通信系統(tǒng)建模與仿真01課件

通信系統(tǒng)建模與仿真電子與信息工程學(xué)院宦海通信系統(tǒng)建模與仿真電子與信息工程學(xué)院概述教科書(shū)：Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析邵玉斌編著課時(shí)安排講課：28學(xué)時(shí)上機(jī)：20學(xué)時(shí)考察方法平時(shí)：20%實(shí)驗(yàn)：30%考試：50%概述教科書(shū)：主要學(xué)習(xí)內(nèi)容系統(tǒng)建模與仿真的概述Matlab軟件的操作方法Simulink模塊的使用方法基本通信模塊的建模與分析構(gòu)建通信系統(tǒng)的仿真模型模擬通信系統(tǒng)的建模仿真模擬信號(hào)數(shù)字化數(shù)字通信系統(tǒng)的建模仿真主要學(xué)習(xí)內(nèi)容系統(tǒng)建模與仿真的概述第一章通信系統(tǒng)仿真的原理和方法論1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義

1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程

1.3通信系統(tǒng)模型的分類

1.4通信系統(tǒng)仿真的方法

1.5通信系統(tǒng)仿真的優(yōu)點(diǎn)和局限性

1.6系統(tǒng)建模仿真方法與仿真工具

第一章通信系統(tǒng)仿真的原理和方法論1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，特別是與計(jì)算機(jī)技術(shù)的相互融合，通信系統(tǒng)和信號(hào)處理技術(shù)變得越來(lái)越復(fù)雜。強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)工具和系統(tǒng)仿真方法作為將新的技術(shù)理論成果轉(zhuǎn)換為實(shí)際產(chǎn)品的高效而低成本途徑越來(lái)越受到業(yè)界的青睞。1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，特別是1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義

其他應(yīng)用領(lǐng)域建筑/城市規(guī)劃交通醫(yī)學(xué)1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義其他應(yīng)用領(lǐng)域1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義軍事領(lǐng)域武器裝備研制軍事訓(xùn)練工業(yè)領(lǐng)域電力工業(yè)制造業(yè)汽車行業(yè)1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義軍事領(lǐng)域1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可劃分為三大類：基于理論分析的解析方法結(jié)合通信系統(tǒng)硬件原型和測(cè)試設(shè)備的計(jì)算機(jī)輔助仿真方法基于純軟件的系統(tǒng)仿真的方法1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可劃分為三大類：1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義建模和仿真的作用和意義：利用系統(tǒng)建模和軟件仿真技術(shù)，我們幾乎可以對(duì)所有的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行分層次的建模和評(píng)估。通過(guò)仿真技術(shù)和方法，我們可以有效地將數(shù)學(xué)分析模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)合起來(lái)。利用系統(tǒng)仿真方法，可以迅速構(gòu)建一個(gè)通信系統(tǒng)模型，提供一個(gè)便捷，高效和精確的評(píng)估平臺(tái)。1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義建模和仿真的作用和意義：1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程一、系統(tǒng)仿真的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)仿真的定義：仿真也稱為模擬，在本質(zhì)上，系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真就是根據(jù)物理系統(tǒng)的運(yùn)行原理建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述并進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值求解的過(guò)程。建模和仿真過(guò)程建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型或仿真模型。編寫(xiě)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型。求解。分析。1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程一、系統(tǒng)仿真的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程關(guān)鍵問(wèn)題：求解算法算法的改進(jìn)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程關(guān)鍵問(wèn)題：1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程二、計(jì)算機(jī)仿真的一般過(guò)程建立計(jì)算機(jī)程序（層次化的）。執(zhí)行仿真。對(duì)仿真模型和仿真結(jié)果的檢驗(yàn)。仿真驗(yàn)證包含以下方面內(nèi)容：對(duì)仿真數(shù)學(xué)模型有效性的驗(yàn)證。對(duì)計(jì)算機(jī)仿真模型（程序）的驗(yàn)證。對(duì)仿真算法的驗(yàn)證。仿真結(jié)果置信度分析1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程二、計(jì)算機(jī)仿真的一般過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程〔實(shí)例1.1〕試對(duì)空氣中在重力作用下不同質(zhì)量物體的下落過(guò)程進(jìn)行建模和仿真。已知重力加速度，在初始時(shí)刻時(shí)物體由靜止開(kāi)始?jí)嬄?。空氣?duì)落體的影響可以忽略不計(jì)。1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程〔實(shí)例1.1〕試對(duì)空氣中在重力作用下1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（1）建立數(shù)學(xué)模型初始條件1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（1）建立數(shù)學(xué)模型初始條件1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（2）數(shù)學(xué)模型的解析分析1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（2）數(shù)學(xué)模型的解析分析1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（3）根據(jù)數(shù)學(xué)模型建立計(jì)算機(jī)仿真模型（編程）1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（3）根據(jù)數(shù)學(xué)模型建立計(jì)算機(jī)仿真模型1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.3通信系統(tǒng)模型的分類1按照系統(tǒng)層次分類通信系統(tǒng)的最高層次描述是通信網(wǎng)絡(luò)層次

