Лабораторная работа 1, 2, 3, 4, 5, 6: Контрольные вопросы к лабораторным работам

Лабораторная работа № 1

1. Сформулировать теорему Котельникова и привести графики, поясняющие её. Применима ли теорема Котельникова к реальному сигналу? В чём состоит отличие реального сигнала от идеального?
2. Пояснить необходимость дискретизации сигналов. В чём состоит преимущество дискретных сигналов перед аналоговыми? Описать работу устройств, обеспечивающих преобразование аналогового сигнала в дискретный.
3. Дискретизация как составная часть цифровой обработки сигналов. Пояснить механизм образования ошибок в устройствах выборки-хранения. Описать преимущества цифровой обработки сигналов перед аналоговой.
4. Описать основные различия аналогового и дискретного сигнала во временной и частотной области. Что такое цифровой сигнал? При помощи каких устройств получают цифровой сигнал из аналогового?
5. Привести пример дискретизации идеального сигнала с произвольным спектром, выполненной согласно теореме Котельникова. Изобразить преобразование сигнала во временной и частотной области. Как связаны временное и частотное представление сигнала?
6. Привести пример дискретизации идеального сигнала в случае нарушения теоремы Котельникова (частота дискретизации больше / меньше частоты Котельникова). Изобразить преобразование сигнала в частотной области. Пояснить механизм возникновения ошибок в этих случаях.
7. Привести пример дискретизации реального сигнала. Как выбирается верхняя частота реального сигнала? Каким образом можно избавиться от ошибок, возникающих вследствие «перекрытия спектра»?
8. Объяснить, каким образом изменится ошибка восстановления сигнала в случае уменьшения частоты дискретизации для реального и идеального сигнала. Что произойдёт с ошибкой в случае увеличения частоты дискретизации? Почему нельзя использовать бесконечно большую частоту дискретизации?
9. Пояснить механизм восстановления аналогового сигнала из дискретного. Изобразить преобразования сигнала во временной и частотной областях. Объяснить ошибки, возникающие при восстановлении реального сигнала.
10. Как выглядит амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) фильтра, восстанавливающего аналоговый сигнал из дискретного? Каким образом АЧХ связана с импульсной характеристикой (ИХ) фильтра? Как выглядит ИХ восстанавливающего фильтра? Как связан сигнал на выходе фильтра с сигналом на входе при известной ИХ фильтра?
11. Можно ли реализовать идеальный восстанавливающий фильтр? Почему? Каким образом получить реальный восстанавливающий фильтр из идеального? На что влияет количество боковых лепестков ИХ?
12. Как изменится АЧХ восстанавливающего фильтра в случае уменьшения количества боковых лепестков ИХ? Как изменится ошибка восстановления в случае уменьшения количества боковых лепестков ИХ и почему?
13. Пояснить, какие причины препятствуют точному восстановлению аналогового сигнала по последовательности отсчётов. Во сколько раз уменьшится ошибка восстановления реального сигнала в случае, если перед дискретизацией его пропустили через фильтр нижних частот с частотой среза, равной верхней частоте сигнала?
14. Что такое марковский процесс первого порядка? Каким образом можно его получить? Что такое белый шум? В чём состоит его отличие от марковского процесса?

