Общая теория связи

Оглавление

ВВЕДЕНИЕ

Часть I. ОСНОВЫ ТЕОРИИ СИГНАЛОВ И КАНАЛОВ СВЯЗИ

Глава 1. МОДЕЛИ И ОПЕРАТОРЫ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ
1.1. Обобщенная модель системы передачи информации (СПИ)
1.2. Основные характеристики и простейшая классификация сигналов
1.3. Операторы передачи и приёма сигналов
1.3.1. Операторы передающего устройства
1.3.2. Операторы приемного устройства
1.4. Геометрическое представление преобразования сигналов в системе передачи информации
1.5. Особенности оптимизации преобразованийсообщений и сигналов в различных метрических пространствах
Контрольные вопросы

Глава 2. ДЕТЕРМИНИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ
2.1. Временное и спектральное представления аналоговых сигналов. Интегральные преобразования Фурье
2.2. Локальные частотно-временные представления аналоговых сигналов
2.2.1. Оконное преобразование Фурье
2.2.2. Вейвлет-преобразование
2.3. Представление аналоговых сигналов ортогональными рядами
2.3.1. Обобщенныйр яд Фурье
2.3.2. Ортогональные представления финитных во времени сигналов
2.4. Дискретизация и восстановление аналоговых сигналов
2.4.1. Сигналы с ограниченным спектром. Теорема Котельникова
2.4.2. Временная дискретизация аналогового сигнала
2.4.3. Восстановление аналогового сигнала по его отсчетам
2.5. Аналитические и узкополосные сигналы. Преобразование Гильберта
2.5.1. Аналитический сигнал
2.5.2. Преобразование Гильберта
2.5.3. Узкополосный сигнал
2.6. Представления дискретно-аналоговых сигналов
2.6.1. От преобразования Лапласа к Z-преобразованию
2.6.2. Дискретное преобразование Фурье
2.6.3. Быстрое преобразование Фурье
Контрольные вопросы

Глава 3. СЛУЧАЙНЫЕ СИГНАЛЫ
3.1. Общие представления о случайных процессах
3.2. Вероятностные характеристики и классификация случайных процессов
3.3. Вероятностные и числовые характеристики одномерных случайных величин
3.4. Вероятностные и числовые характеристики двумерных случайных величин
3.5. Функция корреляции и спектральная плотность мощности случайного процесса. Преобразования Винера–Хинчина
3.6. Моделирование непрерывных случайных сообщений
Контрольные вопросы

Глава 4. МОДУЛИРОВАННЫЕ СИГНАЛЫ
4.1. Сигналы аналоговой модуляции при гармоническом переносчике
4.1.1. Сигналы амплитудной модуляции
4.1.2. Сигналы угловой модуляции
4.2. Особенности модуляции при случайном сообщении
4.3. Сигналы дискретной модуляции
4.3.1. Понятие о передаче данных и сигнальном созвездии
4.3.2. Сигналы двоичной модуляции
4.3.3. Сигналы M-ичной модуляции. Сигнально-кодовые конструкции
4.4. Модулированные сигналы при импульсном переносчике
Контрольные вопросы

Глава 5. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КАНАЛОВ СВЯЗИ
5.1. Особенности реальных каналов связи
5.2. Общая теория систем применительно к каналам связи
5.2.1. Физическийи математический уровни описания каналов связи
5.2.2. Аксиомы теории систем
5.2.3. Математическая классификация каналов связи
5.3. Модели и особенности непрерывных каналов связи
5.3.1. Простейшие модели непрерывных каналов связи
5.3.2. Преобразование сигналов в нелинейных и линейных звеньях каналов связи
5.4. Простейшие модели дискретных каналов связи
5.5. Особенности оптических каналов связи
Контрольные вопросы

Часть II. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ИНФОРМАЦИИ И КОДИРОВАНИЯ

