операционных усилителей.
с
ПЕРЕЧЕНЬ РЕКОМЕНДУЕМЫХ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Методы измерения основных характеристик и параметров АЭУ.
Исследование резисторного каскада на биполярном транзисторе.
Исследование резисторного каскада на полевых транзисторах.
Исследование методов коррекции частотных характеристик.
Исследование эмиттерного и истокового повторителей.
Исследование дифференциального каскада.
Исследование бестрансформаторного усилителя мощности.
Исследование многокаскадного усилителя с цепями обратной связи.
Исследование усилителей и различных АЭУ на ОУ.
Отдельные работы могут выполняться с помощью компьютерного
моделирования. Для этого желательно использовать современные программы
схемотехнического моделирования (например, MicroCap 6 и выше).
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
ПРИМЕРНАЯ ТЕМАТИКА И СОДЕРЖАНИЕ КУРСОВОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ
В качестве тематики для курсового проектирования могут быть выбраны
различные вариации универсальных усилителей сигналов звуковой частоты.
Разработка такого усилителя затрагивает большинство тем, изучаемых в курсе.
Подобная тематика позволяет студенту научиться формировать частотные
характеристики и их коррекцию, получать заданные чувствительность и
стабильность характеристик; приобретать навыки использования обратных
связей для получения заданных параметров, анализа и обеспечения
температурного режима работы устройства; дает возможность сравнить
разработанное устройство с известными аналогами. При разработке такого
усилителя могут использоваться каскады в дискретном и интегральном
исполнении. Обязательным является применение методов машинного расчета
для определения общих характеристик разрабатываемого устройства.
17
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Войшвилло Г.В. Усилительные устройства: Учебник для вузов. 2-е изд.,
перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1983.
2. Павлов В.Н., Ногин В.Н. Схемотехника аналоговых электронных
устройств: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1997.
3. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов/ Под ред.
О.В.Головина. - М.: Радио и связь, 1994.
4. Остапенко Г.С. Усилительные устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.:
Радио и связь, 1989.
5. Гусев В.Т., Гусев Ю.М. Электроника. - М.: Высш. шк., 1991.
6. Алексеев А.Г. и др. Усилительные устройства. Сборник задач и
упражнений / Под ред. Г.В.Войшвилло. - М.: Радио и связь, 1986.
7. Кубицкий А.А. Задачи и упражнения по электронным усилителям. - М.:
Радио и связь, 1986.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Крушев В.Т., Попов Э.Г., Шатило Н.И. Методическое пособие по
проведению курсового проектирования по курсу "Аналоговые электронные
устройства". - Мн.: БГУИР, 1997.
2. Попов Э.Г. Аналоговые электронные устройства. Метод. пособие: В 5-ч. Мн.: БГУИР, 2002.
3. Крушев В.Т., Попов Э.Г., Шатило Н.И. Лабораторный практикум по курсу
"Аналоговые электронные устройства". - Мн.: БГУИР, 1997.
4. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1992.
5. Шкритек П. Справочное руководство по звуковой схемотехнике. - М.: Мир,
1991.
6. Бейтон А., Волш В. Аналоговая электроника на операционных усилителях.
- М.: Бином, 1994.
7. Гальперин М.В. Практическая схемотехника в промышленной автоматике.
- М.: Энергоатомиздат, 1987.
8. Расчет электронных схем/ Под ред. Г.И.Изъюровой. М.: Высш. шк., 1987.
9. Варакин Л.Е. Бестрансформаторные усилители мощности: Справочник. М.: Радио и связь, 1984.
10. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники: В 2-х т. Т.1. – Пер. с англ.
Изд. 3-е, стереотип. - М.: Мир, 1986.
11. Кауфман М.,Сидман А.Г. Практическое руководство по расчетам в
электронике: Справочник: В 2 т. Т.1/ Пер. с англ. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
12. Расчет электронных схем/ Г.И.Изъюрова и др. - М.: Высш. шк., 1987.
13. Сапаров В.Е., Максимов Н.А. Системы стандартов в электросвязи и
радиоэлектронике. - М.: Радио и связь, 1985.
14. Усатенко С.Т. и др. Выполнение электрических схем по ЕСКД:
Справочник. - М.: Изд. стандартов, 1989.
15. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА:
Справочное пособие/ Э.Т.Романычева и др. - М.: Радио и связь, 1984.
18
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-023/тип.
МИКРОЭЛЕКТРОННЫЕ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ
УСТРОЙСТВА
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
19
Составитель:
В.Л. Свирид, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
А.А. Арчаков, главный метролог Белорусского государственного института
метрологии, старший научный сотрудник, кандидат технических наук;
Кафедра телекоммуникационных систем Высшего государственного
колледжа связи (протокол № 7 от 26.03.2003г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 10 от 17.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы
радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
20
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Микроэлектронные и преобразовательные устройства»
разработана для специальности І-39 01 03 Радиоинформатика высших учебных
заведений.
Программа «Микроэлектронные и преобразовательные устройства»
предусматривает изучение методов системо- и схемотехнического
проектирования микроэлектронных и преобразовательных устройств (МЭиПУ)
на современной элементной базе и принципов схемотехнического
проектирования интегральных микросхем (ИС) различного назначения.
Задачи дисциплины состоят в том, чтобы научить студентов умело
использовать изделия микроэлектроники как элементную базу при
проектировании
радиоэлектронной
аппаратуры
(РЭА),
грамотно
формулировать технические требования на разработку МЭиПУ и отдельных
изделий микроэлектроники, заложить основу для овладения принципами
схемотехнического проектирования ИС различного назначения.
Дисциплина «Микроэлектронные и преобразовательные устройства» в
учебном плане специальности Радиоинформатика является главной среди
дисциплин, обеспечивающих научную и техническую подготовку
радиоинженера. Изучая данную дисциплину, студенты знакомятся с методами
анализа и принципами построения аналоговых МЭиПУ на основе ИС,
методами проектирования ИС, с вопросами обеспечения оптимального режима
их работы и другими вопросами микросхемотехники, знание
которых
необходимо для ряда радиоинженерных дисциплин.
Фундаментальной базой курса являются знания, приобретенные
студентами при изучении дисциплин «Высшая математика», «Физика», в
особенности таких разделов этих дисциплин, которые связаны с теорией
комплексных чисел, рядов, дифференциальным исчислением, электричеством и
физикой полупроводников.
Дисциплина основана также на методах и алгоритмах анализа
электрических цепей, с которыми студенты знакомятся при изучении
дисциплин
«Электротехника»
и
«Основы
алгоритмизации
и
программирования»; на знании характеристик и параметров активных и
пассивных элементов, рассматриваемых в курсах «Материалы и компоненты
радиоэлектроники» и «Основы компьютерного проектирования»; на знании
основ схемотехнического проектирования, методов анализа нелинейных
электрических цепей, критериев устойчивости линейных активных цепей и
устройств с обратной связью, которые излагаются в дисциплинах
«Теоретические основы радиотехники» и «Основы аналоговой техники».
Знания, приобретаемые при изучении курса «Микроэлектронные и
преобразовательные устройства» являются полезными для многих дисциплин
учебного плана, таких как «Методы и устройства приема и обработки
сигналов», «Радиоэлектронные информационные системы» и др., которые
излагаются параллельно с данным курсом или после него.
В результате освоения курса «МЭиПУ» студент должен:
21
знать и понимать:
- основные принципы, особенности и возможности интегральной
схемотехники и технологии;
- методы системо- и схемотехнического проектирования МЭиПУ на основе
ИС;
уметь характеризовать:
- современные тенденции проектирования различных радиоинформационных
устройств на ИС;
- специфические особенности проектирования ИС;
уметь анализировать:
- сложные аналоговые электронно-информационные устройства на основе
интегральной схемотехники
с использованием методов машинного
проектирования;
приобрести навыки:
- инженерного проектирования и расчета;
- моделирования и экспериментального исследования как самих ИС, так и
различных МЭиПУ на их основе с использованием современной измерительной
техники.
Программа рассчитана на объем 75 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 51 час, лабораторных
работ – 17 часов, практических занятий – 7 часов.
Примерный тематический план курса
№
пп.
1
1
1.1
1.2
1.3
22
Наименование тем
2
Введение
Раздел 1. ИС и системотехнические проектирование МЭиПУ
Операционные
усилители (ОУ) в МЭиПУ
Перемножители сигналов (ПС) в МЭиПУ
Интегральные схемы для
взаимного
преобразования аналоговой и
цифровой информации
Лекции,
часов
3
2
6
2
4
Практические
занятия,
часов
4
Лабораторные
работы,
часов
5
Всего
2
4
12
2
4
6
2
4
1
1.4
2
Источники электропитания РЭА
3
2
1.5
Основы системотехнического
проектирования МЭиПУ на ИС
Раздел 2. Основы схемотехники
и схемотехническое проектирование МЭиПУ
4
Основы схемотехники аналоговых ИС
Схемотехническое
проектирование интегральных широкополосных усилителей и ПС
Схемотехническое
проектирование и расчет ОУ
Системо- и схемотехническое
проектирование
и
расчет
электронно-управляемых образцовых проводимостей (ЭОП)
Схемотехническое проектирование микроэлектронных формирователей и преобразователей испытательных сигналов
Схемотехническое
проектирование и расчет электропреобразовательных устройств
Раздел 3. Проблема индуктивности в микроэлектронике и
пути ее решения
Активные фильтры как средства
решения
проблемы
индуктивности в МЭ
Схемотехническое
проектирование и расчет конверторов
сопротивлений
Схемотехническое
проектирование и расчет гираторов
Заключение
6
2
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
3
3.1
3.2
3.3
Продолжение таблицы
4
5
6
2
4
2
4
8
4
2
2
2
1
4
2
4
5
4
6
5
11
2
2
4
2
1
3
2
1
3
1
1
23
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Основные проблемы, современное состояние и перспективы развития
микроэлектроники. Цель и задачи курса. Основные определения
(терминология) в микроэлектронике. Интегральные микросхемы, элементы,
компоненты. Элементы конструкции. Простые и сложные ИС. Степень
интеграции ИС. Классификация ИС. Система условных обозначений. Методы
изготовления (виды технологий) ИС.
Раздел 1. ИС И СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЭиПУ
Тема 1.1. ОПЕРАЦИОННЫЕ УСИЛИТЕЛИ (ОУ) В МЭиПУ
Операционный усилитель как активный элемент схемотехники. Модели
ОУ. Представление амплитудно-частотной (АЧХ) и фазочастотной (ФЧХ)
характеристик двух- и трехкаскадной моделей ОУ. Обеспечение устойчивости
ОУ с цепью отрицательной обратной связи (ООС). Идеализированные свойства
и реальные параметры ОУ. Эквивалентная схема ОУ по постоянному току.
Основные операционные схемы (ОС): инвертирующая, неинвертирующая
и дифференциальная. Оценка точности ОС и реализация на их основе
преобразователя тока в напряжение (ПТН), трансформатора сопротивлений,
сумматора сигналов, изолированных от общей шины преобразователя
напряжения (ПН) (вольтметра) и ПТН (амперметра). Особенности
проектирования и расчета ПН и ПТН.
Экстрематоры сигналов на основе ОУ (однополярные и двухполярные).
Оценка точности формирования экстремума. Линейные преобразователи
переменного напряжения в постоянное. Сущность линеаризации амплитудной
характеристики. Критерий малости преобразуемого напряжения. ПН
амплитудных значений.
Электронно-управляемые масштабные ПН на основе ОУ. ПН с
линейным, экспоненциальным управлением и электронным переключением
полярности коэффициента передачи. Мостовой усилитель как преобразователь
приращений проводимостей (сопротивлений) в напряжение. Циркулятор
сигналов.
Линейные преобразователи полных проводимостей (сопротивлений) в
напряжение. Типы ОУ и их отличительные
особенности.
Меры
предосторожности и полезные советы при использовании ОУ.
Тема 1.2. ПЕРЕМНОЖИТЕЛИ СИГНАЛОВ (ПС) В МЭиПУ
Основные свойства и параметры ПС. Реализация математических
операций (умножения, деления, возведения квадрат, извлечения квадратного
корня) на основе ПС. Типы аналоговых ПС и их отличительные особенности.
Балансные модуляторы (БМ) и реализация на их основе амплитудного
24
модулятора, синхронного амплитудного,
фазового и частотного
демодуляторов. Методы реализации ПС на основе
операций
логарифмирования и антилогарифмирования сигналов, на основе изменения
проводимости канала полевого транзистора (ПТ), на основе использования
времяамплитудного преобразования.
Тема 1.3. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ ДЛЯ ВЗАИМНОГО
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ АНАЛОГОВОЙ И ЦИФРОВОЙ ИНФОРМАЦИИ
Системы сбора и распределения данных. Интегральные компараторы
сигналов. Аналоговые коммутаторы (АК). Многоканальные коммутаторы:
мультиплексоры, демультиплексоры.
Устройства выборки-хранения информации (УВХ). Схемотехника и
способы улучшения технических характеристик УВХ. Принципы построения,
оценка точности и эффективности высокоточного УВХ. Особенности
проектирования и расчета УВХ.
Тема 1.4. ИСТОЧНИКИ ЭЛЕКТРОПИТАНИЯ РЭА
Источники электропитания: первичные и вторичные. Классификация
источников вторичного электропитания. Свойства сетевых трансформаторов.
Получение нестабилизированного постоянного напряжения. Выпрямители
одно- и двухполупериодные, мостовые (симметричные и несимметричные),
основные параметры. Сглаживающие фильтры: емкостные, индуктивные, Г- и
П-образные.
Стабилизаторы напряжения (СН): классификация, основные параметры и
типы. Параметрические СН и способы улучшения их параметров. Ключевые
СН. Получение опорных напряжений.
Генераторы стабильного тока (ГСТ): классификация, основные
параметры и типы.
Тема 1.5. ОСНОВЫ СИСТЕМОТЕХНИЧЕСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
МЭиПУ НА ИС
Основные этапы и особенности системотехнического проектирования.
Системотехническое проектирование совершенно нового изделия (на примере
измерителя напряжения отсечки ПТ). Дифференциальный метод измерения
напряжения отсечки ПТ. Оценка точности и эффективности метода,
направления его усовершенствования в виде метода измерения параметров
аппроксимации характеристик нелинейных элементов (НЭ). Принципы
построения устройств для измерения напряжения отсечки и параметров
аппроксимации характеристик НЭ с оценкой их точности и эффективности.
Особенности интегрализации устройств.
Раздел 2. ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ И СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ
ПРОЕКТИРОВАНИЕ МЭиПУ
Тема 2.1. ОСНОВЫ СХЕМОТЕХНИКИ АНАЛОГОВЫХ ИС
Задачи,
основные
этапы
и
особенности
схемотехнического
проектирования. Основные принципы интегральной схемотехники. Структуры
25
активных элементов ИС и их свойства. Транзисторные структуры (ТС).
Диодно-транзисторные структуры (ДТС) как отражатели тока. Токовое зеркало
Уилсона. Биполярно-униполярные структуры. Отражатели тока на ПТ.
Проблемы непосредственной связи в полупроводниковых ИС.
Согласование импедансов и уровней постоянного тока. Стабилизация уровней
напряжения и тока.
Основные типы
каскадов и особенности их реализации в
полупроводниковых ИС: однотактные, двухтактные, дифференциальные.
Интегральные дифференциальные усилители (ДУ) на БТ и ПТ как активные
элементы схемотехники. Свойства, параметры и характерные режимы работы
ДУ. Нормирование характеристик коллекторных и стоковых токов.
Определение ширины активной области. Режим и порог ограничения.
Нормирование характеристик крутизны ДУ на БТ и ПТ и их аппроксимация.
Параметры статических ошибок ДУ на ПТ. Оценка и сопоставление
нелинейных искажений в ДУ на БТ и ПТ, а также их сравнение с искажениями
в каскадах с общим эмиттером (ОЭ) и общим истоком (ОИ). Определение
выигрыша в амплитудах входных сигналов при заданных коэффициентах
гармонических искажений ДУ на БТ и ПТ по сравнению с каскадами
соответственно ОЭ и ОИ. Разновидности схемотехники ДУ на БТ и ПТ. ДУ на
МОП-транзисторах с активной нагрузкой.
Тема 2.2. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ
ШИРОКОПОЛОСНЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ И ПС
Проектирование ИС для широкополосного усиления напряжения и
тока. Особенности проектирования интегральных широкополосных усилителей
напряжения (ШУН). Однокаскадные и двухкаскадные ШУН с ООС.
Широкополосные усилители типа «двойка» и «тройка». ДУ как базовый
элемент для широкополосного преобразования сигналов. Усилители тока.
Токовый элемент. ШУН на основе токового элемента. Электронноуправляемые масштабные преобразователи сигналов. Особенности расчета
масштабных преобразователей.
Проектирование ИС для аналогового перемножения сигналов. ДУ как
базовый элемент для перемножения сигналов. Исключение влияния синфазной
составляющей сигнала. Линеаризация характеристик ПС в виде
полупроводниковых ИС.
Тема 2.3. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ОУ
Проектирование базовой модели ОУ. Особенности схемотехники базовой двухкаскадной модели ОУ. Формирование коэффициента передачи.
Тепловая ООС в ОУ и способы снижения ее влияния.
Схемотехническое проектирование реальной модели ОУ. Схемотехника
модели. Формирование малосигнальных параметров. Определение параметров
статических ошибок ОУ.
Формирование неискаженной амплитуды и
нагрузочной способности. Обеспечение режима работы ОУ по постоянному
току и защиты от случайных коротких замыканий (КЗ). Формирование АЧХ и
ФЧХ ОУ и их коррекция.
26
Расчет реальной модели ОУ. Исходные данные и последовательность
расчета. Расчет эмиттерного повторителя, ДУ, формирователя амплитуды,
параметров АЧХ, ФЧХ и элементов их коррекции.
Тема 2.4. СИСТЕМО- И СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ЭЛЕКТРОННО-УПРАВЛЯЕМЫХ ОБРАЗЦОВЫХ ПРОВОДИМОСТЕЙ (ЭОП)
ПТ как элемент с управляемой проводимостью. Характеристики ПТ и их
аппроксимация.
Оценка температурной стабильности параметров ПТ.
Линеаризация выходных характеристик ПТ. Методы термостабилизации и
линеаризации характеристик управления ПТ и других НЭ. Практическая
реализация ЭОП и сравнительная оценка их эффективности. Исходные
данные и последовательность расчета ЭОП.
Тема 2.5. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ
МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ ФОРМИРОВАТЕЛЕЙ И ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
ИСПЫТАТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ
Формирование синусоидальных сигналов с повышенной стабильностью
амплитуды и линейностью характеристик управления по частоте.
Теоретические основы управляемых высокочастотных и низкочастотных
автогенераторов.
Схемотехническая
реализация
микроэлектронных
автогенераторов на высоких и низких частотах. Широкополосный
амплитудный демодулятор. Преобразователь частоты импульсов в напряжение.
Формирователи импульсных сигналов из синусоидальных. Прецизионный
амплитудный модулятор. Линейный частотный модулятор и цифровой
частотно-фазовый демодулятор в его составе.
Тема 2.6. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ЭЛЕКТРОПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ
Проектирование СН на основе ОУ. СН как элемент схемотехники.
Однополярные СН с опорными стабилитронами. СН с повышенной
нагрузочной способностью и ограничениями по току. Получение
симметричных относительно общей шины стабилизируемых напряжений.
Следящий СН разнополярных напряжений.
Проектирование ГСТ на основе ОУ. ГСТ с изолированной нагрузкой.
Оценка параметров и точности формирования тока с реальным ОУ. ГСТ с
заземленной нагрузкой. Реализация генераторов втекающего и вытекающего
стабильных токов. Определение и расчет параметров с
повышенным
значением стабильных токов. Времяамплитудный преобразователь (ВАП) на
основе ГСТ и оценка его точности. Особенности проектирования и расчета ГСТ
и ВАП.
Источники опорного напряжения (ИОН) на биполярных транзисторах
(БТ) и ПТ. ИОН с умножением напряжения база-эмиттер БТ. Повышение
коэффициента
фильтрации
питающего
напряжения.
ИОН
с
термокомпенсацией. Масштабный преобразователь опорного напряжения.
Температурный коэффициент (ТК) напряжения база-эмиттер БТ. Источник с
зонным опорным напряжением. ПТ как источник термостабильного тока и
опорного напряжения. Прецизионные ИОН на ПТ и ОУ.
27
Раздел 3. ПРОБЛЕМА ИНДУКТИВНОСТИ В МИКРОЭЛЕКТРОНИКЕ
И ПУТИ ЕЕ РЕШЕНИЯ
Тема 3.1. АКТИВНЫЕ ФИЛЬТРЫ КАК СРЕДСТВА РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
ИНДУКТИВНОСТИ В МЭ
Сущность проблемы индуктивности в микроэлектронике (МЭ).
Реализация индуктивности с помощью активных элементов. Реализация
активных фильтров (АФ). Методы синтеза АФ и их сравнительная оценка.
Аппроксимация нормированной АЧХ фильтров нижних частот
(ФНЧ).
Преобразование АЧХ ФНЧ в АЧХ фильтров верхних частот (ФВЧ) и в АЧХ
полосовых фильтров (ПФ).
Усилители с ограниченным коэффициентом передачи в АФ. Типовые
структуры АФ на ОУ. Режекторно-полосовые фильтры и их свойства.
Ограничительные свойства АФ.
Специализированные АФ. Синхронные фильтры с коммутируемыми
конденсаторами и их свойства. Моделирование сопротивлений большого
номинала
в схемах с коммутируемыми конденсаторами. Синхронные
фазочувствительные и фазонечувствительные фильтры. Система фазовой
автоподстройки частоты (ФАПЧ) как высокоэффективный синхронный фильтр.
Фазовый фильтр первого порядка и электронно-управляемые фазовращатели
на его основе.
Тема 3.2. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
КОНВЕРТОРОВ СОПРОТИВЛЕНИЙ
Проектирование конверторов отрицательного и положительного
сопротивлений (КОС и КПС). КОС и КПС как активные четырехполюсники.
Практическая реализация и разновидности схемотехники КОС и КПС.
Моделирование широкодиапазонных конвертируемых емкостей и оценка их
добротности. КПС на основе КОС. Моделирование частотно-зависимых
отрицательных сопротивлений (ЧОС) и проводимостей (ЧОП), незаземленных
и электронно-управляемых конвертируемых сопротивлений (ЭКС) и емкостей
(ЭКЕ). Измерение эквивалентных параметров КОС и КПС. Расчет конверторов
сопротивлений.
Тема 3.3. СХЕМОТЕХНИЧЕСКОЕ ПРОЕКТИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ
ГИРАТОРОВ
Проектирование инверторов отрицательного (ИОС) и положительного
(ИПС) сопротивлений. Гиратор (ИОС или ИПС) как активный
четырехполюсник. Разновидности схемотехники гираторов. Моделирование
гираторной индуктивности с независимой регулировкой эквивалентных
параметров. Повышение добротности и оценка эффективности схемных
реализаций гираторов.
Моделирование отрицательной индуктивности и обеспечение ее
устойчивости в реальных условиях. Получение высокодобротных гираторных
индуктивностей и оценка предела их добротности. Моделирование
28
незаземленных и электронно-управляемых гираторных индуктивностей
(ЭГИ). Измерение эквивалентных параметров ИПС и ИОС. Расчет гираторов.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития схемотехники МЭиПУ.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Практические занятия должны обеспечить закрепление теоретического
материала, прослушанного на лекциях, а также привить навыки инженерного
расчета как самих ИС, так и МЭиПУ на их основе.
Практические занятия проводятся по следующим темам:
1. ОУ в МЭиПУ.
2. Проектирование и расчет основных параметров реальной модели ОУ
(микроэлектронных ДУ).
3. Схемотехническое проектирование и расчет параметров ЭОП (оценка
термостабильности, термостабилизация и линеаризация характеристик ПТ, ПТ
как источник термостабильного тока и опорного напряжения).
4. КОС и КПС, ИПС и ИОС (схемотехника и расчет параметров).
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
Лабораторные работы ставят своей целью закрепление теоретического
материала,
приобретение
практических
навыков
в
проведении
экспериментальных исследований, освоение методики оценки количественных
показателей ИС с использованием современной измерительной техники.
Перед выполнением каждой лабораторной работы предполагается
двухчасовая самостоятельная работа студентов. Для определения готовности
студентов к выполнению лабораторной работы проводятся пятидесятиминутные
собеседования преподавателя с каждой группой или
индивидуальный опрос. Результаты выполнения лабораторной работы
студентами оформляются в виде индивидуальных отчетов, защита которых
проводится, как правило, на следующем занятии.
При первом посещении лаборатории по данной дисциплине студенты
инструктируются по правилам безопасности жизнедеятельности человека.
Лабораторный практикум распределяется на следующие лабораторные работы:
1. Исследование параметров и характерных режимов работы интегрального
ДУ и МЭиПУ на основе ОУ.
2. Исследование ПС и устройств на их основе.
3. Исследование ПТ как источника термостабильного тока и опорного
напряжения.
