ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 26.01.2021
Просмотров: 491
Скачиваний: 2
Моделирование
и
оценка
эффективности
систем
передачи
информации
в
среде
MATLAB +
Simulink
Цель
работы
:
практическое
изучение
технологий
визуального
программирования
имитационных
моделей
систем
с
использованием
подсистемы
Simulink,
освоение
навыков
проведения
экспериментальных
исследований
с
моделями
систем
передачи
информации
в
интересах
оценки
их
эффективности
и
влияния
основных
факторов
.
Работа
выполняется
в
среде
MATLAB
и
оформляется
в
виде
m-
файла
управляющей
программы
,
реализующей
стратегический
и
тактический
план
исследований
и
содержащей
обращение
к
mdl-
файлу
(
файлу
S-
модели
),
реализующему
имитационную
модель
одной
из
возможных
систем
передачи
информации
.
Задания
на
выполнение
работы
предусматривают
исследования
различных
видов
систем
передачи
информации
:
с
импульсными
и
непрерывными
сигналами
;
с
различными
видами
модуляции
(
АМ
,
ФМ
,
ЧМ
и
т
.
п
.);
с
проведением
оценок
эффективности
по
различным
показателям
в
зависимости
от
различных
факторов
.
Работа
состоит
из
двух
частей
:
в
первой
части
проводится
ознакомление
с
возможностями
подсистемы
визуального
моделирования
Simulink
и
входящих
в
нее
Toolboxes
и
Bloksets,
в
той
или
иной
форме
обеспечивающих
формирование
имитационных
моделей
систем
и
радиоканалов
передачи
информации
при
использовании
различных
видов
радиосигналов
.
В
этой
же
части
реализуется
формирование
S-
модели
исследуемой
системы
(mdl-
файла
)
со
всеми
необходимыми
атрибутами
,
обеспечивающими
фиксацию
результатов
моделирования
в
контрольных
точках
,
а
также
проведение
оценки
эффективности
и
анализа
влияния
выбранных
факторов
на
используемые
показатели
эффективности
.
Во
второй
части
работы
осуществляется
формирование
внешней
управляющей
программы
(
УП
)
на
языке
MATLAB
в
виде
m-
файла
,
в
рамках
которого
организуется
задание
и
варьирование
исходных
данных
в
соответствии
с
планами
проведения
модельного
эксперимента
,
реализуется
многократный
прогон
S-
модели
системы
и
проводится
оценка
показателей
эффективности
в
ходе
обработки
данных
эксперимента
.
При
формировании
этой
программы
осуществляется
сопряжение
с
S-
моделью
и
окончательная
настройка
ее
блоков
с
учетом
выбранных
условий
проведения
моделирования
.
Перед
началом
выполнения
работы
в
соответствующем
разделе
создается
рабочая
папка
,
в
противном
случае
используется
любая
ранее
созданная
(
см
. Lab_1).
После
запуска
системы
данная
папка
устанавливается
в
окне
«Current Directory»
путем
выбора
из
списка
рабочих
папок
файловой
системы
.
Как
уже
отмечалось
,
на
первом
этапе
создается
S-
модель
(mdl-
файл
).
Для
этого
осуществляется
запуск
подсистемы
Simulink
путем
нажатия
соответствующей
кнопки
панели
инструментов
командного
окна
MATLAB.
В
результате
на
экране
появляется
окно
Simulink Library Browser
(
браузер
библиотек
Simulink).
В
левой
половине
окна
браузера
в
виде
древовидной
структуры
приводится
перечень
библиотек
,
включенных
в
состав
Simulink,
а
в
правой
–
перечень
разделов
соответствующей
библиотеки
,
либо
изображение
блоков
соответствующего
раздела
.
Для
ознакомления
с
составом
какой
-
либо
из
библиотек
следует
дважды
щелкнуть
на
ее
имени
.
Чтобы
начать
сборку
блок
-
схемы
моделируемой
системы
,
необходимо
в
командном
окне
MATLAB
выбрать
команды
File – New –
Model
или
в
окне
браузера
Simulink
нажать
кнопку
Create a new model.
После
этого
на
экране
появится
новое
пустое
окно
Untitled,
в
котором
и
будет
осуществляться
сборка
S-
модели
в
виде
mdl-
файла
(
впоследствии
файл
модели
сохраним
под
именем
trenl.mdl).
Окно
имеет
строку
меню
,
панель
инструментов
и
рабочее
поле
.
Меню
File
содержит
стандартные
команды
для
работы
с
mdl-
файлами
;
меню
Edit
содержит
команды
редактирования
;
меню
View –
команды
изменения
внешнего
вида
окна
;
меню
Simulation –
команды
управления
процессом
моделирования
;
меню
Format –
команды
изменения
внешнего
вида
отдельных
блоков
и
блок
-
схемы
в
целом
;
меню
Tools
включает
дополнительные
сервисные
средства
для
работы
с
S-
моделью
.
Сборка
S-
модели
заключается
в
том
,
что
графические
изображения
используемых
блоков
с
помощью
мыши
перетаскиваются
из
окна
раздела
библиотеки
в
окно
блок
-
схемы
,
а
затем
выходы
одних
блоков
в
окне
блок
-
схемы
соединяются
со
входами
других
блоков
(
также
с
помощью
мыши
).
Перед
началом
работы
с
S-
моделью
требуется
осуществить
установку
общих
параметров
модели
путем
вызова
команд
Simulation – Parameters
(Configuration Parameters
в
версии
MATLAB 7.0).
В
результате
появится
диалоговое
окно
установки
параметров
моделирования
,
имеющее
ряд
вкладок
(
или
разделов
в
версии
MATLAB 7.0)
с
большим
числом
настроек
.