Глава 6. ИНФОРМАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ТЕОРИИ СИГНАЛОВ
6.1. Модель и основные характеристики системы передачи информации
6.1.1. Модель системы передачи информации
6.1.2. Внешние и внутренние характеристики системы передачи информации
6.1.3. Системы передачи информации с кодированием. Основные понятия
6.2. Информационные характеристики источников дискретных сообщений
6.2.1. Информационные меры Хартли и Шеннона
6.2.2. Энтропия дискретного ансамбля и взаимная информация
6.2.3. Удельная энтропия
6.2.4. Асимптотическая эквивалентность неравновероятных возможностейравноверо ятным. Энтропийная мощность
6.2.5. Производительность и избыточность источника
6.3. Информационные характеристики источников непрерывных сообщений
6.3.1. Энтропия непрерывного ансамбля
6.3.2. Дифференциальная энтропия
6.3.3. Условная энтропия и количество взаимнойинформации
6.3.4. Дифференциальная энтропия случайного вектора
6.3.5. Дифференциальная энтропия стационарного сообщения дискретного времени
6.3.6. Эпсилон-энтропия и эпсилон-производительность источника непрерывных сообщений. Функция скорость-искажение
Контрольные вопросы

Глава 7. ИНФОРМАЦИОННЫЕ АСПЕКТЫ ТЕОРИИ КАНАЛОВ
7.1. Исследуемые модели каналов связи
7.2. Информационные характеристики дискретных каналов связи
7.3. Информационные характеристики непрерывных каналов связи
7.4. Информационная емкость и пропускная способность дискретного канала связи
7.4.1. Математические модели канала
7.4.2. Информационная емкость стационарного канала без памяти
7.4.3. Информационная емкость и пропускная способность m-ичного симметричного канала
7.4.4. Пропускная способность двоичного симметричного канала
7.5. Информационная емкость и пропускная способность непрерывного канала связи
7.5.1. Математические модели канала
7.5.2. Информационная емкость стационарного канала дискретного времени
7.5.3. Информационная емкость стационарного канала с аддитивным шумом
7.5.4. Пропускная способность непрерывного канала непрерывного времени
7.5.5. Оценка эффективности дискретного канала дискретного времени
Контрольные вопросы

Глава 8. ПЕРЕДАЧА ИНФОРМАЦИИ ПО КАНАЛАМ СВЯЗИ С КОДИРОВАНИЕМ СООБЩЕНИЙ. ПРЕДЕЛЬНЫЕ ТЕОРЕМЫ
8.1. Передача информации по каналу без ошибок. Кодирование источника
8.1.1. Постановка задачи
8.1.2. Предельные возможности эффективного кодирования. Основная теорема кодирования для канала без шума
8.1.3. Примеры эффективного кодирования дискретных сообщений
8.2. Передача информации по каналу без шумов со штрафами
8.2.1. Погрешность эффективного декодирования при ограничении длины кодовойпоследовательности символов
8.2.2. Удельная пропускная способность дискретного канала со штрафами
8.3. Передача информации по каналу с шумом. Кодирование канала
8.3.1. Принципы оптимального кодирования и декодирования дискретных сообщенийв условиях помех
8.3.2. Предельные возможности помехоустойчивого кодирования. Основная теорема кодирования для канала с шумом
Контрольные вопросы

Глава 9. КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ПОМЕХОУСТОЙЧИВОГО КОДИРОВАНИЯ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ
9.1. Краткая классификация корректирующих кодов
9.2. Общие принципы корректирующего кодирования и декодирования дискретных сообщенийс обнаружением и исправлением ошибок
9.3. Корректирующие линейные коды
9.3.1. Способы задания линейного кода. Правила кодирования
9.3.2. Декодирование линейных кодов при обнаружении ошибок
9.3.3. Декодирование линейных кодов с исправлением ошибок
9.3.4. Линейные коды Хэмминга
9.4. Циклические коды
9.4.1. Циклическийс двиг и полиномиальное представление кода
9.4.2. Порождающийполином циклического кода
9.4.3. Правила кодирования и декодирования циклических кодов
9.4.4. Мажоритарное декодирование при исправлении ошибок
9.5. Сверточные коды
9.5.1. Принципы сверточного кодирования
9.5.2. Решетчатая диаграмма сверточного кода
9.5.3. Принципы последовательного декодирования сверточных кодов
9.5.4. Многопороговое декодирование сверточных кодов
9.6. Принципы каскадного и турбо кодирования дискретных сообщений
9.7. Помехоустойчивость и эффективность корректирующих кодов
9.8. Предельные оценки числа проверочных символов в блочном линейном коде при декодировании с исправлением ошибок
9.9. Применение корректирующих кодов в системах с обратной связью
Контрольные вопросы