4. Исследование СН с повышенной нагрузочной способностью и
ограничением по току.
5. Исследование активных фильтрующих устройств.
29
6. Исследование преобразователя полных проводимостей (сопротивлений) в
напряжение и ПТ как элемента с управляемой проводимостью.
ВНЕАУДИТОРНАЯ (САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ) РАБОТА
СТУДЕНТОВ
Формы самостоятельной работы студентов: изучение лекционного
материала, работа с литературой, подготовка к лабораторным и практическим
занятиям. Причем на изучение лекционного материала отводится по 1 часу на
лекцию, на подготовку к каждой четырехчасовой лабораторной работе - 2 часа
и на подготовку к практическим занятиям - 1 час на занятие.
ФОРМА КОНТРОЛЯ ЗА РАБОТОЙ СТУДЕНТОВ
При изучении дисциплины предусматриваются следующие формы
контроля: контрольные работы, которые проводятся на лекциях и(или)
практических занятиях, индивидуальный опрос перед лабораторной работой,
защита выполненных работ, проверка конспектов, а в качестве итоговой формы
контроля - экзамен по курсу.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Свирид В.Л. Микросхемотехника аналоговых электронных устройств:
Учеб. пособие для радиотехн. специальностей вузов. – Мн: Дизайн ПРО, 1998.
2. Свирид В.Л. Проектирование микроэлектронных устройств: Учеб. пособие
по курсу «Микросхемотехника»: В 4 ч. Ч.1. Схемотехническое проектирование
и расчет операционных усилителей и устройств выборки-хранения
информации. - Мн.: МРТИ, 1993.
3. Свирид В.Л. Проектирование микроэлектронных устройств: Учеб. пособие
по курсу «Микросхемотехника»: В 4 ч. Ч.2. Методология, основы метрологии,
проектирование и расчет электронно-управляемых образцовых проводимостей.
- Мн.: БГУИР, 1994.
4. Свирид В.Л. Проектирование микроэлектронных устройств. Учеб. пособие
по курсу «Микросхемотехника»: В 4 ч. Ч.3. Схемотехническое проектирование
и расчет конверторов сопротивлений и гираторов.
– Мн.: БГУИР, 1995.
5. Свирид В.Л. Проектирование микроэлектронных устройств: Учеб. пособие
по курсу «Микросхемотехника»: В 4 ч. Ч.4. Проектирование и расчет
измерительных преобразователей электрических сигналов. – Мн.: БГУИР, 2000.
6. Свирид В.Л. Аналоговая микросхемотехника: Учеб. пособие для
радиотехнических специальностей вузов: В 3 ч. Ч.1. Интегральные
микросхемы.
Системотехническое
проектирование
радиоэлектронной
аппаратуры. – Мн.: БГУИР, 2003.
30
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Свирид В.Л. Экспериментальная микросхемотехника: Лаб. практикум по
курсу «Микросхемотехника»: В 3 ч. Ч.1. Исследование дифференциальных и
операционных усилителей. - Мн.: БГУИР, 1995.61.
2. Свирид В.Л., Коробов Р.М. Экспериментальная микросхемотехника: Лаб.
практикум по курсу «Микросхемотехника»: В 3 ч. Ч.2. Исследование
интегральных перемножителей сигналов. - Мн.: БГУИР , 1996.
3. Свирид В.Л. Экспериментальная микросхемотехника: Лаб. практикум по
курсу «Микросхемотехника»: В 3 ч. Ч.3. Микроэлектронные селективные
цепи. – Мн.: БГУИР, 1997.
4. Коломбет Е.А. Микроэлектронные средства обработки аналоговых
сигналов. - М.: Радио и связь, 1991.
5. Соклоф С. Аналоговые интегральные схемы: Пер. с англ. - М.: Мир, 1988.
6. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах.
2-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.
31
32
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-058/тип.
МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ
ИНФОРМАЦИОННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности І-39 01 03 «Радиоинформатика»
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
«28» мая 2003 г.
33
Составитель
О.А. Юрцев, профессор кафедры антенн и устройств СВЧ Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», доктор технических наук
Рецензенты:
Ю.П.Воропаев, профессор кафедры радиотехники Военной академии
Республики Беларусь, доктор технических наук;
Кафедра радиофизики Учреждения образования «Белорусский государственный университет» (протокол № 24 от 13.05.2003 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой антенн и устройств СВЧ Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 11 от 02.06.2003 г. )
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 Схемы
радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники, (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
34
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Методы и устройства формирования информационных
электромагнитных полей» (МиУФИЭМП) разработана для специальности І-39
01 03 Радиоинформатика высших учебных заведений.
Все современные радиотехнические системы передачи информации,
используемые в радиосвязи, радиолокации, радионавигации,
в
радиоуправлении и радиотехническом контроле, медицине, вычислительной
технике и т.д., используют в качестве носителя информации электромагнитное
поле различных диапазонов частот – от оптического диапазона до сверхнизких
частот. Это поле формируется и из него извлекается информация с помощью
специальных устройств – передающих и приемных антенн и устройств,
подключаемых к ним и предназначенных для обработки информации на
частоте электромагнитного поля. Эти устройства образуют фидерный тракт.
Устройства, входящие в фидерный тракт, и антенны являются
необходимыми элементами любой радиосистемы и определяют ее
фильтрующие свойства по частоте, по пространственным координатам, по
поляризации, а также энергетические и шумовые характеристики
радиосистемы. Устройства формирования информационного электромагнитного поля, приема и преобразования этого поля составляют антеннофидерную систему (АФС).
Цель преподавания дисциплины «Методы и устройства формирования
информационных электромагнитных полей»:
- рассмотреть свойства электромагнитного поля как носителя информации;
- показать роль и место АФС в современной линии радиосвязи, радиолокационной, радионавигационной и в других радиотехнических системах;
- рассмотреть принципы построения устройств формирования, преобразования,
приема электромагнитного поля, технические характеристики и области
применения основных классов и типов устройств, входящих в АФС;
- изложить основы теории и основные закономерности, лежащие в основе
проектирования устройств АФС;
- рассмотреть методику расчета основных типов устройств АФС;
- познакомить студентов с методикой и техникой измерений характеристик и
параметров устройств АФС.
Задачи изучения дисциплины в соответствии с учебным планом и
квалификационной
характеристикой
специальности
определяются
требованиями к знаниям и умениям, которыми должны обладать студенты.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
- классификацию, основные свойства и области применения канализирующих,
преобразующих и излучающих электромагнитное поле устройств;
- закономерности, лежащие в основе построения устройств АФС;
- методику расчета основных типов устройств АФС;
- конструкцию и технические характеристики типовых устройств АФС;
- методику измерения основных характеристик и параметров устройств АФС;
35
уметь:
- выбрать оптимальный тип канализирующего, преобразующего и излучающего
устройства АФС для работы в заданном диапазоне частот для обеспечения
заданных характеристик радиосистемы;
- производить расчет выбранного типа устройства АФС для обеспечения
требуемых характеристик и параметров;
- измерять характеристики параметры АФС и отдельных ее устройств;
- самостоятельно разбираться в научно-технической литературе по учебной
дисциплине.
Изучение основывается на знаниях студентов, полученных при изучении
следующих дисциплин:
«Физика» - разделы: электромагнетизм, оптика, ферромагнетизм,
электростатика, разряды в газах;
«Высшая математика» - разделы: дифференциальное и интегральное
исчисление, дифференциальные и интегральные уравнения, теория матриц,
специальные функции,
линейная алгебра,
аналитическая
геометрия,
численные методы;
«Радиотехнические цепи и сигналы» - разделы: спектры сигналов,
колебательные системы, частотные фильтры;
«Электронные приборы» - разделы: газоразрядные приборы,
полупроводниковые приборы;
«Электродинамика и распространение радиоволн» - разделы: уравнения
Максвелла и методы их решения, граничные условия в электромагнитном
поле, излучение электромагнитных волн, энергетические соотношения в
электромагнитном поле, электромагнитные волны в изотропных и
анизотропных средах, колебательные системы СВЧ, прямоугольные, круглые и
коаксиальные волноводы, полосковые и микрополосковые линии передачи,
диэлектрические волноводы, замедляющие системы, распространение
радиоволн;
«Радиоматериалы и детали» - разделы: диэлектрики, проводники и
полупроводники.
Дисциплина «Методы и устройства формирования информационных
электромагнитных полей» является базовой для изучения дисциплин
«Радиоприемные устройства», «Радиопередающие устройства», а также
дипломного проектирования по специальности «Радиоинформатика».
Программа рассчитана на объем 119 учебных часов. Примерное
распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 68 часов,
лабораторных работ – 34 часа, практических занятий – 17 часов. Изучение
дисциплины завершается защитой курсовой работы и экзаменом.
36
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Свойства и место электромагнитного поля в системе передачи
информации. Электромагнитное поле в закрытых системах и свободном
пространстве, способы модуляции электромагнитного поля информационным
сигналом. Применение электромагнитного поля для передачи информации в
системах различных диапазонов частот. Типы и назначение устройств,
предназначенных для канализации, преобразования и формирования
информационного электромагнитного поля, особенности их построения в
различных частотных диапазонах.
Роль и место дисциплины «МиУФИЭМП» и системе подготовки
специалиста. Содержание дисциплины и порядок ее изучения. Цели и задачи
изучения дисциплины. Краткая историческая справка. Рекомендации по
изучению дисциплины. Литература.
Раздел 1. УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ
ИНФОРМАЦИОННОГО ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Тема 1.1. АНТЕННА КАК УСТРОЙСТВО ФОРМИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В ПРОСТРАНСТВЕ И
ДЛЯ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ ИЗ ПОЛЯ
1.1.1. Роль антенны в системе передачи информации с помощью
электромагнитного поля. Режим излучения и приема электромагнитного поля.
1.1.2. Методы решения задач анализа и синтеза электромагнитного поля в
информационных системах.
Тема 1.2. ХАРАКТЕРИСТИКИ И ПАРАМЕТРЫ УСТРОЙСТВ – ФОРМИРОВАТЕЛЕЙ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
1.2.1. Характеристики и параметры антенны, связанные с амплитудными,
фазовыми, поляризационными, спектральными свойствами электромагнитного
поля (ЭМП). Диаграмма направленности, фазовая диаграмма, фазовый центр,
поляризационная диаграмма, коэффициент
направленного
действия,
коэффициент рассеяния, коэффициент полезного действия, коэффициент
усиления, сопротивление излучения, входное сопротивление, частотные
свойства.
1.2.2. Ток и ЭДС на входе антенны в режиме приема. Мощность,
отдаваемая приемной антенной в согласованную нагрузку, эффективная
площадь и эффективная длина антенны, коэффициент использования,
поляризационная эффективность, шумовая температура.
37
Тема 1.3. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ ИЗЛУЧАТЕЛЕЙ
1.3.1. Принцип суперпозиции, амлитудно-фазовое распределение
возбуждения. Элементарные излучатели: диполь Герца, магнитный диполь,
элементарный источник Гюйгенса, поле в дальней зоне, основные свойства.
1.3.2. Линейный излучатель с непрерывным распределением
возбуждения, поле в дальней зоне, диаграмма направленности, множитель
системы.
1.3.3. Влияние волновой длины и амплитудного распределения
возбуждения на множитель системы.
1.3.4. Влияние фазового распределения возбуждения на множитель
системы.
1.3.5. Излучатели с плоским излучающим раскрывом, диаграмма
направленности, множитель системы, параметры. Множитель системы
прямоугольной и круглой формы раскрыва.
1.3.6. Излучение из раскрыва с произвольной формой, метод
эквивалентной линейной антенны.
1.3.7. Антенные решетки. Типы антенных решеток, используемых в
технике, их возможности. Линейная эквидистантная антенная решетка:
диаграмма направленности и множитель системы; анализ множителя системы,
побочные главные максимумы, условие единственности главного максимума,
влияние амплитудно-фазового распределения возбуждения на множитель
системы линейной антенной решетки, сканирование в линейной решетке,
диаграмма сканирования.
1.3.8. Плоские антенные решетки: множитель системы, условие
единственности главного максимума; методы управления фазовым
распределением.
1.3.9. Элементы статистической теории антенн и теории синтеза антенн.
Отражательные характеристики антенн. Параметры антенн, определяющие
электромагнитную совместимость.
Тема 1.4. ПРОВОЛОЧНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ
1.4.1. Типы, основные свойства и применение. Симметричный вибратор.
Общие свойства, конструкции, области применения, распределение тока в
плечах вибратора, поле в дальней зоне, ДН, ФД, ПД, КНД, сопротивление
излучения, входное сопротивление. Способы расширения полосы пропускания.
Питание симметричных вибраторов, симметрирующие устройства.
1.4.2. Несимметричный вибратор, конструкции, основные параметры,
области применения. Линейный симметричный вибратор с плоским и
линейным рефлектором, с линейным директором. Директорная антенна.
1.4.3. Рамочные излучатели. Типы, частотные диапазоны применения,
основные характеристики и параметры.
1.4.4. Полосковые и микрополосковые антенны. Конструкции, общие
свойства, частотные области применения. Микрополосковые антенны с
прямоугольным излучателем. Принцип работы, основные характеристики и
параметры. Микрополосковые антенны с круговой поляризацией.
38
Тема 1.5. ЩЕЛЕВЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ
1.5.1. Типы щелевых антенн, общие свойства, назначение.
Характеристики и параметры одиночной линейной щели в бесконечном
экране. Влияние размеров экрана на характеристики одиночной щели.
Резонансная длина одиночной щели в экране. Способы возбуждения одиночной
щели.
1.5.2. Многощелевые антенны: резонансная и нерезонансная
многощелевые
антенны
на
прямоугольном
волноводе,
основные
характеристики и параметры. Щелевые антенные решетки, сканирование.
Тема 1.6. АПЕРТУРНЫЕ ИЗЛУЧАТЕЛИ
1.6.1. Волноводные излучатели, типы, основные характеристики и
параметры, применение.
1.6.2. Рупорные излучатели. Типы, основные характеристики и
параметры, области применения.
1.6.3. Зеркальные антенны. Типы зеркальных антенн, общие свойства,
области применения. Зеркальная антенна с параболоидом полного профиля:
конструкция, принцип работы, требования к облучателю, основные характеристики и параметры, оптимизация.
1.6.4. Зеркальные антенны со специальной законом распределения поля в
пространстве.
1.6.5. Линзовые антенны. Типы, общие свойства, применение. Профиль
освещенной поверхности линзы. Ускоряющие и замедляющие линзы, их
реализация, основные характеристики и параметры.
1.6.6. Сканирование в линзовых антеннах. Рупорно-линзовые антенны,
состав, назначение.
Тема 1.7. АНТЕННЫ БЕГУЩЕЙ ВОЛНЫ
1.7.1. Типы антенн бегущей волны (АБВ), общие свойства, области
применения. АБВ с линейным направителем: конструкция, типы, принцип
работы, ДН, КНД, поляризация, согласование, выбор оптимального замедления,
диапазонные свойства, конструкции. АБВ с плоским линейным и плоским
дисковым направителем, конструкции, общие свойства, назначение.
1.7.2. Частотно-независимые антенны: принцип построения, общие
свойства, назначение. Логопериодические антенны, принцип построения и
работы, диапазонные свойства.
Тема 1.8. АНТЕННЫЕ РЕШЕТКИ
1.8.1. Назначение антенных решеток, классификация, состав. Антенные
решетки с фидерной и пространственной системой распределения мощности.
Способы управления фазовым распределением в линейных и плоских
решетках. Типы излучающих систем в плоских антенных решетках.
1.8.2. Антенные решетки с частотным сканированием. Многолучевые
антенные решетки.
39
Тема 1.9. АНТЕННЫ С ОБРАБОТКОЙ СИГНАЛА
Моноимпульсные антенны с амплитудной и фазовой пеленгацией.
Антенны с синтезированным раскрывом. Принцип построения, общие свойства,
назначение.
Тема 1.10. ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ УСТРОЙСТВ ФОРМИРОВАНИЯ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ В РАЗЛИЧНЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ
СИСТЕМАХ
1.10.1. Излучающие и рецепторные устройства в глобальных и локальных
системах связи.
1.10.2. Излучающие и рецепторные устройства в радионавигационных
системах.
1.10.3. Излучающие и рецепторные устройства в радиолокационных
системах.
Раздел 2. УСТРОЙСТВА ДЛЯ КАНАЛИЗАЦИИ
И ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ НА ЧАСТОТЕ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ПОЛЯ
Тема 2.1. КАНАЛИЗИРУЮЩИЕ СИСТЕМЫ
2.1.1. Прямоугольные, круглые, коаксиальные волноводы. Основные
конструкции и технические характеристики: рабочий диапазон волн, затухание,
предельная и рабочая мощности, характеристическое и волновое
сопротивления, применение основной волны и волн высшего типа, применение
распространяющихся и местных полей.
2.1.2. Полосковые и микрополосковые линии передачи, их основные
характеристики и области применения. Компланарные и щелевые линии
передачи, их основные характеристики, области применения. Оптические и
волоконно-оптические линии передачи, основные характеристики, области
применения.
2.1.3. Падающие и отраженные волны в линии передачи, их
математическое описание. Параметры, характеризующие режим работы линии
передачи: коэффициент стоячей волны (КСВ), коэффициент бегущей волны
(КБВ), коэффициент отражения (Г), поперечное характеристическое
сопротивление (Zс), сопротивление линии в данном сечении, сопротивление
нагрузки (Zн). Связь между параметрами, характеризующими режим.
2.1.4. Режим смешанных волн, распределение амплитуд электрического,
магнитного полей и сопротивления вдоль оси линии передачи. Пересчет
сопротивления из одного поперечного сечения линии передачи в другое.
Свойства полуволновых и четвертьволновых отрезков линии передачи.
Резонансные сечения и эквивалентные сечения нагрузки. Методика измерения
КСВ, КБВ, Г, Zс, Zн.
2.1.5. Режим бегущих волн, распределение амплитуд электрического,
магнитного полей и сопротивления вдоль оси линии передачи. Условие
согласования нагрузки с линией передачи. Применение режима бегущей волны.
40
Режим стоячих волн, распределение амплитуд электрического, магнитного
полей и сопротивления вдоль оси линии передачи. Резонансные отрезки линии
передачи. Применение режима стоячей волны.
Тема 2.2. ЭЛЕМЕНТЫ МАТРИЧНОЙ ТЕОРИИ ЦЕПЕЙ СВЧ
2.2.1. Понятие многополюсника СВЧ. Матрица рассеяния многополюсника СВЧ. Классификация многополюсников СВЧ. Свойства матрицы
рассеяния реактивного многополюсника СВЧ.
2.2.2. Матрица рассеяния каскадно-соединенных четырехполюсников.
Методы определения элементов матрицы рассеяния.
Тема 2.3. СОГЛАСОВАНИЕ В ЛИНИЯХ ПЕРЕДАЧИ
2.3.1. Структурная схема типового фидерного тракта. Задачи
согласования в линиях передачи. Методы согласования, их достоинства и
недостатки. Метод согласования путем компенсации отраженной от нагрузки
волны. Узкополосное и широкополосное согласования.
2.3.2. Согласование с помощью реактивных неоднородностей.
2.3.3. Согласование с помощью четвертьволнового трансформатора.
Многоступенчатые трансформаторы сопротивлений. Плавные трансформаторы
сопротивлений.
Тема 2.4. ФИЛЬТРУЮЩИЕ ЦЕПИ СВЧ
2.4.1. Колебательные системы СВЧ. Полые резонаторы волноводной
формы, резонаторы сложной формы, назначение, общие свойства.
2.4.2. Проходные волноводные резонаторы. Колебательные системы на
отрезках длинных линий. Открытые резонаторы.
2.4.3. Назначение и типы частотных фильтров СВЧ. Частотные
характеристики, особенности частотных фильтров СВЧ по сравнению с
низкочастотными прототипами. Порядок синтеза частотного фильтра СВЧ,
синтез низкочастотного прототипа.
2.4.4. Реализация фильтра на СВЧ. Использование трансформирующих
свойств отрезков волноводов и проходных волноводных резонаторов при
построении фильтров СВЧ.
2.4.5. Фильтры типов волн, преобразователи типов волн.
Тема 2.5. НАПРАВЛЕННЫЕ ВОСЬМИПОЛЮСНИКИ СВЧ
2.5.1. Общие свойства и классификация направленных восьмиполюсников. Матрица рассеяния реактивного восьмиполюсника с двумя
плоскостями симметрии. Классификация направленных восьмиполюсников
СВЧ.
2.5.2. Квадратурные направленные восьмиполюсники, конструкции на
основе линий передачи различного типа, свойства, принцип работы.
2.5.3. Синфазно-противофазные мосты СВЧ, конструкции на основе
линий передачи различного типа, свойства, принцип работы. Применение
направленных ответвителей и мостов СВЧ.
41
Тема 2.6. УСТРОЙСТВА СВЧ С ПРИМЕНЕНИЕМ
НАМАГНИЧЕННЫХ ФЕРРИТОВ
2.6.1. Свойства волноводов с поперечно намагниченными ферритами,
физика взаимодействия спиновых магнитных моментов электронов с
магнитным полем проходящей волны. Основные взаимные и невзаимные
свойства.
2.6.2. Свойства волноводов с продольно намагниченными ферритами.
Распространение волны Н11 круговой поляризации в круглом волноводе с
продольно намагниченным ферритом, невзаимное вращение фазы и невзаимное
поглощение. Распространение волны Н11 линейной поляризации в круглом
волноводе с продольно намагниченным ферритом, эффект Фарадея, взаимное
вращение фазы, невзаимное поглощение и его влияние на поляризационные
параметры волны Н11.
2.6.3. Свойства волноводов с поперечно намагниченными ферритами.
Распространение волны H10 в прямоугольном волноводе с поперечно
намагниченным ферритом. Невзаимное поглощение, вращение фазы и
смещение поля.
2.6.4. Вентили СВЧ, общие свойства,
параметры и назначение.
Конструкции, принцип работы, параметры вентилей: резонансных на
прямоугольном, круглом, коаксиальном и полосковом волноводах; вентилей со
смещением поля на прямоугольном волноводе; поляризационных вентилей на
круглом волноводе.
2.6.5. Циркуляторы СВЧ, общие свойства, назначение. Конструкции,
принцип работы, параметры циркуляторов: Y-циркулятора на прямоугольных,
коаксиальных, полосковых волноводах; фазового на прямоугольном волноводе;
поляризационного на круглом волноводе. Применение циркуляторов.
2.6.6. Фазовращатели с использованием намагниченных ферритов, общие
свойства, назначение, типы. Аналоговые взаимные и невзаимные
фазовращатели, конструкции, свойства, применение. Дискретные взаимные и
невзаимные фазовращатели, принцип построения многозвенных фазовращателей, выбор дискрета изменения фазы. Конструкции бинарных звеньев.
Применение намагниченных ферритов для построения управляемых
аттенюаторов, переключателей, выключателей, поляризаторов, для перестройки
колебательных систем СВЧ по частоте.
Тема 2.7. УСТРОЙСТВА СВЧ С ПРИМЕНЕНИЕМ
ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ПРИБОРОВ
Типы устройств СВЧ и полупроводниковых приборов, используемых в них,
основные свойства. Отражательные фазовращатели на p-i-n диодах. Проходные
фазовращатели на p-i-n диодах с использованием переключаемых отрезков
волноводов, реактивных шлейфов, мостов СВЧ, циркуляторов.
42
Тема 2.8. ЭЛЕМЕНТЫ ФИДЕРНЫХ ТРАКТОВ
Неподвижные, гибкие и вращающиеся сочленения. Переходы от волновода
одного типа к волноводу другого типа. Изгибы и скрутки волноводов.
Антенные переключатели.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы и проблемы развития методов анализа и синтеза устройств
формирования и преобразования ЭМП, их технической реализации.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Влияние волновой длины и амплитудного распределения возбуждения на
ДН линейной антенны.
2. Влияние фазового распределения возбуждения на ДН линейной антенны.
Антенны бегущей волны.
3. Влияние формы раскрыва на ДН апертурной антенны. Метод
эквивалентной линейной антенны.
4. Антенные решетки.
5. Вибраторные и микрополосковые антенны.
6. Апертурные антенны.
7. Линии передачи диапазона СВЧ.
8. Согласование в линиях передачи.
9. Частотные фильтры.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
Исследование вибраторных и рамочных антенн.
Исследование волноводно-щелевых антенн.
Исследование антенн бегущих волн.
Исследование рупорных антенн.
Исследование зеркальных антенн.
Исследование направленных ответвителей.
Исследование мостов СВЧ.
Исследование ферритовых вентилей.
Исследование ферритовых циркуляторов.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ РАБОТ
Студенты выполняют курсовую работу с целью углубления знаний по
учебной
дисциплине,
получения
навыков
применения
методики
конструктивного и электрического расчета устройств АФС, разработки
программ для ЭВМ и их использования при оптимизации устройств АФС,
оформления текстовых и графических материалов.
43
Курсовая работа включает в себя проектирование нескольких устройств
АФС.