Основной
для
нас
сейчас
является
вкладка
Solver (
Решатель
).
Элементы
управления
на
этой
вкладке
собраны
в
три
группы
:
Simulation time –
реализует
выбор
начального
(Start time)
и
конечного
(Stop time)
значений
модельного
времени
;
Solver options –
реализует
выбор
способа
задания
модельного
времени
при
решении
уравнений
с
фиксированным
шагом
(Fixed step)
и
с
переменным
шагом
(Variable step),
а
также
выбор
метода
расчета
текущего
состояния
при
моделировании
дискретных
и
непрерывных
систем
(
в
последнем
случае
это
методы
решения
обыкновенных
дифференциальных
уравнений
Эйлера
,
Хойна
,
Рунге
-
Кутта
и
т
.
д
.),
значений
интервалов
времени
дискретизации
(
по
умолчанию
– auto),
относительной
и
абсолютной
погрешности
расчета
(
по
умолчанию
10
-3
и
auto);
Output options –
реализует
задание
параметров
выходных
параметров
моделируемой
системы
с
помощью
раскрывающегося
списка
поля
ввода
.
В
версии
MATLAB 7.0
в
этом
разделе
(Solver)
представлены
первые
две
группы
опций
.
Окончательная
настройка
параметров
в
рамках
указанных
опций
осуществляется
после
сборки
и
согласования
всех
элементов
модели
.
В
качестве
примера
рассмотрим
создание
S-
модели
для
оценки
качества
передачи
простого
импульсного
радиосигнала
в
радиоканале
в
присутствии
шумов
.
Такой
сигнал
излучается
передатчиком
и
принимается
приемником
,
расположенном
на
расстоянии
R
от
передатчика
.
Для
формирования
импульсного
радиосигнала
заданной
длительности
может
использоваться
устройство
с
амплитудной
модуляцией
,
а
для
приема
–
устройство
с
амплитудной
демодуляцией
.
Шумы
на
входе
приемника
являются
аддитивными
(
складываются
со
входным
радиосигналом
).
Обнаружение
факта
передачи
радиосигнала
осуществляется
в
приемнике
путем
анализа
видеосигнала
на
выходе
демодулятора
.
Для
этого
производится
сравнение
сигнала
на
выходе
демодулятора
с
заданным
порогом
и
фиксация
сигнала
на
выходе
порогового
устройства
,
принимающего
два
значения
0
и
1.
Фиксация
осуществляется
путем
опроса
выхода
с
определенной
дискретностью
во
времени
.
Требуется
оценить
зависимость
вероятности
уверенного
приема
,
то
есть
правильной
фиксации
переданного
радиосигнала
в
приемнике
при
одновременном
отсутствии
на
интервале
наблюдения
ложных
импульсов
,
порожденных
шумом
.
Кроме
того
,
требуется
оценить
интенсивность
L
потока
ложных
импульсов
,
фиксируемых
в
приемнике
в
условиях
отсутствия
полезного
сигнала
.
Указанные
характеристики
являются
показателями
качества
(
эффективности
)
работы
системы
и
зависят
от
таких
факторов
,
как
амплитуда
излучаемого
сигнала
,
расстояние
от
передатчика
до
приемника
,
мощность
шума
,
величина
порога
.
В
качестве
конкретных
примеров
систем
,
в
которых
реализуются
аналогичные
по
смыслу
информационные
P
О
процессы
,
можно
привести
системы
радиосвязи
,
радиолокации
,
радиоконтроля
,
охранной
сигнализации
.
Рис
. 6.4.
Блок
-
схема
S-
модели
На
рис
. 6.4
приведена
блок
-
схема
S-
модели
рассматриваемой
системы
(
файл
trenl.mdl),
полученная
путем
соединения
необходимых
блоков
,
выбранных
из
соответствующих
разделов
библиотек
Simulink.
После
формирования
общей
блок
-
схемы
модели
осуществляется
согласованная
настройка
параметров
блоков
.
Для
проведения
настройки
каждого
блока
необходимо
навести
курсор
мыши
на
изображение
и
дважды
щелкнуть
левой
кнопкой
.
В
результате
появляется
окно
настройки
параметров
данного
компонента
.
Необходимо
отметить
,
что
в
качестве
параметров
в
окнах
настройки
могут
быть
указаны
либо
численные
значения
,
либо
идентификаторы
(
имена
)
переменных
,
значения
которых
устанавливаются
во
внешней
управляющей
программе
,
реализованной
в
виде
m-
файла
.
Рассмотрим
назначения
и
настройки
компонентов
S-
модели
,
представленной
на
рис
. 6.4.
Окно
общей
настройки
параметров
моделирования
Configuration
Parameters (Simulation – Parameters)
на
основной
вкладке
Solver
представлено
на
рис
. 6.5.
Рис
. 6.5
Исходным
источником
полезного
сигнала
является
блок
Step (
раздел
Sources
основной
библиотеки
Simulink).
Он
в
данной
схеме
формирует
прямоугольный
видеоимпульс
длительностью
c
0
,
1
u
=
τ
.
Для
этого
реализуются
настройки
,
представленные
на
рис
. 6.6.
Здесь
параметр
Step time (1,0 c)
определяет
момент
времени
,
в
который
происходит
скачкообразное
изменение
величины
сигнала
;
параметр
initial value –
уровень
сигнала
до
скачка
,
задаваемый
в
данной
модели
переменной
Am
,
определяемой
в
УП
; Final value –
уровень
сигнала
после
скачка
(
при
c
0
,
1
t
>
); Sample time –
эталонное
время
,
равное
значению
интервала
дискретизации
Ts ,
задаваемого
в
УП
.