Глава 10. ВЕДЕНИЕ В ТЕОРИЮ И МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
10.1. Криптосистемы защиты информации
10.1.1. Основные понятия и требования к средствам защиты информации
10.1.2. Этапы развития криптосистем защиты информации
10.1.3. Элементы теории чисел
10.2. Теоретико-информационные аспекты криптозащиты сообщений
10.2.1. Модель и основные понятия секретной связи
10.2.2. Общийвид оператора шифрования дискретных сообщений
10.2.3. Совершенная сектретность и совершенный шифр
10.2.4. Свойства криптопреобразования со случайным ключом. Информационная цена криптозащиты
10.2.5. Взаимная информация между криптограммойи ключом. Первая криптотеорема Шеннона
10.2.6. Криптопреобразование сообщенийс ключом конечной энтропии. Вторая криптотеоремаШеннона. Расстояние единственности
10.2.7. Криптограмма как зашумленное сообщение. Ключ как сдвиг в кольце алфавита. Гаммирование
10.3. Симметричные криптосистемы защиты информации
10.3.1. Основные классы криптопреобразований
10.3.2. Криптографические примитивы
10.3.3. Блочные шифры. Стандарты DES и ГОСТ 28147-89
10.3.4. Методы формирования ключейдля блочного шифра
10.4. Асимметричные криптосистемы защиты информации
10.4.1. Организация секретной связи
10.4.2. Односторонние (однонаправленные) функции и функции-ловушки
10.4.3. Криптосистема формирования ключей Диффи–Х елмана
10.4.4. Односторонняя функция с «лазейкой» и шифр RSA
10.4.5. Электронная подпись RSA
Контрольные вопросы

Часть III. ОСНОВЫ ТЕОРИИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРИЕМА СООБЩЕНИЙ

Глава 11. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМ СООБЩЕНИЙ КАК СТАТИСТИЧЕСКАЯ ЗАДАЧА
11.1. Содержание и классификация задач оптимального приема дискретных сообщений
11.1.1. Обнаружение сигналов
11.1.2. Различение сигналов
11.2. Проверка гипотез, критерии и показатели оптимальности приема
11.2.1. Критерии принятия решений
11.2.2. Показатели оптимальности приема
11.2.3. Отношение правдоподобия
11.3. Обобщенная структурная схема оптимального приемника
11.4. Оптимальная линейная фильтрация зашумленного импульсного сигнала по критерию максимума отношения сигнал/шум. Согласованный фильтр
11.4.1. Постановка задачи синтеза оптимального линейного фильтра
11.4.2. Отношение сигнал/шум на выходе ОЛФ при белом шуме
11.4.3. Оптимальные характеристики согласованного фильтра
11.4.4. Сигнальная и шумовая составляющие согласованного фильтра
11.4.5. Улучшение отношения сигнал/шум в согласованном фильтре
11.4.6. Примеры синтеза согласованных фильтров
11.4.7. Согласованная фильтрация импульсных сигналов, наблюдаемых на фоне коррелированного шума
Контрольные вопросы

