ჩემი დღევანდელი სტატია არის ხმამაღალი აზრები ადამიანისგან, რომელმაც პროგრამირების გზა თითქმის შემთხვევით (თუმცა ბუნებრივია) აიღო.

დიახ, მესმის, რომ ჩემი გამოცდილება მხოლოდ ჩემი გამოცდილებაა, მაგრამ მეჩვენება, რომ ეს კარგად ჯდება ზოგად ტენდენციაში. უფრო მეტიც, ქვემოთ აღწერილი გამოცდილება უფრო მეტად ეხება სამეცნიერო მოღვაწეობის სფეროს, მაგრამ რა ჯანდაბა არ ხუმრობს - ის შეიძლება სასარგებლო იყოს გარეთ.

წყარო: https://xkcd.com/664/

ზოგადად, ეძღვნება ყველა ამჟამინდელ სტუდენტს ყოფილი სტუდენტიდან!

მოლოდინები

როდესაც 2014 წელს დავამთავრე ბაკალავრის ხარისხი საინფორმაციო საკომუნიკაციო ტექნოლოგიებისა და საკომუნიკაციო სისტემების მიმართულებით, თითქმის არაფერი ვიცოდი პროგრამირების სამყაროს შესახებ. დიახ, ისევე როგორც ბევრი სხვა, პირველ კურსზე ჩავაბარე "კომპიუტერული მეცნიერება" - მაგრამ, უფალო, ეს იყო ჩემს პირველ კურსზე! ეს იყო მარადისობა!

საერთოდ არ ველოდი განსაკუთრებულად განსხვავებულს ბაკალავრიატისგან და მაგისტრატურაში რომ ჩავაბარე "კომუნიკაცია და სიგნალის დამუშავება" გერმანულ-რუსული ახალი ტექნოლოგიების ინსტიტუტი.

მაგრამ ამაოდ...

ჩვენ მხოლოდ მეორე კურსდამთავრებულები ვიყავით და ბიჭები პირველიდან ჯერ კიდევ აწყობდნენ ჩანთებს შორეულ გერმანიაში (სტაჟირებას ექვსი თვე სჭირდება მაგისტრატურაში მეორე კურსზე). ანუ ევროპული განათლების მეთოდებს უახლოესი წრიდან ჯერ სერიოზულად არავინ შეხვედრია და დეტალების შესახებ არავინ ჰკითხა.

ჩვენს პირველ წელს, რა თქმა უნდა, გვქონდა სხვადასხვა სახის პრაქტიკა, რომელშიც ჩვეულებრივ დემოკრატიულად გვთავაზობდნენ არჩევანს სკრიპტების დაწერას შორის (ძირითადად MATLAB ენაზე) და სხვადასხვა მაღალ სპეციალიზებული GUI-ების გამოყენებას შორის (იმ გაგებით, რომ სკრიპტების დაწერის გარეშე - სიმულაცია. მოდელირების გარემო).

ზედმეტია იმის თქმა, რომ ჩვენ, მომავალმა მეცნიერებათა მაგისტრებმა, ახალგაზრდული სისულელეების გამო, ცეცხლივით კოდის წერას ვერიდებოდით. აი, მაგალითად, Simulink MathWorks-დან: აქ არის ბლოკები, აქ არის კავშირები, აქ არის ყველა სახის პარამეტრი და გადამრთველი.

შეხედულება, რომელიც არის მშობლიური და გასაგები ადამიანისთვის, რომელიც ადრე მუშაობდა მიკროსქემის დიზაინსა და სისტემების ინჟინერიაში!

წყარო: https://ch.mathworks.com/help/comm/examples/parallel-concatenated-convolutional-coding-turbo-codes.html

ასე გვეჩვენა...

რეალობა

პირველი სემესტრის ერთ-ერთი პრაქტიკული სამუშაო იყო OFDM სიგნალის გადამცემის შემუშავება საგნის „მოდელირებისა და ოპტიმიზაციის მეთოდები“ ფარგლებში. იდეა ძალიან წარმატებულია: ტექნოლოგია კვლავ აქტუალური და საკმაოდ პოპულარულია მისი გამოყენების გამო, მაგალითად, Wi-Fi და LTE/LTE-A ქსელებში (OFDMA-ს სახით). ეს საუკეთესო საშუალებაა ოსტატებისთვის, რომ გამოიყენონ თავიანთი უნარები ტელეკომის სისტემების მოდელირებაში.

