Многоканальные телекоммуникационные системы (компьютерные упражнения). Часть 1. Методические указания по выполнению упражнений. Учебное пособие

Компьютерные упражнения по курсу «Многоканальные телекоммуникационные системы» разработаны на базе математического процессора Office Excel. Выбор приложения Microsoft Office Excel был сделан на основе следующих соображений. Во-первых, данное приложение весьма распространено и большинство пользователей ПК имеет навыки работы с ним. Широкое распространение этого приложения позволит выполнять упражнения, как в домашних условиях, так и практически в любых компьютерных классах. Во-вторых, в программы упражнений могут оперативно вноситься поправки преподавателем, ведущим занятия, без обращения к услугам профессионального программиста. В-третьих, расчѐты посредством Office Excel корректны и наглядны и не требуют специальных уточнений относительно скрытой от пользователя цифровизации данных, как, например, в приложениях LabVIEW или Mathcad. Конечно, выбранное приложение не свободно от недостатков, однако большинство из них, так или иначе, преодолеваются по мере накопления навыка работы с приложением, как студентами, так и преподавателями.

1. Общие рекомендации по использованию приложения Microsoft Office Excel

Работа с компьютерными учебными материалами, созданными с использованием приложения Microsoft Office Excel, имеет некоторые особенности. Прежде всего, следует указать, что в любом приложении Excel возможно защитить, как минимум, только целый лист книги. Однако при наличии защиты в лист нельзя вводить какие-либо данные. Поскольку в процессе выполнения упражнений в листы Excel необходимо вводить данные, все листы не защищѐны. Поэтому, во избежание невозможности продолжать работу после случайного искажения информации (формул, констант ит.д.) в служебных ячейках, перед началом работы обязательно следует создать резервную копию соответствующего материала, желательно на внешнем носителе.

Работа с учебными материалами возможна, как с использованием Excel 2003, так и Excel 2007. Поскольку приложение Excel 2003 наиболее распространено, обратимся вначале к его особенностям.

1.1. Microsoft Office Excel 2003

При установке пакета Microsoft Office 2003 некоторые, необходимые функции Excel не инициализируются. К ним относятся функции Подбор параметра…,

Поиск решения… и Анализ данных…. Инициализация функции Подбор пара-

3

метра… проста: для этого в открытой книге следует выделить в главном меню раздел Сервис и в открывшемся подменю – название данной функции. Если эта функция не инициализирована, то откроется диалоговое окно, в котором будет предложено установить данный компонент. Функции Поиск решения… и Анализ данных… относятся к надстройкам Excel. Для их инициализации в подменю раздела Сервис следует выделить Надстройки… . Откроется диалоговое окно, показанное на рисунке 1. Следует установить флажки перед соответствующими

названиями (обязательно перед Analysis ToolPak VBA, Пакет анализа и Поиск решения) и нажать кнопку ОК. Возможно, что программа-установщик не найдѐт необходимых файлов и запросит дистрибутив Microsoft Office Excel 2003

(диск, с которого устанавливалось это приложение).

После инициализации указанных функций следует установить параметры вычислений. Для этого в подменю Сервис выделить пункт Параметры… и в открывшемся окне (рисунок 2) перейти на вкладку Вычисления. Установить флажки и значения так, как показано на этом рисунке.

Функция Подбор параметра… часто применяется для вычисления значения аргумента по заданной величине функции без еѐ аналитического преобразования в обратную функцию. Например, известно соотношение между дополнительными потерями в оптическом тракте Адп и «эпсилон-фактором» ε, отображающим уширение импульса из-за хроматической дисперсии среды распространения оптического сигнала

Адп 5lg(1 2 2 ) .

Запишем эту формулу в ячейку А2 листа Excel, как это показано на рисунке 3. Заметим, что формула в синтаксисе Excel отобразилась в строке формул, видной в верхней части рисунка. Установив в ячейке В2 значение ε равным 0,3 получаем величину Адп = 0,97325 дБ. Произведѐм теперь поиск значения ε, при ко-

4

Рис.2 Параметры вычислений

тором Адп равнялось бы двум децибелам. Для этого вызовем функцию Подбор параметра … (Сервис →Подбор параметра …) и в открывшемся диалоговом окне установим значения, как показано слева на рисунке 4. Нажимая кнопку ОК, получаем результат, который ото-

бражается в окне Результат подбора параметра, показанном на рисунке 4 справа. Если результат удовлетворите-

5

полученные значения сохраняются в ячейках листа. При нажатии кнопки Отмена окно закрывается, а в ячейках восстанавливаются первоначальные значения. Заметим, что в окне Подбор параметра достаточно вручную осуществить только

Рис.4 Использование функции Подбор параметра …

набор значения. Запись координат ячеек осуществляется последовательным выделением в окошке окна Подбор параметра и соответствующей ячейки на листе Excel. Заметим также, что при подборе параметра для уравнения, имеющего несколько решений, следует устанавливать начальное значение аргумента, близкое к его искомому значению. Например, подбирая значение для cosx, равное 0,9, и установив исходное значение х = 0, мы получим 0,45103, а установив х = 2π, полу-

чим 6,73423.

