Оценочные средства для текущего контроля успеваемости, промежуточной аттестации по итогам освоения дисциплины

Темы раздела, рекомендуемые студентам для самостоятельного изучения (20 часов)

Перечень тем домашнего задания (0 часов)

Перечень практических занятий (2 часа)

Перечень лабораторных работ (4 часа)

Содержание лекционного курса (4 часа)

Общая характеристика раздела

Раздел 3. Обнаружение сигналов и их оптимальная фильтрация (40 часов)

Перечень тем домашнего задания (4 часа)

Темы раздела, рекомендуемые студентам для самостоятельного изучения (20 часов)

Виды СРС (30 часов)

Перечень практических занятий (6 часов)

Перечень лабораторных работ (8 часов)

Содержание лекционного курса (6 часов)

Общая характеристика раздела

Раздел 2. Числовые характеристики сигналов. Модели случайных процессов (50 часов)

Темы раздела, рекомендуемые студентам для самостоятельного изучения (6 часов)

Виды СРС (6 часов)

Перечень практических занятий (2 часа)

Перечень лабораторных работ (4 часа)

Содержание лекционного курса (6 часов)

Общая характеристика раздела

Содержание разделов дисциплины

Содержание дисциплины и образовательные технологии

Структура дисциплины

Виды учебных занятий	Трудоемкость, час
Аудиторные занятия
Лекции (Л)
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
Всего
Самостоятельная работа студентов
Выполнение домашнего задания (ДЗ): расчетно-графической работы, рефератов и т.п.
Подготовка к тестированию
Изучение учебного материала, вынесенного на самостоятельную проработку
Подготовка к лабораторным и практическим занятиям
Всего
Итого по дисциплине

5.1. Разделы дисциплины (модуля) и виды занятий (в часах)

Номер раздела	Название раздела	Семестр	Трудоемкость, час	Формы текущего контроля успеваемости
Л	ПЗ	ЛР	СРС	Всего
Всего	В том числе КП (КР)
	Раздел I. Пространство сигналов						-		Защита лаб. работ
	Раздел II. Числовые характеристики сигналов. Модели случайных процессов						-		Проверка знаний (колоквиум) и защита лаб. работ
	Раздел III. Обнаружение сигналов и их оптимальная фильтрация						-		Проверка дом. задания и защита лаб. работ
	Всего						-

Матрица соотнесения разделов дисциплины и формируемых при освоении этих разделов профессиональных и общекультурных компетенций приведена в приложении А.

5.2.1. Раздел 1. Пространство сигналов ( 18 часов )

Данный раздел является вводным для изучения элементов общей теории сигналов. Для преподавания этого раздела дисциплины используются:

- лекции в форме лекций-презентаций;

- лабораторные и практические занятия;

- самостоятельная работа студентов, в которую входят изучение тем, вынесенных на самостоятельную проработку, консультации преподавателей.

Системы обработки сигналов. Множества сигналов. Отображения и функционалы. Преобразование Фурье. Представление рядами. Дуальность времени и частоты.

Дискретные представления сигналов. Теорема проектирования. Полные ортонормальные системы. Комплексные гармонические функции. Полиномы Лежандра и Чебышева. Оператор разложения сигнала в аппаратурной реализации.

Интегральные представления сигналов. Непрерывные представления. Базисные и сопряженные базисные ядра. Преобразование Фурье. Представление узкополосных сигналов. Комплексная огибающая сигнала. Полосовая фильтрация. Радиолокационная функция неопределенности.

Номер ЛР	Название лабораторной работы	Трудоемкость, час
	Дискретизация непрерывных сигналов и квантование

Номер ПЗ	Тема практического занятия	Трудоемкость, час	Форма (вид) ПЗ
	Дискретизация и квантование непрерывных сигналов		Классическое практическое занятие

№ пп.	Вид СРС	Трудоемкость, час
	Освоение теоретического материала по темам, рекомендуемым для самостоятельного изучения

Пространство сигналов. Метрические пространства. Сходимость и непрерывность. Линейные пространства. Нормированные линейные пространства. Пространство со скалярным произведением. Линейные функционалы.

