Математическое и компьютерное моделирование радиоэлектронных устройств и систем

При этом полезными оказываются пакеты имитационного моделирования. Примерами могут служить Anylogic, GPSS, RockwellArena и другие.В качестве примера рассмотрим задачу исследования функционирования узла коммутации средствами пакета AnylogicВ узел коммутации сообщений, состоящий из одного общего входного буфера, процессора, двух выходных буферов и двух выходных линий. Рассматривается система с отказами – сообщения, поступающие с разных направлений, помещаются в свои буфера, обрабатываются общим процессором и отправляются по выходящим линиям. Если входные буфер заполнены – новые сообщения теряются. Система представляется в графическом реакторе (рис. 2.1).Рис. 2.1. Блок-схема моделиВ блок-схеме источник сообщений №1 моделируется с помощью блока sourse1. Для него создаются параметры:n_type1 – количество заказов от первого источника сообщений;t_mess – задает адрес источника (рис. 4).t_mess указывает номер источника сообщений, а n_type1 определяет количество сообщений источника 1, присутствующих в системе.Аналогично создается и задаются параметры для источника sourse2. В результате выполнения модели можно оценить производительность системы и провести оптимизацию параметров.Другой пакет CiscoPacketTracerпозволяет моделировать и настраивать сети с оборудованием фирмы Cisco. На рис. 2.2 приведен пример модели в пакете CiscoPacketTracer.Рис. 2.2. МодельCiscoPacketTracerПри настройке системы можно наблюдать параметры маршрутизаторов, коммутаторов и т.п. (рис. 2.3).Рис. 2.3. Список доступных команд настройки маршрутизатораЭтот пакет может использоваться в качестве тренажера для сетевых администраторов.Расширение пакета МатлабSimulink позволяет проводить моделирование систем с помощью блоков графического редактора, например, моделирование систем связи и оценки их помехоустойчивости.Моделируется система связи, состоящая из Источника сигнала в виде случайной последовательности 0 и 1;Модулятора сообщения в виде двухполярных импульсов;Дискретизатора;Формирующего фильтра, осуществляющего манчестерское кодирование;Канала связи с аддитивным гауссовским шумом;Согласованного фильтра на приеме;Восстановителя формы сигнала;Решающего устройства.Для оценки параметров сигнала применяютсяОсциллограф;Анализатор спектра;Измеритель коэффициента ошибок.Схема модели приведена на рис. 2.4.Рис. 2.4. Simulink модель системы связиБлок BernoulliBinaryGenerator генерирует случайную последовательность равновероятных нулей и единиц.Блоки Gainи Bias преобразуют эту последовательность в двуполярные импульсы.Блок Upsample повышает частоту дискретизации в 8 раз.Формирующий фильтр DiscreteFilter осуществляет манчестерское кодирование входного сигнала.Блок AWGN имитирует канал связи с шумом.DiscreteFilter1 осуществляет согласованную фильтрацию принятого сигнала и декодирование манчестерского кода.Блок Downsample восстанавливает исходную частоту дискретизации.БлокиCompareToZeroиTypeConversion имитируют решающее устройство.Форма сигнала при передаче нуляФорма сигнала при передаче единицыКорреляционная функция сигнала записывается в виде.Взяв прямое преобразование Фурье, получим. Сигнал до и после согласованного фильтраРис. 2.5. Сигнал до и после согласованного фильтраНа рис. 2.6 показан расчетный график спектральной плотности сигнала в линии. На рис. 2.7 приведена осциллограмма, полученная анализатором спектра в модели.Рис. 2.6.. Расчетная спектральная плотность мощности линейного сигналаРис. 2.7. Измеренная в модели спектральная плотность мощности линейного сигнала3 Средства аппаратного моделированияДля разработки аналоговых и цифровых устройств создано множество программ, позволяющих получить временные и частотные характеристики сигналов в различных точках схемы. В числе этих пакетов можно назвать ElectronicWokBench, Multium, MicroCap, SimInTech и другие.В качестве примера приведем анализ схемы на операционном усилителев программе MicroCap (рис. 3.1).Рис. 3.1. Схема в MicroCapРис.3.2. Форма сигнала при изменении коэффициента усиления по постоянному токуРис.3.3. АЧХ и ФЧХ при изменении коэффициента усиления по постоянному токуЗаключениеВ настоящее время инженеру – разработчику предоставляется огромный арсенал программных средств, позволяющий проводить исследования проектируемых средств связи и электроники без необходимости натурного моделирования, что значительно сокращает сроки разработки новой техники.Помимо рассмотренных программных продуктов есть и средства разработки печатных плат (AltiumDesner), автоматизации выпуска документации (Компас 3D), разработки ПЛИС(Quartus, XilinxIDE).Задачей современного инженера является грамотное владние и применение на практике средств компьютерного моделирования.Список литературыВ . Д . Боев. КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ. Пособие для практических занятий, курсового и дипломного проектирования в AnyLogic 7: — СПб.: ВАС, 2014.— 432 с.AnyLogic за три дня. Практическое пособие по имитационному моделированию. И. Григорьев. 2017.ЧенК., ДжиблинП., Ирвинг А.MATLAB в математических исследованиях: Пер. с англ.—М.: Мир, 2001.-346с. ИлПуговкин А. В. Сети передачи данных : учеб. пособие / А. В. Пуговкин. – Томск : Факультет дистанционного обучения ТУСУРа, 2015. – 138 сТепляков И. М. Основы построения телекоммуникационных систем и сетей : учеб. пособие / И. М. Тепляков. – М. : Радио и связь, 2004. 326 с.Сайт программы Сетевых академия Cisco [Электронный ресурс]. –Режим доступа: http://www.netacad.com (дата обращения: 23.08.2020).Одом, Уэнделл. Официальное руководство Cisco по подготовке к сертификационным экзаменам CCNA ICND2 200-101: маршрутизация и коммутация, акад. Изд.: Пер. с англ. – М.: ООО «И.Д. Вильямс», 2015. – 736 с.