Основы моделирования в инфокоммуникационных технологиях и системах связи

Бакалавриат 2020/2021

Статус: Курс по выбору (Инфокоммуникационные технологии и системы связи)

Направление: 11.03.02. Инфокоммуникационные технологии и системы связи

Кто читает: Департамент электронной инженерии

Где читается: Московский институт электроники и математики им. А.Н. Тихонова

Когда читается: 3-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Преподаватели: Харитонов Игорь Анатольевич

Язык: русский

Кредиты: 5

Контактные часы: 68

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Данная дисциплина изучается на третьем курсе направления подготовки бакалавров 11.03.02 «Инфокоммуникационные технологии и системы связи» (ИКТ и СС), образовательная программа «Инфокоммуникационные технологии и системы связи». Рассматриваются следующие основные вопросы: - Блочно-иерархический подход к моделированию инфо-коммуникационных систем. - Математические модели на микроуровне. Система уравнений полупроводников. Приборно-технологическое моделирование полупроводниковых приборов. Пакеты моделирования. - Схемотехническое моделирование фрагментов схем. Схемотехнические модели. Программы моделирования. - Макромоделирование фрагментов схем. - Логическое моделирование цифровых схем. Методы и модели. - Моделирование механических воздействий и тепловых процессов в изделия ИКТ и СС - Математические модели на метауровне. Смешанное моделирование разнородных частей систем. Моделирование с помощью универсальных пакетов. Применение пакета MathCad. На практических занятиях студенты учатся применять средства схемотехнического моделирования для анализа характеристик базовых фрагментов инфокоммуникационной техники. С помощью онлайн калькуляторов учатся рассчитывать тепловые процессы в простейших объектах. Текущий контроль успеваемости предусматривает учет активности студентов в ходе проведения практических занятий, выступлений по конкретному разделу, консультаций с преподавателем; оценок, полученных за практические работы. Экзамен– проводится в устной форме по соответствующим билетам. Результирующая оценка за дисциплину учитывает накопленную оценку за работу на практических занятиях и оценку, полученную на экзамене.

Цель освоения дисциплины

Целями освоения дисциплины «Основы моделирования в инфо-коммуникационных тех-нологиях и системах связи» является формирование у студентов совокупности знаний о видах и назначении математических моделей физических процессов функционирования компонентов систем связи, схем различной сложности, систем связи; методах построения таких моделей, применении ЭВМ и пакетов САПР для изучения процессов функционирования инфо-коммуникационных устройств и систем связи.

Планируемые результаты обучения

Знать: основные понятия о математических моделях в области инфо-коммуникационных систем, классификацию методов моделирования на различных уровнях аппаратуры.
Уметь : выбирать модели, необходимые для анализа работы различных уровней и частей инфо-коммуникационных систем.
Знать: Математические модели для анализа характеристик полупроводниковых приборов.
Уметь: пользоваться простыми программными пакетами для расчета характеристик элементов инфо-коммуникациолнной техники
Знать: Особенности и требования к математическим моделям основных электронных компонентов для схемотехнического анализа.
Уметь: выбирать модели компонентов инфо-коммуникациолнной техники для расчета характеристик схем и систем.
Владеть: Программными пакетами для анализа работы схем.
Знать: Особенности и требования к макромоделям сложных электронных компонентов. Методы логического модлерования.
Уметь: выбирать макромодели сложных компонентов инфо-коммуникационной техники для расчета характеристик схем и систем.
Владеть: Программными пакетами для анализа работы схем
Знать: Особенности и требования к моделям для анализа механических воздействий и тепловых процессов в изделиях ИКТ и СС.
Уметь: выбирать модели компонентов инфо-коммуникациолнной техники для расчетов тепловых характеристик схем и систем.
Владеть: Программными пакетами для анализа тепловых и механических режимов изделий
Знать: Особенности и требования к моделям для анализа работы больших систем.
Владеть: Универсальными программными пакетами (MathCad) для анализа работы частей ИКТ и СС
Знать: основные понятия языков описания аппаратуры (Verilog, VHDL). Програмное обеспечение , используемое для поведенческого моделирования цифровых систем.