Сигнал как материальный носитель информации. Событие, сообщение, информация, сигнал - основные понятия и их взаимная связь. Виды информации. Виды сигналов и их применение в информационных системах. Статические и динамические сигналы, аналоговые и дискретные сигналы. Достоинство и недостатки систем с аналоговыми и дискретными (цифровыми) сигналами. Понятие канала связи как тракта (пути) передачи сигналов (и информации). Обобщённые физические характеристики сигналов и каналов связи, условия согласования характеристик сигналов и каналов связи. Задачи адекватного преобразования сигналов. Модуляция сигналов и её применение при передаче информации. Преобразование непрерывных (аналоговых) сигналов в дискретные путём дискретизации во времени. Теорема В.А. Котельникова (теорема отсчётов), выбор интервала дискретизации, следствия теоремы В.А. Котельникова. Квантование непрерывных сигналов по уровню. Выбор шага квантования в зависимости от заданной погрешности преобразования. Достоинства и недостатки способов преобразования непрерывных сигналов в дискретные.

Непрерывные и дискретные сообщения. Основные направления теории информации: структурная теория, статистическая и семантическая теории. Основные задачи, решаемые этими направлениями теории.

Данный раздел является базовым для изучения характеристик сигналов. Для преподавания этого раздела дисциплины используются:

- методы проблемного обучения;

- лекции – пресс-конференции;

- практические занятия, на которых обсуждаются подготовленные студентами (группами студентов) сообщения (доклады), решаются конкретные задачи по темам, рекомендованным для самостоятельного изучения и освещенным в лекциях;

- лабораторные занятия на базе компьютерных моделей, на которых студенты приобретают навыки работы с ними и обработки результатов измерений;

- самостоятельная работа студентов, в которую входят: освоение теоретического материала по темам, рекомендуемым для самостоятельного изучения; подготовка к практическим, лабораторным занятиям;

- консультации преподавателей.

Числовые характеристики сигналов. Произведение длительности на полосу. Квадратичные функционалы. Межсимвольные искажения. Синхронные импульсные последовательности, критерий Найквиста, теорема отсчетов. Приближенное число измерений пространства сигналов. Стробирование и фильтрация.

Модели случайных процессов. Импульсные сигналы со случайной амплитудой и случайным временем прихода. Одиночный импульс. Последовательность импульсов. Процессы с циклической стационарностью. Операция дискретизация. Рандомизация фазы. Синхронированные импульсы с амплитудной модуляцией. Теорема отсчетов.

Влияние кодирования на спектральную плотность. Дифференциальное двоичное кодирование. Биполярное кодирование. Парциальное кодирование. АИМ сигналы с временной нестабильностью. Сигналы с временным уплотнением. Процессы, связанные с пуассоновскими. Случайный фототелеграфный сигнал. Случайная последовательность импульсов.

Номер ЛР	Название лабораторной работы	Трудоемкость, час
	Амплитудная модуляция и манипуляция сигналов
	Фазовая модуляция и фазовая манипуляция гармонических колебаний

Номер ПЗ	Тема практического занятия	Трудоемкость, час	Форма (вид) ПЗ
	Пропускная способность каналов связи		Классическое практическое занятие
	Количество информации в дискретных сигналах		Классическое практическое занятие

№ пп.	Вид СРС	Трудоемкость, час
	Освоение теоретического материала по темам, рекомендуемым для самостоятельного изучения
	Подготовка к практическим и лабораторным занятиям
	Выполнение домашнего задания

Представление случайных сигналов. Случайные величины и ожидания. Случайные процессы. Автокоррелиционная и автовариационная функция. Двумерные комплексные процессы. Фильтрация случайных процессов. Спектральная плотность мощности. Конечномерные представления случайного процесса. Узкополосные процессы. Комплексная огибающая процесса. Полосовая фильтрация.

Количество информации в дискретных сообщениях с неравновероятными символами алфавита (и сообщениями). Формулы К. Шеннона для расчёта количества информации. Количество информации во взаимно зависимых сообщениях. Соотношение количества информации в сигналах при наложении ограничений на правила формирования сигналов.

Количество информации в непрерывных сообщениях и сигналах. Понятие энтропии случайного процесса и дифференциальной энтропии.