Глава 12. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ В ГАУССОВСКИХ КАНАЛАХ С ДЕТЕРМИНИРОВАННОЙ СТРУКТУРОЙ
12.1. Модель и вероятностные характеристики гауссовского канала с детерминированной структурой
12.2. Оптимальное когерентное обнаружение сигналов на фоне аддитивных помех с равномерным спектром
12.3. Оптимальное когерентное различение двоичных сигналов на фоне аддитивных помех с равномерным спектром
12.4. Потенциальная помехоустойчивость когерентного приема двоичных сигналов
12.4.1. Помехоустойчивость алгоритмов обнаружения сигналов
12.4.2. Помехоустойчивость алгоритмов различения двоичных сигналов
12.4.3. Сравнение потенциальной помех оустойчивости когерентного приема сигналов двоичной модуляции
12.5. Оптимальные алгоритмы и помехоустойчивость когерентного приема многопозиционных сигналов на фоне аддитивных помех с равномерным спектром
12.5.1. Оптимальные аналоговые демодуляторы M-ичных синалов
12.5.2. Потенциальная помехоустойчивость систем передачи ортогональных и симплексных сигналов
12.5.3. Помехоустойчивость систем с M-ичнойи квадратурной АМ
12.6. Оптимальные алгоритмы и помехоустойчивость когерентного приема многопозиционных сигналов на фоне аддитивных помех с неравномерным спектром
12.6.1. Оптимальные аналоговые демодуляторы
12.6.2. Потенциальная помехоустойчивость демодуляторов
Контрольные вопросы

Глава 13. ОПТИМАЛЬНЫЙ ПРИЕМ ДИСКРЕТНЫХ СООБЩЕНИЙ В ГАУССОВСКИХ КАНАЛАХ СО СТОХАСТИЧЕСКОЙ СТРУКТУРОЙ
13.1. Модель и вероятностные характеристики гауссовского канала со стохастической структурой
13.1.1. Прямое и косвенное описания канала связи
13.1.2. Исключение мешающих параметров из функционала правдоподобия
13.2. Оптимальное обнаружение сигналов со случайной начальной фазойна фоне аддитивных помех с равномерным спектром
13.3. Оптимальное некогерентное различение многопозиционных сигналов на фоне аддитивных помех с равномерным спектром
13.3.1. Оптимальные аналоговые демодуляторы сигналов со случайной начальной фазой
13.3.2. Оптимальныйнек огерентный прием сигналов относительнойДФМ со случайной начальной фазой
13.4. Потенциальная помехоустойчивость некогерентного приема сигналов дискретноймо дуляции
13.5. Сравнение потенциальнойпомех оустойчивости некогерентного приема сигналов ДАМ, ДЧМ и ОДФМ
13.6. Оптимальныйнек огерентныйприем сигналов на фоне аддитивных помех с равномерным спектром в каналах с общими замираниями. Разнесенный прием
13.6.1. Оптимальные алгоритмы обнаружения и различения сигналов со случайными начальной фазой и амплитудой
13.6.2. Оптимальные алгоритмы различения сигналов в многолучевом канале с замираниями. Разнесенный прием
13.7. Помехоустойчивость систем передачи дискретных сообщений в условиях замираний
13.7.1. Вероятностные характеристики помехоустойчивости обнаружения сигналов со случайными начальной фазой и амплитудой
13.7.2. Вероятностные характеристики помехоустойчивости различения двоичных сигналов в условиях замираний
Контрольные вопросы

Глава 14. ОСОБЕННОСТИ ОПТИМАЛЬНОГО ПРИЕМА НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
14.1. Содержание и разновидности задач оптимального приема непрерывных сообщений
14.1.1. Оценка параметров и фильтрация сигналов
14.1.2. Задачи оптимального приема непрерывных сообщений
14.1.3. Математические модели непрерывных сообщений
14.2. Типовая схема и показатели помехоустойчивости систем передачи непрерывных сообщений
14.2.1. Типовая схема анализа помехоустойчивости
14.2.2. Показатели помехоустойчивости приема непрерывных сообщений
14.3. Введение в теорию статистического оценивания параметров
14.3.1. Постановка задачи
14.3.2. Функция потерь и среднийриск статистической оценки
14.3.3. Состоятельные, несмещенные и достаточные оценки
14.3.4. Неравенство информации и эффективные оценки
14.3.5. Максимально правдоподобное оценивание
14.3.6. Поисковые и следящие системы оценки параметров
14.4. Оптимальная линейная фильтрация зашумленного сообщения по критерию минимума среднеквадратическойпогрешности. Фильтр Колмогорова–Винера
14.4.1. Постановка задачи синтеза оптимального линейного фильтра
14.4.2. Характеристики оптимального линейного фильтра при аналоговом наблюдении. Уравнение Винера–Хопфа
14.4.3. Оптимальный линейный фильтр при дискретно-аналоговом наблюдении. Синтез фильтра во временной области
14.4.4. Характеристики оптимального фильтра в частотной области
14.4.5. Пример оптимальнойлиней ной фильтрации модели речевого сигнала, наблюдаемого в смеси с белым шумом
14.5. Дискретно-аналоговые алгоритмы оптимальной оценки параметров непрерывного сообщения
14.5.1. Оптимальная фильтрация последовательности оценок детерминированного сообщения
14.5.2. Оценка коэффициентов авторегрессионноймо дели сообщения на основе метода наименьших квадратов
14.5.3. Оценка коэффициентов линейного прогноза на основе рекуррентного метода наименьших квадратов
Контрольные вопросы