Примерные темы проектов по первому разделу «Устройства
формирования информационного электромагнитного поля»:
1. Проектирование оптимальной рупорной антенны для заданной средней
частоты и заданных параметров диаграммы направленности или коэффициента
направленного действия.
2. Проектирование оптимальной зеркальной антенны для заданной
средней частоты и заданных параметров диаграммы направленности или
коэффициента направленного действия.
3. Проектирование синфазной или фазированной антенной решетки для
заданной средней частоты и заданных параметров диаграммы направленности
или коэффициента направленного действия.
4. Проектирование линзовой антенны для заданной средней частоты и
заданных параметров диаграммы направленности или коэффициента
направленного действия.
5. Проектирование оптимальной антенны бегущей волны для заданной
средней частоты и заданных параметров диаграммы направленности или
коэффициента направленного действия.
6. Проектирование сложной вибраторной антенны (директорной или
антенной решетки) для заданной средней частоты и заданных параметров
диаграммы направленности или заданного коэффициента направленного
действия и т.д.
В каждой теме должны быть варианты по типу антенны. Примеры:
- рупорные антенны: Е-секториальный рупор, Н-секториальный рупор,
пирамидальный рупор, конический рупор;
- зеркальные антенны: зеркало в виде параболоида полного профиля, зеркало в
виде симметричной или несимметричной вырезки из параболоида полного
профиля, параболический цилиндр, двухзеркальная антенна;
- антенные решетки: из элементарных излучателей в виде волноводных,
рупорных, щелевых, вибраторных излучателей, антенн бегущей волны,
полосковых и микрополосковых излучателей;
- линзовые антенны: с замедляющей линзой, с ускоряющей линзой, рупорнолинзовая антенна;
- антенны бегущей волны: спиральная антенна, диэлектрическая стержневая
антенна, ребристо-стержневая антенна.
В одной группе темы проектов не должны повторяться по содержанию.
Задание на курсовой проект должно включать:
а) тему проекта;
б) конкретные исходные требования к электрическим характеристикам;
в) перечень вопросов для разработки: описание конструкции антенны,
принципа ее работы, основных свойств, областей применения; методику
конструктивного и электрического расчета; конструктивный расчет антенны по
заданным требованиям к электрическим характеристикам; электрический
расчет антенны в диапазоне частот; анализ полученных результатов, выводы;
44
г) перечень графического материала.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Сазонов Д.М. Антенны и устройства СВЧ. - М.: Высш. шк., 1988.
2. Сазонов Д.М., Гридин А.Н., Мишустин Б.А. Устройства СВЧ. - М.: Высш.
шк., 1981.
3. Айзенберг Г.З., Ямпольский В.Г., Терешин О.Н. Антенны УКВ. Ч.1,2. - М.:
Связь, 1977.
4.
Лавров А.С., Резников Г.Б. Антенно-фидерные устройства. - М.: Сов.
радио, 1974.
5. Пименов Ю.В., Вольман В.И., Муравцов А.Д. Техническая
электродинамика. - М.: Радио и связь, 2000.
6. Юрцев О.А. Элементы общей теории антенн: В 3 ч. Ч. 1. Метод. пособие
по курсу "Антенны и устройства СВЧ" для студ. спец. "Радиотехника ". - Мн.:
БГУИР, 1997.
7. Юрцев О.А. Резонансные и апертурные антенны: В 3 ч. Ч. 2. Метод.
пособие по курсу "Антенны и устройства СВЧ" для студ. спец. "Радиотехника ".
- Мн.: БГУИР, 2000.
8. Юрцев О.А. Антенны бегущей волны, антенные решетки, антенны
коротких, средних и длинных волн: В 3 ч. Ч. 3. Метод. пособие по курсу
"Антенны и устройства СВЧ" для студ. спец. "Радиотехника ". - Мн.: БГУИР,
2002.
9. Юрцев О.А. Численное моделирование антенн: Метод. указания к
лабораторным работам по курсу "Антенны и устройства СВЧ" для студ. спец.
"Радиотехника ". - Мн.: БГУИР, 1999.
10. Юрцев О.А. и др. Численное моделирование проволочных антенн: Метод.
пособие для курсового и дипломного проектирования по дисциплине «Антенны
и устройства СВЧ» для студ. спец. «Радиотехника». - Мн. БГУИР, 2002.
11. Юрцев О.А., Кирильчук В.Б, Кухарев А.В. и др. Методические указания к
лабораторным работам по курсу "Антенны и устройства СВЧ" для студентов
специальности "Радиотехника ". Ч. 2. Антенны. - Мн.: БГУИР, 2003.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Антенны и устройства СВЧ/ Под ред. Д.И.Воскресенского. - М.: Радио и
связь, 1981.
2. Марков Г.Т. Антенны. – М.-Л.: Госэнергоиздат, 1960.
3. Гупта Г., Гардж Р., Чадха Р. Машинное проектирование СВЧ устройств. М.: Радио и связь, 1987.
4. Панченко Б.А., Нефедов Е.И. Микрополосковые антенны. - М.: Радио и
связь, 1986.
5. Нефедов Е.И., Козловский В.В., Згурский А.В. Микрополосковые
излучающие и резонансные устройства. - Киев: Техника,1990.
6. Проблемы антенной техники/ Под. ред. Л.Д. Бахраха и Д.И. Воскресенского.
- М.: Радио и связь, 1989.
45
7. Юрцев О.А., Рунов А.В., Казарин А.Н. Спиральные антенны. - М.: Сов.
радио, 1974.
8. Рамсей В. Частотно-независимые антенны. - М.: Мир, 1968.
9. Шифрин Я.С. Вопросы статистической теории антенн. - М.: Сов. радио,
1970.
10. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование антенно-фидерных устройств. М.: Энергия, 1960.
11. Жук М.С., Молочков Ю.Б. Проектирование линзовых, сканирующих,
широкодиапазонных антенн и фидерных трактов. - М.: Энергия, 1972.
46
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и
радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-059/тип.
ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ И МИКРОПРОЦЕССОРНОЙ ТЕХНИКИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям І-39 01 02 Радиоэлектронные системы,
І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
47
Составители:
В.Н. Левкович, заведующий кафедрой радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», доцент, кандидат технических наук;
Р.Г. Ходасевич, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра информационно-вычислительных систем Военной академии
Республики Беларусь (протокол № 8 от 21.02.2003 г.);
В.В. Каверович, доцент кафедры информатики Учреждения образования
«Минский государственный высший радиотехнический колледж», кандидат
технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный
университет
информатики
и
радиоэлектроники»
(протокол № 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 Схемы
радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальностям
48
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная программа по дисциплине «Основы цифровой и
микропроцессорной техники» разработана на кафедре радиотехнических
систем Учреждения образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники» для специальностей І-39 01 02
Радиоэлектронные системы, І-39 01 03 Радиоинформатика высших учебных
заведений.
Целью преподавания дисциплины является изучение студентами основ
теории, методов расчета и принципов построения современных цифровых и
микропроцессорных устройств, реализующих цифровые методы управления,
формирования и обработки сигналов.
В результате изучения дисциплины студент должен:
знать:
- основные типы импульсных и цифровых устройств, их назначение, принципы
работы, параметры и характеристики, схемотехнические методы построения,
булеву алгебру, методы лингвистического описания логических схем;
- арифметические и логические основы вычислительной техники, формы
представления информации в электронных цифровых вычислительных
устройствах, принципы организации и работы запоминающих устройств,
архитектуру и функционирование микропроцессора и микрокомпьютера;
уметь характеризовать:
- физические процессы, происходящие в цифровых и микропроцессорных
устройствах;
уметь анализировать:
- цифровые устройства, используя аппарат булевой алгебры и теорию конечных
автоматов;
приобрести навыки:
- анализа и синтеза комбинационных и последовательных устройств;
- составления алгоритмов и программ на Ассемблере, реализующих типовые
процедуры формирования сигналов, арифметические и логические
преобразования, а также ввод и вывод информации.
Исследования импульсных и цифровых схем в процессе выполнения
лабораторных работ рекомендуется проводить методом компьютерного
моделирования с помощью пакета программ «Workbench electronik».
Исследования принципов функционирования микропроцессорного
вычислителя, а также отладку программ для него в процессе выполнения
лабораторных работ рекомендуется проводить на компьютерах в
интегрированной среде MPLAB.
Программа рассчитана на общий объем 200 учебных часов, в том числе
аудиторных – 150.
Программа состоит из двух частей. Распределение времени между
частями – равное. Дисциплина должна изучаться в двух соседних семестрах.
Итоговый контроль знаний обеспечивается проведением экзаменов по каждой
части и защитой курсовой работы.
49
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ЧАСТЬ 1. ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
ВВЕДЕНИЕ
Структура и содержание дисциплины, ее связь с другими дисциплинами
учебного
плана
специальности.
Актуальность
цифровых
методов
формирования сигналов и обработки информации.
Раздел 1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ
Характеристики импульсного процесса. Виды и параметры импульсных
сигналов. Цифровые сигналы.
Классификация и общая характеристика цифровых устройств.
Комбинационные и последовательностные логические устройства.
Общие сведения о системах счисления, двоичная позиционная система
счисления.
Раздел 1.2. ЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЦИФРОВОЙ ТЕХНИКИ
Основные понятия алгебры логики. Логические переменные. Простейшие
логические операции: отрицание, логическое умножение, логическое сложение.
Базовые логические элементы. Логический базис. Построение логических схем
по логическим уравнениям.
Логические функции.
Формы представления логических функций,
таблицы истинности, логические уравнения. Совершенные дизъюнктивные
(конъюнктивные) нормальные формы логических выражений. Неполностью
определенные логические функции. Элементарные функции алгебры логики
двух аргументов. Функции запрета. Функции
равнозначности и
неравнозначности. Функции импликации. Реализация элементарных функций
на логических элементах.
Основные законы и правила алгебры логики. Преобразование булевых
выражений. Минимизация логических функций аналитическим методом.
Табличные методы минимизации логических функций.
Логический синтез комбинационных схем. Синтез и реализация в
различных базисах: сумматора по модулю два, схем запрета и импликации,
мажоритарного элемента, преобразователя кодов.
Раздел 1.3. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ
И ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
Характеристики электронных ключей. Ключи на биполярных
транзисторах. Принцип действия, ключевой режим работы и характеристики
насыщенного транзисторного ключа с общим эмиттером. Методы повышения
50
быстродействия транзисторных ключей: ключ с форсирующей емкостью, ключ
с отрицательной нелинейной обратной связью. Ключевые схемы на
дифференциальных переключателях тока.
Ключевые схемы на МДП (МОП)-транзисторах.
Интегральные логические элементы. Особенности схемотехники,
параметры и характеристики серий цифровых интегральных микросхем:
- диодно-транзисторной логики (ДТЛ);
- транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ);
- эмиттерно-связанной логики (ЭСЛ);
- интегральной инжекционной логики (ИИЛ).
Интегральные логические схемы на МДП (КМДП) – структурах.
Многовходовые и многоступенчатые интегральные ключевые схемы.
Сравнительный анализ параметров цифровых логических схем и перспективы
их развития.
Раздел 1.4. ФОРМИРОВАТЕЛИ ИМПУЛЬСНЫХ СИГНАЛОВ
Преобразование типовых импульсных сигналов RC-цепями. Осуществление операций дифференцирования (укорачивания) и интегрирования
(удлинения) импульсов с помощью RC-цепей. Влияние паразитных элементов
на форму выходных сигналов. Применение операционных усилителей с
обратной связью для повышения точности дифференцирования и
интегрирования. Формирование импульсных сигналов с помощью линий
задержки.
Амплитудные ограничители. Принцип действия, передаточные характеристики, основные типы диодных и транзисторных ограничителей. Усилителиограничители на операционных усилителях и логических элементах.
Раздел 1.5. ГЕНЕРАТОРЫ ИМПУЛЬСОВ
Общие сведения о генераторах импульсов.
Мультивибраторы, основные характеристики и режимы работы.
Ждущие и автоколебательные мультивибраторы на логических элементах,
принцип
действия,
разновидности
схемной
реализации,
условия
работоспособности и основные характеристики.
Мультивибратор на операционном усилителе в автоколебательном и
ждущем режимах, принцип действия и основные характеристики.
Ждущие и автоколебательные блокинг-генераторы, основные характеристики, варианты схем.
Генераторы линейно изменяющегося напряжения (ГЛИН). Основные
характеристики и области применения. ГЛИН с простой интегрирующей RCцепью. Варианты ГЛИН с улучшенными характеристиками: ГЛИН с емкостной
обратной связью, ГЛИН с компенсирующей ЭДС, ГЛИН на операционном
усилителе.
51
Раздел 1.6. ТРИГГЕРЫ
Общие понятия о последовательных автоматах. Классификация
триггерных устройств, условные обозначения, области применения.
Информационные, управляющие и динамические входы триггеров. Режимы
работы, функциональная зависимость входных и выходных сигналов.
RS-триггер. Условное обозначение, таблица переключений, логический
синтез структурных схем с прямыми и инверсными входами. Временные
диаграммы, принцип работы асинхронного и синхронного RS-триггера.
IK-триггер. Структурный синтез, логические уравнения, разновидности
схем, таблицы переходов и функции возбуждения, условия работоспособности,
основные характеристики.
D-триггер. Структурный синтез, логические уравнения, таблицы
переключений, варианты схем, принципы работы.
Т-триггер. Принципы построения схем на базе RS-, D-, IK- триггеров,
условия работоспособности, области применения.
Двухступенчатые
MS-триггеры.
Комбинированные
триггеры.
Несимметричный статический триггер (триггер Шмитта), условия
работоспособности, основные характеристики, реализация на различных
компонентах.
Раздел 1.7. ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЦИФРОВЫЕ УСТРОЙСТВА
Регистры: параллельные (регистры памяти), последовательные (регистры
сдвига), параллельно-последовательные, реверсивные. Специализированные
регистры сдвига, генераторы кодов псевдослучайных сигналов.
Счетчики: суммирующие, вычитающие, реверсивные. Счетчики с
последовательным, параллельным и сквозным переносом счетных импульсов.
Двоично-десятичные счетчики, кольцевые счетчики. Логический синтез
счетчиков с произвольным модулем счета. Счетчики с программируемым
коэффициентом счета.
Комбинационные
устройства:
шифраторы
и
дешифраторы,
мультиплексоры и демультиплексоры, сумматоры, вычитатели, умножители,
цифровые компараторы.
Реализация комбинационных устройств на мультиплексорах.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные направления и перспективы развития современных цифровых
устройств. Проектирование цифровых систем на основе программируемых
логических интегральных схем.
52
ЧАСТЬ 2. МИКРОПРОЦЕССОРНЫЕ УСТРОЙСТВА
Раздел 2.1. ВВЕДЕНИЕ В ВЫЧИСЛИТЕЛЬНУЮ ТЕХНИКУ
Краткие исторические сведения по развитию и применению электронных
цифровых вычислительных устройств (ЭЦВУ). Типовая структура
микрокомпьютера, назначение его отдельных функциональных блоков, общие
сведения о его функционировании. Основные термины, используемые в
вычислительной и микропроцессорной технике. Применение микропроцессоров - новый этап в развитии радиоэлектронных устройств и систем.
Раздел 2.2. МЕТОДЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ В ЭЦВУ
Системы счисления, используемые в ЭЦВУ: двоичная, восьмеричная,
шестнадцатеричная, двоично-десятичная. Преобразование записи чисел из
одной системы счисления в другую. Представление чисел в ЭЦВУ с
фиксированной и плавающей точками. Представление символьной информации
в ЭЦВУ. Специальные машинные коды: прямой, обратный, дополнительный.
Цифроаналоговые преобразователи (ЦАП) сигналов: назначение, основные
характеристики, принципы построения. ЦАП с взвешенными резисторами.
ЦАП с цепочкой резисторов типа R-2R. ЦАП на основе широтно-импульсной
модуляции.
Аналого-цифровые преобразователи (АЦП) сигналов: назначение,
основные характеристики, принципы построения. АЦП параллельного
действия. АЦП с ЦАП в цепи обратной связи следящего типа,
последовательного типа и последовательного приближения. АЦП на основе
двойного интегрирования.
Раздел 2.3. АРИФМЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЭЦВУ
Поразрядные операции над числами. Операции сдвига. Сложение и
вычитание целых двоичных чисел. Сложение и вычитание действительных
чисел. Сложение и вычитание чисел в двоично-кодированной десятичной
системе счисления. Умножение и деление двоичных чисел с фиксированной
запятой. Умножение и деление двоичных чисел с плавающей запятой. Точность
выполнения арифметических операций, округления. Табличные методы
выполнения арифметических операций.
Раздел 2.4. ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТНЫЕ ЦИФРОВЫЕ АВТОМАТЫ
Общие сведения о конечных цифровых автоматах. Выполнение логических
операций во времени, последовательные процессы. Основные понятия теории
конечных автоматов. Автоматы синхронные и асинхронные. Автоматное время.
Способы задания функционирования автомата: таблицы переходов и выходов,
53
граф автомата. Абстрактная модель цифрового автомата. Автоматы Мили и
Мура. Минимизация абстрактных автоматов. Структурная модель цифрового
автомата. Структурный синтез цифрового автомата. Автоматы на основе
микропрограммного управления. Сравнение по быстродействию автоматов с
жесткой и программируемой логикой.
Раздел 2.5. ЗАПОМИНАЮЩИЕ УСТРОЙСТВА ЭЦВУ
Типы запоминающих устройств (ЗУ) и их назначение. Классификация и
основные характеристики полупроводниковых ЗУ. Статические ЗУ.
Динамические ЗУ. ЗУ на приборах с зарядовой связью. ЗУ на цилиндрических
магнитных
доменах.
Функциональные
схемы
оперативных
ЗУ.
Функциональные схемы постоянных ЗУ и перепрограммируемых постоянных
ЗУ. Организация многокристальной памяти. Программирование постоянных
ЗУ. Программируемые логические матрицы (ПЛМ). Реализация логических
функций на ПЛМ.
Раздел 2.6. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ
МИКРОПРОЦЕССОРНОГО ВЫЧИСЛИТЕЛЯ
Понятие об архитектуре микропроцессора.
Типовая структура универсального микропроцессора. Назначение
функциональных
блоков
микропроцессора:
арифметико-логического
устройства, операционных регистров, управляющих регистров, регистра
флагов, дешифратора команд, устройства управления. Назначение и состав шин
данных, адреса и управления. Назначение сигнальных линий шины управления.
Взаимодействие функциональных блоков микропроцессора. Организация
чтения/записи, ввода/вывода байтов информации в микропроцессоре. Циклы
работы микропроцессора. Алгоритм работы микропроцессора. Организация
вычислителя на универсальном микропроцессоре.
Структура команд. Форматы команд. Классификация операций:
арифметические, логические, пересылочные, управления, ввода/вывода.
Основные способы адресации: прямая, непосредственная, неявная, косвенная,
регистровая, стековая, автоинкрементная, автодекрементная.
Система команд универсального микропроцессора.
Раздел 2.7. ОСНОВЫ ПРОГРАММИРОВАНИЯ
ДЛЯ МИКРОПРОЦЕССОРОВ
Понятие алгоритма. Этапы программирования. Составление схем
алгоритмов. Программирование в мнемокодах. Программирование типовых
процедур: организация счетчика циклов, определение модуля числа,
формирование временной задержки, сложение и умножение чисел, ввод и
вывод данных. Особенности составления программ на Ассемблере.
54
Псевдокоманды Ассемблера. Использование средств макроопределения.
Подпрограммы. Компиляция. Загрузка программ. Занесение программ в ПЗУ.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Основные тенденции развития микропроцессорных устройств. Повышение
удельного веса цифровых устройств в общем объеме оборудования
радиоэлектронных средств.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
ЧАСТЬ 1
1. Расчет высокостабильного генератора прямоугольных импульсов на
логических элементах.
2. Минимизация логических функций аналитическим и табличным методами.
3. Анализ и синтез комбинационных схем на логических элементах.
4. Синтез и анализ триггеров и счетчиков.
5. Реализация логических выражений и устройств на мультиплексорах.
ЧАСТЬ 2
1. Методы представления информации в ЭЦВУ. Системы счисления.
Алгоритмы сложения и вычитания двоичных чисел.
2. Алгоритмы умножения и деления двоичных чисел. Двоично-кодированные
десятичные числа, сложение и вычитание в двоично-десятичной системе
счисления.
3. Последовательные цифровые автоматы. Минимизация абстрактного
автомата.
4. Структурный синтез цифрового автомата.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
ЧАСТЬ 1
1. Расчет высокостабильного генератора прямоугольных импульсов на
логических элементах.
2. Моделирование работы импульсных и цифровых устройств в среде
«Workbench electronic».
3. Исследование электронных ключей на биполярных транзисторах.
4. Исследование интегральных ключевых схем.
5.
Формирователи импульсов на цифровых интегральных микросхемах.
6.
Исследование триггерных схем.
7. Исследование регистров и двоичных счетчиков.
8. Исследование мультивибраторов.
9. Исследование генераторов линейно изменяющегося напряжения.
55
ЧАСТЬ 2
1. Исследование
методов
цифроаналогового
и
аналого-цифрового
преобразования сигналов.
2. Архитектура микропроцессорного вычислителя, программирование на
Ассемблере.
Инструментальные
средства
отладки
программ
для
микропроцессорного вычислителя.
3. Методы и алгоритмы формирования импульсных сигналов на
микропроцессорном вычислителе.
4. Программирование и исследование процедур отображения цифровой
информации в микропроцессорных устройствах.
5. Программирование и исследование процедур ввода информации с
клавиатуры в микропроцессорных устройствах.
6. Программирование и исследование процедур арифметических и
логических преобразований информации в микропроцессорном вычислителе.
КУРСОВАЯ РАБОТА
Цель работы – развитие навыков практического проектирования
специализированных вычислителей, устройств управления, устройств
формирования и обработки сигналов на базе микропроцессоров и
микроконтроллеров. Задачей курсовой работы является разработка
функционально законченного устройства.
Примерная тематика работ:
1. Генератор стандартного сигнала с цифровым управлением и индикацией
параметров.
2. Генератор сигнала специальной формы с цифровым управлением и
индикацией параметров.
3. Цифровой измеритель параметров сигнала.
4. Цифровой измеритель параметров физического процесса.
5. Микропроцессорное устройство функционального контроля интегральных
микросхем.
6. Таймер с цифровым управлением и индикацией.
7. Контроллер аппарата или прибора.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Фролкин В.Т., Попов Л.Н. Импульсные и цифровые устройства: Учеб.
пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992.
2. Ерофеев Ю.Н. Импульсные устройства: Учеб. пособие для вузов. - М.:
Высш. шк., 1989.
3. Зельдин Е.А. Импульсные устройства на микросхемах. - М.: Радио и связь,
1991.
56
4. Лихтциндер П.Я., Кузнецов В.Н. Микропроцессоры и вычислительные
устройства в радиотехнике. - Киев: Вища шк., 1988.
5. Сергеев Н.Р., Вашкевич Н.Р. Основы вычислительной техники: Учеб.
пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1988.
6. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб.
пособие для вузов. - М.: Энергоатомиздат, 1991.
7. Цифровые интегральные микросхемы: Справочник/ М.И. Богданович и др.
– Мн.: Беларусь,1996.
8. Левкович В.Н. Архитектура и основы программирования однокристальных
микроконтроллеров PIC16F84. - Мн.: БГУИР, 2002.
9. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на
однокристальных микроконтроллерах/ В.В. Сташин, А.В. Урусов,
О.Ф. Мологонцева. - М.: Энергоатомиздат, 1990.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Гольденберг Л.М. Импульсные устройства: Учебник для радиотехнических специальностей вузов. - М.:Радио и связь, 1981.
2. Кучумов А.И. Электроника и схемотехника. – М.: Гелиос АРВ, 2002.
3. Гутников В.С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1988.
4. Казаринов Ю.М. и др. Применение микропроцессоров и микроЭВМ в
радиотехнических системах: Учеб. пособие для вузов. - М.: Высш. шк., 1988.
5. Гуртовцев А.Л., Гудыменко С.В. Программы для микропроцессоров:
Справ. пособие. -Мн.: Выш. шк., 1989.
6. Однокристальные микроконтроллеры Microchip: PIC16c8x.: Пер. с англ. /
Под ред. А.Н. Владимирова. – Рига.: ORMIX, 1996.
7. Скляр, Бернард. Цифровая связь. Теоретические основы и практическое
применение. 2-е изд.: Пер. с англ. – М.: Изд. дом «Вильямс», 2003.
8. Соловьев В.В. Проектирование цифровых систем на основе
программируемых логических интегральных схем. – М.: Горячая линия –
Телеком, 2001.
9. ГОСТ 2.743-91. Элементы цифровой техники.
57
58
Утверждена
Председатель УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный № ТД-39-070/тип.
ТЕОРИЯ КОДИРОВАНИЯ И ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальностям І-39 01 02 Радиоэлектронные системы,
І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 28 » мая 2003 г.
