2013 г.
УДК 621.38:004
Оболонин И.А. Проектирование в инфокоммуникационных технологиях: Учебник СибГУТИ. Новосибирск,2013, 324 стр.
В учебнике изложены основы теории моделирования систем, необходимые для формирования мировоззренческого и практического подходов к проектированию телекоммуникационных устройств и систем. Даны основы использования программной среды MathCAD и приведены практические примеры применения ее в инженерных расчетах в области телекоммуникаций.
Учебник рассчитан на студентов различных направлений и профилей, в области информатики, телекоммуникаций и медиаиндустрии, а также может быть полезн специалистам, работающим в области инфокоммуникационных технологий и медиаиндустрии.
Кафедра систем автоматизированного проектирования
Илл. 178, табл. 9, список лит. 6 наимен.
Рецензенты: д.т.н., проф. Фроловский В.Д.
д.т.н., проф. Киселев
210700, 210400 « Инфокоммуникационные технологии и системы связи »
Утверждено редакционно – издательским советом ФГОБУ ВПО « СибГУТИ » в качестве учебника
ФГОБУ ВПО «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики», 2013.
Оглавление
Введение. 7
Глава 1. ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ОПРЕДЕЛЕНИЯ, КЛАССИФИКАЦИЯ.. 8
1.1 Понятия системы, модели и моделирования. 8
1.2 Классификация радиотехнических устройств. 9
1.3 Основные типы задач в радиотехнике. 11
1.4 Развитие понятия модели. 13
1.4.1 Модель как философская категория. 13
1.4.2 Моделирование – важнейший этап целенаправленной деятельности 14
1.4.3 Познавательные и прагматические модели. 15
1.4.4 Статические и динамические модели. 16
1.5 Способы воплощения моделей. 16
1.5.1 Абстрактные модели и роль языков. 16
1.5.2 Материальные модели и виды подобия. 17
1.5.3 Условия реализации свойств моделей. 17
1.6 Соответствие между моделью и действительностью в аспекте различия 18
1.6.1 Конечность моделей. 18
1.6.2 Упрощенность моделей. 19
1.6.3 Приближенность моделей. 19
1.6.4 Адекватность моделей. 20
1.7 Соответствие между моделью и действительностью в аспекте сходство 20
1.7.1 Истинность моделей. 20
1.7.2 О сочетании истинного и ложного в модели. 21
1.7.3 Сложности алгоритмизации моделирования. 21
1.8 Основные типы моделей. 22
1.8.1 Понятие проблемной ситуации при создании системы.. 22
1.8.2 Основные типы формальных моделей. 23
1.8.3 Математическое представление модели «черного ящика». 27
1.9 Взаимосвязи моделирования и проектирования. 31
1.10 Точность моделирования. 32
Глава 2. КЛАССИФИКАЦИЯ МЕТОДОВ МОДЕЛИРОВАНИЯ.. 36
2.1 Реальное моделирование. 36
2.2 Мысленное моделирование. 37
Глава 3. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. 39
3.1 Этапы создания математических моделей. 42
З.2 Компонентные и топологические уравнения моделируемого объекта. 45
3.3 Компонентные и топологические уравнения электрической цепи. 46
Глава 4. Особенности компьютерных моделей. 49
4.1 Компьютерное моделирование и вычислительный эксперимент. 50
4.2 Программные средства компьютерного моделирования. 51
Глава 5. ОСОБЕННОСТИ РАДИОСИСТЕМЫ КАК ОБЪЕКТА ИЗУЧЕНИЯ МЕТОДАМИ МОДЕЛИРОВАНИЯ НА ЭВМ.. 56
5.1 Классы радиосистем. 56
5.2 Формальное описание радиосистем. 57
Глава 6. ПРИМЕНЕНИЕ ПАКЕТА ПРИКЛАДНЫХ ПРОГРАММ MATHCAD ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ.. 63
6.1 Основные сведения об универсальном математическом пакете программ MathCAD 63
6.2 Основы языка MathCAD.. 64
6.2.1 Тип входного языкаMathCAD.. 65
6.2.2 Описание текстового окна MathCAD.. 66
6.2.3 Курсор ввода. 67
6.2.4 Содержание командных меню (2-ая строка) 67
6.2.5 Управление элементами интерфейса. 69
6.2.6 Выделение областей. 70
6.2.7 Изменение масштаба документа. 70
6.2.8 Обновление экрана. 71
6.2.9 Содержание инструментальных панелей подменю «МАТЕМАТИКА» 71
6.3 Основные правила работы в среде «MathCAD». 78
6.3.1 Удаление математических выражений. 78
6.3.2 Копирование математических выражений. 79
6.3.3 Перенос математических выражений. 79
6.3.4 Вписывание в программу текстовых комментариев. 79
6.4 Построение графиков. 80
6.4.1 Построение графиков в декартовой системе координат. 80
6.4.2 Построение графиков в полярной системе координат. 83
6.4.3 Изменение формата графиков. 84
6.4.4 Правила трассировки графиков. 84
6.4.5 Правила просмотра участков двумерных графиков. 85
6.5 Правила вычислений в среде «MathCAD». 86
6.6 Анализ линейных устройств. 92
6.6.1 Передаточная функция, коэффициент передачи, временные и частотные характеристики. 92