Глава 15. ПОТЕНЦИАЛЬНАЯ ВЕРНОСТЬ И АЛГОРИТМЫ ОПТИМАЛЬНОГО ПРИЕМА НЕПРЕРЫВНЫХ СООБЩЕНИЙ
15.1. Операторы идеального приема
15.2. Спектральная плотность мощности шума на выходе оптимального приемника. Понятие об идеальной системе
15.2.1. Максимально правдоподобная оценка спектральной плотности мощности шума на выходе приемника
15.2.2. Особенности прямых и непрямых методов модуляции
15.2.3. Понятие об идеальной системе
15.3. Потенциальная верность приема сигналов с непрерывными видами модуляции
15.3.1. Системы с амплитудноймо дуляцией и ее разновидностями
15.3.2. Системы с угловой модуляцией
15.3.3. Системы с импульсной модуляцией
15.3.4. Пороговыйэффект в широкополосных системах с нелинейными видами модуляции
15.4. Оптимальныйприем и предельная верность оценки параметров гармонического сигнала на фоне шума с равномерным спектром
15.4.1. Алгоритмы оптимальнойоценки векторного параметра
15.4.2. Оптимальная оценка амплитуды гармонического сигнала
15.4.3. Оценка частоты и начальнойфазы гармонического сигнала
15.5. Оптимальныйприем сигналов непрерывной модуляции на фоне гауссовского шума с известными характеристиками
15.5.1. Необходимые условия оптимальности оценки сообщения
15.5.2. Оптимальныйприем сигналов на фоне гауссовского шума при передаче непрерывного гауссовского сообщения
15.5.3. Структурные схемы оптимальных демодуляторов гауссовского сообщения при наличии помех с равномерным спектром
15.5.4. Потенциальная верность фильтрации стационарного гауссовского сообщения при его наблюдении в смеси с белым шумом
15.6. Оптимальная рекуррентная фильтрация зашумленного сигнала в пространстве состояний. Дискретно-аналоговый фильтр Калмана
15.6.1. Уравнения состояния и наблюдений
15.6.2. Уравнения оптимальнойоценки вектора состояния
15.6.3. Основные особенности фильтра Калмана
Контрольные вопросы

Часть IV. ПРИЛОЖЕНИЯ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СВЯЗИ

Глава 16. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ПРИНЦИПЫ МНОГОКАНАЛЬНОЙ СВЯЗИ
16.1. Общие положения
16.1.1. Обобщенная структурная схема многоканальной связи
16.1.2. Принципы организации многоканальной связи
16.2. Линейное уплотнение и разделение сигналов
16.2.1. Основы теории
16.2.2. Структурная схема системы многоканальной связи с линейным уплотнением и разделением линейно-независимых сигналов
16.3. Особенности нелинейного уплотнения и разделения сигналов
16.3.1. Комбинированное уплотнение и разделение
16.3.2. Логическое уплотнение и разделение
16.3.3. Разделение канальных сигналов по уровню
16.3.4. Взаимосвязь между комбинированным разделением и разделением сигналов по уровню
16.3.5. Метод разделения сомножителей
Контрольные вопросы