Лабораторная работа № 2

1. Для чего предназначена система связи? Что такое информация и сообщение? Привести примеры сообщений. Что такое сигнал? Какие существуют показатели эффективности передачи информации?
2. Описать преимущества цифровой обработки сигналов перед аналоговой. Изобразить структурную схему системы передачи информации с амплитудной модуляцией. Назвать каждый блок.
3. Описать источник сообщений. Что может служить первичным сообщением? Как классифицируются системы связи в зависимости от назначения (назвать первичные сообщения в каждой такой системе)? Приведите примеры преобразователей сообщения в первичный сигнал. Опишите сигнал, наблюдаемый в лабораторной работе на выходе источника.
4. Что такое модулятор? Для чего он служит? Назвать виды модуляции и пояснить на рисунках. Чем отличается модуляция от манипуляции? Опишите вид модуляции, использующийся в лабораторной работе.
5. Для чего нужна модуляция? В каких системах можно не использовать модулятор в передатчике? Как выглядит амплитудно-модулированный сигнал? Изобразить спектр амплитудно-модулированного сигнала. Как выглядит амплитудно-манипулированный сигнал?
6. Что такое канал связи? Какие существуют классификации каналов связи? Классифицируйте помехи, действующие в канале связи.
7. Что такое согласованный фильтр (СФ)? Для чего он нужен? Записать импульсную характеристику (ИХ) СФ. Изобразить ИХ СФ для прямоугольного и треугольного видеоимпульса.
8. Какие параметры сигнала необходимо знать, чтобы построить СФ? Какое условие необходимо для каузальности СФ? Что такое когерентный и некогерентный приём?
9. Как связан сигнал на выходе СФ с сигналом на входе? Как связана комплексно-частотная характеристика СФ со спектром «ожидаемого» сигнала? Что наблюдается на выходе СФ, если на входе присутствует «ожидаемый» сигнал?
10. Изобразить сигнал на выходе СФ для прямоугольного видео- и радиоимпульса, если на входе фильтра, соответственно, прямоугольный видео- и радиоимпульс.
11. Пояснить различие когерентного и некогерентного приёма при помощи сигнала на выходе СФ. В каком случае нужен амплитудный детектор и почему? Какую функцию выполняет амплитудный детектор?
12. Как выбирается порог для порогового устройства (ПУ)? Пояснить при помощи графика плотностей распределения вероятностей. Какие существуют критерии выбора оптимального порога?
13. Что такое плотность распределения вероятностей? Что такое априорные и апостериорные вероятности? Как определяется полная вероятность ошибки? Показать на рисунке вероятности ложной тревоги, пропуска цели, правильного обнаружения и правильного необнаружения.
14. Каким образом на вероятность ошибки влияет шум? Что такое отношение сигнал/шум? Какими параметрами характеризуется гауссовская плотность распределения вероятности?
15. Как изменится вероятность ошибки, если увеличить амплитуду принимаемого импульса? Как изменится вероятность ошибки, если увеличить длительность принимаемого импульса? Пояснить при помощи графика плотностей распределения вероятностей.
16. Как изменится вероятность ошибки, если установить порог меньше/больше оптимального? Что происходит с ошибкой при частотной расстройке СФ и почему?
17. От чего зависит вероятность ошибки в системе? Как можно её уменьшить? От чего зависит точность измерения случайных величин при моделировании систем передачи информации?