可以進(jìn)行對(duì)節(jié)點(diǎn)信息處理標(biāo)準(zhǔn)，通信協(xié)議以及通信鏈路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作。在網(wǎng)絡(luò)層次之下，是對(duì)通信節(jié)點(diǎn)和鏈路以及傳輸信號(hào)的具體化，稱為鏈路層次模型。

通過(guò)對(duì)輸入輸出波形或符號(hào)的仿真，來(lái)驗(yàn)證鏈路設(shè)計(jì)是否滿足由網(wǎng)絡(luò)層次仿真所要求的鏈路質(zhì)量指標(biāo)。電路實(shí)現(xiàn)層次的模型。電路實(shí)現(xiàn)層次的仿真器，用來(lái)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證電路系統(tǒng)是否達(dá)到了鏈路層次系統(tǒng)所要求的功能指標(biāo)。1.3通信系統(tǒng)模型的分類1按照系統(tǒng)層次分類1.3通信系統(tǒng)模型的分類2按照信號(hào)類型分類根據(jù)函數(shù)類型的不同可以將信號(hào)劃分為模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)，時(shí)間連續(xù)信號(hào)，時(shí)間離散信號(hào)等。按照鏈路層通信系統(tǒng)仿真模型中流通的信號(hào)類型不同，可以將其劃分為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，離散時(shí)間系統(tǒng)，模擬系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)以及混合系統(tǒng)等。1.3通信系統(tǒng)模型的分類2按照信號(hào)類型分類1.3通信系統(tǒng)模型的分類3按照系統(tǒng)特征分類恒參系統(tǒng)變參系統(tǒng)或時(shí)變系統(tǒng)確定系統(tǒng)隨機(jī)系統(tǒng)無(wú)記憶系統(tǒng)有記憶系統(tǒng)或動(dòng)態(tài)系統(tǒng)1.3通信系統(tǒng)模型的分類3按照系統(tǒng)特征分類1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的狀態(tài)方程求解方法所謂動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模，就是根據(jù)研究對(duì)象的物理模型找出相應(yīng)的狀態(tài)方程的過(guò)程。所謂對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真，就是利用計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)所得出的狀態(tài)方程進(jìn)行數(shù)值求解的過(guò)程。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的狀態(tài)方程求解1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.2〕對(duì)乒乓球的彈跳過(guò)程進(jìn)行仿真。忽略空氣對(duì)球的影響，乒乓球垂直下落，落點(diǎn)為光滑的水平面，乒乓球接觸落點(diǎn)立即反彈。如果不考慮彈跳中的能量損耗，則反彈前后的瞬時(shí)速率不變，但方向相反。如果考慮撞擊損耗，則反彈速率有所降低。我們希望通過(guò)仿真得出乒乓球位移隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.2〕對(duì)乒乓球的彈跳過(guò)程進(jìn)1.4通信系統(tǒng)仿真的方法數(shù)學(xué)模型下落時(shí)反彈瞬間1.4通信系統(tǒng)仿真的方法數(shù)學(xué)模型1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法2基于概率模型的蒙特卡羅方法蒙特卡羅（MonteCarlo）方法是一種基于隨機(jī)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)計(jì)算的數(shù)值方法，也稱計(jì)算機(jī)隨機(jī)模擬方法或統(tǒng)計(jì)模擬方法。蒙特卡羅方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是概率論中的大數(shù)定理和中心極限定理。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法2基于概率模型的蒙特卡羅方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法應(yīng)用蒙特卡羅方法主要有兩部分工作用蒙特卡羅方法模擬某一過(guò)程時(shí)，產(chǎn)生所需要的各種概率分布的隨機(jī)變量。用統(tǒng)計(jì)方法把模型的數(shù)字特征估計(jì)出來(lái)，從而得到問(wèn)題的數(shù)值解，即仿真結(jié)果。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法應(yīng)用蒙特卡羅方法主要有兩部分工作1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.3〕試用蒙特卡羅方法求出半徑為1的圓的面積。并與理論值對(duì)比。