6.6.2 Коэффициент передачи K(jω) 94
6.6.3 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) 95
6.6.4 Определение переходной и импульсной характеристик. 97
6.7 Методы решения в среде «MathCAD» алгебраических и трансцендентных уравнений и организация вычислений по циклу. 99
6.7.1 Определение корней алгеброических уравнений. 99
6.7.2 Определение корней трансцендентных уравнений. 102
6.7.3 Вычисления по циклу. 104
6.8 Обработка данных. 106
6.8.1 Кусочно-линейная интерполяция. 106
6.8.2 Сплайн-интерполяция. 108
6.8.3 Экстраполяция. 111
6.9 Символьные вычисления. 113
6.10 Оптимизация в расчетах РЭА.. 121
6.10.1 Стратегии одномерной оптимизации. 121
6.10.2 Локальные и глобальные экстремумы.. 124
6.10.3 Методы включения интервалов неопределенности. 125
6.10.4 Критерии оптимизации. 133
6.10.6 Пример записи целевой функции при синтезе фильтров. 139
6.11 Анимация графического материала в среде MathCAD.. 147
6.11.1 Подготовка к анимации. 147
6.11.2 Пример анимации графика. 147
6.11.3 Вызов проигрывателя анимации графиков и видео файлов. 150
6.12 Установка связи MathCAD с другими программными средами. 151
Глава 7. ПРОГРАММИРОВАНИЕ В СРЕДЕ «MATHCAD». 157
7.1 Обзор инструкций. 158
7.1.2 Оператор внутреннего присваивания. 158
7.1.3 Условная инструкция «if». 159
7.1.4 Инструкция «for». 159
7.1.5 Инструкция «while». 159
7.1.6 Инструкция «otherwise». 159
7.1.7 Инструкция «break». 160
7.1.8 Инструкция «continue». 160
7.1.9 Инструкция «return». 160
7.1.10 Инструкция «on error». 160
7. 2 Создание программ. 160
7.2.1 Особенность присвоения значения функции. 161
7.2.2 Общие принципы задания операторов. 162
7.3 Примеры составления программ. 163
7.3.1 Пример задания комплекса условий. 163
7.3.2 Пример расчета с заданной точностью.. 164
7.3.3 Пример расчета различных параметров одной и той же программой 167
7.4 Создание новых функций с помощью программирования. 167
7.5 Поиск ошибок в программах. 169
Глава 8. ОЦЕНКА ИСКАЖЕНИЙ СИГНАЛОВ ПРИ ПРОХОЖДЕНИИ ЧЕРЕЗ НЕЛИНЕЙНЫЕ УСТРОЙСТВА.. 175
8.1 Оценка нелинейных искажений при компресии и ограничении аудиосигналов на входе цифровых трактов. 175
Глава 9. ЦИФРОВАЯ ФИЛЬТРАЦИЯ.. 182
9.1 Рекурсивные цифровые фильтры.. 185
9.2 Формы реализации рекурсивных фильтров. 187
9.3 Методика синтеза РФ по аналоговому прототипу. 191
9.3.1 Синтез аналогового фильтра прототипа. 197
9.3.2 Расчет числа звеньев и определение полюсов и нулей низкочастотного фильтра прототипа. 198
9.3.3 Переход от аналогового фильтра прототипа к цифровому фильтру 202
9.3.4 Порядок и пример синтеза цифрового рекурсивного фильтра. 204
9.4 Синтез нерекурсивных фильтров. 225
9.4.1 Синтез нерекурсивных фильтров методом весовых функций. 225
9.4.2 Основные параметры весовых функций. 228
9.4.3 Импульсные характеристики идеальных ЦФ различного типа. 232
9.4.4 Методика синтеза НФ методом весовых функций и пример синтеза полосового цифрового фильтра. 233
9.5 Синтез нерекурсивного фильтра методом частотной выборки. 243
9.5.1 Методика синтеза НФ методом частотной выборки. 247
9.6 Активный RC-фильтры.. 252
9.7 Передаточные функции фильтров. 257
9.8 Преобразование частот. 258
9.9 Реализация звеньев первого порядка. 261
9.10 Реализация звеньев второго порядка. 264
Глава 10. СИНТЕЗ ЛИНЕЙНЫХ АНТЕННЫХ СИСТЕМ.. 283
10.1 Общая постановка задачи. 283
10.2 Характеристика направленности как целевая функция. 286
10.3 Синтез линейного излучателя методом парциальных диаграмм направленности 287
10.4 Синтез излучателей методом интеграла Фурье. 289
10.5 Описание программ синтеза линейного излучателя в среде Mathcad. 291
10.6 Синфазные антенные решетки с оптимальной диаграммой направленности 300
10.7 Расчет амплитудного распределения возбуждения в линейных антенных решетках 303
10.8 Программа синтез антенной решетки по заданному уровню боковых лепестков 306
Глава 11. О МОДЕЛИРОВАНИИ КАНАЛА СВЯЗИ.. 313
11.1 Применение метода малых отклонений при моделировании каналов 313
11.2 Определение погрешностей моделирования (оценки средней вероятности ошибки) методом малых отклонений. 314
11.3 Погрешности моделирования канала при исследованиях двоичных систем связи 317
11.3.1 Когерентный прием при моделировании релеевских замираний. 318
11.3.2 Прием сигналов относительной фазовой телеграфии при моделировании релеевских замираний. 320
Литература.................................................................................................. 324