Лабораторная работа № 3

1. Для чего предназначена система связи? Что такое информация и сообщение? Привести примеры сообщений. Что такое сигнал? Какие существуют показатели эффективности передачи информации?
2. Описать преимущества цифровой обработки сигналов перед аналоговой. Изобразить структурную схему системы передачи информации с частотной манипуляцией. Назвать каждый блок.
3. Описать источник сообщений. Что может служить первичным сообщением? Как классифицируются системы связи в зависимости от назначения (назвать первичные сообщения в каждой такой системе)? Приведите примеры преобразователей сообщения в первичный сигнал. Опишите сигнал, наблюдаемый в лабораторной работе на выходе источника.
4. Что такое модулятор? Для чего он служит? Назвать виды модуляции и пояснить на рисунках. Чем отличается модуляция от манипуляции? Опишите вид модуляции, использующийся в лабораторной работе.
5. Для чего нужна модуляция? В каких системах можно не использовать модулятор в передатчике? Как выглядит частотно-модулированный сигнал? Как выглядит амплитудно-манипулированный сигнал?
6. Что такое канал связи? Какие существуют классификации каналов связи? Классифицируйте помехи, действующие в канале связи.
7. Что такое согласованный фильтр (СФ)? Записать импульсную характеристику (ИХ) СФ. Изобразить ИХ СФ для прямоугольного и треугольного видеоимпульса.
8. Какие параметры сигнала необходимо знать, чтобы построить СФ? Какое условие необходимо для каузальности СФ? Поясните при помощи рисунка и формул, каким образом частотно-манипулированный сигнал можно представить в виде суммы двух амплитудно-манипулированных сигналов с разными частотами.
9. Какую функцию выполняет амплитудный детектор в схеме? Пояснить необходимость его наличия в системе с частотной манипуляцией.
10. Пояснить принцип работы порогового устройства. Какие блоки оно должно включать в себя? Пояснить механизм возникновения ошибок при работе порогового устройства.
11. Записать полную вероятность ошибки. Характеристикой какого блока схемы является априорная вероятность? Назвать апостериорные вероятности в случае обнаружения и различения сигналов. В чём основное различие обнаружения и различения сигналов?
12. Что такое коэффициент корреляции? Каким образом коэффициент корреляции зависит от разности частот? Изобразить график. Пояснить выбор коэффициентов корреляции в лабораторной работе.
13. Для чего нужны два канала обработки сигнала в приёмнике системы связи с частотной манипуляцией? Каким образом происходит разделение каналов? Для чего нужно вычитающее устройство?
14. Изобразить плотности распределения вероятностей сигналов для системы с частотной манипуляцией. Пояснить, каким образом они формируются. Как выбирается оптимальный порог?
15. Каким образом на вероятность ошибки влияет шум? Что такое отношение сигнал/шум? Какими параметрами характеризуется гауссовская плотность распределения вероятности?
16. Как изменится вероятность ошибки, если увеличить амплитуду принимаемого импульса? Как изменится вероятность ошибки, если увеличить длительность принимаемого импульса? Пояснить при помощи графика плотностей распределения вероятностей.
17. Как изменится вероятность ошибки, если установить порог меньше/больше оптимального? Что происходит с ошибкой при частотной расстройке СФ и почему?
18. От чего зависит вероятность ошибки в системе? Как можно её уменьшить? От чего зависит точность измерения случайных величин при моделировании систем передачи информации?

Лабораторная работа № 4

1. Что такое сеть связи? Чем характеризуются современные сети связи? Что такое маршрутизация?
2. Что такое маршрутизация? Что такое таблицы маршрутизации? Как они формируются? Что такое план распределения информации? Составить таблицу маршрутизации для заданного узла в заданной сети связи
3. По каким критериям осуществляется формирование планов распределения информации? Что такое динамический и статический план распределения информации?
4. Описать методы фиксированной, адаптивной и случайной маршрутизации.
5. Каким образом осуществляется выбор маршрута с использованием плана распределения информации? Какие существуют критерии выбора маршрута?
6. Какие существуют методы маршрутизации? Описать метод рельефов и метод минимума транзитных пунктов.
7. Объяснить на примере суть логического метода маршрутизации.
8. Пояснить принцип работы сети связи любой конфигурации. Каким образом влияет количество линий связи на вероятность отказов. Что ограничивает количество линий связи?
9. Какие существуют критерии оптимальности маршрутов. Как определить оптимальное количество линий для заданной сети связи?
10. Назвать основные типы конфигураций сетей связи. Пояснить принцип их работы в случае отказов. В каких случаях одни конфигурации предпочтительней, чем другие?
11. Что такое локальные, региональные, глобальные сети связи? Что такое надёжность, живучесть и доступность? От чего они зависят? Что такое резервирование «1+1» и «1+n»?
12. Что такое теория телетрафика? Что такое нагрузка? В чём измеряется интенсивность нагрузки? Чем характеризуется поток вызовов?
13. Пояснить принцип работы системы массового обслуживания (СМО). Классификация СМО. Чем определяется качество обслуживания в СМО?
14. Пояснить неравномерность нагрузки в разные промежутки времени. Что такое час наибольшей нагрузки? Классификация нагрузки.
15. В чём состоит задача ограничения нагрузки? Как ограничение нагрузки влияет на качество связи?