Глава 17. МНОГОКАНАЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ ПЕРЕДАЧИ СООБЩЕНИЙ С ЧАСТОТНЫМ, ВРЕМЕННЫМ И КОДОВЫМ УПЛОТНЕНИЕМ И РАЗДЕЛЕНИЕМ СИГНАЛОВ
17.1. Частотное уплотнение и разделение канальных сигналов
17.1.1. Условия линейного уплотнения и разделения сигналов
17.1.2. Многоканальная система передачи с гармоническими поднесущими
17.1.3. Особенности цифровоймногочастотной модуляции
17.1.4. Цифровая многочастотная модуляция с широкополосными ортогональными гармоническими поднесущими. ОГСП-OFDM
17.2. Временное уплотнение и разделение канальных сигналов
17.2.1. Условия линейного уплотнения и разделения сигналов
17.2.2. Многоканальная система передачи с импульсными поднесущими
17.3. Различение сигналов по их форме и кодовое разделение каналов
17.4. Основные характеристики многоканальных систем
17.4.1. Характеристики МСП с ЧРК
17.4.2. Характеристики МСП с ВРК
17.4.3. Пропускная способность и эффективность многоканальных систем
17.4.4. Оценка помехоустойчивости многоканальных систем
Контрольные вопросы

Глава 18. ПРИНЦИПЫ МНОГОСТАНЦИОННОГО ДОСТУПА В ЛИНИЮ СВЯЗИ
18.1. Многопользовательская среда и многостанционный доступ
18.1.1. Модель системы передачи с многостанционным доступом
18.1.2. Методы многостанционного доступа
18.2. Особенности формирования сигналов в асинхронно-адресных системах связи
18.2.1. Общие требования к сигналам
18.2.2. Сигналы с частотно-временным кодированием
18.2.3. Сложные фазоманипулированные сигналы
18.2.4. Межстанционные помехи
18.3. Особенности сотовых сетейпо движной радиосвязи
18.3.1. Модель сотовойтелефонной сети
18.3.2. Способы организации структуры сети
18.3.3. Особенности общеевропейской цифровой системы стандарта GSM
18.4. Четыре поколения развития сетейширок ополосного доступа
18.5. Многоантенныйвх од-выход и пространственно-временное кодирование сообщений
18.5.1. Модель системы и особенности структуры множественный вход — множественный выход
18.5.2. Пространственно-временное блочное кодирование. Схема Аламоути
Контрольные вопросы

Глава 19. ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ СЕТЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ИНФОРМАЦИИ
19.1. Сеть связи как открытая система
19.2. Организация связи в коммутируемых сетях
19.3. Математическая модель сети и элементы маршрутизации
19.4. Особенности маршрутизации в транспортных сетях
19.5. Основные понятия теории распределения информации
19.6. Оптимизация пропускнойспособности каналов сети с коммутацией пакетов
Контрольные вопросы

Глава 20. ЭЛЕМЕНТЫ ОБЩЕЙ ТЕОРИИ СВЯЗИ В БИОЛОГИЧЕСКИХ СТРУКТУРАХ
20.1. Сообщения в биологических объектах
20.1.1. Коммуникация в живом мире
20.1.2. Информационныйобмен в клетке. Генетический код
20.1.3. Сравнение телеграфного и генетического кодов
20.2. Еще раз о пространствах в биологических структурах
20.3. Принципы передачи сигналов в нейросенсорных системах
20.3.1. Нейрон как приемо-передающая информационная система
20.3.2. Функциональная модель нейрона и динамическая частотно-импульсная модуляция
20.4. Функциональная модель зрительнойсистемы
20.5. Особенности преобразования сигналов в слуховой системе
20.5.1. Общие принципы преобразования речи на периферии слуха
20.5.2. Математические модели и характеристики основных структур периферии слуховой системы
20.6. Статистическая теория оценки качества речевой связи по разборчивости и громкости слухового восприятия речи
20.6.1. Рабочие характеристики слуховойсистемы и разборчивость речи
20.6.2. Стохастическая модель слуховых нейронов и громкость речи
Контрольные вопросы

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