Содержание учебной дисциплины

Раздел 1. Блочно-иерархический подход к моделированию инфо-коммуникационных систем. Общие сведения о математических моделях
Иерархические уровни проектирования: микроуровень (уровень В) макроуровень (уровень Б), метауровень (уровень А). Выходные, внутренние и внешние параметры. Фазовые переменные. Распределенные модели, сосредоточенные модели, математические модели метауровня. Требования, предъявляемые к математическим моделям. Классификация математических моделей: функциональные и структурные, статическая модель, динамическая модель, дискретная (логическая) модель, непрерывная модель, сосредоточенная модель, модель системы, модель элемента, полная математическая модель (ПМ), макромодель (ММ), фазовые и факторные, аналитические модели, алгоритмические модели. Пример иерархических рядов математических моделей. Методы получения математических моделей.
Раздел 2. Математические модели на микроуровне. Приборно-технологическое моделирование полупроводниковых приборов. Пакеты моделирования.
Распределенные математические модели Исходные уравнения. Уравнение теплопроводности. Уравнение диффузии. Уравнения электродинамики. Система уравнений полупроводников.
Раздел 3. Схемотехническое моделирование фрагментов схем. Схемотехнические модели. Программы моделирования.
Основные положения инвариантных методов моделирования. Электрические системы. Графы. Эквивалентные схемы для систем с однородными и разнородными физическими элементами. Составление эквивалентных схем моделируемых объектов. Методы получения математических моделей на макроуровне. Общая характеристика методов получения математических моделей на макроуровне. метод узловых потенциалов и метод контурных токов, метод переменных состояния. Табличный метод. Схемотехничекое модулирование схем
Раздел 4. Макромоделирование фрагментов схем. Логическое моделирование цифровых схем. Методы и модели
Макромоделирование фрагментов аналоговых и логических схем. Сложность макромоделей. Макромоделирование цифровых схем в программе PSPICE: описание цифровой части, аналого-цифрового и цифро-аналогового интерфейса. Макромодели операционных усилителей
Раздел 5. Моделирование механических воздействий и тепловых процессов в изделия ИКТ и СС
Тепловые системы. аналогии между электрическими и тепловыми системами длинные линии. Тепловые сопротивления. Механизмы теплопередачи. Тепловые модели электронных компонентов
Раздел 6. Математические модели на метауровне. Смешанное моделирование разнородных частей систем. Моделирование с помощью универсальных пакетов. Применение пакета MathCad
Моделирование на основе составления уравнений состояния (относительно фазовых переменных) с укрупненным описанием элементов объекта в виде фазовых макромоделей. Выполнение расчетов на основе факторных макромоделей. Представление объекта в виде системы массового обслуживания (СМО). Моделирование с помощью универсальных пакетов. Применение пакета MathCad
Раздел 7. Поведенческое моделирование цифровых схем. Языки описания апаратуры Verilog, VHDL. Програмное обеспечение
Логическое моделирование цифровых схем . Методы асинхронного и синхронного моделирования. Языки Verilog, VHDL. Програмное обеспечение

Элементы контроля

Экзамен
Экзамен проводится в устной форме (опрос по материалам курса). Экзамен проводится на платформе zoom https://zoom.us К экзамену необходимо подключиться согласно расписанию. Компьютер студента должен удовлетворять требованиям: наличие рабочей камеры и микрофона, поддержка zoom. Для участия в экзамене студент обязан: поставить на аватар свою фотографию, явиться на экзамен согласно точному расписанию, при ответе включить камеру и микрофон. Во время экзамена студентам запрещено: выключать камеру, пользоваться конспектами и подсказками. Кратковременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение связи менее минуты. Долговременным нарушением связи во время экзамена считается нарушение более одной минуты. При долговременном нарушении связи студент не может продолжить участие в экзамене.
Практические занятия
Дистанционный формат со 2-го модуля.

Промежуточная аттестация

Промежуточная аттестация (2 модуль)
0.4 * Практические занятия + 0.6 * Экзамен

Программа дисциплины