59
Составитель
С.Б. Саломатин, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Кафедра радиолокации и радионавигации Военной академии Республики
Беларусь (протокол № 11 от 25.02.2003 г.);
В.Ф. Голиков, директор НИИ технических средств защиты информации,
профессор, доктор технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный
университет
информатики
и
радиоэлектроники»
(протокол № 8 от 10.03.2003 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 «Схемы
радиоэлектронных устройств и систем» УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальностям
60
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная программа по дисциплине «Теория кодирования и защиты
информации» разработана на кафедре радиотехнических систем БГУИР для
специальностей І-39 01 02 Радиоэлектронные системы, І-39 01 03
Радиоинформатика высших учебных заведений.
Целями преподавания дисциплины являются углубленная теоретическая
и практическая подготовка студентов радиотехнических специальностей по
основным направлениям современной теории кодирования и защиты
информации в радиоэлектронных системах (РЭС) различного назначения от
случайных и преднамеренных воздействий, приводящих к искажению,
уничтожению или утечке информации, а также навязыванию ложной
информации
или
ложных
режимов
работы;
привитие
навыков
самостоятельного проектирования новой техники, развитие творческого
процесса при решении сложных системных задач анализа, оценки и синтеза.
Программа дисциплины разбита на две части и изучается на 3-х и 5-х
курсах. Такая разбивка позволяет применять полученные знания и умения по
кодированию
информации
в
системных
курсах
«Радиолокация»,
«Радионавигация», «Радиоуправление», а вопросы защиты информации
привязывать к конкретным задачам и структурам системных дисциплин.
Студент, изучивший курс, должен знать:
- принципы и особенности кодирования и защиты информации в
радиоэлектронных системах;
- модели и методы кодирования источников информации;
- методы помехоустойчивого кодирования информации;
- архитектуру основных систем кодирования для различных каналов и оценки
эффективности их работы;
- базовые концепции безопасности радиоэлектронных систем;
- методы защиты информации и механизмы их поддержки и анализа;
- основные применения теории кодирования и защиты информации.
При решении практических задач первой части студент должен уметь:
- обоснованно оценить необходимые параметры кодовых систем;
- выбирать наиболее эффективный алгоритм кодирования;
-выполнять синтез кодера и декодера;
- оценить сложность реализации алгоритмов кодирования и защиты
информации на современной элементной базе; возможные угрозы и каналы
утечки информации;
- выбирать методологически верно пути кодирования и защиты информации;
- моделировать алгоритмы кодирования и криптографические алгоритмы
защиты информации на ЭВМ в средах общего и специализированного
математического программного обеспечения (MathCAD, MatLAB, Maple и др.);
- интегрировать алгоритмы кодирования и защиты информации в структуру
современных РЭС.
61
Программа рассчитана на объем 150 учебных часов, в том числе 100 –
аудиторных.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Роль и место теории кодирования (ТК) и защиты информации в
современной радиоэлектронике. Задачи кодирования и защиты информации в
системах радиоуправления, локации, навигации, передачи
и защиты
информации.
ЧАСТЬ 1
Раздел 1.1. МОДЕЛИ КОДОВ И СИСТЕМ КОДИРОВАНИЯ
Тема.1.1.1. СИСТЕМЫ И МОДЕЛИ КОДИРОВАНИЯ
Определение моделей кодов и систем многоуровневого кодирования.
Связь математических моделей со свойствами кодов. Комбинаторные,
вероятностные, алгебраические, геометрические модели и коды.
Раздел 1.2. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ПЕРЕДАЧЕ
ПО ДИСКРЕТНОМУ КАНАЛУ БЕЗ ПОМЕХ
Тема 1.2.1. КОДИРОВАНИЕ ИСТОЧНИКОВ ИНФОРМАЦИИ
Задача кодирования источников. Источники сообщений и их свойства.
Понятие энтропии и избыточности информации. Конечные комбинаторные,
вероятностные, стационарные источники. Марковские модели. Стационарные
эргодические модели содержательных сообщений. Условия взаимной
однозначности алфавитного кодирования. Стоимость кодирования. Деревья и
префиксные коды. Неравенство Крафта.
Алгоритмы эффективного кодирования. Теорема Шеннона. Коды
Шеннона, Шеннона – Фано, Хаффмена. Блочное кодирование. Универсальное и
адаптивное кодирование. Оценка сложности кодирования.
Особенности кодирования источников двухмерных изображений,
векторное кодирование. Нумерационное кодирование и кодирование в процессе
поиска информации.
Раздел 1.3. ПОМЕХОУСТОЙЧИВОЕ КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ
Тема 1.3.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ ТЕОРИИ
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ
Модели системы передачи сообщений при наличии помех.
Информационные характеристики дискретных сообщений и каналов связи.
Виды каналов передачи информации. Двоичные симметричный и
62
несимметричный каналы, q-ичный канал, канал со стиранием. Каналы с
памятью и без памяти. Согласование характеристик сигнала и канала.
Основные понятия и теоремы кодирования. Классификация кодов.
Блоковые и неблоковые коды. Ошибки. Нормы, метрики и кодовые расстояния.
Граница случайного кодирования, свойства функции надежности, граница
сферической упаковки. Декодирование списком. Кодовое расстояние Хэмминга
и его связь с корректирующей способностью. Границы для минимального
расстояния кодов.
Тема 1.3.2. МАТЕМАТИЧЕСКИЙ АППАРАТ ОПИСАНИЯ КОДОВЫХ
СТРУКТУР В КОНЕЧНЫХ ПОЛЯХ
Конструкции конечных полей. Группы. Кольца. Поля. Векторные
пространства. Структура конечного поля. Арифметика полей Галуа.
Сопряженные элементы поля и минимальные многочлены. Нормальный базис и
след. Понятие конечных геометрий и разностных множеств.
Тема 1.3.3. ЛИНЕЙНЫЕ КОДЫ
Методы представления линейных кодов. Линейные коды,
исправляющие ошибки: построение и основные свойства. Вектор ошибки.
Понятие двойственного кода. Порождающая и проверочная матрицы
систематического линейного кода. Смежные классы линейных кодов.
Разновидности линейных кодов. Линейные коды Хэмминга, Рида Маллера (РМ) и Рида - Соломона (РС). Совершенные и квазисовершенные
коды.
Весовая оценка линейных кодов. Распределение весов. Теорема МакВильямс для линейных кодов. Вычисление минимального веса линейного кода
по порождающей матрице этого кода. Нижняя граница Варшамова – Гильберта.
Тема 1.3.4. МЕТОДЫ ДЕКОДИРОВАНИЯ ЛИНЕЙНЫХ КОДОВ
Методы декодирования линейных кодов. Декодеры максимального
правдоподобия.
Вычисление
синдрома.
Табличное
и
синдромное
декодирование. Вычисление вероятности ошибки.
Тема 1.3.5. ЦИКЛИЧЕСКИЕ КОДЫ
Методы представления циклических кодов. Полиномиальное и матричное
описание циклических кодов. Порождающий и проверочный многочлены
циклического кода. Двойственные коды. Циклические коды Хэмминга и Рида Маллера. Укороченные коды.
Способы кодирования циклического кода. Простые неалгебраические
методы
декодирования
циклических
кодов.
Декодеры
Меггита.
Перестановочное и пороговое декодирования.
Тема 1.3.6. МЕТОДЫ ИСПРАВЛЕНИЯ ОШИБОК НА ОСНОВЕ АЛГЕБРЫ
КОНЕЧНЫХ ПОЛЕЙ
Построение циклического кода по корням порождающего
многочлена. Построение проверочной матрицы по корням порождающего
63
многочлена. Построение циклического кода, минимальное расстояние которого
не меньше заданного числа. Построение совершенного циклического кода,
исправляющего одиночные ошибки.
Коды Боуза-Чоудхури-Хоквингема (БЧХ), РС: алгоритмы построения и свойства. Понятие минимального многочлена, методы его построения.
Формирование кодов с заданной корректирующей способностью. Схемы
кодеров.
Методы декодирования БЧХ и РС кодов. Понятие локатора ошибки.
Составление и методы решения ключевого уравнения. Итеративный алгоритм
Бэрлекампа. Алгоритмы исправления ошибок, стираний, нахождения числа
информационных символов. Схемы декодеров.
Тема 1.3.7. ВАЖНЕЙШИЕ БЛОКОВЫЕ КОДЫ
Коды Гоппы. Каскадные коды. Код Юстесена. Коды Голея.
Покрывающие коды. Квадратично-вычетные коды. Нелинейные помехоустойчивые коды.
Перестановочные коды.
Коды, контролирующие ошибки: CRC-коды.
Корреляционные коды: временное, частотно-временное и пространственное представление. Теория линейных рекуррентных последовательностей. Низкоскоростные геометрические, проекционные, GMW-,
Касами-коды.
Тема 1.3.8. СВЕРТОЧНЫЕ КОДЫ
Формирование сверточных кодов. Древовидные и решетчатые коды.
Матричное и полиномиальное описание сверточных кодов. Простые
сверточные коды.
Методы исправления ошибок сверточными кодами. Синдромное,
пороговое декодирование, алгоритм декодирования Витерби. Алгоритм поиска
по решетке. Понятие турбокодов. Схемы декодирования сверточных кодов.
Раздел 1.4. СИСТЕМЫ КОДИРОВАНИЯ ДЛЯ КАНАЛОВ
С РАЗЛИЧНЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ
Тема 1.4.1. КОДИРОВАНИЕ ДЛЯ СТАЦИОНАРНЫХ
И КВАЗИСТАЦИОНАРНЫХ КАНАЛОВ
Расчетные оценки кодов в стационарных каналах. Системы кодирования
в дискретных каналах, каналах с белым гауссовским шумом.
Тема 1.4.2. КОДИРОВАНИЕ В КАНАЛАХ С ЕСТЕСТВЕННОЙ
И ИСКУССТВЕННОЙ НЕСТАЦИОНАРНОСТЯМИ
Коды в нестационарных каналах; расчетные характеристики и оценки.
Системы кодирования при воздействии импульсных помех. Системы
кодирования с перемежением. Системы кодирования с обратной связью.
Кодовые методы борьбы с преднамеренными помехами. Системы кодирования
с расширением спектра. Оценки эффективности кодирования.
64
Раздел 1.5. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ТЕОРИИ КОДИРОВАНИЯ
В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ
Тема 1.5.1. МНОГОУРОВНЕВОЕ КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ
В КОСМИЧЕСКИХ И СПУТНИКОВЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ
Задачи
и
методы
многоуровневого
кодирования.
Примеры
многоуровневого кодирования в спутниковых системах передачи информации.
Согласование с методами модуляции. Стандарты кодирования. Задачи и
методы моделирования алгоритмов многоуровневого кодирования. Пример
многоуровневого кодирования с использованием сверточных, РС-,
перестановочных кодов в спутниковых системах цифрового телевидения
стандарта DVB-S.
Тема 1.5.2. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В КОМПЬЮТЕРНЫХ РАДИОСЕТЯХ
Особенности каналов компьютерных радиосетей. Учет задач
маршрутизации и защиты информации. Методы кодирования с
подтверждением и протоколы обмена информацией на базе кодов,
контролирующих ошибки. Кодирование мультимедийной информации в
компьютерных радиосетях. Кодирование информации кодами РС и CRC в
устройствах хранения информации. Стандарты кодирования информации в
компьютерных радиосистемах.
Тема 1.5.3. КОДИРОВАНИЕ ИНФОРМАЦИИ В РАДИОЛОКАЦИОННЫХ
СИСТЕМАХ И МНОГОПОЗИЦИОННЫХ КОМПЛЕКСАХ
Кодирование для широкополосных локационных систем низкоскоростными кодами Рида - Маллера, Касами, GMW-кодами, геометрическими
и проекционными кодами. Векторное кодирование информации для
параллельных каналов в многопозиционных комплексах. Конструкции кодов с
заданными гранично-ранговыми расстояниями. Тенденции, перспективы и
направления развития теории кодирования.
ЧАСТЬ 2
Раздел 2.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
И БЕЗОПАСНОСТИ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ
Тема 2.1.1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ БАЗОВЫХ КОНЦЕПЦИЙ
Информационная модель радиоэлектронной системы как объекта защиты.
Архитектура защиты информации на уровне модели взаимодействия открытых
систем. Угрозы безопасности радиоэлектронных систем и их классификация.
Исследование причин нарушения безопасности радиоэлектронных систем.
Виды и каналы утечки информации.
65
Тема 2.1.2. МЕТОДОЛОГИЯ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
Методологические основы построения системных защит от угроз
нарушения конфиденциальности и целостности информации. Концепции
построения системных защит от угроз отказа доступа и раскрытия параметров
информационной системы. Политика и формальные модели безопасности. Роль
криптографических методов защиты информации.
Раздел 2.2. КРИПТОЛОГИЯ И КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ
ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
Тема 2.2.1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ КРИПТОЛОГИИ
Криптология, цели и задачи. Классические модели криптологии.
Секретность, имитостойкость и помехоустойчивость. Модели криптографической системы Шеннона. Модель анализа аутентичности.
Криптографические атаки (нападения). Безусловная и теоретическая
криптостойкость.
Тема 2.2.2. СИММЕТРИЧНЫЕ КРИПТОСИСТЕМЫ
Классические алгоритмы шифрования. Перестановки, подстановки,
гаммирование. Моноалфавитные и многоалфавитные системы шифрования.
Методы дешифрования моноалфавитных и многоалфавитных шифров.
Поточные криптосистемы. Линейные конгруэнтные генераторы.
Проектирование и анализ потоковых шифров. Атаки на поточные
криптосистемы. Линейная сложность. Корреляционная стойкость. Потоковые
шифры на основе регистров сдвига: с линейной обратной связью; с обратной
связью по переносу; с нелинейной обратной связью. Шифры А5. Алгоритм
RC4. Синхронные и самосинхронизирующиеся поточные системы
Блочные криптосистемы. Система Фейстеля, условие обратимости.
Алгоритм DES: описание и применение, преобразование ключей. Режимы
включения криптомодулей. Стандарт шифрования ГОСТ 28147-89. Шифр AES.
Методы криптоанализа блочных криптосистем. Дифференциальный
криптоанализ. Криптоанализ на основе связанных ключей. Линейный
криптоанализ. Оценка стойкости криптосистем.
Основы теории проектирования блочных шифров. Синтез групповых
структур. Подходы к проектированию S-блоков и устойчивых к криптоанализу
алгоритмов шифрования.
Тема 2.2.3. АСИММЕТРИЧНЫЕ КРИПТОСИСТЕМЫ С ОТКРЫТЫМ КЛЮЧОМ
Односторонние функции. Криптосистема RSA: описание, свойства и
основные атаки (на основе подобранного шифротекста, при использовании
общего модуля, раскрытие показателя). Криптосистема Эль-Гамаля.
Криптографическая система с открытым ключом на основе решения задачи NPполноты. Алгоритмы шифрования с использованием эллиптических кривых.
Криптоанализ асимметричных систем защиты информации. Оценка стойкости
криптосистем.
66
Тема 2.2.4. ИМИТОЗАЩИТА, АУТЕНТИФИКАЦИЯ И ХЭШИРОВАНИЕ
Примеры имитации и способы имитозащиты. Аутентификация как метод
защиты целостности данных, подтверждения подлинности пользователя и
подтверждения авторства.
Механизмы аутентификации: CRC-, МАС-коды, временные метки.
Криптографическая хэш-функция. Требования к хэш-функциям.
Алгоритмы MD 4, 5 и SHA. Односторонняя, или безопасная, хэш-функция.
Тема 2.2.5. ЭЛЕКТРОННАЯ ЦИФРОВАЯ ПОДПИСЬ
Электронная подпись на основе алгоритмов с открытым ключом: описание
и применение. Алгоритм цифровой подписи DSA. Схема цифровой подписи с
использованием дискретных логарифмов. Цифровая сигнатура с процедурой
арбитража. Электронная подпись на основе алгоритмов с секретным ключом,
сравнительный анализ. Затемненная электронная подпись. Криптоанализ
алгоритмов цифровой подписи с открытым ключом.
Тема 2.2.6. УПРАВЛЕНИЕ КЛЮЧАМИ И ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ДОСТОВЕРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ
Методы распределения ключей. Криптографические алгоритмы
распределения ключей. Алгоритмы генерации ключей. Распределение ключей
по объектам с соблюдением защиты от несанкционированного доступа.
Нотаризация ключей. Обеспечение достоверного взаимодействия с помощью
системы криптографических сертификатов. Распределение ключей для
конференц-связи и секретная широковещательная передача. Стандарт ITU-T
X.509.
Тема 2.2.7. КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ ПРОТОКОЛЫ
Криптографические
протоколы
как
средства
идентификации,
аутентификации и цифровой подписи. Криптографические протоколы
аутентификации на основе доказательства с нулевым разглашением. Схемы
Фиата - Шамира, Фейге – Фиата - Шамира, Гилоу - Киускуотера. Протоколы
конфиденциального вычисления, подбрасывания монеты и голосования. Схемы
Шнора.
Тема 2.2.8. СТЕГАНОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ
Стеганографические методы скрытой передачи или хранения
информации. Понятие скрытой пропускной способности. Классификация
стеганографических
алгоритмов
защиты
информации.
Применение
помехоустойчивых шифров. Спектральные методы встраивания скрытной
информации. Технология цифровых водяных знаков.
67
Раздел 2.3. ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДОВ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ
Тема 2.3.1. СИСТЕМЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ В СИСТЕМАХ
НАВИГАЦИИ И МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ
Архитектура системы защиты информации в навигационных системах
Navstar, Galileo.
Концепция защиты информации в семействе стандартов IMT-2000.
Архитектуры многоуровневых защит в стандартах DECT, GSM и CDMA.
Тема 2.3.2. ЗАЩИТА ИНФОРМАЦИИ В ПАКЕТНЫХ ТЕЛЕМЕТРИЧЕСКИХ
КАНАЛАХ И КОМПЬЮТЕРНЫХ РАДИОСЕТЯХ
Защита информации в спутниковых телеметрических каналах. Стандарт
телеметрической пакетной сети ESA PSS – 04 – 107.
Криптосистемы, используемые в защищенных сетях. Протоколы
распределения ключей. Правила вхождения в связь. Восстановление сетей
связи после компрометации абонентов. Синхронизация криптомодулей.
Стандарт беспроводной сети IEEE 802.11i.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тенденции, перспективы и направления развития теории кодирования и
защиты информации.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
Исследование эффективных кодов.
Исследование линейных групповых кодов.
Исследование циклических кодов.
Исследование кодов БЧХ.
Сверточные коды.
Моделирование системы многоуровневого кодирования.
Исследование криптографических методов кодирования информации.
Криптоанализ алгоритмов защиты информации.
Исследование алгоритма защиты информации RSA.
Криптографические протоколы.
Стеганографическая система защиты информации.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1.
2.
3.
4.
68
Эффективное кодирование информации. Коды Шеннона-Фано, Хаффмена.
Алгоритмы кодирования и декодирования линейными кодами.
Весовые характеристики линейных кодов; расчет вероятности ошибки.
Алгоритмы полиномиального кодирования и декодирования.
5. Группы, кольца и конечные поля, техника вычисления.
6. Коды БЧХ и РС; составление и решение ключевого уравнения при
синдромном декодировании.
7. Алгоритмы сверточного кодирования, декодер Витерби.
8. Синтез корреляционных кодов с заданными характеристиками.
9. Алгоритмы перестановочного кодирования, оценка эффективности для
нестационарного канала.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Касами Т., Токура Н., Ивадари Ё., Инагаки Я. Теория кодирования: Пер. с
яп.- М.: Мир, 1978.
2. Блейхут Р. Теория и практика кодов, контролирующих ошибки: Пер. с
англ. - М.: Мир, 1986.
3. Дмитриев В.И. Прикладная теория информации.- М.: Высш. шк., 1989.
4. Лосев В.В. Помехоустойчивое кодирование в радиотехнических системах
передачи информации. Ч.1,2.- Мн.: МРТИ, 1984.
5. Зегжда Д.П., Ивашко А.М. Основы безопасности информационных
систем.- М.: Горячая линия – Телеком, 2000.
6. Шнайер Б. Прикладная криптография. – М.: ТРИУМФ, 2002.
7. Бабаш А.В., Шанкин Г.П. Криптография/ Под ред. В.П.Шерстюка,
Э.А. Применко. – М.: СОЛОН-Р, 2002.
8. Харин Ю.С. и др. Математические основы криптологии: Учеб. пособие/
Ю.С.Харин, В.И.Берник, Г.В.Матвеев.- Мн.: БГУ,1999.
9. Саломатин С.Б. Защита информации в радиоэлектронных системах: Учеб.
пособие. -Мн.: БГУИР, 2002.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Марков А.А. Введение в теорию кодирования: Учеб. пособие.- М.: Наука,
1982.
2. Кларк Дж., Кейн Дж. Кодирование с исправлением ошибок в системах
цифровой связи: Пер. с англ. – М.: Радио и связь, 1987.
3. МакВильямс Ф. Дж., Слоэн Н. Дж. Теория кодов, исправляющих ошибки. –
М.: Связь, 1979.
4. Мутер В.М. Основы помехоустойчивой телепередачи информации. - Л.:
Энергоатомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990.
5. Винокуров В.И., Гантмахер В.Е. Дискретно-кодированные последовательности. – Ростов на Дону: Изд. Ростовского ун-та, 1990.
6. Конопелько В.К., Липницкий В.А. Теория норм синдромов и
перестановочное декодирование помехоустойчивых кодов.- Мн.: БГУИР, 2000.
7. Теоретические основы компьютерной безопасности / П.Н. Девянин,
О.О. Михальский, Д.И. Правиков, А.Ю. Щербаков: Учеб. пособие. – М.: Радио
и связь, 2000.
8. Иванов М.А. Криптографические методы защиты информации в
69
компьютерных системах и сетях. – М.: КУДИЦ-ОБРАЗ, 2001.
9. Грушо А.А., Тимонина Е.Е. Теоретические основы защиты информации.—
М.: Изд. агентства «Яхтсмен», 1996.
10. Menezes A., P. Van Oorschot, Vanstone S. Handbook of Applied Cryptography,
CRC Press, 1966.
11. Герасименко В.А. Защита информации в автоматизированных системах
обработки данных: В 2 кн.— М.:Энергоатомиздат,1994.
12. Гайкович В., Першин А. Безопасность электронных банковских систем. –
М.: «Единая Европа», 1994.
13. Введение в криптографию/ Под общей ред. В.В. Ященко. 2-е изд. - М.:
МЦНМЩ «ЧеРо», 1999.
70
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 30 » марта 2004 г.
Регистрационный № ТД-39-76/тип.
АВТОМАТИКА ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 26 » марта 2004 г.
71
Составитель
С.А. Ганкевич, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Н.И. Шатило, профессор кафедры телекоммуникационных систем Учреждения
образования «Минский государственный высший колледж связи», кандидат
технических наук;
Кафедра
радиоэлектроники
Учреждения
образования
«Минский
государственный высший колледж связи» (протокол № 7 от 25.03.2004 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 22.03.2004 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 «Схемы
радиоэлектронных устройств и систем» УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от
05.04.2004 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
72
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Учебная программа «Автоматика информационных систем» разработана
на кафедре радиотехнических систем БГУИР для специальности І-39 01 03
Радиоинформатика.
Цель преподавания дисциплины – подготовка студентов к работе по
проектированию и применению систем автоматики.
В результате освоения дисциплины «Автоматика информационных
систем» студент должен :
знать:
- принципы построения
автоматических систем, функциональные и
структурные схемы типовых систем, методы математического описания и
анализа линейных, нелинейных и цифровых систем, методы синтеза и
проектирования систем;
уметь:
- анализировать автоматические системы по основным показателям
качества:-быстродействию, точности, устойчивости; проектировать аналоговые
и цифровые системы
Программа рассчитана на объем 120 часов, в том числе аудиторных – 85.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ. ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ СИСТЕМ
АВТОМАТИКИ
Понятие систем автоматики. Связь теории автоматики информационных
систем с общей теорией автоматического управления. Развитие автоматических
и автоматизированных систем как одно из важнейших направлений успешного
развития народного хозяйства. Краткие сведения об истории развития
автоматики информационных систем и роли отечественных ученых.
Основные принципы управления (регулирования), используемые в
системах автоматики. Замкнутые и разомкнутые системы. Воздействия,
оказывающие влияние на контур управления: задающие и мешающие.
Сравнение разомкнутого и замкнутого контуров.
Классификация систем по виду параметра радиосигнала (фаза, частота,
временной сдвиг, направление прихода и т.п.), рассматриваемого в качестве
задающего воздействия; по характеру уравнения, описывающего поведение
системы; по поведению системы в условиях априорной неопределенности
статистических характеристик задающего воздействия и помех и другим
признакам.
Раздел 2. ТИПОВЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ
Функциональные и структурные схемы радиотехнических следящих
систем: систем частотной и фазовой автоподстройки, системы углового
сопровождения, системы слежения за временным положением импульсов.
Принципы функционирования, основные области применения.
73
Основные элементы структурных схем и их математическое описание.
Обобщенная функциональная и структурная схемы следящей системы.
