
- •Моделирование и проектирование в инфокоммуникационных технологиях
- •Оглавление
- •Глава 1. Основные понятия, определения, классификация 9
- •Глава 2. Классификация методов моделирования 37
- •Глава 7. Программирование в среде «mathcad» 159
- •Глава 8. Оценка искажений сигналов при прохождении через нелинейные устройства 178
- •Глава 9. Цифровая фильтрация 186
- •Глава 10. Синтез линейных антенных систем 286
- •Глава 11. О моделировании канала связи 314
- •Введение
- •Глава 1. Основные понятия, определения, классификация
- •1.1 Понятия системы, модели и моделирования
- •1.2 Классификация радиотехнических устройств
- •Отличительные признаки устройств согласно данной классификации
- •Устройства пассивного и активного типа
- •Устройства автономного и неавтономного типа
- •Устройство с элементами сосредоточенного и распределенного типа
- •1.3 Основные типы задач в радиотехнике
- •1.4 Развитие понятия модели
- •1.4.1 Модель как философская категория
- •1.4.2 Моделирование – важнейший этап целенаправленной деятельности
- •1.4.3 Познавательные и прагматические модели
- •1.4.4 Статические и динамические модели
- •1.5 Способы воплощения моделей
- •1.5.1 Абстрактные модели и роль языков
- •1.5.2 Материальные модели и виды подобия
- •1.5.3 Условия реализации свойств моделей
- •1.6 Соответствие между моделью и действительностью в аспекте различия
- •1.6.1 Конечность моделей
- •1.6.2 Упрощенность моделей
- •1.6.3 Приближенность моделей
- •1.6.4 Адекватность моделей
- •1.7 Соответствие между моделью и действительностью в аспекте сходство
- •1.7.1 Истинность моделей
- •1.7.2 О сочетании истинного и ложного в модели
- •1.7.3 Сложности алгоритмизации моделирования
- •1.8 Основные типы моделей
- •1.8.1 Понятие проблемной ситуации при создании системы
- •1.8.2 Основные типы формальных моделей
- •1.8.3 Математическое представление модели «черного ящика»
- •1.9 Взаимосвязи моделирования и проектирования
- •1.10 Точность моделирования
- •Глава 2. Классификация методов моделирования
- •2.1 Реальное моделирование
- •2.2 Мысленное моделирование
- •Глава 3. Математическое моделирование
- •3.1 Этапы создания математических моделей
- •З.2 Компонентные и топологические уравнения моделируемого объекта
- •3.3 Компонентные и топологические уравнения электрической цепи
- •Глава 4. Особенности компьютерных моделей
- •4.1 Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент
- •4.2 Программные средства компьютерного моделирования
- •Глава 5. Особенности радиосистемы как объекта изучения методами моделирования на эвм
- •5.1 Классы радиосистем
- •5.2 Формальное описание радиосистем
- •Глава 6. Применение пакета прикладных программmathcadдля моделирования телекоммуникационных устройств
- •6.1 Основные сведения об универсальном математическом пакете программMathCad
- •6.2 Основы языкаMathCad
- •3.246Е – 3 – это число 0.003246;
- •6.2.1 Тип входного языкаMathCad
- •6.2.2 Описание текстового окнаMathCad
- •6.2.3 Курсор ввода
- •6.2.4 Содержание командных меню (2-ая строка)
- •6.2.5 Управление элементами интерфейса
- •6.2.6 Выделение областей
- •6.2.7 Изменение масштаба документа
- •6.2.8 Обновление экрана
- •6.2.9 Содержание инструментальных панелей подменю «математика»
- •6.3 Основные правила работы в среде «MathCad»
- •6.3.1 Удаление математических выражений
- •6.3.2 Копирование математических выражений
- •6.3.3 Перенос математических выражений
- •6.3.4 Вписывание в программу текстовых комментариев
- •6.4 Построение графиков
- •6.4.1 Построение графиков в декартовой системе координат
- •6.4.2 Построение графиков в полярной системе координат
- •6.4.3 Изменение формата графиков
- •6.4.4 Правила трассировки графиков