Лабораторная работа № 5

1. Основные принципы построения систем подвижной радиосвязи. Условия функционирования систем подвижной связи.
2. Классификация систем подвижной связи (по местонахождению, по виду используемого сигнала, по предоставляемым услугам).
3. Классификация систем подвижной связи (по степени автономности, по категориям пользователей, по назначению).
4. Пояснить способы построения сетей связи общего пользования: радиальный, территориальный и линейный. Назвать достоинства и недостатки сотовых систем.
5. По каким признакам классифицируется аппаратура систем подвижной связи? Какие существуют особенности распространения радиоволн в системах подвижной радиосвязи?
6. Организация системы сотовой связи. Что такое частотный план? Привести пример организации 9-частотного плана.
7. Принципы распределения частотных каналов связи между сотами (фиксированный, динамический и смешанный).
8. Объяснить зависимость размера зоны обслуживания от мощности базовой станции. Каким образом осуществляется учёт мощности от соседних базовых станций? Как происходит передача обслуживания при движении абонента через несколько сот?
9. Каким образом вероятность отказа зависит от количества абонентов и от количества каналов? Что такое трафик? Каким образом можно увеличить ёмкость сотовых систем связи?
10. Пояснить неравномерность нагрузки в разные промежутки времени. Что такое час наибольшей нагрузки? Классификация нагрузки.
11. В чём состоит задача ограничения нагрузки? Как ограничение нагрузки влияет на качество связи?
12. Что такое замирание? Причины возникновения замираний. Привести графические примеры. Пояснить, почему вероятность отказа зависит от дисперсии мощности сигнала на входе приёмника.
13. Географическая структура системы сотовой связи. Пояснить, почему отказов в обслуживании больше на границах сот.
14. Что такое соканальная помеха? Пояснить, каким образом уровень соканальных помех зависит от расстояния между базовыми станциями, от расстояния между базовой станцией и абонентом.
15. Что такое кластер? Что такое сота? Пояснить, каким образом уровень соканальных помех зависит от размера кластера, от высоты подъёма антенн базовых станций.

Лабораторная работа № 6

1. Для чего предназначена система связи? Что такое информация и сообщение? Привести примеры сообщений. Что такое сигнал? Какие существуют показатели эффективности передачи информации?
2. Привести и объяснить на примерах классификацию систем связи.
3. Изобразить упрощённую структурную схему многоканальной системы связи и объяснить принцип её функционирования.
4. Для чего необходимо построение многоканальных систем связи? Какие существуют способы разделения каналов?
5. Описать принцип частотного разделения каналов (ЧРК). Изобразить пример группового сигнала в системах с ЧРК.
6. Привести структурную схему системы связи с ЧРК. Какие условия должны выполняться, чтобы без помех передать сообщения от нескольких пользователей по одному каналу?
7. Описать принцип временного разделения каналов (ВРК). Изобразить пример группового сигнала в системе с ВРК.
8. Привести структурную схему системы связи с ВРК. Какие условия должны выполняться, чтобы без помех передать сообщения от нескольких пользователей по одному каналу?
9. Что такое побитовое и побайтовое мультиплексирование? Пояснить на примере. Привести графики.
10. Изобразить структурную схему мультиплексирования для двух каналов. Описать принцип её работы. Какие функции выполняют генератор тактовых импульсов и счётчик? С какой частотой они работают?
11. Какими характеристиками должен обладать канал для того, чтобы по нему без помех передавать какой-либо сигнал. Изобразить импульсную и амплитудно-частотную характеристику этого фильтра.
12. Как выглядит импульсная характеристика (ИХ) фильтра нижних частот? Как изменится ИХ в случае увеличение / уменьшения полосы пропускания?
13. Объяснить каким образом зависит вероятность ошибки от количества объединяемых каналов.
14. Описать механизм возникновения ошибок в системах с мультиплексированием.