Уравнение, описывающее поведение обобщенной следящей системы.
Функциональная и структурная схемы системы автоматической
регулировки усиления (АРУ). Особенности АРУ.
Раздел 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ЛИНЕЙНЫХ
НЕПРЕРЫВНЫХ СИСТЕМ. ПЕРЕДАТОЧНЫЕ ФУНКЦИИ. ТИПОВЫЕ
ДИНАМИЧЕСКИЕ ЗВЕНЬЯ
Общая характеристика методов. Временные и частотные методы
исследования автоматических систем.
Дифференциальные уравнения. Методика составления дифференциальных уравнений. Операторная форма записи. Операторный коэффициент
передачи.
Передаточная функция. Переходная функция и переходная характеристика.
Весовая функция. Частотная передаточная функция. Амплитудно-фазовая
частотная характеристика. Связь рассмотренных характеристик.
Использование логарифмических частотных характеристик. Асимптотическая ЛАХ. Методика построения.
Соединение звеньев автоматических систем. Преобразование структурных схем линейных систем. Правила структурных преобразований.
Передаточная функция замкнутой системы. Передаточная функция
разомкнутой системы. Передаточные функции от воздействия к ошибке и от
возмущения к ошибке. Методика определения передаточных функций.
Типовые передаточные функции систем.
Типовые динамические звенья систем. Классификация, временные и
частотные характеристики. Модели типовых звеньев.
Раздел 4. ЭЛЕМЕНТЫ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ И ИХ
ХАРАКТЕРИСТИКИ
Дискриминаторы: фазовые, частотные, угловые. Функциональные схемы,
принципы функционирования, статистические характеристики.
Объекты управления систем: управляемые генераторы, устройства
управляемой задержки, устройства управления положением диаграмм
направленности
антенн.
Функциональные
схемы,
регулировочные
характеристики, принципы функционирования.
Фильтры и их роль в формировании управляющего напряжения.
74
Раздел 5. АНАЛИЗ УСТОЙЧИВОСТИ ЛИНЕЙНЫХ НЕПРЕРЫВНЫХ
СИСТЕМ
Понятие устойчивости систем. Анализ устойчивости с помощью
алгебраических и частотных критериев. Физический смысл частотного
критерия устойчивости. Особенности годографов систем, содержащих
интеграторы. Запас устойчивости по амплитуде и фазе. Абсолютно устойчивые
и условно устойчивые системы. Использование при анализе устойчивости
логарифмических амплитудно- и фазочастотных характеристик систем и их
отдельных звеньев.
Раздел 6. АНАЛИЗ КАЧЕСТВА РАБОТЫ СИСТЕМЫ
Показатели качества переходного процесса. Частотные показатели
качества.
Анализ точности при детерминированных воздействиях. Динамическая
ошибка слежения. Коэффициенты ошибки. Методы вычисления коэффициентов ошибки. Понятие астатизма следящей системы. Динамические
ошибки в следящих системах с астатизмом различного порядка. Анализ
точности при случайных воздействиях.
Определение статистических характеристик случайных процессов в
линейных системах автоматики в установившемся режиме. Определение
дисперсии с помощью стандартных интегралов. Понятие эквивалентной
шумовой полосы пропускания следящей системы. Примеры расчета дисперсии
ошибки слежения. Понятие памяти следящих систем при замираниях сигнала и
действии шумов.
Оптимизация параметров линейных систем с учетом требований,
предъявляемых к их точности, быстродействию, помехоустойчивости.
Особенности анализа процессов в линейных нестационарных системах.
Раздел 7. АНАЛИЗ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ В ПРОСТРАНСТВЕ
СОСТОЯНИЙ
Векторные дифференциальные уравнения систем. Методика составления,
структурные схемы, соответствующие векторным дифференциальным
уравнениям. Определение матрицы перехода. Применение метода для
интегральной оценки качества.
Раздел 8. АНАЛИЗ НЕЛИНЕЙНЫХ СИСТЕМ
Основные виды нелинейностей, присущие типовым элементам
автоматической системы. Нелинейные режимы радиотехнических следящих
систем. Захват и срыв сопровождения. Полоса удержания и полоса захвата.
Краткая характеристика методов анализа нелинейных систем автоматики:
75
метода кусочно-линейной аппроксимации, метода гармонической линеаризации, метода фазовой плоскости и др.
Сущность и применение метода фазовой плоскости для изучения
процессов в нелинейной системе.
Метод гармонической линеаризации нелинейных звеньев. Уравнение
нелинейной
системы.
Частотный
метод
определения
параметров
автоколебаний.
Статистическая линеаризация нелинейных характеристик. Применение
метода статистической линеаризации для анализа стационарных режимов и
срыва слежения. Оценка условия срыва слежения.
Раздел 9 . ПРОЕКТИРОВАНИЕ СИСТЕМ АВТОМАТИКИ
Постановка задачи. Определение желаемой передаточной функции
разомкнутой системы. Определение передаточных функций корректирующих
устройств. Последовательные корректирующие устройства. Параллельные
корректирующие устройства. Жесткая обратная связь. Гибкая обратная связь.
Сравнение последовательных и параллельных корректирующих устройств.
Математическое моделирование систем.
Раздел 10. СИНТЕЗ ФИЛЬТРОВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ
МЕТОДАМИ ТЕОРИИ ОПТИМАЛЬНОЙ ЛИНЕЙНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ
Критерии оптимизации. Сведение задачи синтеза фильтра в контуре
следящей системы к общей задаче оптимальной линейной фильтрации.
Интегральные уравнения для весовой функции оптимального фильтра.
Определение частотной передаточной функции оптимального линейного
фильтра. Методика расчета. Определение потенциальной точности слежения
при использовании в системе оптимального фильтра.
Фильтры Калмана. Постановка задачи. Уравнения состояния. Синтез
фильтров Калмана.
Раздел 11. ДИСКРЕТНЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ
Системы прерывистого регулирования. Системы с конечным временем
съема данных и дискретные системы. Сведение систем с конечным временем
съема данных к дискретным. Понятие импульсного элемента.
Математическое
описание
дискретных
систем.
Определение
характеристик дискретных систем: передаточных функций, разностных
уравнений, частотных передаточных функций.
Анализ устойчивости. Анализ детерминированных и случайных
процессов в дискретной системе.
76
Раздел 12. ЦИФРОВЫЕ СИСТЕМЫ АВТОМАТИКИ
Общие сведения. Обобщенная функциональная схема. Элементы
цифровых систем: временные, фазовые, частотные дискриминаторы; цифровые
фильтры, цифровые генераторы опорных сигналов.
Функциональные схемы цифровых систем фазовой автоподстройки,
слежения за задержкой и др. Математическое описание, структурные схемы
цифровых систем.
Методы анализа цифровых систем. Метод сведения к линейным
дискретным системам. Квазинепрерывный метод анализа. Проектирование
цифровых систем.
Микропроцессоры в
системах автоматики. Особенности проектирования. Задачи аппаратных средств в микропроцессорных системах.
Аппаратно - программная реализация.
Раздел 13. ОПТИМАЛЬНЫЕ И АДАПТИВНЫЕ СИСТЕМЫ
Общие сведения. Принципы построения оптимальных систем.
Принципы построения адаптивных систем. Виды адаптивных систем.
Экстремальные системы.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование линейной модели автоматической системы.
2. Исследование
автоматической системы
по основным показателям
качества: быстродействию и точности.
3. Исследование устойчивости систем.
4. Исследование динамики нелинейных систем.
5
Исследование цифровой системы.
6. Исследование элементов цифровых систем автоматики: дискриминаторов
(временных, частотных, фазовых), генераторов опорных сигналов.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Функциональные и структурные схемы, составление дифференциальных
уравнений, определение передаточных функций.
2. Оценка устойчивости с помощью алгебраических и частотных критериев.
3. Расчет динамических и флуктуационных ошибок.
4. Анализ нелинейных систем автоматики.
5. Проектирование систем автоматики.
6. Коррекция передаточных функций.
7. Анализ и проектирование цифровых систем автоматики.
77
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Коновалов Г.Ф. Радиоавтоматика: Учебник для вузов по спец.
«Радиотехника». – М.: Высш. шк., 1990.
2. Радиоавтоматика: Учебное пособие/ Под ред. В.А. Бесекерского.- М.:
Высш. шк., 1985.
3. Первачев С.В. Радиоавтоматика: Учебник для вузов.- М.: Радио и связь,
1982.
4. Цифровые системы фазовой синхронизации/ Под ред. М.И. Жодзишского.
– М.: Сов.радио, 1980.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1.
Шахтарин Б.И. Случайные процессы в радиотехнике. Ч.1. Линейные
системы: Учеб. пособие.- М.: Радио и связь, 2002.
2.
Шахтарин Б. И. Анализ систем синхронизации методом усреднения. – М.:
Радио и связь, 1999.
3.
Шахтарин Б.И. Статистическая динамика систем синхронизации. –М.:
Радио и связь, 1998.
4.
Шахтарин Б.И. Анализ систем синхронизации при наличии помех.-М.:
ИПРЖР, 1996.
5.
Первачев С.В., Валуев А.А., Чиликин В.М. Статистическая динамика
радиотехнических следящих систем. – М.: Сов. радио, 1973.
6.
Гуткин А.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств. – М.: Радио
и связь, 1986.
7.
Расчет автоматических систем/ Под ред. проф. А.В.Фатеева. – М.: Высш.
шк., 1973.
8.
Кривицкий Б.Х. Автоматическое слежение за частотой. – М.: Энергия,
1974.
9.
Журавлев В.И. Поиск и синхронизация в широкополосных системах. – М.:
Радио и связь, 1986.
10. Бесекерский В.А., Попов Е.П. Теория автоматического регулирования. –
М.: Наука, 1972.
11. Яшугин Е.А. Теория линейных непрерывных систем в вопросах и ответах.
– Мн.: Выш. шк., 1986.
12. Артемьев В.М. Локационные системы роботов: Справочное пособие. –
Мн.: Выш. шк., 1988.
13. Гитис З.И., Данилович Г.А., Самойленко В.И. Техническая кибернетика:
Учебник для радиотехнических вузов. – М.: Сов. радио, 1969.
14. Артемьев В.М. Справочное пособие по методам исследования
радиоэлектронных следящих систем. – Мн.: Выш. шк., 1984.
15. Ганэ В.А., Степанов В.Л. Расчет следящих систем. – Мн.: Выш. шк., 1990.
16. Куо Б. Теория и проектирование цифровых систем управления: Пер. с
англ. – М.: Машиностроение, 1986.
78
17. Цифровые радиоприемные системы/ Под ред. М.И.Жодзишского. – М:
Радио и связь, 1990.
18. Линдсей В. Системы синхронизации в связи и управлении/Пер. с англ.
Под ред. Ю.Н.Бакаева и М.Б. Капранова. – М.: Сов. радио, 1978.
19. Казаринов Ю.М., Номоконов В.Н., Филиппов В.Ф. Применение
микропроцессоров и микроЭВМ в радиотехнических системах: Учеб. пособие
для радиотехнических спец. вузов. – М.: Высш. шк., 1988.
20. Гришин Ю.П., Казаринов Ю.М., Катиков В.М. Микропроцессоры в
радиотехнических системах/ Под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Радио и связь,
1982.
79
80
Утверждена
Председатель УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 30 » марта 2004 г.
Регистрационный № ТД-39-073/тип.
КОМПЬЮТЕРНЫЕ СИСТЕМЫ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 26 » марта 2004 г.
81
Составители:
В.Н.Левкович, заведующий кафедрой радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук, доцент;
О.В.Шабров, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники»
Рецензенты:
Кафедра
радиоэлектроники
Учреждения
образования
«Минский
государственный высший радиотехнический колледж» (протокол № 7 от
25.03.2004 г.);
Н.И. Шатило, профессор кафедры телекоммуникационных систем Учреждения
образования «Минский государственный высший радиотехнический колледж»,
доцент, кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 22.03.2004 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 «Схемы
радиоэлектронных устройств и систем» УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 3 от
05.04.2004 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
82
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Компьютерные системы обработки информации»
разработана на кафедре радиотехнических систем БГУИР для специальности
І-39 01 03 Радиоинформатика.
Цель изучения дисциплины - дать студентам систематизированные
знания по архитектурам современных универсальных и сигнальных
микропроцессоров, микроконтроллеров и компьютеров, по принципам
организации компьютерных систем и сетей, а также по интерфейсам для
межустройственного обмена данными.
В результате изучения дисциплины «Компьютерные системы обработки
информации» студент должен:
знать:
–
особенности архитектур и основные технические характеристики
современных универсальных и сигнальных микропроцессоров, однокристальных микроконтроллеров и компьютеров;
–
интерфейсы современных компьютеров и принципы организации
компьютерных систем и сетей;
уметь:
–
анализировать взаимодействие функциональных блоков в компьютере;
–
выбирать структуры вычислительных систем для решения радиотехнических задач, разрабатывать алгоритмы и программы для реализации
процедур управления, обработки информации, анализа и генерирования сигналов;
иметь представление:
–
о направлениях и перспективах развития микропроцессоров,
микроконтроллеров, компьютеров и компьютерных систем и сетей.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ
Цели и задачи дисциплины, ее роль в подготовке специалиста по
радиоинформатике. Поколения вычислительных машин. Классификация,
области применения и основные характеристики вычислительных машин.
Раздел 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ОРГАНИЗАЦИИ
МИКРОПРОЦЕССОРОВ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ МАШИН
Понятие об архитектуре вычислительной машины. Структура
вычислительной машины. Адресные структуры основных памятей. Проблема
выбора структуры и формата команд. Кодирование команд. Способы
адресации. Передача управления в программах. Индексация. Теги и
дескрипторы. Самоопределяемые данные. Программистские модели машин
общего назначения, малых и микроЭВМ. Особенности RISC-архитектуры.
Состояние процессора (программы). Вектор (слово) состояния. Организация
системы прерывания программ. Рабочий цикл процессора. Совмещение
операций. Конвейер команд. Конвейер операций.
83
Раздел 3. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ
ПОДСИСТЕМ ВВОДА-ВЫВОДА
Проблемы и методы организации подсистем ввода-вывода. Прямой
доступ к памяти. Принципы построения и структуры подсистем ввода-вывода.
Интерфейс "Мультшина" (И-41). Особенности интерфейса "Мультшина-II".
Последовательные интерфейсы RS-232С и RS-485. Параллельный
приборный
интерфейс
IEEE-488.
Двухпроводный
интерфейс
I2C.
Однопроводный интерфейс MicroLAN. Интерфейс LIN. CAN-интерфейс.
Интерфейс USB. Интерфейс FireWire.
Раздел 4. ОСОБЕННОСТИ АРХИТЕКТУР МИКРОПРОЦЕССОРОВ
И КОМПЬЮТЕРОВ РАЗЛИЧНОГО НАЗНАЧЕНИЯ
Классификация микропроцессоров по назначению.
Особенности архитектуры, основные параметры и направления развития
универсальных однокристальных микропроцессоров семейства i80х86.
Семейство однокристальных микроконтроллеров i8051: области
применения, особенности архитектуры, базовое ядро, система команд,
особенности портов, основные характеристики.
Семейство однокристальных микроконтроллеров PIC-micro: области
применения, особенности архитектуры, системы команд, портов ввода-вывода,
основные характеристики, направления развития.
Сигнальные микропроцессоры: области применения, особенности
архитектуры, системы команд, портов ввода-вывода, основные характеристики,
направления развития.
Персональные компьютеры. Программно-аппаратная модель IBMсовместимого персонального компьютера. Встроенные и внешние средства
диагностики вычислительной системы.
Организация памяти IBM-совместимого компьютера. Виды памяти,
аппаратная структура, методы доступа и взаимодействие процессора с
памятью. Прямой доступ к ОЗУ.
Шинная архитектура персонального компьютера. Виды шин, материнская
плата. Организация ввода-вывода по шине, обслуживание периферийных
устройств.
Промышленные компьютеры, основные характеристики, особенности
организации, области применения.
Раздел 5. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ МНОГОПРОЦЕССОРНЫХ
И МНОГОМАШИННЫХ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ
Понятие о многомашинных и многопроцессорных вычислительных
системах и комплексах. Особенности организации отказоустойчивых
многопроцессорных вычислительных комплексов. Типы структур многопроцес84
сорных вычислительных систем, ориентированных на достижение
сверхвысокой
производительности.
Конвейерно-векторные
суперЭВМ.
Концепция вычислительной системы с управлением потоком данных.
Раздел 6. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ КОМПЬЮТЕРНЫХ СЕТЕЙ
Общие сведения о компьютерных сетях. Классификация компьютерных
сетей. Методы передачи данных по каналам связи. Коммутация каналов,
сообщений и пакетов. Эталонная логическая модель сети и иерархия
протоколов. Элементы протоколов. Протоколы управления физическим и
информационным каналами и сетью передачи данных. Протокол Х.25.
Локальные компьютерные сети. Особенности организации передачи
информации в локальных сетях. Методы доступа к моноканалу.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Направления и перспективы развития компьютерных систем обработки
информации.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Ввод аналоговой информации в компьютерных системах.
2. Вывод аналоговой информации в компьютерных системах.
3. Исследование метода передачи данных по интерфейсу RS-232С.
4. Исследование метода передачи данных по последовательному интерфейсу
SPI.
5. Исследование метода передачи данных по последовательному интерфейсу
I2C.
6. Исследование
метода
передачи
данных
по
однопроводному
последовательному интерфейсу MicroLan.
7. Передача данных по интерфейсу USB.
8. Ввод/вывод аудио-данных с помощью интерфейса AC 97.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Устройство IBM-совместимого компьютера.
2. Системные шины персонального компьютера.
3. Особенности архитектуры сигнальных микропроцессоров.
4. Управление последовательным интерфейсом RS-232. Организация связи
компьютера с периферийными устройствами по последовательному порту.
5. Интерфейс AC 97.
6. Интерфейс USB.
7. CAN-интерфейс.
8. Организация локальной сети со свободным доступом.
85
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Гук М. Аппаратные средства IBM PC: Энциклопедия. – СПб.: Изд.
«Питер», 2000. – 816 с.
2. Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы: Учебник для
вузов. 2-е изд./В.Г. Олифер, Н.А. Олифер. – СПб.: Питер, 2003.- 864 с.
3. Каган Б.М. Электронные вычислительные машины и системы: Учеб.
пособие для вузов. 3-е изд. -М.: Энергоатомиздат, 1991. - 592 с.
4. Эрглис К.Э. Интерфейсы открытых систем: Учеб. курс. – М.:Горячая линия
– Телеком, 2000. – 256 с.
5. Нанс Б. Компьютерные сети/Пер. с англ. - М.:Бином. 1995. - 400 с.
6. Ларионов А.М., Майоров С.А., Новиков Г.И. Вычислительные комплексы,
системы и сети: Учебник для вузов. -Л.: Энергоатомиздат, 1987. –285 с.
7. Шпаковский Г.И. Архитектура параллельных ЭВМ: Учеб. пособие для
вузов. – Мн.: Университетское, 1989. -192 с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Лагутенко О.И. Модемы: Справочник пользователя. - СПб.: Лань, 1997. –
275 с.
2. Михальчук и др. Микропроцессоры 80х86, Penttium: Архитектура,
функционирование, программирование, оптимизация кода. - Мн.: Битрикс,
1994. - 400 с.
3. Фрир Дж. Построение вычислительных систем на базе перспективных
микропроцессоров /Пер. с англ. -М.: Мир, 1990. - 576 с.
4. Нортон П. Язык Ассемблера для IBM PC. – М.: Компьютер, 1993. - 350 с.
5. Сташин В.В. и др. Проектирование цифровых устройств на однокристальных
микроконтроллерах/ В.В. Сташин, А.В. Урусов, О.Ф. Мологонцева. - М.:
Энергоатомиздат, 1990. –224 с.
6. Яценков В.С. Микроконтроллеры Microchip: Практическое руководство. –
М.: Горячая линия – Телеком, 2002.- 296 с.
7. Internet. http://www.autex.ru/lib.html
8. Internet. http://www.autex.ru/lib/sharc_manual.zip
9. Internet. http://www.autex.ru/lib/dsp_smith.zip
10. Internet. http://www.autex.ru/dspa.html
86
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 30 » марта 2004 г.
Регистрационный № ТД-39-075/тип.
МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ СИГНАЛОВ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 26 » марта 2004 г.
87
Составители:
А.М. Бригидин, профессор кафедры радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук;
В.В. Ползунов, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Н.И. Шатило, профессор кафедры телекоммуникационных систем Учреждения
образования «Минский государственный высший колледж связи», кандидат
технических наук;
Кафедра
радиоэлектроники
Учреждения
образования
«Минский
государственный высший колледж связи» (протокол № 7 от 25.03.2004 г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 22.03.2004 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 «Схемы
радиоэлектронных устройств и систем» УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
88
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа по дисциплине «Методы и устройства
формирования сигналов» разработана на кафедре радиотехнических систем для
студентов специальности І-39 01 03 Радиоинформатика.
В результате изучения дисциплины «Методы и
устройства
формирования сигналов» студент должен:
знать:
- принципы работы и теорию радиоэлектронных устройств формирования
несущих, опорных, управляющих колебаний и сигналов высокочастотного,
сверхвысокочастотного (СВЧ) и оптического диапазонов волн;
- структурные, функциональные и принципиальные схемы устройств
формирования сигналов;
уметь:
- осуществлять схемотехническое проектирование, эксплуатацию, ремонт и
наладку радиоэлектронных устройств формирования радиосигналов;
- выполнять расчеты, связанные с выбором параметров элементов,
обеспечивающих реализацию требований, предъявляемых к разрабатываемым
устройствам;
- определять показатели и характеристики спроектированных устройств;
- использовать в работе вычислительную технику.
Программа рассчитана на объем 165 часов, из них аудиторных – 120.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Предмет, содержание и последовательность изложения разделов курса,
его связь с другими дисциплинами учебного плана.
Радиосигнал и его характеристики.
Назначение и области применения радиоэлектронных устройств
формирования радиосигналов. Основные этапы развития. Основные
требования, предъявляемые к устройствам формирования радиосигналов:
энергетические показатели, характеристики электромагнитной совместимости,
качественные показатели, классификация, международное сотрудничество в
области радиосвязи.
Раздел 1. УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ ВЫСОКОЧАСТОТНЫХ
СИГНАЛОВ
Структурная схема генератора с внешним возбуждением (ГВВ). Баланс
мощностей ГВВ. Типы и области применения различных активных элементов
(АЭ); статические характеристики активных элементов и их аппроксимация.
Режим работы активных элементов. Регулировочные и нагрузочные
характеристики ГВВ. Цепи согласования с нагрузкой. Особенности работы ГВВ
89
на комплексную нагрузку. Использование ключевого и биполярного режимов
работы в транзисторных ГВВ. Основы инженерного расчёта и автоматизации
проектирования ГВВ.
Зависимость токов и энергетических показателей транзисторного
генератора от частоты. Влияние питающих напряжений на режим ГВВ. Основы
инженерного расчёта
режимов ГВВ с учётом инерционных явлений.
Особенности применения ЭВМ при проектировании транзисторных ГВВ.
Общие принципы построения схем ГВВ. Входные и выходные цепи ГВВ,
согласование генератора с нагрузкой. Фильтрация высших гармоник.
Области применения умножителей частоты. Умножители частоты с
безынерционными усилительными элементами. Особенности умножителей
частоты на инерционном нелинейном четырехполюснике.
Особенности и основные свойства радиочастотных трактов, построенных
по принципу сложения мощностей генераторов. Параллельное включение
усилительных элементов и двухтактные схемы. Схемы сложения мощности
произвольного числа генераторов. Мостовые схемы сложения мощностей.
Блочно-модульный
принцип
построения
мощных
широкополосных
транзисторных усилителей. Сложение мощностей генераторов в пространстве.
Основные ограничения на широкополосные свойства ламповых и
транзисторных усилителей. Схемы широкополосных усилителей (ШПУ):
корректированные усилители, усилители с распределенным усилением,
усилители с раздельным усилением в смежных полосах диапазона. ШПУ на
трансформаторах с ферритами. Особенности работы широкополосных
усилителей на комплексную нагрузку. Фильтрация высших гармоник в
широкополосных усилителях. Основы инженерного расчета и автоматизация
проектирования широкополосных усилителей.
Раздел 2. ОСНОВЫ ТЕОРИИ АВТОГЕНЕРАТОРОВ. ФОРМИРОВАТЕЛИ
ОПОРНЫХ, НЕСУЩИХ И УПРАВЛЯЮЩИХ КОЛЕБАНИЙ
Требования,
предъявляемые
к
автогенераторам.
Уравнения
стационарного режима. Обобщенная трехточечная схема автогенератора.
Выбор режима работы усилительного элемента. Особенности применения ЭВМ
при проектировании автогенераторов. Синхронизация автогенератора внешним
сигналом. Принцип самосинхронизации. Полоса синхронизации. Применение
синхронизации и самосинхронизации автогенераторов в устройствах
формирования несущих и опорных колебаний, затягивание частоты.
