Том. 2. Моделирование элементов
телекоммуникационных и цифровых систем
Оглавление
Предисловие .................................................................................................................. 3
Ч а с т ь I I I
СИСТЕМА МОДЕЛИРОВАНИЯ VISSIM
Глава 14. Структура окна и система меню ............................................................. 5
14.1. Меню File .......................................................................................................... 5
14.2. Меню Edit ......................................................................................................... 7
14.3. Меню Simulate ................................................................................................ 13
14.4. Меню Blocks, Comm и Wireless ..................................................................... 17
14.5. Меню Tools ..................................................................................................... 17
14.6. Меню View ...................................................................................................... 18
14.7. Меню Analyze ................................................................................................. 19
14.8. Меню Window и Help ..................................................................................... 20
14.9. Технология подготовки схем моделей .......................................................... 20
Глава 15. Блоки контроля и управления .................................................................... 24
15.1. Многофункциональный графопостроитель (Plot) ....................................... 24
15.1.1. Настройки графопостроителя .................................................................. 24
15.1.2. Двухканальный осциллограф ................................................................... 29
15.1.3. Коррелограф .............................................................................................. 29
15.1.4. Анализатор ошибочных битов .................................................................. 31
15.1.5. Анализатор ошибочных символов ........................................................... 33
15.2. Построитель гистограмм (Histogram) ........................................................... 34
15.3. Стрелочно-шкальный прибор (Meter) .......................................................... 35
15.4. Графопостроитель-самописец (StripChart) ................................................... 36
15.5. Алфавитно-цифровой регистратор (Display) ................................................ 36
15.6. Кнопка управления (Button) и останов моделирования (Stop) .................. 37
15.7. Регулятор (Slider) и индикатор ошибки (Error) ........................................... 39
15.8. Световой индикатор (Light) ........................................................................... 39
15.9. Средства анимации ........................................................................................ 40
15.9.1. Анимация линии (LineDraw) .................................................................... 40
15.9.2. Блок анимации Animation ........................................................................ 42
Глава 16. Библиотека компонентов ............................................................................ 43
16.1. Источники измерительных сигналов ........................................................... 43
16.2. Группа оформления и преобразования величин ......................................... 46
16.3. Арифметические функции и операции ........................................................ 48
16.4. Математические и логические операции ..................................................... 51
666 Оглавление
16.5. Каналы связи (Comm/Channels) .................................................................... 52
16.6. Операции с комплексными числами (Comm/Complex Math)..................... 54
16.7. Демодуляторы (Comm/Demodulators)............................................................ 56
16.8. Цифровые устройства (Comm/Digital) ......................................................... 58
16.9. Кодеры/Декодеры (Comm/(Encode/Decode)) ............................................... 66
16.10. Измерительные преобразователи (Comm/Estimators) ................................ 72
16.11. Фильтры (Comm/Filters) ............................................................................... 80
16.12. Модуляторы типа Complex (Comm/Modulator-Complex)........................... 83
16.13. Модуляторы типа Real (Comm/Modulator-Real)......................................... 87
16.14. Преобразователи сигналов (Comm/Operatops)............................................ 88
16.15. Элементы систем фазовой автоподстройки частоты (Comm/PLL)......... 103
16.16. Высокочастотные элементы (Comm/RF) .................................................. 105
16.17. Источники сигналов (Comm/Signal Sources)............................................. 111
16.18. Блоки анимации (Blocks/Animation) ......................................................... 118
16.19. Блоки импортирования данных (Blocks/DDE) ........................................ 118
16.20. Интеграторы (Blocks/Integration)................................................................ 118
16.21. Линейные блоки (Blocks/Linear system) .................................................... 119
16.22. Интерфейс связи с MATLAB (Blocks/MatLab Interface) .......................... 120
16.23. Матричные операции (Blocks/Matrix Operations)...................................... 121
16.24. Нелинейные блоки (Blocks/Nonlinear)....................................................... 122
16.25. Блоки оптимизации (Blocks/Optimization) ................................................ 124
16.26. Генераторы шума (Blocks/Random Generator)........................................... 125
16.27. Блоки синхронизации (Blocks/Real Time) ................................................. 125
16.28. Блоки задержки (Blocks/TimeDelay) .......................................................... 126
16.29. Трансцедентные функции (Blocks/Transcendental) ..................................... 126
16.30. Интерфейс связи с Mathcad (Blocks/embed) ............................................. 127
16.31. Другие компоненты меню Blocks ............................................................... 127
16.32. Блоки согласования (Comm/Multirate Support) ........................................ 127
16.33. Турбокодеры (Comm/Turbo Codes) ............................................................ 128
16.34. Векторные операторы (Comm/Vector Ops)................................................ 130
16.35. Беспроводные компоненты спецификации 802.11 (802.11/Wireless) ...... 133
16.36. Беспроводные компоненты спецификации 802.11a (802.11a/Wireless) .... 136
16.37. Беспроводные компоненты спецификации 802.11b (802.11b/Wireless)... 139
16.38. Беспроводные компоненты ближней связи (Bluetooth/Wireless)............. 140
16.39. Универсальные беспроводные компоненты (Generic/Wireless) ............... 142
Часть I V
ЭЛЕМЕНТЫ ТЕОРИИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМ
Глава 17. Краткие сведения из теории передачи информации ................................ 143
17.1. Организация телекоммуникационных систем ........................................... 143
