Сигнали в інформаційно-комунікаційних системах

Спеціальність: Програмно-апаратні пристрої інфокомунікаційних систем
Код дисципліни: 6.172.10.O.018
Кількість кредитів: 4.00
Кафедра: Теоретична радіотехніка та радіовимірювання
Лектор: Професор, д.т.н. Волочій Богдан Юрійович
Семестр: 3 семестр
Форма навчання: денна
Мета вивчення дисципліни: Сформувати у студентів розуміння особливостей сигналів, які забезпечують отримання, передавання, оброблення та зберігання інформації в радіоелектронних інформаційних системах. Внаслідок вивчення навчальної дисципліни «Сигнали в інформаційних системах» студент повинен бути здатним продемонструвати такі результати навчання: 1. Знання термінології електричних сигналів, які формуються в процесі функціонування радіоелектронних інформаційних систем. 2. Розуміння і призначення різних типів (видів) електричних сигналів. 3. Практичні навики експериментального дослідження характеристик і параметрів сигналів.
Завдання: Вивчення навчальної дисципліни освітньо-професійна програма (ОПП) передбачає формування у здобувачів освіти компетентностей: загальні компетентності (ЗК): здатність до абстрактного мислення, аналізу та синтезу (ЗК-1) [формувати перетворення сигналів, визначати вимоги до сигналів з урахуванням характеристик і параметрів каналів зв’язку, через які їх треба передавати]; здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях (ЗК-2) [визначати параметри сигналів для їх узгодження з характеристиками пристроїв, каналів зв’язку]; здатність планувати і управляти часом (ЗК-3) ; знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності (ЗК-4); здатність спілкуватися державною мовою як усно, так і письмово (ЗК-5) [для майбутньої професійної діяльності знання і володіння термінологією радіотехнічних сигналів]; здатність працювати в команді (ЗК-6) [видача одного варіанта розрахункового завдання двом студентам, виконання лабораторних робіт командою з двох і трьох студентів] здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями (ЗК-7) [опрацьовувати додаткову літературу]; здатність до системного мислення (ЗК-13) [приймаючи рішення про зміну параметрів часового представлення сигналу треба враховувати пов’язану з цією зміною параметрів частотного представлення цього сигналу]; фахові компетентності: здатність використовувати базові методи, способи та засоби отримання, передавання, оброблення та зберігання інформації (ФК-3) [розуміння методів представлення інформації у вигляді неперервних і дискретних повідомлень, а відтак перетворення їх в цифрові сигнали та цифрові радіосигнали].
Результати навчання: РН-1: Знати послідовність перетворень неперервних і дискретних повідомлень для отримання цифрових сигналів в інформаційних системах. РН-2: Знати класифікацію радіотехнічних сигналів (випадкові, цифрові, детерміновані, модульовані), ознаки для класифікацій. Знати часове представлення (осцилограми) радіотехнічних сигналів. РН-3: Знати параметри радіотехнічних сигналів та методики їх визначення. РН-4: Вміти здійснювати побудову математичних моделей неперервних випадкових сигналів (експеримент і апроксимація). РН-5: Знати взаємозв’язок між характеристиками часового (осцилограми) і частотного (спектри) представлення радіотехнічних сигналів. РН-6: Знати суть кореляційних характеристик неперервних випадкових, детермінованих і цифрових сигналів. Розуміти їх призначення (їх роль) в інформаційних системах. РН-7: Вміти здійснювати обґрунтування способу кодування повідомлень джерела для формування цифрових сигналів (нерівномірний і рівномірний коди).