В большинстве случаев расчѐты в Excel иллюстрируются диаграммами. Наиболее часто используются диаграммы-графики и диаграммы-гистограммы, а иногда также и смешанные диаграммы, например, график и гистограмма на одной оси. При построении диаграмм удобно использовать встроенный Мастер построения диаграмм, однако в ряде случаев диаграмма, построенная с помощью Мастера…, требует некоторой корректировки. В качестве примера рассмотрим построение диаграммы двух гармонических функций, значения которых представлены в таблице, верхняя часть которой показана на рисунке 5.

6

Для построения диаграммы вызывается Мас-

тер построения диа-

комбинированные диаграммы находятся на вкладке Нестандартные.

Выбираем пункт График и вид графика, как показано на рисунке 6, и нажимается кнопка Далее >. Появляется окно Мастер диаграмм (шаг 2 из 4):…. В этом окне следует открыть вкладку Ряд и нажать кнопку Добавить. Далее следует ввести имена рядов, их значения и значения, которые должны быть отражены на оси абсцисс. К сожалению, раздельное форматирование в именах рядов невозможно, например одновременное использование строчных и подстрочных символов. Поэтому, имя такого вида, как U0sin(x+Δx), следует или как-то обозначить, или заменить, например, на Usin(x+dx). В дальнейшем, на готовой диаграмме можно будет произвести не-

7

данного ряда. В окне автоматически запишется, например

=Лист1!$C$10:$C$55,

где Лист1! – название листа, а $C$10:$C$55 –

диапазон ячеек с данными ряда.

После нажатия кнопки Добавить, аналогично ввести имя и данные для другого ряда и так далее. После ввода параметров рядов курсор переводится в окно Подписи по оси Х

и в таблице выделяются ячейки, содержащие значения х. Окно Мастера после указанных действий, представлено на рисунке 7.

Нажимая кнопку Далее>, переходим к окну Мастер диаграмм (шаг 3 из 4):…. На вкладке Заголовки вводим названия диаграммы, осей, например, «Гармонические функции», «х, град», «u, Вольт», и переходим на вкладку Оси. На этой вкладке устанавливаем флажки: ось Х (категорий) и ось Y (значений). Переключатель оси Х устанавливаем в положение автоматическая. На вкладке Линии сетки отмечаем флажками основные линии для обеих осей. На вкладке Легенда устанавливаем флажок Добавить легенду и указываем еѐ размещение, например, справа. Другие вкладки в данном случае не используются.

Переходим с следующему окну Мастера и указываем где следует тить диаграмму. После нажатия кнопки Готово на листе появляется диаграмма (рисунок 8), которую в большинстве случаев следует откорректировать, особенно если предполагается еѐ чѐрно-белая распечатка. Коррекция обычно заключается в следующем.

8

Изменение фона области диаграммы.

Для этого следует кликнуть правой кнопкой мыши на области диаграммы и в выпадающем меню выбрать пункт Формат области построения…. В от-

крывшемся окне установить переключатель в

обычная и нажать кнопку ОК. В результате фон диаграммы становится белым. Изменить вид графиков. Кликнуть правой кнопкой мыши на линии соответ-

ствующего графика и выбрать из выпадающего меню пункт Формат рядов данных…. На вкладке Вид открывшегося окна установить вид графика (изменить или убрать маркѐры, изменить вид линии). В нашем случае маркѐры расположены слишком часто, однако, в дальнейшем, при форматировании оси Х (категорий) их количество может быть существенно уменьшено. Чтобы различать графики при чѐрно-белой печати при отсутствии маркѐров устанавливают различные типы линий, но, к сожалению, в приложении Excel линии, кроме непрерывной, отображаются неудовлетворительно. В нашем случае – на одном графике оставлены уменьшенные маркѐры, а линия второго графика выбрана узорной и максимальной ширины.

Изменить вид осей координат. Кликнуть правой кнопкой мыши на оси абсцисс. В выпадающем меню выбрать пункт Формат оси…. В появившемся окне выбрать вкладку Вид и установить переключатель Метки делений в положение внизу. При этом подписи на оси абсцисс устанавливаются под графиками. На вкладке Шкала установить:

Пересечение с осью Y (значений) в категории номер: – 1; Число категорий между подписями делений: – 9; Число категорий между делениями: – 3.

Флажок из окна Пересечение с осью Y (значений) между категориями

убрать. При этом начала графиков будут совпадать с нулѐм на оси Х, а не сдвину-

9

10