17.2. Структурные схемы каналов связи ............................................................. 148
Оглавление 667
17.3. Сигналы и помехи ........................................................................................ 150
17.3.1. Характеристики случайных сигналов .................................................... 151
17.3.2. Характеристики флуктуационной помехи ............................................. 154
17.3.3. Разложение сигналов ............................................................................... 156
17.3.4. Спектральное представление сигналов .................................................. 158
17.3.5. Геометрическое представление сигналов .............................................. 160
17.3.6. Условия обнаружения сигналов ............................................................. 162
17.3.7. Шумоподобные сигналы ......................................................................... 163
17.4. Элементы теории информации ................................................................... 171
17.4.1. Мера количества информации ............................................................... 172
17.4.2. Мера неопределенности информации ................................................... 173
17.4.3. Скорость передачи и пропускная способность канала ........................ 176
17.4.4. Теоремы Шеннона .................................................................................. 177
17.4.5. Пропускная способность каналов с переменными параметрами ....... 180
17.4.6. Эффективность систем передачи информации .................................... 180
17.5. Кодирование информации .......................................................................... 184
17.5.1. Дискретизация непрерывных сообщений по времени и уровню ....... 184
17.5.2. Кодирование источника информации ................................................... 186
17.5.3. Помехоустойчивое кодирование ............................................................ 190
17.5.3.1. Общие принципы помехоустойчивого кодирования ......................... 190
17.5.3.2. Принципы создания систематических кодов ..................................... 197
17.5.3.3. Простейшие систематические коды .................................................... 198
17.5.3.4. Коды Хэмминга .................................................................................... 199
17.5.3.5. Циклические коды ................................................................................ 201
17.5.3.6. Коды с постоянным весом .................................................................. 205
17.5.3.7. Непрерывные коды ............................................................................... 205
17.6. Кодирование в линиях связи ...................................................................... 208
17.6.1. Униполярные коды .................................................................................. 209
17.6.2. Простейший биполярный код ................................................................ 209
17.6.3. Манчестерский код ................................................................................. 211
17.6.4. NRZI и другие коды ................................................................................ 214
17.6.5. Многоуровневые коды ............................................................................ 216
17.6.6. Кодирование скремблированием ........................................................... 217
17.6.7. Кодирование перемежением .................................................................. 221
Ч а с т ь V
Моделирование элементов и функциональных узлов
Глава 18. Модуляторы и демодуляторы ................................................................... 224
18.1. Амплитудные модуляторы (AM) ................................................................. 226
18.2. Частотные модуляторы (FM) ....................................................................... 229
18.3. Фазовые модуляторы (PM) .......................................................................... 232
18.4. Тональные модуляторы ................................................................................ 233
18.5. Многопозиционные модуляторы (QAM/PAM) ......................................... 236
668 Оглавление
18.6. Модуляторы фазоманипулированных сигналов (BPSK, DQPSK, SQPSK) ... 242
18.7. Широтно-импульсные модуляторы (РРМ) ................................................ 247
18.8. I/Q модулятор ............................................................................................... 251
18.9. MSK модулятор ............................................................................................ 252
Глава 19. Каналы передачи информации .................................................................. 254
19.1. Типы каналов и линий связи ...................................................................... 254
19.1.1. Электрические каналы ............................................................................ 255
19.1.2. Радиоканалы ............................................................................................ 256
19.1.3. Оптические каналы ................................................................................. 259
19.2. Каналы со случайными параметрами ......................................................... 262
19.2.1. Гауссов канал (AWGN) ........................................................................... 264
19.2.2. Бинарный симметричный канал (BSC) ................................................. 270
19.2.3. Многолучевые каналы (Multipath) ......................................................... 272
19.2.4. Райсовский и релеевский каналы (Rice/Rayleigh) ................................ 278
19.2.5. Каналы мобильной связи (Jaces, Fading) .............................................. 282
19.3. Уплотнение и разделение каналов .............................................................. 284
19.3.1. Пространственное и дифференциальное разделение ........................... 286
19.3.2. Частотное разделение .............................................................................. 287
19.3.3. Временное разделение ............................................................................. 288
19.3.4. Фазовое разделение ................................................................................. 289
19.3.5. Кодовое разделение ................................................................................. 291
19.3.6. Разделение по уровню. Дифференциальное кодирование ................... 297
Глава 20. Устройства фильтрации и синхронизации ........................................... 302
20.1. Фильтры ........................................................................................................ 302
20.1.1. Конструирование IIR-фильтров ............................................................. 303
20.1.2. Конструирование FIR-фильтров ............................................................ 307
20.1.3. Создание IIR-фильтров в VisSim/Comm ............................................... 309
20.1.4. Создание FIR-фильтров в VisSim/Comm .............................................. 311
20.1.5. Адаптивные фильтры (эквалайзеры) ..................................................... 313