ახლა კი გვაძლევენ ტექნიკური მახასიათებლების რამდენიმე ვარიანტს აშკარად არაპრაქტიკული ჩარჩოს პარამეტრებით (რათა არ ვეძიოთ გამოსავალი ინტერნეტში) და ვეხებით უკვე აღნიშნულ Simulink-ს... და თავზე ვეცემით ჩაიდანს. რეალობის:

• თითოეული ბლოკი სავსეა უამრავი უცნობი პარამეტრით, რომელთა შეცვლაც საშინელია ქუდის დაცემით.
• რიცხვებით მანიპულაციები უნდა გაკეთდეს, როგორც ჩანს, მარტივია, მაგრამ მაინც უნდა აურზაური, ღმერთმა ქნას.
• საკათედრო აპარატები შესამჩნევად ანელებს GUI-ს სასტიკი გამოყენებისგან, თუნდაც ხელმისაწვდომი ბლოკების ბიბლიოთეკებში სერფინგის ეტაპზე.
• სახლში რაღაცის დასასრულებლად, თქვენ უნდა გქონდეთ იგივე Simulink. და, ფაქტობრივად, ალტერნატივა არ არის.

დიახ, საბოლოოდ, ჩვენ, რა თქმა უნდა, დავასრულეთ პროექტი, მაგრამ დავასრულეთ იგი რელიეფის ხმამაღალი ამოსუნთქვით.

გავიდა გარკვეული დრო და მივედით მაგისტრატურის პირველ კურსზე. GUI-ების გამოყენებით საშინაო დავალების რაოდენობამ პროპორციულად დაიწყო კლება გერმანული საგნების პროპორციის მატებასთან ერთად, თუმცა ის ჯერ კიდევ არ იყო მიღწეული პარადიგმის ცვლამდე. ბევრი ჩვენგანი, მათ შორის მე, გადალახავს ჩვენს მნიშვნელოვან ამპლიტუდას, რათა ავაშენოთ, უფრო და უფრო მეტად ვიყენებთ Matlab-ს ჩვენს სამეცნიერო პროექტებში (თუმცა Toolboxes-ის სახით), და არა ერთი შეხედვით ნაცნობი Simulink.

ჩვენი ეჭვების წერტილი იყო ერთ-ერთი მეორე კურსის სტუდენტის ფრაზა (იმ დროისთვის ისინი ახლახან დაბრუნდნენ რუსეთში):

• დაივიწყეთ, სულ მცირე, სტაჟირების ხანგრძლივობის განმავლობაში, Similink, MathCad და სხვა LabView - გორაკზე ყველაფერი იწერება MATLAB-ში, თავად MatLab-ის ან მისი უფასო „ვერსიის“ Octave-ის გამოყენებით.

განცხადება ნაწილობრივ მართალი აღმოჩნდა: ილმენაუში ასევე არ მოგვარებულა დავა ინსტრუმენტების არჩევის შესახებ. მართალია, არჩევანი ძირითადად MATLAB-ს, Python-სა და C-ს შორის იყო.

იმავე დღეს ბუნებრივმა მღელვარებამ შემიპყრო: არ უნდა გადავიტანო OFDM გადამცემის მოდელის ჩემი ნაწილი სკრიპტულ ფორმაში? Გასართობად.

და საქმეს შევუდექი.

Ნაბიჯ - ნაბიჯ

თეორიული გამოთვლების მაგივრად ამას უბრალოდ ლინკს მივცემ შესანიშნავი სტატია 2011 წლიდან tgx და სლაიდებზე LTE ფიზიკური ფენა პროფესორები მიშელ-ტილა (TU Ilmenau). ვფიქრობ, ეს საკმარისი იქნება.

”მაშ,” გავიფიქრე მე, ”მოდით, გავიმეოროთ, რის მოდელობას ვაპირებთ?”
ჩვენ მოდელს გავაკეთებთ OFDM ჩარჩო გენერატორი (OFDM ჩარჩო გენერატორი).

რას მოიცავს:

• ინფორმაციის სიმბოლოები
• პილოტის სიგნალები
• ნულები (DC)

რა (სიმარტივისთვის) აბსტრაქტებს:

• ციკლური პრეფიქსის მოდელირებიდან (თუ საფუძვლები იცით, მისი დამატება არ იქნება რთული)

განსახილველი მოდელის ბლოკ-სქემა. ჩვენ შევჩერდებით ინვერსიულ FFT (IFFT) ბლოკზე. სურათის დასასრულებლად ყველას შეუძლია დანარჩენი თავად განაგრძოს – კათედრის მასწავლებლებს დავპირდი, რომ მოსწავლეებს რამეს დავტოვებ.