Домашнее задание в виде повторения пройденного теоретического материала и закрепления на примере решения задач

Данный раздел является базовым для обнаружения и изучения режимов оптимальной фильтрации сигналов. Для преподавания этого раздела дисциплины используются:

- лекции - презентации;

- лекции – пресс-конференции;

- лабораторные занятия на базе физических стендов и компьютерных моделей, на которых студенты изучают устройство конкретных приборов, приобретают навыки работы с ними и обработки результатов измерений;

- самостоятельная работа студентов, в которую входят: освоение теоретического материала по темам, рекомендуемым для самостоятельного изучения; подготовка к практическим, лабораторным занятиям; подготовка к промежуточной аттестации.

- консультации преподавателей.

Оптимальная фильтрация сигналов. Минимизация среднего квадрата ошибки при оценке параметра. Принцип ортогональности. Непрерывная оценка формы сигнала. Влияние аддитивного и мультикапликативного шума. Канал со случайными дисперсионными свойствами. Оценка импульсных амплитуд. Согласованный фильтр. Помехи за счет смежных импульсов. Периодическая оценка формы сигнала. Условие физической реализуемости фильтра.

Обнаружение сигналов. Критерий отношения правдоподобия. Критерий Неймана - Пирсона. Обнаружение бинарных сигналов в белом гауссовом шуме. Совместная плотность вероятности для гауссовых случайных величин. Реализация приемника. Двоичное обнаружение сигналов в окрашенном гауссовом шуме. Характеристика приемника. Узкополосные сигналы - некогерентное обнаружение.

Номер ЛР	Название лабораторной работы	Трудоемкость, час
	Кодирование статистическими кодами

Номер ПЗ	Тема практического занятия	Трудоемкость, час	Форма (вид) ПЗ
	Виды помех и их характеристики		Классическое занятие

5.2.3. 5. Виды СРС (30 часов)

№ пп.	Вид СРС	Трудоемкость, час
	Освоение теоретического материала по темам, рекомендуемым для самостоятельного изучения
	Подготовка к отчету по лабораторным работам

Домашнее задание в виде повторения пройденного теоретического материала.

Пропускная способность каналов связи как максимально допустимая для рассматриваемого канала связи скорость передачи информации. Связь скорости передачи информации с физическими характеристиками сигнала и канала связи при наличии и отсутствии помех в канале связи. Прямая и обратная теоремы К. Шеннона о пропускной способности и максимальной скорости передачи информации. Влияние помех на пропускную способность каналов связи. Оценка качества и проблема повышения эффективности передачи информации.

Кодирование информации как метод повышения эффективности и обеспечения верности передачи информации. Понятие кода. Основные параметры и характеристики кодов. Эффективное (статистическое) и помехоустойчивое кодирование информации. Классификация кодов по различным признакам. Принципы кодирования статистическими кодами Шеннона-Фэно и кодами Хаффмена. Равнодоступные коды. Свойства статистических кодов и их применение для передачи информации. Принципы кодирования помехоустойчивыми кодами. Коды с обнаружением ошибок (на примере кодов с защитой по паритету). Корректирующие коды с исправлением одиночных ошибок (на примере кодов Хэмминга). Понятие о кодах с коррекцией пачек ошибок. Применение кодов в системах передачи и обработки информации. Вероятность правильного приёма информации при наличии помех. Выбор кодов для обеспечения заданной верности передачи. Нормированные законы распределения вероятности реализации помех: нормальный закон, закон Пуассона и биномиальный закон. Понятие симметричных, несимметричных двоичных каналов связи и каналов связи со стиранием.

6. Интерактивные о бразовательные технологии, используемые при проведении

аудиторных занятий и во внеаудиторной работе со студентами

Семестр	Вид занятия (Л, ПЗ, ЛР)	Вид используемых интерактивных образовательных технологий	Количество часов
	Л	Методы проблемного обучения. IT -методы.
ПЗ	Работа в команде. Обучение на основе опыта.
ЛР	IT -методы. Исследовательский метод. Обучение на основе опыта.

7.1. В чем различия между понятиями «событие», «сообщение», «сведения», «информация»?