- •6.4.5 Правила просмотра участков двумерных графиков
- •6.5 Правила вычислений в среде «MathCad»
- •6.6 Анализ линейных устройств
- •6.6.1 Передаточная функция, коэффициент передачи, временные и частотные характеристики
- •6.6.2 Коэффициент передачиK(jω)
- •6.6.3 Амплитудно-частотная характеристика (ачх)
- •6.6.4 Определение переходной и импульсной характеристик
- •6.7 Методы решения в среде «MathCad» алгебраических и трансцендентных уравнений и организация вычислений по циклу
- •6.7.1 Определение корней алгеброических уравнений
- •6.7.2 Определение корней трансцендентных уравнений
- •6.7.3 Вычисления по циклу
- •6.8 Обработка данных
- •6.8.1 Кусочно-линейная интерполяция
- •6.8.2 Сплайн-интерполяция
- •6.8.3 Экстраполяция
- •6.9 Символьные вычисления
- •6.10 Оптимизация в расчетах рэа
- •6.10.1 Стратегии одномерной оптимизации
- •6.10.2 Локальные и глобальные экстремумы
- •6.10.3 Методы включения интервалов неопределенности
- •6.10.4 Критерии оптимизации
- •6.10.5 Методы поиска экстремума функции цели
- •6.10.6 Пример записи целевой функции при синтезе фильтров
- •6.11 Анимация графического материала в средеMathCad
- •6.11.1 Подготовка к анимации
- •6.11.2 Пример анимации графика
- •6.11.3 Вызов проигрывателя анимации графиков и видео файлов
- •6.12 Установка связиMathCaDс другими программными средами
- •Глава 7. Программирование в среде «mathcad»
- •7.1 Обзор инструкций
- •7.1.1 Инструкция Add line
- •7.1.2 Оператор внутреннего присваивания
- •7.1.3 Условная инструкция «if»
- •7.2.1 Особенность присвоения значения функции
- •7.2.2 Общие принципы задания операторов
- •7.3 Примеры составления программ
- •7.3.1 Пример задания комплекса условий
- •7.3.2 Пример расчета с заданной точностью
- •7.3.3 Пример расчета различных параметров одной и той же программой
- •7.4 Создание новых функций с помощью программирования
- •7.5 Поиск ошибок в программах
- •Глава 8. Оценка искажений сигналов при прохождении через нелинейные устройства
- •8.1 Оценка нелинейных искажений при компресии и ограничении аудиосигналов на входе цифровых трактов
- •Глава 9. Цифровая фильтрация
- •9.1 Рекурсивные цифровые фильтры
- •9.2 Формы реализации рекурсивных фильтров
- •9.3 Методика синтеза рф по аналоговому прототипу
- •9.3.1 Синтез аналогового фильтра прототипа
- •9.3.2 Расчет числа звеньев и определение полюсов и нулей низкочастотного фильтра прототипа
- •9.3.3 Переход от аналогового фильтра прототипа к цифровому фильтру
- •9.3.4 Порядок и пример синтеза цифрового рекурсивного фильтра
- •9.4 Синтез нерекурсивных фильтров
- •9.4.1 Синтез нерекурсивных фильтров методом весовых функций
- •9.4.2 Основные параметры весовых функций
- •9.4.3 Импульсные характеристики идеальных цф различного типа
- •9.4.4 Методика синтеза нф методом весовых функций и пример синтеза полосового цифрового фильтра
- •9.5 Синтез нерекурсивного фильтра методом частотной выборки
- •9.5.1 Методика синтеза нф методом частотной выборки
- •9.6 АктивныйRc-фильтры
- •9.7 Передаточные функции фильтров
- •9.8 Преобразование частот
- •9.9 Реализация звеньев первого порядка
- •9.10 Реализация звеньев второго порядка
- •Глава 10. Синтез линейных антенных систем
- •10.1 Общая постановка задачи
- •10.2 Характеристика направленности как целевая функция
- •10.3 Синтез линейного излучателя методом парциальных диаграмм направленности
- •10.4 Синтез излучателей методом интеграла Фурье
- •10.5 Описание программ синтеза линейного излучателя в средеMathcad
- •Определяем число отсчетов (выборок по u)! и определяем значение парциалов (коэффициентов Котельникова) в этих точках! Построение фукция распределения возбуждения рядом Фурье!