RC-автогенераторы гармонических колебаний и их реализация на
операционных усилителях.
Одноконтурные
схемы
автогенераторов,
области
применения,
особенности расчета. Многоконтурные автогенераторы. Автогенераторы с
компенсацией инерционности активных элементов. Шумовые автогенераторы.
Эквивалентная
схема
кварцевого
резонатора.
Схемы
кварцевых
автогенераторов и особенности их расчета. Гибридные и интегральные схемы
автогенераторов. Автогенераторы с резонаторами на поверхностных
90
акустических волнах.
Влияние дестабилизирующих факторов и изменений параметров
элементов схемы на частоту колебаний. Условия обеспечения высокой
стабильности частоты. Мгновенная и средняя частота, их статистические
характеристики. Кратковременная и долговременная нестабильность частоты.
Влияние нестабильности частоты на работу радиотехнических устройств и
систем.
Основные характеристики синтезатора частоты. Методы синтеза
дискретной сетки частот. Пассивные синтезаторы. Генератор, управляемый
напряжением (ГУН). Современные интегральные ГУН. Построение ГУН с
большим коэффициентом перекрытия по частоте Аналоговые синтезаторы с
фазовой автоподстройкой частоты. Цифровые синтезаторы частоты с кольцом
фазовой автоподстройки. Применение микропроцессоров в цифровых
синтезаторах. Синтезаторы на основе квантовых стандартов частоты.
Раздел 3. УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ МОДУЛИРОВАННЫХ
И МАНИПУЛИРОВАННЫХ СИГНАЛОВ
Определение и классификация модуляции, основные характеристики
радиосигналов. Амплитудная модуляция, импульсная модуляция, полярная
модуляция. Радиосигналы с частотной и фазовой модуляцией (ЧМ и ФМ).
Дискретные виды модуляции. Области применения различных видов
модуляции.
Модуляция смещением, анодная и коллекторная модуляции. Статические
и динамические модуляционные характеристики. Комбинированные виды
модуляции. Основные энергетические показатели, схемы осуществления.
Усиление модулированных колебаний. Искажения при амплитудной
модуляции.
Основные методы и схемы осуществления ФМ. Прямые и косвенные
методы ЧМ, схемы осуществления и их сравнительные характеристики.
Методы формирования сложных ФМ и ЧМ сигналов (линейная частотная
модуляция, шумоподобные сигналы).
Основные особенности однополосной модуляции. Методы формирования
однополосного сигнала. Основные элементы устройств формирования
однополосного сигнала.
Импульсно-кодовая модуляция. Амплитудная, частотная и фазовая
манипуляции,
основные
характеристики,
методы
осуществления.
Преобразования сигналов при дискретных видах модуляции.
Основные требования к возбудителям радиоэлектронных устройств
формирования сигналов. Особенности формирования радиосигналов в
возбудителях. Возбудители с синтезаторами частоты. Перспективные виды
модуляции (QPSK, QAM, OFDM ).
91
Раздел 4. УСТРОЙСТВА ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОСИГНАЛОВ СВЧ
И ОПТИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА ВОЛН
Особенности режимов активных элементов и колебательных систем
генераторов СВЧ-диапазона. Конструкции и особенности расчета
транзисторных генераторов на коаксиальных, полосковых и микрополосковых
линиях. Микрополосковые усилители СВЧ. Регулировочные и нагрузочные
характеристики автогенераторов СВЧ. Интегральные и гибридно-интегральные
схемы СВЧ-генераторов. Применение ЭВМ при проектировании СВЧгенераторов.
Принцип действия туннельного диода (ТД), режимы работы ТД,
основные энергетические соотношения. Автогенераторы на ТД, их расчет.
Кварцевые автогенераторы на туннельных диодах.
Принцип действия лавинно-пролетного диода (ЛПД), режимы работы
ЛПД, основные энергетические соотношения. Механизм возникновения
отрицательной проводимости в диодах с междолинным переходом. Режимы
работы диодов Ганна. Основные энергетические параметры генераторов.
Схемы и конструкции генераторов и усилителей на ЛПД и диодах Ганна.
Обобщённая схема умножителя частоты на двухполюсных нелинейных
элементах. Эквивалентная схема варактора. Двухконтурные умножители
частоты, схема, основные характеристики. Умножители частоты с
ненагруженными контурами.
Основные показатели и области применения отражательных клистронов,
минитронов.
Характеристики
пролётных
усилительных
клистронов.
Умножительные клистроны. Модуляция в клистронах.
Области применения и основные характеристики ламп бегущей волны
(ЛБВ). ЛБВ типа “0” и типа “М”. Энергетические соотношения для ЛБВ типа
“0”. Регулировочные характеристики усилителей на ЛБВ. Модуляция в ЛБВ.
Квантовые генераторы, инженерная теория, основные энергетические
соотношения. Внешняя и внутренняя модуляции квантовых генераторов.
Квантовые генераторы для оптических линий связи.
Раздел 5. СТРУКТУРНЫЕ СХЕМЫ УСТРОЙСТВ
ФОРМИРОВАНИЯ РАДИОСИГНАЛА.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ СОВМЕСТИМОСТЬ
Структурные схемы транзисторных формирователей сигналов с
амплитудной модуляцией. Повышение КПД в АМ-формирователях. Комплексы
систем связи с амплитудной манипуляцией. Автоматическое управление
радиоэлектронными устройствами формирования сигналов.
Структурные схемы формирователей сигналов с однополосной
модуляцией. Принципы построения многоканальных устройств формирования
сигналов с однополосной модуляцией. Вторичное уплотнение. Групповой
сигнал, его характеристики и усилители группового сигнала. Особенности схем
и режимов усилителей колебаний с однополосной модуляцией.
92
Структурные схемы формирователей телевизионных сигналов изображения и звукового сопровождения. Особенности осуществления модуляции.
Формирователи сигналов цифрового наземного телевидения.
Классификация и особенности построения радиоэлектронных устройств
формирования сигналов с угловой модуляцией. Режимы работы и искажения
при усилении мощности сигналов с угловой модуляцией. Формирователи
дискретных сигналов с угловой модуляцией. Структурные схемы
формирователей наземных и космических ретрансляторов. Передатчики
цифровых радиорелейных линий связи.
Структурные схемы формирователей сотовых систем связи (ССС),
бесшнуровых систем, беспроводных абонентских линий и локальных сетей.
Принципы построения отдельных функциональных узлов.
Виды и причины возникновения паразитных колебаний. Паразитное
самовозбуждение за счёт обратной связи. Возникновение паразитных
колебаний радиочастотных трактов.
Понятие об электромагнитной совместимости (ЭМС) радиоэлектронных
средств, расположенных в непосредственной близости. Классификация
побочных излучений. Побочные излучения, возникающие в процессе
формирования несущей; излучения, обусловленные паразитной модуляцией;
шумовые излучения. Интермодуляционные излучения. Методы уменьшения
побочных излучений.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития теории и техники устройств формирования
сигналов.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Структурные схемы устройств формирования сигналов.
2. Расчёт режимов активных элементов, построение динамических
характеристик АЭ.
3. Цепи согласования узкополосных усилителей.
4. Схемы усилителей мощности.
5. Схемы автогенераторов и их регулировочные характеристики.
6. Электрический расчёт автогенератора.
7. Формирователь АМ-сигнала и его расчет.
8. Способы осуществления ЧМ.
9. Электрический расчёт частотного модулятора.
10.Транзисторный СВЧ- усилитель мощности и его расчёт.
11.Диодные СВЧ- генераторы и их расчет.
12.Расчет импульсного модуляционного устройства генератора на диоде Ганна.
13.Расчёт характеристик синхронизированных генераторов.
93
14. Изучение механизма
формировании сигналов.
возникновения
побочных
колебаний
при
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование генераторов с внешним возбуждением.
2. Исследование выходных цепей согласования высокочастотного усилителя.
3. Транзисторный формирователь несущих и опорных колебаний.
4. Исследование стабильности частоты транзисторных автогенераторов.
5. Исследование генератора сверхвысокочастотного диапазона волн.
6. Исследование транзисторных формирователей сигнала с амплитудной
модуляцией.
7. Частотно-модулированный автогенератор.
8. Радиопередающие устройства систем низовой связи.
9. Исследование характеристик генератора на диоде Ганна.
10. Импульсный модулятор с частичным разрядом накопителя.
11. Импульсный модулятор с полным разрядом накопителя.
12. Исследование характеристик и показателей работы формирователя
цифровых сигналов абонентской станции ССС.
13. Исследование характеристик и показателей работы формирователя
сигналов с угловой модуляцией бесшнурового телефона.
14. Передающий оптический модуль для волоконно-оптической линии связи.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КУРСОВЫХ ПРОЕКТОВ
В курсовом проекте предусматривается выполнение расчёта основных
каскадов и эскизное проектирование формирователей сигналов радио и
оптического диапазонов волн на транзисторах, полупроводниковых диодах и
других электронных приборах, в том числе с микропроцессорными системами
настройки и регулирования. Курсовое проектирование, как правило,
проводится с широким использованием средств современной вычислительной
техники.
Примерные темы курсовых проектов:
1. Проектирование формирователей сигнала передатчиков.
2. Проектирование устройств формирования сигнала для систем радиосвязи.
3. Устройства формирования сигналов радиорелейных линий связи.
4. Устройства формирования сигналов для систем сотовой связи.
5. Устройства формирования сигналов для бесшнуровых систем,
беспроводных абонентских линий и локальных сетей.
94
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Устройства генерирования и формирования радиосигналов / Л.А. Белов,
В.А. Богачёв, М.В. Благовещенский и др./ Под ред. Г.М. Уткина,
В.Н. Кулешова, М.В. Благовещенского. – М.: Радио и связь, 1994. – 416 с.
2. Радиопередающие устройства: Учебник для вузов /Под ред.
В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2003.- 560 с.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Петров Б.Е., Романюк В.А. Радиопередающие устройства на полупроводниковых приборах. – М.: Высш. шк., 1989. – 232 с.
2. Проектирование радиопередатчиков / В.В. Шахгильдян, В.А. Власов,
В.Б. Козырев и др./ Под ред. В.В. Шахгильдяна. – М.: Радио и связь, 2000. –
656 с.
3. Шумилин М.С., Козырев В.Б., Власов В.А. Проектирование транзисторных каскадов передатчиков. – М.: Радио и связь, 1987. – 320 с.
4. Беспроводные линии связи и сети. – М.: Изд. дом «Вильямс», 2003. – 640 с.
5. Цифровая связь. – М.: Радио и связь, 2000. –797 с.
95
96
Утверждена
УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 30 » марта 2004 г.
Регистрационный № ТД-39-074/тип.
ПРОЕКТИРОВАНИЕ УСТРОЙСТВ НА ПРОГРАММИРУЕМЫХ
ЛОГИЧЕСКИХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМАХ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 26 » марта 2004 г.
97
Составители:
В.Н.Левкович, заведующий кафедрой радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», доцент, кандидат технических наук;
О.В. Шабров, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники»
Рецензенты:
Н.И. Шатило, профессор кафедры телекоммуникационных систем Учреждения
образования «Минский государственный высший колледж связи», кандидат
технических наук;
Кафедра
радиоэлектроники
Учреждения
образования
«Минский
государственный высший колледж связи» (протокол № 7 от 25.03.2004)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 22 .03. 2004 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 «Схемы
радиоэлектронных устройств и систем» УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
98
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа «Проектирование устройств на программируемых
логических интегральных схемах» разработана на кафедре радиотехнических
систем БГУИР для специальности І-39 01 03 Радиоинформатика.
Цель изучения дисциплины – дать студентам знания по
программируемым
логическим
интегральным
схемам
(ПЛИС)
и
проектированию цифровых устройств на их основе.
В результате изучения дисциплины обучающийся должен:
знать:
- классификацию ПЛИС и их функциональные возможности; язык описания
цифровых устройств VHDL;
- архитектуру, особенности практического использования и конфигурирования ПЛИС фирмы Xilinx;
- этапы проектирования ПЛИС с использованием пакета WebPack ISE;
уметь:
- анализировать и синтезировать цифровые устройства;
определять возможности реализации заданного цифрового устройства на
конкретных плис, имеющих структурные, топологические и временные
ограничения;
- моделировать работу синтезированных цифровых устройств с помощью
симулятора временных диаграмм;
приобрести навыки:
- описания и проектирования цифровых устройств на ПЛИС с
использованием пакета WebPack ISE, анализа правильности полученного
результата и допустимости некоторых отличий во временной диаграмме
исходного проекта и проекта на ПЛИС.
Разработку цифровых устройств на ПЛИС рекомендуется проводить с
использованием пакета WebPack ISE.
Программа рассчитана на объем 64 аудиторных часа.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ В ПРОГРАММИРУЕМУЮ ЛОГИКУ
Предмет и основные задачи дисциплины. Место дисциплины в ряду
других дисциплин. Краткие исторические сведения. Классификация микросхем
программируемой логики. Стандартные, сложные ПЛИС и программируемые
пользователем вентильные матрицы. Базовые матричные кристаллы. Основные
свойства микросхем программируемой логики.
Раздел 2. СТАНДАРТНЫЕ ПЛИС
Программируемые матрицы логики (PAL), программируемые логические
матрицы (PLA) и программируемые постоянные запоминающие устройства
(PROM). Структура PAL. Стандартные, универсальные, асинхронные PAL. PAL
с программируемой полярностью выходов.
99
Раздел 3. СЛОЖНЫЕ ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ
УСТРОЙСТВА
Сложные программируемые логические устройства (CPLD). Структура
CPLD. Программируемая матрица соединений. Функциональные блоки CPLD.
Блоки ввода/вывода CPLD.
Раздел 4. ПЛИС С КОМБИНИРОВАННОЙ АРХИТЕКТУРОЙ
Структура микросхем семейства FLEX. Логические элементы.
Встроенные блоки памяти. Каналы межсоединений. Элементы ввода/вывода.
Программные и аппаратные средства проектирования на основе FLEXустройств.
Раздел 5. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕМ ВЕНТИЛЬНЫЕ
МАТРИЦЫ
Программируемые пользователем вентильные матрицы (FPGA).
Основные сведения. Функциональные блоки FPGA. Блоки ввода/вывода FPGA.
Системы межсоединений. Настройка FPGA.
Раздел 6. СБИС ТИПА «СИСТЕМА НА КРИСТАЛЛЕ»
Основные сведения о сверхбольших интегральных схемах (СБИС) типа
«система на кристалле». СБИС типа «система на кристалле» с однородной
структурой (с полностью синтезированными блоками). СБИС типа «система на
кристалле» с блочными структурами (с аппаратными ядрами).
Раздел 7. МИКРОСХЕМЫ С ПРОГРАММИРУЕМЫМИ
АНАЛОГОВЫМИ И АНАЛОГО-ЦИФРОВЫМИ СТРУКТУРАМИ
Общие сведения о микросхемах с программируемыми аналоговыми и
аналого-цифровыми структурами. Примеры устройств с массивом
программируемых пользователем аналоговых элементов.
Раздел 8. ПЛИС ФИРМЫ XILINX
CPLD фирмы Xilinx. Архитектурные и схемотехнические особенности
семейств CPLD (XC9500, XC9500XL, XC9500XV, CoolRunner XPLA3).
Функциональный блок, макроячейка, переключающая матрица, блок вводавывода. Особенности практического применения и конфигурирования.
FPGA фирмы Xilinx. Архитектурные и схемотехнические особенности
семейств FPGA (Spartan-II, Virtex). Конфигурируемый логический блок, блок
ввода-вывода, блочная память, программируемая трассировочная матрица,
100
распределение
применения.
сигналов
синхронизации.
Особенности
практического
Раздел 9. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ НА БАЗЕ
ПЛИС ФИРМЫ XILINX С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПАКЕТА
WEBPACK ISE
Интегрированный пакет проектирования ПЛИС WebPACK ISE.
Назначение, возможности, требования к системе. Этапы проектирования
цифровых устройств на базе ПЛИС Xilinx. Структура проекта в САПР
WebPACK ISE. Работа с навигатором проекта пакета WebPACK ISE. Создание
нового проекта в САПР WebPACK ISE.
Подготовка нового модуля исходного описания проекта в среде пакета
WebPACK ISE. Варианты исходного описания проекта. Создание
принципиальной схемы c помощью схемотехнического редактора.
Ввод временных и топологических ограничений проекта. Синтез
проекта с использованием средств пакета WebPACK ISE. Анализ отчетов.
Отладка проекта. Симулятор. Функциональное моделирование.
Размещение и трассировка проектов, реализуемых на базе семейств
ПЛИС CPLD фирмы Xilinx, в пакете WebPACK ISE. Проверка проекта с
помощью временного моделирования.
Раздел 10. ЯЗЫКИ ОПИСАНИЯ ДИСКРЕТНЫХ УСТРОЙСТВ
Общие положения. Принципы интерпретации поведения дискретных
устройств. Основы языка VHDL. Основные элементы и конструкции языка.
Понятие сигнала и процесса. Идентификаторы и литералы. Типы данных.
Объявление констант, сигналов и переменных. Операторы языка VHDL.
Процедуры и функции. Последовательные и параллельные операторы.
Условные операторы. Операторы организации циклов. Оператор ожидания.
Параллельный оператор условного назначения сигнала. Параллельный
оператор выборочного назначения сигнала. Параллельный оператор генерации.
Организация проекта.
Раздел 11. VHDL-ОПИСАНИЕ ПРОЕКТА В WEBPACK ISE И VHDLСИНТЕЗ ПРОЕКТА
Работа с окном текстового редактора HDL. Создание и редактирование
VHDL-описания. VHDL-синтез проекта при использовании средств пакета
WebPACK ISE. Установка параметров синтеза.
Раздел 12. ПРОГРАММИРОВАНИЕ И КОНФИГУРИРОВАНИЕ ПЛИС
XILINX
Модуль программирования iMPACT пакета WebPACK ISE. Создание
101
конфигурационной последовательности для проекта, разрабатываемого на базе
ПЛИС Xilinx. Организация программирования ПЛИС семейств CPLD и FPGA
компании Xilinx.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Создание проекта на ПЛИС с помощью пакета WebPАСК ISE.
2. Синтез устройств комбинационной логики на ПЛИС.
3. Синтез счетчика на ПЛИС (методика проектирования с использованием
методов описания регулярных структур).
4. Синтез цифровых автоматов на ПЛИС.
5. Организация памяти на кристалле ПЛИС.
6. Синтез сумматора на ПЛИС.
7. Синтез умножителя на ПЛИС.
8.
Синтез цифрового фильтра на ПЛИС.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Соловьев В.В. Проектирование цифровых систем на основе
программируемых логических интегральных схем.– М.: «Горячая линия–
Телеком», 2001.– 636 с.
2. Соловьев В.В., Васильев А.Г. Программируемые логические интегральные
схемы и их применение.– Мн.: Беларуская навука, 1998.–270 с.
3. Грушвицкий Р.И., Мурсаев А.Х., Угрюмов Е.П. Проектирование систем на
микросхемах программируемой логики.–СПб.: БХВ – Петербург, 2002. – 608 с.:
ил.
4. Угрюмов Е.П. Цифровая схемотехника. – СПб.: БХВ – Санкт-Петербург,
2000. – 528 с.
5. Зотов В.Ю. Проектирование цифровых устройств на основе ПЛИС фирмы
Xilinx в САПР WebPACK ISE. - М: "Горячая линия – Телеком, радио и связь",
2003.
6. Бибило П.Н. Основы языка VHDL. - Мн.: Ин-т техн. кибернетики НАН
Беларуси, 1999.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Баранов С.И., Синев В.Н. Автоматы и программируемые матрицы. – Мн.:
Выш.шк., 1980. – 136 с.
2. Скляров В.А. Синтез автоматов на матричных БИС/ Под ред.
С.И.Баранова. - Мн.: Наука и техника, 1984. – 287 с.
3. Кнышев Д.А., Кузелин М. О. ПЛИС фирмы Xilinx: описание структуры
основных семейств. - М.:"Додека-XXI", 2001.
4. Бибило П.Н. Синтез логических схем с использованием языка VHDL. - М.:
Солон, 2002.
102
Утверждена
Председатель УМО вузов Республики
Беларусь по образованию в области
информатики и радиоэлектроники
« 30 » марта 2004 г.
Регистрационный № ТД-39-77/тип.
РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ ИНФОРМАЦИОННЫЕ СИСТЕМЫ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности І-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 26 » марта 2004 г.
103
Составитель
Э.М. Карпушкин, доцент кафедры радиотехнических систем Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Н.И. Шатило, профессор кафедры телекоммуникационных систем Учреждения
образования «Минский государственный высший колледж связи», кандидат
технических наук;
Кафедра
радиоэлектроники
Учреждения
образования
«Минский
государственный высший колледж связи» (протокол № 7 от 25.03.2004г.)
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических систем Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 22.03.2004 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей І-39 01 «Схемы
радиоэлектронных устройств и систем» УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 1 от
26.05.2003 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
104
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа дисциплины «Радиоэлектронные информационные
системы» разработана на кафедре радиотехнических систем для студентов
специальности «Радиоинформатика».
Основная цель дисциплины – на базе знаний и умений, полученных в
предшествующих
и
смежных
дисциплинах,
вооружить
будущих
радиоинженеров современными методами статистического анализа и синтеза
оптимальных и квазиоптимальных устройств обработки радиосигналов в РТС;
научить их по заданным тактико-техническим характеристикам системы
рационально выбрать форму сигнала, структуру построения; обучить
эффективным методам оценки рабочих параметров; привить системный
подход к проектированию радиоэлектронных средств.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
знать:
- основные методы анализа и синтеза устройств обнаружения, различения и
разрешения, оценки и фильтрации радиосигналов;
- принципы определения координат и параметров движения объектов; основы
теории информации и методы повышения помехоустойчивости при передаче
информации;
- принципы и структуры построения систем извлечения и передачи
информации, комбинированных информационных систем; методы борьбы с
помехами;
уметь:
- синтезировать структуры оптимальных устройств обработки сигналов,
оценивать потенциальные характеристики таких устройств и эффективность
системы в целом;
- составлять блок-схему алгоритма решения поставленной задачи средствами
вычислительной техники;
- пользоваться стандартами и справочниками при проектировании РИС;
иметь представление о:
- системах с пространственно-временной обработкой сигналов, адаптивных
системах, методах приема и обработки радиосигнала при априорной
неопределенности.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Предмет дисциплины и ее задачи. Радиоэлектронная информационная
система (РИС) как система передачи, извлечения и разрушения информации.
Тактические и технические характеристики РИС. Классификация РИС и
области их применения.
Структура и содержание дисциплины, ее связь с другими дисциплинами
учебного плана и роль в подготовке современного радиоинженера.
105
При изучении дисциплины следует уделять внимание концептуальным
вопросам построения систем, анализу причин, ухудшающих их качественные
показатели, и основным направлениям повышения эффективности систем в
условиях реального функционирования.
Раздел 1. СИГНАЛЫ И ПОМЕХИ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ
ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ (РИС)
Тема 1.1. СИГНАЛЫ И ПОЛЯ – ПЕРЕНОСЧИКИ ИНФОРМАЦИИ
Разновидности сигналов и полей. Формы представления сигналов.
Основные характеристики сигналов.
Тема 1.2. СЛОЖНЫЕ СИГНАЛЫ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ
СИСТЕМАХ
Разновидности сложных сигналов и их характеристики. Псевдослучайные
сигналы (ПС). Псевдослучайные сигналы с дискретной ФМ и ЧМ. Основные
характеристики, формирование ансамблей. Системы сигналов.
Тема 1.3. ПОМЕХИ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ ИНФОРМАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Разновидности помех, их описание. Вероятностное описание аддитивной
флуктуационной помехи. Нормальный случайный
процесс, белый шум,
узкополосная случайная помеха, импульсная случайная помеха, структурная
помеха.
Раздел 2. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМ РАДИОСИГНАЛОВ
НА ФОНЕ БЕЛОГО ШУМА
Тема 2.1. СТАТИСТИЧЕСКИЕ АЛГОРИТМЫ ИЗВЛЕЧЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
В РИС
Основные задачи теории оптимальных методов радиоприема.
Статистическое описание процедур извлечения информации: обнаружение и
различение сигналов, оценка и фильтрация неизвестных параметров сигналов,
разрешение сигналов и распознавание образов, обобщение на пространственновременной случай. Понятие об апостериорной вероятности. Критерии
оптимального приема.
Тема 2.2. ОБНАРУЖЕНИЕ СИГНАЛОВ
Простое и сложное обнаружение.
Обнаружение детерминированного сигнала. Синтез структуры оптимального обнаружителя и характеристики обнаружения.
Обнаружение радиосигнала с неизвестной начальной фазой. Синтез
структуры оптимального обнаружителя и характеристики
обнаружения.
Обнаружение
радиосигнала
с неизвестной начальной фазой и флуктуирующей амплитудой. Синтез
структуры оптимального обнаружителя и характеристики обнаружения.
106
Структуры обнаружителей на согласованных фильтрах.
Обнаружение пакетов радиоимпульсов. Синтез структур. Структуры
обнаружителей когерентного и некогерентного пакетов радиоимпульсов.