7.2. Какой смысл имеют понятия «информация», «сигнал», «канал связи»?

7.3. Что является предметом теории сигналов? Каковы разделы теории сигналов?

7.4. Каковы области применения информационных систем и основные проблемы создания этих систем?

7.5. Какими единицами измеряется количество информации? Приведите примеры.

7.6. В чём заключаются достоинства и недостатки систем, использующих непрерывные сигналы (и сообщения)?

7.7. В чём смысл теоремы В.А. Котельникова? Каковы её следствия? Приведите математическую формулировку теоремы для сигналов с ограниченным частотным спектром в пределах (0…Fc) Гц.

7.8. Каковы обобщённые физические характеристики сигналов? Что такое «объём» сигнала и его геометрическая модель? Приведите обозначения характеристик и пример геометрической модели.

7.9. Что такое «квантование» непрерывных сигналов? С какой целью и погрешностью выполняется квантование? Приведите пример квантования сигнала.

7.10. Какими достоинствами и недостатками обладают способы преобразования непрерывных сигналов в дискретные путём дискретизации их а) во времени и б) по уровню (квантование)?

7.11. Каким образом выбрать шаг квантования непрерывного сигнала по уровню, чтобы удовлетворить требованиям заданной точности и помехоустойчивости передачи?

7.12. Каковы виды квантования? В чём их отличие и каковы цели квантования того или иного вида? Приведите соответствующие графики (временные диаграммы) различных видов квантования.

7.13. Как рассчитать количество информации (в битах), содержащееся в дискретном m-значном n-элементном сообщении (сигнале), если сообщения равновероятны? Приведите пример для конкретных значений «n» и «m».

7.14. Каково количество информации (в битах) содержится в 5-буквенных словах русского и латинского алфавитов (например, английского языка) в предположении, что все буквы (символы алфавита) равновероятны?

7.15. Какой смысл вкладывается в понятия «кодирование» и «кода» информации? Каковы цели кодирования?

7.16. Как определяется количество информации в неравновероятных дискретных сообщениях? В сообщениях с взаимно зависимыми (коррелированными) символами алфавита? Приведите примеры.

7.17. Что понимается под «пропускной способностью» канала (каналов) связи? Как влияет на пропускную способность некоторого канала связи наличие помех?

7.18. Какова взаимная связь физических и информационных характеристик сигнала? Какие характеристики сигнала относятся к информационным характеристикам?

7.19. Каковы условия (необходимые и достаточные) согласования сигналов и каналов связи? Какие методы преобразования сигналов для этой цели используются, и чем (как?) они реализуются?

7.20. Как оценить количество информации в непрерывных сообщениях (и сигналах)?

7.21. Что такое «энтропия» сообщений, источника сообщений? Как её рассчитать? - В случае равновероятных дискретных сообщений? - Для неравновероятных дискретных сообщений?

7.22. Каковы цели модуляции сигналов? Виды модуляции? Перечислите цели и назовите виды. Приведите примеры видов модуляции.

7.23. Каковы основные параметры и характеристики кодов? Что такое «минимальное кодовое расстояние кода», и как оно влияет на свойства кода?

7.24. Что понимается под «эффективностью» систем передачи и обработки информации? Как оценивается эффективность информационных систем?

7.25. Каковы цели эффективного и помехоустойчивого кодирования информации? В чём их противоречие? Приведите (по названию) примеры эффективных и помехоустойчивых кодов.

7.26. Каковы принципы обнаружения и исправления ошибок при кодировании информации кодами Хэмминга? Приведите примеры.

7.27. Что такое «избыточность» источника сообщений? -Избыточность кода? Как влияет избыточность (источника и кода) на скорость передачи информации?

7.28. Какова избыточность сообщений при кодировании информации кодами с защитой по паритету и кодами Хэмминга?

7.29. Как выбрать код для передачи информации с заданной верностью передачи? Что для этого требуется?

7.30. Что понимается под «ценностью» информации? - «Оперативностью» использования информации? Как оценить ценность и оперативность использования информации?

Указанные контролирующие материалы используются как при текущем, так и при итоговом контроле.

Дата добавления: 2015-05-10