Необхідні обов'язкові попередні та супутні навчальні дисципліни: Основи теорії ймовірностей та випадкових процесів Основи теорії кіл Передавання сигналів в інформаційних системах Теоретичні основи телекомунікацій Телекомунікаційні системи передавання інформації
Короткий зміст навчальної програми: Поняття «інформаційні системи» використано в назві дисципліни тому, що в радіотехніці об’єктом вивчення є радіотехнічні (радіоелектронні) системи і комплекси, а в телекомунікаціях – телекомунікаційні системи та мережі. Поняття «інформаційні системи» об’єднує і представляє як радіотехнічні, так і телекомунікаційні системи. Програма навчальної дисципліни «Сигнали в інформаційних системах» укладена для студентів Інституту телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки, які навчаються за спеціальністю «Телекомунікації та радіотехніка». Ця дисципліна має сформувати у студентів розуміння особливостей сигналів, які забезпечують отримання, передавання, оброблення та зберігання інформації в радіоелектронних інформаційних системах. На прикладі конкретної інформаційної системи, а саме системи передавання інформації, показані типи випадкових сигналів, які формуються в процесі перетворення неперервних і дискретних повідомлень в цифрові сигнали. А для передавання цифрових сигналів через канал зв’язку розглядається їх перетворення в цифрові радіосигнали. В цій дисципліні студенти вивчають особливості, характеристики та параметри випадкових сигналів, детермінованих періодичних і неперіодичних сигналів, цифрових сигналів та сигналів, сформованих шляхом модуляції цифровими і аналоговими сигналами сигналу переносника (носія). Для формування цифрових сигналів показана задача вибору доцільного способу кодування повідомлень джерела між нерівномірним і рівномірним кодами та відповідно з різною і однаковою кількістю двійкових імпульсів. В основу методики вибору покладено зв'язок нерівномірного способу кодування повідомлень джерела з інформаційними параметрами джерела повідомлень. Сигнали розглядаються з використанням фізичного та математичного моделювання. Обговорюються напрямки (ідеї) створення нових сигналів.
Опис: Розділ 1. Ознайомлення з сигналами, які забезпечують (супроводжують) функціонування інформаційних систем. Джерело повідомлень. Неперервні і дискретні повідомлення. Перетворення повідомлень в електричний сигнал. Випадкові та цифрові сигнали. Перетворення неперервно-неперервного випадкового (аналогового) сигналу в цифровий двійковий сигнал: представлення аналогового сигналу послідовністю відліків, теорема Котельнікова, неперервно-дискретний випадковий сигнал; квантування неперервно-дискретного сигналу, дискретно-дискретний сигнал; перетворення дискретного сигналу в цифровий сигнал; коди, кодові комбінації. Розділ 2. Випадкові сигнали: характеристики, параметри, математичні моделі. Часове представлення неперервних випадкових сигналів. Властивості неперервних випадкових сигналів. Ймовірнісна математична модель часового представлення неперервних випадкових сигналів. Параметри неперервних випадкових сигналів та їхня математична інтерпретація. Автокореляційна характеристика неперервних випадкових сигналів. Властивість неперервного випадкового сигналу – існування залежності його наступних значень від поточного значення. Кількісне оцінювання ступеня такої залежності за допомогою автокореляційної характеристики. Кореляційна функція в математиці. Перенесення цього поняття на неперервні випадкові сигнали. Методика отримання кореляційної характеристики неперервного випадкового сигналу. Розділ 3. Детерміновані періодичні і неперіодичні сигнали. Часове представлення детермінованих періодичних сигналів. Математичні моделі часового представлення періодичної послідовності прямокутних імпульсів та гармонічного сигналу. Частотне представлення детермінованих періодичних сигналів. Характеристики частотного представлення детермінованих періодичних сигналів. Математичний апарат для розрахунку спектральних характеристик детермінованих періодичних сигналів. Ширина спектра детермінованого періодичного сигналу. Розділ 4. Цифрові сигнали. Способи кодування повідомлень джерела для формування двійкових цифрових сигналів. Поняття про нерівномірне і рівномірне кодування дискретних повідомлень джерела. Вибір способу кодування повідомлень джерела між нерівномірним і рівномірним кодами для формування двійкових цифрових сигналів. Зв’язок нерівномірного способу кодування повідомлень джерела з інформаційними параметрами джерела повідомлень. Кількість двійкових імпульсів (біт) для кожного повідомлення джерела при формуванні кодових комбінацій нерівномірного коду. Бітова характеристика та бітові параметри джерел дискретних незалежних повідомлень (подані на виході кодера простого коду): середнє значення кількості двійкових імпульсів (біт), яка припадає на одне повідомлення джерела (ентропія джерела) при використанні нерівномірного коду; коефіцієнт надлишковості (відсоток надлишкових двійкових імпульсів (біт) при використанні рівномірного коду. Продуктивність джерела дискретних повідомлень. Кореляційна характеристика цифрових сигналів. Розділ 5. Радіосигнали. Сигнали, сформовані шляхом модуляції цифровим і аналоговим сигналами сигналу переносника. Амплітудна модуляція гармонічного переносника (носія). Математична модель та параметри АМ-сигналу. Різновиди радіосигналів з амплітудною модуляцією. Кутова модуляція гармонічного переносника (носія). Фазова і частотна модуляція гармонічного переносника. Методи модуляції гармонічного переносника (носія) цифровим сигналом. Часове і частотне представлення цифрових радіосигналів. Методи модуляції імпульсного переносника (носія). Часове і частотне представлення сигналів з модуляцією імпульсного переносника (носія).