Характеристики обнаружителя.
Обнаружение случайного сигнала. Синтез структуры и характеристики
обнаружения.
Тема 2.3. РАЗЛИЧЕНИЕ РАДИОСИГНАЛОВ
Оптимальное различение двух детерминированных сигналов. Синтез
структуры различителя и потенциальная оценка качества различения.
Оптимальное различение «m» детерминированных сигналов. Структуры
различителей и оценка их потенциальной помехоустойчивости.
Оптимальное различение сигналов с неизвестными фазами. Структуры
различителей и оценка их потенциальной помехоустойчивости. Обнаружение и
различение сигналов с неизвестными параметрами.
Тема 2.4. ОЦЕНКА НЕИЗВЕСТНЫХ ПАРАМЕТРОВ РАДИОСИГНАЛОВ
Энергетические и неэнергетические параметры сигналов.
Оценка энергетических параметров радиоимпульса. Структура
устройства и его потенциальные характеристики.
Оценка неэнергетических параметров радиосигналов. Обобщенная
структура выделения неэнергетического параметра и ее потенциальные
характеристики.
Оценка фазы радиоимпульса. Синтез структурной схемы и ее
потенциальные характеристики.
Оценка временного положения радиосигнала. Синтез структурной схемы
и ее оптимальные характеристики.
Оценка смещения частоты радиосигнала, синтез структурной схемы и ее
потенциальные характеристики.
Совместная оценка временного запаздывания и смещения частоты
радиосигнала. Требования к функции неопределенности радиосигнала при
совместной оценке.
Тема 2.5. ОПТИМАЛЬНАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ ИНФОРМАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ
РАДИОСИГНАЛА
Общая формулировка задачи фильтрации. Линейная и нелинейная
фильтрация. Уравнения фильтрации.
Линейные фильтры Винера и Калмана Бьюси. Нелинейные фильтры.
Фильтрация фазы узкополосного радиосигнала.
Тема 2.6. РАЗРЕШЕНИЕ СИГНАЛОВ
Разрешение как статистическая задача. Разрешение-обнаружение,
разрешение-измерение. Разрешение сигналов по времени и частоте. Роль
принципа неопределенности в задачах разрешения.
Понятие о синтезе
107
сигналов и фильтров, оптимальных по критериям разрешающей способности.
Пространственно-временное разрешение сигналов.
Роль сложных сигналов в задачах разрешения. Распознавание образов.
Раздел 3. РАДИОЛОКАЦИОННЫЕ И РАДИОНАВИГАЦИОННЫЕ
СИСТЕМЫ
Тема 3.1. ОСНОВНЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОСТРОЕНИЯ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ (РЛС)
И РАДИОНАВИГАЦИОННЫХ (РНС) СИСТЕМ
Физические
основы радиолокации и радионавигации. Радиолокационные цели и характеристики отраженных сигналов. Классификация
объектов как источников вторичного излучения. Эффективная площадь
рассеяния (ЭПР) объектов и методы ее оценки.
Дальность действия радиосистем. Дальность действия радиолокации с
активным и пассивным ответами. Основное и обобщенное уравнения дальности
радиолокационного наблюдения в свободном пространстве. Влияние условия
распространения на дальность действия радиосистем.
Методы местоопределения объектов на поверхности и в пространстве.
Дальномерные, разностно-дальномерные и угломерные системы. Точность
определения
местоположения.
Влияние
условий
распространения
электромагнитных волн на точность измерения. РЛС кругового обзора, ее
структура и характеристика.
Тема 3.2. ДАЛЬНОМЕРНЫЕ И ДОПЛЕРОВСКИЕ СИСТЕМЫ РАДИОЛОКАЦИИ
И РАДИОНАВИГАЦИИ
Точность и разрешающая способность при измерении дальности и
скорости. Минимальное значение ошибки измерения.
Дальномерные и разностно-дальномерные системы. Основные методы
измерения дальности.
Построение измерителей при импульсном сигнале. Функциональная
схема и потенциальные оценки.
Измерение дальности при использовании сложных сигналов. Фильтры с
использованием поверхностных акустических волн. Цифровые методы
обработки сложных сигналов.
Следящие измерители дальности. Оценка точности сопровождения по
дальности.
Фазовые
дальномерные
и
разностно-дальномерные
системы.
Особенности фазового метода измерения дальности. Разрешение и неоднозначность отсчета при фазовом методе измерения, потенциальная точность
измерения.
Частотный метод измерения дальности. Принцип построения и основные
характеристики частотных дальномеров. Потенциальная точность измерителя.
Измерение радиальной скорости объекта.
108
Тема 3.3. БОРЬБА С ПОМЕХАМИ В РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Классификация методов защиты от помех в РЛС. Активные и пассивные
помехи.
Основные мероприятия по защите РЛС от активных помех. Борьба с
пассивной помехой.
Выделение сигналов движущихся целей (СЦД) на фоне пассивных помех.
Системы СДЦ с внутренней и внешней когерентностью. Методы повышения
эффективности систем селекции движущихся целей.
Тема 3.4. МЕТОДЫ И УСТРОЙСТВА ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВЫХ КООРДИНАТ
Методы измерения угловых координат: амплитудный, фазовый,
амплитудно-фазовый и частотный (доплеровский). Следящий измеритель
угловых координат (метод конического сканирования).
Многоканальные РЛС.
Моноимпульсный метод измерения угловых координат. Амплитудный и
фазовый, разностные и суммарно-разностные измерители. Точность измерения
угловых координат. Угловая разрешающая способность.
Фазированные антенные решетки (ФАР) в системах измерения угловых
координат.
Пространственно-временная обработка радиосигнала. Пространственнофазовая модуляция и сжатие диаграммы направленности.
Повышение угловой разрешающей способности методом бокового
обзора. Синтез диаграммы направленности антенны.
Тема 3.5. РАДИОТЕПЛОЛОКАЦИЯ И ОПТИЧЕСКАЯ ЛОКАЦИЯ
Физические основы пассивной радиолокации. Радиотеплопеленгация,
измерение дальности и скорости в пассивной радиолокации.
Лазерная локация, приемопередающие устройства оптических локаторов
и методы обработки сигналов.
Раздел 4. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ
ИНФОРМАЦИИ (РТС ПИ)
Тема 4.1. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ
Обобщенная структурная схема РТС ПИ. Модели дискретных и
непрерывных каналов.
Информационные характеристики системы передачи сообщений. Мера
количества информации в передаваемом сообщении. Информационные
характеристики источника дискретных сообщений. Энтропия и ее свойства.
Скорость передачи дискретной информации и пропускная способность канала.
Кодирование дискретных и аналоговых сообщений. Теорема кодирования
для источника. Оптимальное (эффективное) кодирование.
Информационные характеристики источника непрерывных сообщений.
Дифференциальная энтропия и ее свойства.
Энтропия случайных процессов.
109
Пропускная способность простейших каналов связи. Скорость
стационарного двоичного симметричного гауссовского канала без памяти.
Основная теорема для канала с помехой.
Тема 4.2. ПЕРЕДАЧА И ПРИЕМ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ
Когерентный и некогерентный методы приема информационных
сигналов в каналах с постоянными параметрами.
Оптимальный прием простых цифровых сигналов.
Некогерентный прием цифровых сигналов с АМ и ЧМ. Оценка
помехоустойчивости приема.
Прием простых цифровых сигналов с ФМ.
Разновидность синхронных детекторов, их характеристика.
Применение относительной фазовой модуляции при передаче дискретных
сообщений для борьбы с обратной работой.
Когерентный и некогерентный методы приема простых цифровых
сигналов с относительной ФМ.
Повышение
помехоустойчивости
систем
передачи
дискретной
информации.
Тема. 4.3. ПРИМЕНЕНИЕ КОРРЕКТИРУЮЩИХ КОДОВ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ
ПОМЕХОУСТОЙЧИВОСТИ РТС ПИ
Классификация корректирующих кодов, их основные характеристики и
свойства.
Линейные блоковые коды. Способы задания, методы кодирования и
декодирования линейных кодов. Важнейшие блоковые коды.
Сверточные коды, методы кодирования и декодирования сверточных
кодов, способы задания.
Помехоустойчивость приема при использовании корректирующих кодов.
Тема 4.4. СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С ПСЕВДОСЛУЧАЙНЫМИ
СИГНАЛАМИ
Общая характеристика РТС ПИ с псевдослучайными сигналами (ПСсигналами). Виды информационной модуляции в системах передачи цифровой
информации с ПС-сигналами. Проблема синхронизации в РТС ПИ с ПСсигналами.
Когерентный и некогерентный методы приема ПС-сигналов в системах
передачи цифровой информации. Эффективность систем с ПС-сигналами.
Системы ПС-сигналов в РТС ПИ.
Тема 4.5. ОСОБЕННОСТИ ПЕРЕДАЧИ И ПРИЕМА СИГНАЛОВ СООБЩЕНИЙ
В КАНАЛАХ СО СЛУЧАЙНЫМИ ПАРАМЕТРАМИ
Характеристика реальных каналов связи. Одиночный и разнесенный
прием в каналах с замиранием. Прием многолучевого сигнала. Использование
сложных сигналов в каналах с многолучевостью и замиранием.
110
Тема 4.6. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ И МНОГОСТАНЦИОННЫЕ РТС ПИ
Основы теории линейного разделения канальных сигналов. Общая
структурная схема многоканальной РТС ПИ. Классификация многоканальных
систем по способу разделения каналов. Многоканальная система с частотным
разделением каналов. Общая функциональная схема, виды модуляции,
перекрестные искажения, особенности.
Многоканальные системы с временным разделением каналов (ВРК).
Общая функциональная схема, способы модуляции и демодуляции,
перекрестные искажения, особенности.
Функциональная схема системы с импульсно-кодовой модуляцией.
Особенности системы.
Синхронизация в системах с ВРК. Виды синхронизации в системах с ВРК
и требования к точности синхронизации. Синхронизирующие сигналы и
способы их выделения. Использование фазовой автоподстройки частоты
(ФАПЧ) для синхронизации систем с ВРК. Самосинхронизирующие коды.
Многоканальные системы с разделением каналов по форме сигналов.
Общая функциональная схема, выбор канальных сигналов, особенности.
Многоканальные системы с нелинейным уплотнением канальных
сигналов. Функциональная схема системы с комбинационным (блочным)
уплотнением канальных сигналов.
Функциональная схема системы с мажоритарным уплотнением
канальных сигналов.
Многостанционные системы, классификация и особенности построения.
Асинхронные адресные станции РТС ПИ. Области применения
асинхронных адресных систем передачи информации. Виды сигналов, способы
кодирования и декодирования, взаимные помехи, разновидности структур.
Особенности спутниковых систем связи.
Раздел 5. РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ
Тема 5.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О РАДИОУПРАВЛЕНИИ И УПРАВЛЯЕМЫХ
ОБЪЕКТАХ
Задачи, решаемые системами радиоуправления. Методы управления
подвижными объектами. Функциональная схема командного телеуправления и
наведения по лучу. Структурная схема системы самонаведения.
Тема 5.2. СПУТНИКОВЫЕ СИСТЕМЫ НАВИГАЦИИ И КОМАНДНОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ КОМПЛЕКСЫ
Системы дальней навигации. Спутниковые навигационные системы
«Навстар» и «Глонасс». Общая характеристика космических командноизмерительных радиотехнических комплексов. Определение параметров
траектории по результатам измерений. Система единого времени и ее роль в
управлении движением. Совмещенные радиотехнические системы.
Социальные и экономические факторы, определяющие развитие
радиоэлектронных измерительных систем.
111
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
Основные характеристики радиосигналов.
Сложные сигналы в РТС.
Синтез согласованных фильтров.
Прохождение сигналов через корреляционно-фильтровые узлы.
Обнаружение радиосигналов.
Различение радиосигналов.
Оценка неизвестных параметров радиосигналов.
Фильтрация параметров радиосигналов.
Разрешение радиосигналов.
Энергетический расчет РЛС.
Передача дискретных сообщений.
Передача непрерывных сообщений.
Когерентная обработка радиосигналов.
Некогерентная обработка радиосигналов.
Системы с ПС-сигналами.
Энергетический расчет РТС ПИ.
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ
1. Исследование импульсного метода измерения дальности.
2. Исследование частотного метода измерения дальности.
3. Исследование угломерных радиосистем ближней навигации и самолета.
4. Исследование следящего измерителя направления.
5. Исследование радиодальномерной системы с активным ответом.
6. Исследование доплеровской РТС для измерения путевой скорости и угла
сноса.
7. Исследование импульсных видов модуляции, применяемых в РТС ПИ.
8. Исследование РТС ПИ с ВРК.
9. Исследование системы передачи информации с применением сверточных
кодов.
10. Исследование фильтрового обнаружителя импульсных сигналов.
11. Исследование системы автоматического радиопеленгования.
12. Исследование доплеровской системы СДЦ.
13. Исследование эффективности сверточных кодов.
14. Исследование влияния хаотической импульсной помехи на точность
передачи информации в линиях связи с время-импульсной модуляцией.
КУРСОВАЯ РАБОТА
Курсовая работа проводится в 9-м семестре. Цель работы – научиться
самостоятельно осуществлять энергетический расчет РТС, производить
структурный синтез устройств обработки сигналов и оценивать их эффективность, составлять и обосновывать функциональную схему системы.
112
ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ
1. Радиолокационная система обнаружения воздушных объектов с когерентной (некогерентной) обработкой сигналов.
2. Радиолокационная система обнаружения надводных объектов с
когерентной (некогерентной) обработкой сигналов.
3. Радиолокационная система обнаружения спутниковых объектов с
когерентной (некогерентной) обработкой сигналов.
4. Радиосистема передачи цифровой информации с когерентной
(некогерентной) обработкой сигналов.
5. Аппаратура пользователя спутниковой глобальной навигационной
системы.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Информационные технологии в радиотехнических системах / Под ред.
И.Б. Федорова. – М.: МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2003.
2. Чердынцев В.А. Радиотехнические системы: Учебное пособие. – Мн.:
Выш. школа, 1988.
3. Радиотехнические системы / Под ред. Ю.М. Казаринова. – М.: Высш. шк.,
1990.
4. Радиотехнические системы передачи информации/ Под ред. В.В. Калмыкова. –
М.: Радио и связь, 1990.
5. Охрименко А.Е. Основы извлечения, обработки и передачи информации. Ч.1, 2, 3. – Мн.: БГУИР, 1994, 1995.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Гуткин Л.С. Проектирование радиосистем и радиоустройств. – М.: Радио и
связь, 1986.
2. Дымова А.И. и др. Радиотехнические системы. – М.: Сов. радио, 1978.
3. Лезин Ю.С. Введение в теорию и технику радиотехнических систем. – М.:
Радио и связь, 1986.
4. Тепляков И.М. и др. Радиосистемы передачи информации. – М.: Радио и
связь, 1982.
5. Тихонов В.И. Статистическая радиотехника. – М.: Сов.радио, 1966.
6. Гришин Ю.П. и др. Микропроцессоры в радиотехнических системах. – М.:
Радио и связь, 1982.
7. Пестряков В.Б., Кузенков В.Д. Радиотехнические системы. – М.: Радио и
связь, 1985.
8. Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. – М.: Радио и связь, 1983.
9. Шумоподобные сигналы в системах передачи информации / Под ред.
В.Б. Пестрякова. – М.: Сов. радио, 1973.
10. Карпушкин Э.М. Основы теории радиотехнических систем. Ч. 1.– Мн:
МРТИ, 1993.
113
114
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики и
радиоэлектроники
« 29 » октября 2004 г.
Регистрационный № ТД-39-058/тип.
МЕТОДЫ ОПТИМИЗАЦИИ ИНФОРМАЦИОННЫХ
СИСТЕМ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 25 » октября 2004 г.
115
Составитель
В.А.Чердынцев, заведующий кафедрой
радиотехнических
устройств
Учреждения образования «Белорусский государственный университет
информатики и радиоэлектроники», профессор, доктор технических наук
Рецензенты:
И.Е.Зуйков, заведующий кафедрой информационно-измерительной техники и
технологии Учреждения образования «Белорусский национальный технический
университет», профессор, доктор физико-математических наук;
С.Р. Гейстер, начальник цикла, профессор кафедры радиолокации и
приемопередающих устройств Учреждения образования «Военная академия
Республики Беларусь», доцент, кандидат технических наук
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 05.04.2004 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы
радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 4 от
19.04.2004 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
116
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Типовая программа дисциплины «Методы оптимизации информационных систем» (МОИС) разработана для студентов специальности I-39 01 03
Радиоинформатика и рассчитана на объем 80 учебных часов, которые могут
быть распределены на лекции – 48 часов и практические занятия – 32 часа, где
предусматривается использование ПЭВМ.
Целью преподавания дисциплины МОИС является получение студентами
знаний о методологии и навыков структурного синтеза и анализа алгоритмов
оптимальной обработки информации в информационных системах с учетом
действующих помех.
Дисциплина обеспечивает системный подход к проектированию систем
извлечения и передачи информации, позволяет обоснованно выбирать
структурные схемы обработки сигналов.
В результате освоения дисциплины МОИС студент должен:
знать:
- модели сигналов и помех в информационных системах;
- методы статистического синтеза оптимальных алгоритмов обнаружения и
различения сигналов;
- методы статистического синтеза оптимальных алгоритмов оценки и
фильтрации информативных параметров сигналов;
уметь:
- осуществлять структурный синтез оптимальных устройств обнаружения,
различения сигналов, оценки и фильтрации их параметров;
- производить анализ и оценку помехоустойчивости оптимальных алгоритмов
обработки сигналов;
- применять современные программные продукты для моделирования
алгоритмов обработки сигналов;
приобрести навыки:
- построения структурных схем обработки сигналов в информационных
системах;
- расчета характеристик схем обработки сигналов;
- исследования моделей сигналов и их преобразования в информационных
системах.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Общие сведения об информационных системах. Классификация и
основные показатели систем. Выбор сигналов и алгоритмов их обработки.
Обнаружение, различение сигналов, оценка и фильтрация их параметров.
Помехи в информационных системах. Оптимальный прием сигналов. Проблема
защиты информации.
117
Раздел 1. МОДЕЛИ ПОМЕХ И СИГНАЛОВ В ЗАДАЧАХ
ОПТИМАЛЬНОГО ПРИЕМА
Характеристика случайных помех. Многомерные плотности распределения вероятностей (ПРВ) помех. Примеры помех: гауссовские и
негауссовские. Марковские модели помех и сообщений.
Модели сигналов в информационных системах. Современные виды
модуляции сигналов. Сложные сигналы.
Раздел 2. МЕТОДЫ ОПТИМАЛЬНОГО ОБНАРУЖЕНИЯ СИГНАЛОВ
НА ФОНЕ ПОМЕХ
Постановка задачи обнаружения. Критерии оптимального обнаружения.
Отношение правдоподобия. Обнаружение сигналов на фоне негауссовских и
гауссовских помех. Структурные схемы оптимальных обнаружителей
детерминированных сигналов. Подавление негауссовских помех. Информация
Фишера и коэффициент подавления. Характеристики обнаружения.
Обнаружители сигналов со случайными параметрами. Квадратурная обработка
и согласованная фильтрация. Характеристики обнаружения.
Раздел 3. МЕТОДЫ РАЗЛИЧЕНИЯ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ
Критерии оптимального различения сигналов. Оптимальные различители
детерминированных сигналов. Вероятность ошибочного различения двоичных
сигналов. Различение сигналов со случайными параметрами. Схемы
различителей М- сигналов. Вероятность ошибочного различения.
Раздел 4. МЕТОДЫ ОПТИМАЛЬНОЙ ОЦЕНКИ ИНФОРМАЦИОННЫХ
ПАРАМЕТРОВ СИГНАЛОВ НА ФОНЕ ПОМЕХ
Критерии оптимальной оценки. Средний риск. Апостериорная
вероятность и функция правдоподобия. Оценки максимального правдоподобия.
Структурные схемы устройств оценки и их характеристики. Точность оценки.
Неравенство Крамера-Рао. Оценка параметров сигнала со случайной фазой.
Алгоритмы квадратурной обработки сигналов в цифровых системах передачи
информации.
Примеры построения структурных схем оценки и
различения
шумоподобных сигналов. Адаптивные подавители помех в информационных
системах.
118
Раздел 5. МЕТОДЫ ОПТИМАЛЬНОЙ ФИЛЬТРАЦИИ СООБЩЕНИЙ
В КАНАЛАХ С ПОМЕХАМИ
Методы марковской теории нелинейной фильтрации. Уравнение
Стратоновича для апостериорной плотности распределения вероятности.
Решение уравнения Стратоновича в гауссовском приближении.
Алгоритмы фильтрации сообщений для каналов с гауссовскими
помехами. Уравнения и структурные схемы фильтрации непрерывных
сообщений. Фильтрация и различение сигналов. Пример обработки и
фильтрации квадратурных шумоподобных сигналов.
Некогерентная фильтрация. Уравнения и структурные схемы
некогерентных устройств фильтрации сигналов с псевдослучайной
перестройкой рабочих частот.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Перспективы развития методов оптимизации информационных систем.
ТЕМЫ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
1. Модели помех в информационных системах. Статистические
характеристики.
2. Марковские процессы и их свойства.
3. Обнаружители известного точного сигнала. Характеристики обнаружения.
4. Обнаружители сигналов со случайными параметрами.
5. Подавители негауссовских помех.
6. Различение детерминированных сигналов.
7. Различение сигналов со случайными параметрами.
8. Оптимальные различители М- сигналов. Структурные схемы. Вероятности
ошибок.
9. Критерии оценок параметров. Средний риск. Функции потерь.
Апостериорные вероятности.
10. Оценки максимального правдоподобия. Оценка фазы сигнала. Неравенство
Крамера-Рао.
11. Оценка задержки псевдослучайного сигнала. Дискриминационная и
флуктуационная характеристики.
12. Оценка параметров сигнала со случайной начальной фазой. Квадратурные
схемы.
13. Уравнения фильтрации гауссовского приближения. Структурный синтез
квазикогерентных систем.
14. Синтез оптимальных систем с амплитудной и фазовой модуляцией
сигналов.
15. Синтез систем с шумоподобными ФМ-сигналами.
16. Синтез некогерентных систем обработки сигналов.
119
ВНЕАУДИТОРНАЯ (САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ)
РАБОТА СТУДЕНТОВ
Самостоятельная работа студентов направлена на решение задач синтеза
и анализа приемников. Перечень задач дается на практических занятиях.
Формы самостоятельной работы студентов: изучение лекционного
материала, работа с литературой, подготовка к практическим занятиям (по
одному часу на занятие).
ФОРМЫ КОНТРОЛЯ ЗА РАБОТОЙ СТУДЕНТОВ
При изучении дисциплины предусматриваются следующие формы
контроля: контрольные работы, которые проводятся на лекциях и практических
занятиях, проверка конспектов. Итоговая форма контроля – зачет по курсу.
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Чердынцев В.А. и др. Прием сигналов на фоне помех: Учебнометодическое пособие. – Мн.: БГУИР, 1995.
2. Чердынцев В.А. Основы теории сигналов на фоне помех: Учебнометодическое пособие. – Мн.: БГУИР, 1994.
3. Чердынцев В.А. и др. Примеры и задачи по курсу «Прием сигналов на
фоне помех»: Учебно-методическое пособие. – Мн.: БГУИР, 1997.
1.
120
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
Тихонов В.И. Оптимальный прием сигналов. - М.: Радио и связь, 1983.
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики и
радиоэлектроники
« 29 » октября 2004 г.
Регистрационный № ТД-39-079/тип.
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ И СИСТЕМЫ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 25 » октября 2004 г.
121
Составитель
В.М. Козел, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
Р.Г. Хехнев, заведующий кафедрой радиоэлектроники Учреждения образования «Высший государственный радиотехнический колледж»;
М.Т. Кохно, заведующий кафедрой РРТ Учреждения образования «Высший
государственный колледж связи», доцент
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 05.04.2004 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы
радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 4 от
19.04.2004 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
122
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Телекоммуникационные технологии и системы» (ТТиС)
разработана для студентов специальности I-39 01 03 Радиоинформатика
высших учебных заведений и рассчитана на объем 112 учебных часов, которые
могут быть распределены на лекции – 64 часа, лабораторные занятия – 48 часа.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ РОЛЬ И МЕСТО
В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
ЦЕЛЬ ПРЕПОДАВАНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
Целями преподавания дисциплины являются приобретение студентами
знаний о современных системах и технологиях телекоммуникаций, а также
формирование у них навыков и умений, позволяющих осуществлять разработку
и эксплуатацию телекоммуникационных систем.
ЗАДАЧИ ИЗУЧЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ
В результате изучения курса ТТиС студенты должны:
знать:
–
основные проблемы и задачи, возникающие в телекоммуникационных
системах;
–
принципы и методы построения телекоммуникационных систем
различного назначения;
–
методы формирования телекоммуникационных каналов; типовые схемы и
принцип работы распространенных и перспективных телекоммуникационных
систем;
уметь:
–
определять
необходимую
пропускную
способность
телекоммуникационных каналов; требуемое число телекоммуникационных каналов для
обеспечения заданной абонентской нагрузки;
–
анализировать помеховую обстановку и условия электромагнитной
совместимости в телекоммуникационных системах;
иметь представление:
–
об особенностях построения современных и перспективных телекоммуникационных систем и о тенденциях их развития.
РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ИЗУЧЕНИЮ ДИСЦИПЛИНЫ
Изучение дисциплины «Телекоммуникационные технологии и системы»
базируется на изучении следующих общетехнических дисциплин: «Высшая
математика», «Теория вероятности и математическая статистика»,
«Радиотехнические цепи и сигналы», «Радиоприемные устройства»,
«Радиопередающие устройства», «Распространение радиоволн», «Радиотехнические системы», «Статистическая радиотехника», «Прикладная теория
кодирования».
123
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Цель и задачи дисциплины, методические рекомендации по изучению
курса, рекомендуемая литература.
Основные термины и понятия, относящиеся к телекоммуникационным
системам.
Канал связи как основной элемент телекоммуникационной системы.
Радиоканал (физический/логический). Виды физических радиоканалов
(симплексный/дуплексный).
Назначение и основы построения телекоммуникационных систем.
Классификация телекоммуникационных систем. Наземные и спутниковые
телекоммуникационные системы.
Общие принципы построения телекоммуникационных систем. Основные
проблемы, возникающие в телекоммуникационных системах. Основные
способы реализации мобильных телекоммуникационных систем. Типовая
структура мобильной телекоммуникационной системы, назначение ее
элементов.
Раздел 1. ОСНОВЫ КАЧЕСТВЕННОЙ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ
Предмет и задачи теории информации. Понятие количества информации
для дискретного канала связи. Основные свойства информации для дискретного
канала связи. Количество информации в дискретном сообщении. Понятие
энтропии для дискретного канала связи. Энтропия как мера степени
неопределенности состояния физической системы, энтропия сложной системы,
теорема сложения энтропий. Энтропия и информация (дискретный,
непрерывный источники информации). Количество информации для
непрерывного сигнала. Понятие дифференциальной энтропии. Энтропия
гауссовского шума. Энтропия треугольного колебания. Энтропия совокупности
выборок непрерывного сигнала.
Задача кодирования информации, скорость передачи информации.
Передача информации по каналу связи. Информационная емкость
дискретного канала связи. Пропускная способность непрерывного канала связи.
Пропускная способность канала связи при наличии шума, теоретическая
граница скорости передачи информации (теорема Шеннона).
Передача цифровых сигналов по каналу связи с шумом. Энергия на бит и
частота ошибок на бит. Условия физической реализуемости системы передачи
информации, использующей канал с шумом.
124
Раздел 2. МЕТОДЫ ФОРМИРОВАНИЯ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННОГО КАНАЛА
Сигнал как носитель информации. Модулированный сигнал.
Необходимая ширина полосы частот сигнала. Классификация сигналов по
способу модуляции. Основные характеристики методов модуляции
Аналоговые методы модуляции сигнала (AM, SSB, FM, PM).
Сравнительная характеристика аналоговых методов модуляции с точки зрения
помехоустойчивости канала связи и эффективности использования частотного
спектра. Амплитудная модуляция: основные характеристики, методы
формирования. ОБП (SSB): основные характеристики, методы формирования.
Угловая модуляция: связь между частотной и фазовой модуляцией, спектр
колебания с угловой модуляций, помехоустойчивость угловой модуляции,
методы повышения помехоустойчивости угловой модуляции (компандирование
сигналов, введение предыскажений), методы формирования
сигналов с
угловой модуляцией.
Цифровые методы модуляции сигнала (ASK, FSK, PSK, MSK, FFSK,
GMSK, QPSK, OQPSK, QAM). Соотношение «длительность элементарного
символа - ширина занимаемой полосы частот» и проблема выбора формы
элементарного символа. Структура оптимального приемника сигнала с
дискретной бинарной модуляцией. Вероятность ошибки при приеме сигналов с
дискретной модуляцией. PSK (основные понятия и временные диаграммы,
спектр сигнала с PSK, вероятность ошибки при приеме, необходимая ширина
полосы частот, методы формирования и приема); QPSK (основные понятия и
временные диаграммы, метод формирования и приема, недостатки,
спектральная эффективность, вероятность ошибки); OQPSK (основные понятия
и временные диаграммы, метод формирования и приема, спектральная
эффективность, вероятность ошибки); FSK (основные понятия и временные
диаграммы, спектральные характеристики, методы формирования и приема,
минимальная девиация частоты, обеспечивающая некоррелированность
символов, вероятность ошибки при когерентном и некогерентном приеме);
MSK (основные понятия и временные диаграммы, MSK как FFSK,
минимальная девиация частоты для FFSK, спектральные характеристики FFSK,
метод формирования и приема, вероятность ошибки); GMSK, DQPSK, QAM
(основные характеристики метода модуляции, методы формирования и приема,
основные временные и частотные диаграммы).
Сравнительная характеристика цифровых методов модуляции с точки
зрения помехоустойчивости канала связи и эффективности использования
частотного спектра.
Сравнительная характеристика аналоговых и цифровых методов
модуляции с точки зрения помехоустойчивости канала связи и эффективности
использования частотного спектра.
Методы организации дуплексного канала (частотный и временной
дуплекс).
125
Методы множественного доступа в телекоммуникационных системах
(системы с частотным, временным, кодовым и пространственным разделением
каналов связи).
Раздел 3. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗОНЫ ОБСЛУЖИВАНИЯ
МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Общие принципы определения зоны обслуживания в мобильных
телекоммуникационных системах. Взаимосвязь между уровнем полезного
сигнала и параметрами электромагнитного поля. Понятие надежности и
качества связи.
Основные модели распространения радиоволн. Распространение
радиоволн в свободном пространстве. Распространение радиоволн вблизи
поверхности земли. Электрические параметры атмосферы. Рефракция
радиоволн в атмосфере; индекс рефракции; сверхрефракция; эквивалентный
радиус Земли; понятие радиогоризонта. Учет сферичности Земли при
распространении радиоволн: радиогоризонт, коррекция высот передающей и
приемной антенн. Понятие зоны Френеля. Радиус i-той зоны Френеля. Потери
из-за дифракционного распространения радиоволн при одном клиновидном
препятствии. Потери из-за дифракционного распространения радиоволн при
одном шарообразном препятствии. Потери из-за дифракционного
распространения радиоволн при двух препятствиях. Общая методика расчета
дифракционных потерь при множестве разнородных препятствий. Общая
методика определения уровня сигнала в соответствии с рекомендациями ITU-P
370 и ITU-P 1546, учет неравномерности рельефа местности при определении
уровня сигнала. Распространение радиоволн в условиях городской застройки.
Эмпирическая модель РРВ Окамура; модель РРВ Хата; модель УолфишаЙекагами.
Особенности распространения радиоволн в спутниковых СПС.
Многолучевое распространение радиоволн.
Раздел 4. ОСНОВЫ ЧАСТОТНОГО ПЛАНИРОВАНИЯ
МОБИЛЬНЫХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Основной принцип повторного использования частот, определение
минимального удаления от приемника до передатчика с совпадающей частотой.
Повторное использование частот. Понятие размерности кластера, связь
между размерностью кластера и отношением сигнал/помеха.
Типовые частотные планы для случая использования несекторизованных
сот. План 1х1, 1х3, 1х4.
Типовые частотные планы для случая использования секторизованных
сот. План 1х3, 3х9, 4х12.
126
Раздел 5. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ТРАФИКА
Трафик телекоммуникационных систем. Интенсивность трафика,
единицы измерения интенсивности трафика телекоммуникационных систем.
Качество обслуживания телекоммуникационных систем. Абонентская нагрузка,
математическая модель системы с блокированием вызова и с постановкой в
очередь.
Телекоммуникационная система как система массового обслуживания.
Параметры входного потока заявок телекоммуникационных систем,
простейший поток заявок.
Анализ системы массового обслуживания с отказами. Вероятность
блокирования вызова.
Анализ системы массового обслуживания с ожиданием. Вероятность
блокирования вызова.
Упрощенная процедура проектирования телекоммуникационных систем
по критерию реализуемой интенсивности трафика.
Раздел 6. ЭСТАФЕТНАЯ ПЕРЕДАЧА ВЫЗОВА В МОБИЛЬНЫХ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ
Основные принципы эстафетной передачи вызова. Необходимость
реализации эстафетной передачи. Способы контроля качества канала связи.
Виды эстафетной передачи вызова. Простой и двухпороговый handover.
Handover с постановкой в очередь и дифференциальный handover.
Раздел 7. ПРИМЕРЫ СОВРЕМЕННЫХ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Особенности системы сотовой связи стандарта NMT (основные
характеристики, особенности протокола связи).
Особенности системы сотовой связи стандарта AMPS (основные
характеристики, особенности протокола связи, эволюция к DAMPS и TDMA
“IS-136”).
Особенности системы сотовой связи стандарта IS-95 (CDMA) и IMT-MC
(CDMA-2000) (основные характеристики, методы организации служебных
каналов и каналов трафика, особенности радиоканалов UP-LINK и DOWNLINK).
Особенности системы сотовой связи стандарта GSM (основные
характеристики; типовая структура сети и взаимодействие ее основных
элементов; структура логических и физических каналов, особенности
протокола связи; защита информации; модуль международной идентификации
абонента - SIM).
Перспективы развития систем сотовой связи. Системы 3-го и 4-го
поколений.
127
Особенности систем бесшнуровой телефонной связи. Особенности
реализации бесшнуровой связи первого и второго поколений (СТ-1/СТ-2).
Бесшнуровая телефонная связь поколения 2+ (стандарт DECT): типовые
характеристики, особенности протокола и организации связи.
Особенности пейджингового протокола POCSAG (структура протокола,
метод адресации абонентов, технология энергосбережения).
Особенности системы глобальной спутниковой системы связи с
подвижными абонентами GLOBALSTAR.
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
Лабораторные занятия предназначены для приобретения студентами
практических навыков обращения с оборудованием телекоммуникационных
систем и контрольно-измерительной аппаратурой; освоения контроля
функционирования; измерения параметров и характеристик телекоммуникационных станций; изучения особенностей работы схемотехники и основных ее
параметров, а также для ознакомления с особенностями конструкции,
технологии и элементной базы.
1. Изучение радиостанции подвижной службы "Виола-А".
2. Изучение радиостанции подвижной службы "Сейнер".
3. Изучение радиостанций подвижной службы "Кактус" и "Причал".
4. Изучение радиостанции подвижной службы "Сокольники-П".
5. Исследование помехоустойчивости детектора сигналов с угловой
модуляцией.
6. Изучение аварийного радиобуя "Поиск-Р".
7. Изучение комплекта аварийно-спасательных радиосредств Р-855А1, Р-855А2,
Р-855УМ.
8. Изучение аварийного радиобуя "Поиск-Б".
ВНЕАУДИТОРНАЯ (САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ) РАБОТА СТУДЕНТОВ
Самостоятельная работа студентов включает в себя проработку вышеуказанных разделов лекционного курса, подготовку к лабораторным работам,
экзаменам и зачетам по лабораторным работам.
На самостоятельную проработку разделов лекционного курса
рекомендуется 23 часа. Форма контроля усвоения дополнительного материала –
экзамен и зачет. Подготовка к лабораторным работам и оформление отчета
требуют примерно 2 часа на каждую работу. Форма контроля - коллоквиум и
опрос на зачете по лабораторной работе.
128
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Связь с подвижными объектами в диапазоне СВ / Под ред. У.К.Джейкса. М: Связь, 1979.
2. Mehrotra A. Cellular Radio Performance Engineering. - Artech House,1994.
3. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи.- М: ЭкоТрэндз, 1997.
4. Lee W. Mobile Cellular Telecommunications. - McGraw-Hill, Inc. 1995.
5. The Mobile Communications. Handbook. Editor-in-Chief Jerry D. Gibson, CRC
PRESS, 1996.
6. Регламент радиосвязи. Изд. 2000.
7. Recomandations ITU P-series.
8. ГОСТ 24375-80 "Радиосвязь. Термины и определения".
9. Горбачев К.Л., Рощупкин А.В. Радиоприемные устройства: термины,
параметры, электромагнитная совместимость: Метод. пособие по курсу
"Радиоприемные устройства". - Мн.: БГУИР, 1997.
10. Борисов В.А. и др. Радиотехнические системы передачи информации:
Учеб. пособие для вузов/ Под ред. В.В.Калмыкова. - М.: Радио и связь, 1990.
11. Гоноровский И.С. Радиотехнические цепи и сигналы. Ч. 1. Сигналы,
линейные системы с постоянными и переменными параметрами. - М.: Сов.
радио, 1967.
12. Методические указания к лабораторной работе "Исследование
помехоустойчивости детектора радиосигналов с угловой модуляцией" по курсу
"Системы мобильной радиосвязи" / Сост. К.Л.Горбачев, В.М.Козел,
А.В.Рощупкин. - Мн.: БГУИР, 2000.
13. Козел В.М., Горбачев К.Л., Рощупкин А.В. Системы мобильной
радиосвязи. Определение зоны обслуживания системы мобильной радиосвязи:
Учеб. пособие по курсу "Системы мобильной радиосвязи" для студ. спец.
"Радиотехника". - Мн.: БГУИР, 2000.
14. Горбачев К.Л., Козел В.М., Рощупкин А.В. Основы теории трафика систем
подвижной связи: Учеб. пособие по курсу "Системы мобильной радиосвязи". Мн.: БГУИР, 1999.
15. Горбачев К.Л., Козел В.М., Рощупкин А.В. Системы персонального
радиовызова: Учеб. пособие по курсу "Системы мобильной радиосвязи". -Мн.:
БГУИР, 2001.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1.
2.
3.
4.
5.
6.
www.etsi.org
www.gsmmou.com
www.tetramou.com
www.motorola.com
www.nokia.com
www.eriksson.com
129
7. www.qualcomm.com
8. www.globalstar.com
9. www.rfglobalnet.com
130
Утверждена
УМО вузов Республики Беларусь
по образованию в области информатики и
радиоэлектроники
« 29 » октября 2004 г.
Регистрационный № ТД-39-080/тип.
СИСТЕМЫ КОМПЬЮТЕРНОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
Учебная программа для высших учебных заведений
по специальности I-39 01 03 Радиоинформатика
Согласована с Учебно-методическим управлением
БГУИР
« 25 » октября 2004 г.
131
Составитель
Н.И. Шатило, доцент кафедры радиотехнических устройств Учреждения
образования «Белорусский государственный университет информатики и
радиоэлектроники», кандидат технических наук
Рецензенты:
А.А. Прихожий, заведующий кафедрой программного обеспечения сетей
телекоммуникаций Учреждения образования «Высший государственный
колледж связи», профессор, доктор технических наук;
А.А. Арчаков, главный метролог Республиканского унитарного предприятия
«Белорусский государственный институт метрологии», кандидат технических
наук, старший научный сотрудник
Рекомендована к утверждению в качестве типовой:
Кафедрой радиотехнических устройств Учреждения образования «Белорусский
государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол
№ 8 от 05.04.2004 г.);
Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 01 Схемы
радиоэлектронных устройств и систем УМО вузов Республики Беларусь по
образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол № 4 от
19.04.2004 г.)
Действует до утверждения Образовательного стандарта по специальности
132
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
Программа «Системы компьютерного проектирования» (СКП) разработана для студентов специальности I-39 01 03 Радиоинформатика и
рассчитана на объем 112 учебных часов, которые могут быть распределены на
лекции – 48 часов, лабораторные занятия – 32 часа, практические занятия – 32
часа, где предусматривается обязательное использование ПЭВМ.
ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ РОЛЬ И МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ
Целями преподавания дисциплины являются приобретение студентами
знаний о современных системах автоматизированного проектирования, а также
формирование у них навыков и умений, позволяющих осуществлять разработку
радиоэлектронных устройств (РЭУ) различного назначения с использованием
современных систем компьютерного проектирования.
В результате изучения курса СКП студенты должны знать принципы
построения интегрированных систем компьютерного проектирования (СКП),
виды программного обеспечения, научиться формулировать технические
требования к проектированию РЭУ при использовании ПЭВМ, иметь
представление о возможностях современных СКП.
Изучение дисциплины СКП базируется на физико-математической
подготовке студентов, полученной при изучении дисциплин «Высшая
математика», «Физика», на знаниях из курсов «Вычислительная техника и
программирование» и «Цифровые устройства и микропроцессоры», а также
методов анализа электрических цепей, приобретенных в ходе изучения
дисциплины «Основы теории цепей», знаний, полученных студентами из
курсов «Радиоматериалы, радиокомпоненты и основы микроэлектроники» и
«Основы компьютерного проектирования радиотехнических устройств». В
формировании навыков применения СКП большую роль играют лабораторные
и практические занятия по дисциплине.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
ВВЕДЕНИЕ
Общие задачи автоматизации проектирования радиотехнических
устройств. Роль математического моделирования при автоматизации
проектирования. Персональные компьютеры в СКП. Автоматизированное
рабочее место на базе персональных компьютеров. Программное обеспечение
СКП на базе ПК.
Раздел 1. СКП НА БАЗЕ ПЕРСОНАЛЬНЫХ КОМПЬЮТЕРОВ
САПР ACCEL EDA. Состав программы, назначение. Структура рабочих
файлов проекта. Алгоритм работы с пакетом ACCEL EDA. Способы
проектирования и подготовки производства печатных плат. Запуск программ.
133
Раздел 2. ГРАФИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР FCCEL SCHEMATIC
Назначение. Режим работы. Задачи конфигурации. Структура меню.
Основные команды. Параметры команд. Команды рисования. Команды
редактирования. Служебные команды. Редактирование графического образа
радиоэлектронных компонентов. Построение схемы электрической принципиальной. Многолистные схемы. Схемы с иерархией. Верификация схемы ERC.
Раздел 3. ГРАФИЧЕСКИЙ РЕДАКТОР ПЕЧАТНЫХ
ПЛАТ ACCEL РСВ
Назначение. Режим работы. Задание конфигурации. Структура меню.
Основные команды. Параметры команд. Команды рисования. Служебные
команды. Разработка печатных плат. Редактирование корпусов компонентов.
Ручная трассировка печатных плат. Проверка печатной платы DRC.
Раздел 4. МЕНЕДЖЕР БИБЛИОТЕК КОМПОНЕНТОВ
Структура библиотек. Создание компонентов. Особенности создания
сложных компонентов. Трансляция библиотек системы Р-САD.
Раздел 5. АВТОМАТИЧЕСКАЯ ТРАССИРОВКА СОЕДИНЕНИЙ
ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
Программа автоматической трассировки Quick Route: настройка
конфигурации и выполнение программы. Программа автоматической
трассировки PRO Route: настройка конфигурации и выполнение программы.
Предварительная прокладка проводников, барьеры трассировки, особенности
трассировки компонентов с планарными выводами, соединения цепей с
областями металлизации.
Раздел 6. СИСТЕМА РАЗМЕЩЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ
И ТРАССИРОВКИ ПРОВОДНИКОВ SPECCTRA
Запуск программы. Размещение компонентов. Трассировка проводников.
Раздел 7. МОДЕЛИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ
РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ
Пакет PspiCe: общие сведения, состав пакета. Описание компонентов,
функциональных узлов и блоков РЭУ. Директивы управления заданием.
Режимы анализа. Графический постпроцессор-PROBE. Редактор входных
сигналов StmEd. Управляющая оболочка SHELL. Математические модели
аналоговых компонентов: пассивных элементов, диодов, транзисторов,
операционных усилителей, компараторов. Расчет параметров математических
134
моделей компонентов (PARTS). Графический ввод схемы для моделирования
(ACCEL Schematic).
Пакет Micro-CAP: общие сведения, состав пакета. Создание
принципиальных схем. Анализ переходных процессов, амплитудно-частотных
характеристик, передаточных функций по постоянному току. Просмотр и
обработка результатов моделирования. Программа расчета параметров моделей
компонентов MODEL.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Тенденции и перспективы развития СКП радиотехнических устройств.
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ
Цели занятий – знакомство с техническими, программными и
информационными средствами СКП PCAD, закрепление теоретического
материала, приобретение практических навыков в использовании СКП для
проектирования радиотехнических устройств. Рекомендуемые пакеты
прикладных программ ACCEL EDA, DesignLab, Pspice, MicroCAP/ MicroSym.
1. Изучение программы ACCEL Schematic. Создание принципиальных
электрических схем.
2. Изучение программы ACCEL РСВ. Размещение компонентов и ручная
трассировка соединений печатной платы.
3. Автоматическая трассировка соединений печатной платы.
4. Работа с библиотеками. Создание компонентов.
5. Пакет PspiCe. Моделирование статистического режима и амплитудночастотных характеристик.
6. Пакет PspiCe. Моделирование переходных характеристик.
7. Пакет MicroCAP. Моделирование статистического режима и амплитудночастотных характеристик.
8. Пакет MicroCAP. Моделирование переходных характеристик.
ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ
Цель занятий – знакомство с математическим обеспечением СКП, в
частности, с математическими моделями компонентов, параметрами
математических моделей и способами расчета параметров по справочным
данным и экспериментальным исследованиям.
1. Изучение математических моделей пассивных компонентов.
2. Изучение математических моделей полупроводниковых диодов.
3. Изучение математических моделей биполярных транзисторов.
4. Изучение математических моделей полевых транзисторов с р-n переходом.
5. Изучение математических моделей арсенид-галлиевых полевых транзисторов с р-n переходом.
6. Изучение математических моделей МОП полевых транзисторов.
135
7. Изучение математических моделей операционных усилителей.
8. Изучение математических моделей источников сигналов.
9. Изучение программ расчета моделей аналоговых компонентов.
10.Изучение устройств интерфейса аналого-цифровых и цифроаналоговых
устройств.
11.Изучение моделей вход/выход цифровых компонентов.
12.Формирование генераторов цифровых сигналов.
13. Создание цифровых компонентов без памяти.
14.Создание цифровых компонентов с памятью.
15.Создание аналого-цифровых и цифроаналоговых компонентов.
16.Создание сложных цифровых устройств с помощью функционального
описания.
ВНЕАУДИТОРНАЯ (САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ) РАБОТА СТУДЕНТОВ
Самостоятельная работа студентов проводится с целью закрепления
теоретического материала, приобретения навыков работы с литературой.
Формы самостоятельной работы студентов: изучение лекционного
материала, работа с литературой, подготовка к лабораторным занятиям (по
одному часу на занятие).
ЛИТЕРАТУРА
ОСНОВНАЯ
1. Разевиг В.Д. Система проектирования печатных плат ACCEL EDA 15
(З-CAD 2000). – М.: Солон-Р, 2000.
2. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств
DesignLab 8.0. – М.: Солон, 1999.
3. Сучков Д.И. Основы проектирования печатных плат в САПР PCAD 4.5,
PCAD 8.5-8.7 и Accel-EDA 15.- М.: Горячая линия – Телеком Микрос, 2000.
4. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-CAP V. М.: Солон, 1997.
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ
1. Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и Pspice для схемотехнического
моделирования на ПЭВМ: В 4 вып. Вып. 4. - М.: Радио и связь, 1992.
136
СОДЕРЖАНИЕ
Введение в специальность…………………………………………………………..3
Основы аналоговой техники……………………………………………………….11
Микроэлектронные и преобразовательные устройства………………………….19
Методы и устройства формирования информационных
электромагнитных полей…………………………………………………………..33
Основы цифровой и микропроцессорной техники………………………………47
Теория кодирования и защиты информации……………………………………..59
Автоматика информационных систем…………………………………………….71
Компьютерные системы обработки информации………………………………..81
Методы и устройства формирования сигналов…………………………………..87
Проектирование устройств на программируемых
логических интегральных схемах…………………………………………………97
Радиоэлектронные информационные системы………………………………..103
Методы оптимизации информационных систем………………………………..115
Телекоммуникационные технологии и системы………………………………..121
Системы компьютерного проектирования………………………………………131
137
Учебное издание
СБОРНИК
ТИПОВЫХ УЧЕБНЫХ ПРОГРАММ
ДЛЯ ВЫСШИХ УЧЕБНЫХ ЗАВЕДЕНИЙ
ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ І-39 01 03 РАДИОИНФОРМАТИКА
СПЕЦИАЛЬНЫЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Ответственный за выпуск Ц.С. Шикова
Редактор Н.А. Бебель
Подписано в печать 21.12.2004.
Гарнитура «Таймс».
Уч.-изд. л. 5,5.
Формат 60х84 1/16.
Печать ризографическая.
Тираж 45 экз.
Бумага офсетная.
Усл. печ. л. 8,21.
Заказ 741.
Издатель и полиграфическое исполнение: Учреждение образования
«Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»
Лицензия на осуществление издательской деятельности №02330/0056964 от 01.04.2004.
Лицензия на осуществление полиграфической деятельности №02330/0133108 от 30.04.2004.
220013, Минск, П. Бровки, 6
138
139
140