- •Программа расчета х.Н. Линейного излучателя методом Фурье! Определяем расчетную частоту и размеры антенны! Формируем дн антенны!
- •10.6 Синфазные антенные решетки с оптимальной диаграммой направленности
- •10.7 Расчет амплитудного распределения возбуждения в линейных антенных решетках
- •10.8 Программа синтез антенной решетки по заданному уровню боковых лепестков
- •Расчет дн антенны по найденному распределению питающих токов.
- •11.2 Определение погрешностей моделирования (оценки средней вероятности ошибки) методом малых отклонений
- •11.3 Погрешности моделирования канала при исследованиях двоичных систем связи
- •11.3.1 Когерентный прием при моделировании релеевских замираний
- •11.3.2 Прием сигналов относительной фазовой телеграфии при моделировании релеевских замираний
- •Литература
1.4.3 Познавательные и прагматические модели
Все виды деятельности удобно разделить по направленности потоков информации, циркулирующих между субъектом и окружающим миром. С этой точки зрения все многообразие моделей можно условно разделить на познавательные и прагматические (теоретические и практические)
Познавательные модели являются формой организации и представления знаний, средством соединения новых знаний с имеющимися. Поэтому при обнаружении расхождения между моделью и реальностью встает задача устранения этого расхождения с помощью изменения модели.
Прагматические модели являются средством управления, средством организации практических действий, способом представления их результата, т.е. являются рабочим инструментом представления целей. Поэтому использование прагматических моделей состоит в том, чтобы при обнаружении расхождений между моделью и реальностью направить усилия на изменение реальности так, чтобы приблизить реальность к модели.
Рис. 1.3 Взаимодействие модели и реальности
Пример.
Прагматические модели: планы, устав организаций, кодексы законов, экзаменационные билеты и др. Познавательные модели: теория электрических цепей, теория электромагнитного поля, теория сигналов и др. Не следует абсолютизировать приведенную классификацию. Например, детская игрушка или карта местности имеют признаки обеих моделей.
1.4.4 Статические и динамические модели
Другим принципом классификации целей моделирования может служить разделение моделей на статические и динамические. Для одних целей может потребоваться модель конкретного состояния объекта, своего рода «моментальная фотография». Такие модели называются статическими. Примером являются структурные модели систем. В тех случаях, когда цели связаны не с одним состоянием объекта, а с различием между ними, возникает необходимость в отображении процесса изменений состояния. Такие модели называются динамическими. Примером их служат функциональные модели систем.
1.5 Способы воплощения моделей
Рассмотрим теперь, какими средствами выражаются отношения между отображаемым и отображающим объектами и из какого «материала» строятся модели.
1.5.1 Абстрактные модели и роль языков
Абстрактные модели являются идеальными конструкциями, построенными средствами мышления, сознания. Прежде всего, обсудим абстрактные модели, предназначенные для общения между людьми. Оставив в стороне иррациональные формы общения (гипноз, искусство, телепатию и т.д.), сосредоточим внимание на моделях, создаваемых средствами языка.
Естественный язык – универсальное средство построения любых абстрактных моделей. Универсальность достигается за счет неоднозначности, расплывчатости и размытости (много и несколько). Приблизительность естественного языка часто оборачивается недостатком, который необходимо преодолеть на постоянной основе, например путем введения «профессионального языка» людьми, связанными общей для них, но частной для всех остальных деятельностью. Например, у северных народов имеется несколько десятков разных слов, обозначающих различные состояния снега.
Дифференциация наук объективно потребовала создания специализированных языков, более четких и точных, чем естественный. В результате модели специальных дисциплин более точны, более конкретны, они содержат больше информации. Математические модели в этом смысле обладают «абсолютной точностью». Но чтобы дойти до их использования, необходимо получить достаточное количество знаний в конкретной области. Видимо в этом смысле следует понимать слова Канта о том, что любая отрасль знания может с тем большим основанием именоваться наукой, чем в большей степени в ней используется математика. Нематематизированность какой-то науки вовсе не означает ее «ненаучность», а есть следствие сложности, не достаточной познанности ее предмета, есть временное явление.