მოდით განვსაზღვროთ ისინი ჩვენთვის. ვარჯიში:

• ქვემატარებლების ფიქსირებული რაოდენობა;
• ჩარჩოს ფიქსირებული სიგრძე;
• უნდა დავამატოთ ერთი ნული შუაში და წყვილი ნულები ჩარჩოს დასაწყისში და ბოლოს (სულ, 5 ცალი);
• ინფორმაციის სიმბოლოები მოდულირებულია M-PSK ან M-QAM გამოყენებით, სადაც M არის მოდულაციის რიგი.

დავიწყოთ კოდით.

მთელი სკრიპტის ჩამოტვირთვა შესაძლებელია ლინკები.

მოდით განვსაზღვროთ შეყვანის პარამეტრები:

clear all; close all; clc

M = 4; % e.g. QPSK 
N_inf = 16; % number of subcarriers (information symbols, actually) in the frame
fr_len = 32; % the length of our OFDM frame
N_pil = fr_len - N_inf - 5; % number of pilots in the frame
pilots = [1; j; -1; -j]; % pilots (QPSK, in fact)

nulls_idx = [1, 2, fr_len/2, fr_len-1, fr_len]; % indexes of nulls

ახლა ჩვენ განვსაზღვრავთ საინფორმაციო სიმბოლოების ინდექსებს, ვიღებთ წინაპირობას, რომ საპილოტე სიგნალები აუცილებლად უნდა წავიდეს ნულების წინ და/ან შემდეგ:

idx_1_start = 4;
idx_1_end = fr_len/2 - 2;

idx_2_start = fr_len/2 + 2;
idx_2_end =  fr_len - 3;

შემდეგ პოზიციები შეიძლება განისაზღვროს ფუნქციის გამოყენებით ლინსპეისიმნიშვნელობების შემცირება უახლოეს მთელი რიცხვებიდან ყველაზე პატარამდე:

inf_idx_1 = (floor(linspace(idx_1_start, idx_1_end, N_inf/2))).'; 
inf_idx_2 = (floor(linspace(idx_2_start, idx_2_end, N_inf/2))).';

inf_ind = [inf_idx_1; inf_idx_2]; % simple concatenation

მოდით ამას დავუმატოთ ნულების ინდექსები და დავახარისხოთ:

%concatenation and ascending sorting
inf_and_nulls_idx = union(inf_ind, nulls_idx); 

შესაბამისად, საპილოტე სიგნალის ინდექსები არის ყველაფერი დანარჩენი:

%numbers in range from 1 to frame length 
% that don't overlape with inf_and_nulls_idx vector
pilot_idx = setdiff(1:fr_len, inf_and_nulls_idx); 

ახლა მოდით გავიგოთ პილოტის სიგნალები.

ჩვენ გვაქვს შაბლონი (ცვლადი მფრინავი), და ვთქვათ, გვინდა, რომ ამ შაბლონიდან პილოტები თანმიმდევრულად ჩასვათ ჩვენს ჩარჩოში. რა თქმა უნდა, ეს შეიძლება გაკეთდეს მარყუჟში. ან შეგიძლიათ ცოტა სახიფათო თამაში მატრიცებით - საბედნიეროდ MATLAB საშუალებას გაძლევთ ამის გაკეთება საკმარისი კომფორტით.

პირველ რიგში, მოდით განვსაზღვროთ ამ შაბლონებიდან რამდენი ჯდება მთლიანად ჩარჩოში:

pilots_len_psudo = floor(N_pil/length(pilots));

შემდეგი, ჩვენ ვქმნით ვექტორს, რომელიც შედგება ჩვენი შაბლონებისგან:

% linear algebra tricks:
mat_1 = pilots*ones(1, pilots_len_psudo); % rank-one matrix
resh = reshape(mat_1, pilots_len_psudo*length(pilots),1); % vectorization

და ჩვენ განვსაზღვრავთ პატარა ვექტორს, რომელიც შეიცავს მხოლოდ შაბლონის ნაწილს - "კუდი", რომელიც მთლიანად არ ჯდება ჩარჩოში:

tail_len = fr_len  - N_inf - length(nulls_idx) ...
                - length(pilots)*pilots_len_psudo; 
tail = pilots(1:tail_len); % "tail" of pilots vector

ჩვენ ვიღებთ პილოტ გმირებს:

vec_pilots = [resh; tail]; % completed pilots vector that frame consists

მოდით გადავიდეთ საინფორმაციო სიმბოლოებზე, კერძოდ, შევქმნით შეტყობინებას და მოვახდენთ მას:

message = randi([0 M-1], N_inf, 1); % decimal information symbols

if M >= 16
    info_symbols = qammod(message, M, pi/4);
else
    info_symbols = pskmod(message, M, pi/4);
end 

