1 Моделирование телекоммуникационных систем с помощью SystemView
Программа SystemView весьма полезна именно в том плане, что она позволяет представить системы связи, цифровую обработку сигналов (ЦОС) и средства их анализа в интуитивно понятном для практического применения виде. По прошествии совсем недолгого периода обучения вы обнаружите, что при помощи SystemView можно быстро разрабатывать модели и схемы реального времени очень сложных систем связи и ЦОС. Цель данного пособия – помочь начать работу в SystemView и, тем самым, дать вам возможность расширить и развить умение использовать программу.
Визуализация с помощью функциональных схем
На рисунке 1.1 показана типовая телекоммуникационная система. На этом примере показана система передачи информации в тональном диапазоне частот. SystemView представляет собой законченное средство для моделирования как цифровых, так и аналоговых систем связи. Поэтому можно спроектировать и полностью смоделировать самые различные противопомеховые фильтры, усилительные каскады, звуковые эффекты, компенсаторы, фильтры, подавляющие эхо, и многое другое1.
Рисунок 1.1 - Пример типовой системы связи
Источник сообщений вырабатывает информационный сигнал, который предназначен для определенного получателя. Этот сигнал может быть или аналоговым, например, речь, или цифровым, например, последовательность данных в двоичном коде. Этот сигнал обычно является сигналом, представленным в основной полосе частот в виде уровня напряжения.
Аналоговые сигналы до передачи их в канал связи необходимо преобразовать в цифровую форму. Для этого аналоговый сигнал подвергается операциям квантования и дискретизации. Несмотря на некоторые потери при этом информации, преобразование аналогового сигнала в цифровую форму позволяет значительно снизить влияние помех на передаваемый сигнал.
Для введения избыточности в поток цифровых данных применяется кодер. Вводимая избыточность позволяет обеспечить исправление ошибок на приемной стороне. При использовании избыточного кодирования применяются самые различные методы.
В зависимости от типа информационного сигнала и специфической среды передачи, используют различные методы модуляции. Процесс модуляции cводится к определенной методике представления информационного сигнала в физической форме, для передачи на приемник. Например, при амплитудной модуляции (АМ), информация представлена колебаниями амплитуды несущего сигнала.
После модуляции, сигнал поступает через среду передачи, или другими словами по каналу связи, к получателю сообщения. Каналом связи может быть медный провод, коаксиальный либо оптический кабель, или радиоканал. Все каналы связи в определенной форме искажают исходный сигнал. Для математического исследования таких искажений, были разработаны различные модели каналов связи. Наиболее часто для моделирования используется модель канала с аддитивным белым гауссовским шумом (АБГШ). В таком канале к информационному сигналу добавляется шум, с равномерной спектральной плотностью мощности (отсюда термин белый). Другие типы каналов включают каналы с замираниями и многопутевые каналы.
Когда переданный сигнал поступает в приемник получателя сообщения, он подвергается процессу демодуляции. Эта операция является противоположной операции модуляции и относится к процессу извлечения первоначального информационного сигнала из модулированного сигнала. Демодуляция также включает любые операции, связанные с синхронизацией сигнала, например, применение схем фазовой синхронизации для достижения когерентности по фазе между поступающим сигналом и гетеродином получателя.
Если на передающей стороне используется кодирование данных, то соответственно на приемной стороне необходимо осуществить процесс декодирования принятого сигнала, то есть осуществить восстановление исходного состояния сигнала.
Окончательное восстановление исходного сигнала осуществляется в выходном модуле приемника, которым является получатель сигнала.
Чтобы оценить средства, которые предлагает SystemView, рассмотрим традиционный метод проектирования устройств и систем связи – набросаем функциональную схему при помощи «карандаша и бумаги» (рисунок 1.2).
Рисунок 1.2 - Схема получения амплитудно-модулированного
сигнала
Подобную схему легко спроектировать при помощи SystemView (рисунок 1.3), который отличается от «карандашного» только тем, что является действующим, то есть моделирующим реакцию системы на действия пользователя. Пользователь полностью управляет всеми алгоритмами, которые будут использоваться:
разрешающая способность сигнала;
число битов, которые будут использоваться;
другие, необходимые для моделирования параметры.
Рисунок 1.3 Амплитудный модулятор, спроектированный
с помощью SystemView