20.2. Устройства синхронизации .......................................................................... 317
Глава 21. Кодирующие и декодирующие устройства ........................................... 322
21.1. Сверточный кодер ........................................................................................ 322
21.2. Решетчатый (треллис) кодек ....................................................................... 324
21.3. Кодеки Рида—Соломона .............................................................................. 327
21.4. Турбокодеки .................................................................................................. 330
Глава 22. Функциональные узлы телекоммуникационных систем ........................ 334
22.1. Тракт BPSK-AWGN с автоматической подстройкой фазы ...................... 334
22.2. Тракт QPSK-AWGN ..................................................................................... 338
22.3. Тракт FSK-AWGN ........................................................................................ 340
22.4. Тракт QPSK—Rayleigh—AWGN .................................................................. 342
22.5. Тракт AWGN-турбокодек TC_UMTS ......................................................... 344
Оглавление 669
22.6. Тракт AWGN-кодек RS(204-186) ................................................................ 345
22.7. Тракт BSC-кодек Хемминга ........................................................................ 347
Глава 23. Устройства беспроводной связи стандарта IEEE 802.11.......................... 349
23.1. Основные положения стандарта IEEE 802.11 ............................................ 349
23.2. Перемежитель/деперемежитель 802.11а ..................................................... 358
23.3. Тракт передачи данных спецификации 802.11а ......................................... 359
23.4. Тракт передачи данных 802.11а с защитным интервалом ........................ 364
23.5. Тракт передачи данных 802.11b CCK ......................................................... 365
23.6. Тракт передачи данных 802.11b DBPSK ..................................................... 367
23.7. Измеритель ошибок скремблирования ...................................................... 369
23.8. Формирователь CRC-16 ............................................................................... 370
Глава 24. Устройства беспроводной связи стандарта Bluetooth .............................. 371
24.1. Основные положения стандарта Bluetooth ................................................. 371
24.2. Тракт передачи данных Bluetooth с модулятором GFSK .......................... 375
24.3. Блок управления частотой Bluetooth Hop Generator ................................. 376
24.4. Измеритель спектра Bluetooth сигналов ..................................................... 376
Глава 25. Элементы приемопередающих радиоустройств ..........................................379
25.1. Принципы построения приемопередающих радиоустройств .....................384
25.2. Входные устройства радиоприемных устройств...........................................386
25.3. Связанные контуры ........................................................................................390
25.4. Преобразователи частоты...............................................................................395
25.5. Модуляторы.....................................................................................................396
25.6. Детекторы частотно-модулированных сигналов ..........................................403
25.7. Элементы цифровых радиоприемников .......................................................406
Глава 26. Цифровые устройства .................................................................................411
26.1. Логические элементы .....................................................................................411
26.2. Арифметические сумматоры..........................................................................419
26.3. Логический элемент с тремя состояниями...................................................420
26.4. Мультиплексоры и демультиплексоры .........................................................424
26.5. Шифраторы и дешифраторы .........................................................................426
26.6. Цифровые компараторы.................................................................................429
26.7. Устройство контроля четности......................................................................430
26.8. Устройство ввода-вывода для IBM PC .........................................................432
26.9. Триггеры ..........................................................................................................436
26.10. Счетчики........................................................................................................440
26.11. Регистры ........................................................................................................446
26.12. Оперативные запоминающие устройства ...................................................451
26.13. Постоянные запоминающие устройства.....................................................458
26.14. Арифметико-логическое устройство ...........................................................461
670 Оглавление
Глава 27. Аналого-цифровые и цифроаналоговые преобразователи..........................464
27.1. ЦАП с весовыми резисторами и токами ......................................................469
27.2. ЦАП лестничного типа ..................................................................................472
27.3. АЦП прямого преобразования ......................................................................473
27.4. Преобразователь на интегральном таймере..................................................475
27.5. Библиотечные ЦАП и АЦП...........................................................................478
27.6. Преобразователь на управляемых источниках .............................................480
27.7. АЦП уравновешивающего типа.....................................................................482
27.8. АЦП параллельного типа...............................................................................484
27.9. АЦП с двойным интегрированием................................................................485
27.10. Дельта-кодеки................................................................................................487
27.11. Дельта-кодеки в программе MATLAB ........................................................491
Приложения
Приложение 1. Список схемных файлов ....................................................................495
Приложение 2. Список терминов и сокращений ........................................................499
Приложение 3. Цифровые системы связи ..................................................................561
Приложение 4. Организация ввода/вывода и элементы интерфейса ЭВМ ..............595
Приложение 5. Программа VisSim/Comm 6.0 ............................................................603
Приложение 6. Зарядное устройство для малогабаритных аккумуляторов ...............614
Список литературы .............................................................................................621