ყველაფერი მზადაა! ჩარჩოს აწყობა:

%% Frame construction
frame = zeros(fr_len,1);
frame(pilot_idx) = vec_pilots;
frame(inf_ind) = info_symbols

თქვენ უნდა მიიღოთ მსგავსი რამ:

frame =

   0.00000 + 0.00000i
   0.00000 + 0.00000i
   1.00000 + 0.00000i
  -0.70711 - 0.70711i
  -0.70711 - 0.70711i
   0.70711 + 0.70711i
   0.00000 + 1.00000i
  -0.70711 + 0.70711i
  -0.70711 + 0.70711i
  -1.00000 + 0.00000i
  -0.70711 + 0.70711i
  -0.70711 - 0.70711i
   0.00000 - 1.00000i
   0.70711 + 0.70711i
   1.00000 + 0.00000i
   0.00000 + 0.00000i
   0.00000 + 1.00000i
   0.70711 - 0.70711i
  -0.70711 + 0.70711i
  -1.00000 + 0.00000i
  -0.70711 + 0.70711i
   0.70711 + 0.70711i
   0.00000 - 1.00000i
  -0.70711 - 0.70711i
   0.70711 + 0.70711i
   1.00000 + 0.00000i
   0.70711 - 0.70711i
   0.00000 + 1.00000i
   0.70711 - 0.70711i
  -1.00000 + 0.00000i
   0.00000 + 0.00000i
   0.00000 + 0.00000i

"ნეტარება!" – გავიფიქრე კმაყოფილმა და ლეპტოპი დავხურე. რამდენიმე საათი დამჭირდა ყველაფრის გასაკეთებლად: მათ შორის კოდის დაწერა, Matlab-ის რამდენიმე ფუნქციის სწავლა და მათემატიკური ხრიკების საშუალებით ფიქრი.

რა დასკვნები გამოვიტანე მაშინ?

სუბიექტური:

• კოდის წერა სასიამოვნოა და პოეზიას ჰგავს!
• სკრიპტირება არის ყველაზე მოსახერხებელი კვლევის მეთოდი კომუნიკაციისა და სიგნალის დამუშავების სფეროსთვის.

ობიექტური:

• არ არის საჭირო ქვემეხიდან ბეღურების სროლა (თუ ასეთი საგანმანათლებლო მიზანი, რა თქმა უნდა, არ ღირს): Simulink-ის გამოყენებით, ჩვენ დავიწყეთ მარტივი პრობლემის გადაჭრა დახვეწილი ხელსაწყოთი.
• GUI კარგია, მაგრამ იმის გაგება, თუ რა შეიცავს "ქუდას" უკეთესია.

ახლა კი, სტუდენტობისგან შორს, მინდა შემდეგი ვუთხრა სტუდენტურ საძმოს:

• გაბედე!

სცადეთ კოდის დაწერა, თუნდაც თავიდან ცუდი იყოს. პროგრამირებაში, ისევე როგორც ნებისმიერ სხვა საქმიანობაში, ყველაზე რთული ნაწილია დასაწყისი. და უმჯობესია დაიწყოთ ადრე: თუ თქვენ ხართ მეცნიერი ან თუნდაც მხოლოდ ტექნიკური, ადრე თუ გვიან დაგჭირდებათ ეს უნარი.

• მოთხოვნა!

მოითხოვეთ პროგრესული მიდგომები და ინსტრუმენტები მასწავლებლებისა და ხელმძღვანელებისგან. თუ ეს შესაძლებელია, რა თქმა უნდა...

• Შექმნა!

სხვაგან სად ჯობია დამწყების ყველა წყლულის გადალახვა, თუ არა საგანმანათლებლო პროგრამის ფარგლებში? შექმენით და დახვეწეთ თქვენი უნარები - კიდევ ერთხელ, რაც უფრო ადრე დაიწყებთ, მით უკეთესი.

დამწყები პროგრამისტები ყველა ქვეყნიდან, გაერთიანდით!

PS

სტუდენტებთან ჩემი უშუალო ურთიერთობის დასაფიქსირებლად, ვამაგრებ 2017 წლის სამახსოვრო ფოტოს ორ რექტორთან: პიტერ შარფთან (მარჯვნივ) და ალბერტ ხარისოვიჩ გილმუტდინოვთან (მარცხნივ).

ამ კოსტიუმებისთვის მაინც ღირდა პროგრამის დასრულება! (ხუმრობს)

წყარო: www.habr.com