Методи та критерії оцінювання: Поточний контроль результатів навчання студентів здійснюється за допомогою віртуальної навчальної системи університету, в якій на сайті дисципліни «Передавання сигналів в інформаційних системах» є секція «Поточний контроль». А також на практичних і лабораторних заняттях шляхом перевірки і рецензування звітів з виконаних індивідуальних завдань. Семестровий контроль здійснюється за допомогою віртуальної навчальної системи, в якій на сайті дисципліни «Передавання сигналів в інформаційних системах» є секція «Екзамен». А також шляхом індивідуального усно-письмового опитування.
Критерії оцінювання результатів навчання: Поточний контроль: Захист проектного завдання № 1 – 15 балів Захист проектного завдання № 2 – 15 балів Разом поточний контроль – 30 балів Екзамен: Письмова компонента – 60 балів Усна компонента – 10 балів Разом за дисципліну – 100 балів
Порядок та критерії виставляння балів та оцінок: 100–88 балів – («відмінно») виставляється за високий рівень знань (допускаються деякі неточності) навчального матеріалу компонента, що міститься в основних і додаткових рекомендованих літературних джерелах, вміння аналізувати явища, які вивчаються, у їхньому взаємозв’язку і роз витку, чітко, лаконічно, логічно, послідовно відповідати на поставлені запитання, вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 87–71 бал – («добре») виставляється за загалом правильне розуміння навчального матеріалу компонента, включаючи розрахунки , аргументовані відповіді на поставлені запитання, які, однак, містять певні (неістотні) недоліки, за вміння застосовувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 70 – 50 балів – («задовільно») виставляється за слабкі знання навчального матеріалу компонента, неточні або мало аргументовані відповіді, з порушенням послідовності викладення, за слабке застосування теоретичних положень під час розв’язання практичних задач; 49–26 балів – («не атестований» з можливістю повторного складання семестрового контролю) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння застосувати теоретичні положення під час розв’язання практичних задач; 25–00 балів – («незадовільно» з обов’язковим повторним вивченням) виставляється за незнання значної частини навчального матеріалу компонента, істотні помилки у відповідях на запитання, невміння орієнтуватися під час розв’язання практичних задач, незнання основних фундаментальних положень.
Рекомендована література: 1. Волочій Б.Ю. Передавання сигналів в інформаційних системах. Частина 1. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2005. – 194 с. Режим доступу: http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=13170 2. Волочій Б.Ю. Передавання сигналів в інформаційних системах. Конспект лекційних занять. – Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра ТРР, 2022. Режим доступу: http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=13170 Практичні заняття 3. Волочій Б.Ю. Передавання сигналів в інформаційних системах. Конспект практичних занять. – Львів: Національний університет “Львівська політехніка”, кафедра ТРР, 2022. Режим доступу: http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=13170 4. Волочій Б.Ю., Озірковський Л.Д. Практикум з теорії електрозв’язку. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2010. – 116 с. Режим доступу: http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=1209 Лабораторні заняття 6. Волочій Б.Ю., Озірковський Л.Д. Практикум з теорії електрозв’язку. – Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2010. – 116 с. Режим доступу: http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=13170 Електронна адреса навчально-методичного комплексу дисципліни «Сигнали в інформаційних системах» у Віртуальній навчальній системі Львівської політехніки: http://vns.lpnu.ua/course/view.php?id=13170
Уніфікований додаток: Національний університет «Львівська політехніка» забезпечує реалізацію права осіб з інвалідністю на здобуття вищої освіти. Інклюзивні освітні послуги надає Служба доступності до можливостей навчання «Без обмежень», метою діяльності якої є забезпечення постійного індивідуального супроводу навчального процесу студентів з інвалідністю та хронічними захворюваннями. Важливим інструментом імплементації інклюзивної освітньої політики в Університеті є Програма підвищення кваліфікації науково-педагогічних працівників та навчально-допоміжного персоналу у сфері соціальної інклюзії та інклюзивної освіти. Звертатися за адресою: вул. Карпінського, 2/4, І-й н.к., кімн. 112 E-mail: nolimits@lpnu.ua Websites: https://lpnu.ua/nolimits https://lpnu.ua/integration
Академічна доброчесність: Політика щодо академічної доброчесності учасників освітнього процесу формується на основі дотримання принципів академічної доброчесності з урахуванням норм «Положення про академічну доброчесність у Національному університеті «Львівська політехніка» (затверджене вченою радою університету від 20.06.2017 р., протокол № 35).