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.3〕試用蒙特卡羅方法求出1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法3混合方法仿真中同時(shí)使用了基于數(shù)值計(jì)算的狀態(tài)方程求解方法和基于統(tǒng)計(jì)計(jì)算的蒙特卡羅方法,稱為混合方法。由于通信系統(tǒng)是一種工作在隨機(jī)噪聲環(huán)境下的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，所以一般的對(duì)通信系統(tǒng)的仿真方法就是一種確定方程求解與統(tǒng)計(jì)計(jì)算相互結(jié)合的混合方法。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法3混合方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.4〕實(shí)際物理試驗(yàn)中，當(dāng)我們讓一個(gè)乒乓球垂直下落到一個(gè)完全水平的玻璃板上后，乒乓球不斷彈跳，直到能量耗盡。我們要建立更加接近真實(shí)的物理環(huán)境的彈跳模型，就必須考慮被忽視的微小的擾動(dòng)因素,根據(jù)大數(shù)定理，在數(shù)學(xué)上我們就可以將水平作用力建模為一個(gè)高斯隨機(jī)變量。我們將實(shí)例1.2推廣到三維空間中的情況。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.4〕實(shí)際物理試驗(yàn)中，當(dāng)我1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.5通信系統(tǒng)仿真的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：難以使用解析法求解的情況下系統(tǒng)仿真手段就成為了一個(gè)極為有效的工具。利用仿真技術(shù)往往可以繞過(guò)艱深的甚至是不可能的數(shù)學(xué)解析求解，而較為輕易地獲得問(wèn)題的數(shù)值結(jié)果。在對(duì)現(xiàn)代通信系統(tǒng)新協(xié)議、新算法和新的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和性能評(píng)估中，只能通過(guò)仿真來(lái)檢驗(yàn)所考察的對(duì)象，以驗(yàn)證有關(guān)的假設(shè)，評(píng)價(jià)算法的性能。仿真技術(shù)也是理解原理，驗(yàn)證理論，進(jìn)行探索和發(fā)現(xiàn)的有效途徑。1.5通信系統(tǒng)仿真的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：1.5通信系統(tǒng)仿真的優(yōu)點(diǎn)和局限性局限性：模型的建立、驗(yàn)證和確認(rèn)比較困難。對(duì)實(shí)際系統(tǒng)的建模的原理和方法不當(dāng)使得與實(shí)際系統(tǒng)的差別較大。建模過(guò)程中忽略了部分次要因素，使得模型仿真結(jié)果偏離實(shí)際系統(tǒng)。仿真試驗(yàn)時(shí)間太短。給結(jié)果分析帶來(lái)較大誤差。隨機(jī)變量的概率分布類型或參數(shù)選取不當(dāng)。仿真輸出結(jié)果的統(tǒng)計(jì)誤差。計(jì)算機(jī)字長(zhǎng)、編碼和應(yīng)用算法也會(huì)影響仿真結(jié)果。1.5通信系統(tǒng)仿真的優(yōu)點(diǎn)和局限性局限性：1.6系統(tǒng)建模仿真方法與仿真工具現(xiàn)代仿真平臺(tái)和編程語(yǔ)言環(huán)境的基本特征簡(jiǎn)便高效的仿真描述語(yǔ)言。層次化和模塊化建模的能力?？梢暬慕７绞健＼浖布f(xié)同仿真的能力。交互性和圖形環(huán)境?？缙脚_(tái)和可移植性。1.6系統(tǒng)建模仿真方法與仿真工具現(xiàn)代仿真平臺(tái)和編程語(yǔ)言環(huán)境1.6系統(tǒng)建模仿真方法與仿真工具仿真環(huán)境的構(gòu)成和要求模塊庫(kù)。模塊編輯和配置器。仿真管理器。后處理部分。文件和數(shù)據(jù)庫(kù)管理。幫助文檔。1.6系統(tǒng)建模仿真方法與仿真工具仿真環(huán)境的構(gòu)成和要求1.6系統(tǒng)建模仿真方法與仿真工具常用仿真工具的選擇網(wǎng)絡(luò)層次的建模：OPNET，NS鏈路層次的仿真：Matlab/Simulink，Systemview，Scilab以及C，C++電路實(shí)現(xiàn)層次的仿真：Spice，VHDL1.6系統(tǒng)建模仿真方法與仿真工具常用仿真工具的選擇MATLABOPNETNS2界面友好性主要是代碼GUI、代碼Tclscript拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)配置主要是代碼GUI，配置方便Tclscript代碼編程支持的構(gòu)件庫(kù)豐富的工具箱豐富的構(gòu)件庫(kù)豐富的組件模塊執(zhí)行效率低較高較高主要應(yīng)用場(chǎng)合科學(xué)計(jì)算，矩陣運(yùn)算通信、網(wǎng)絡(luò)仿真網(wǎng)絡(luò)協(xié)議仿真、IP網(wǎng)絡(luò)入門(mén)難度一般較難難使用成本較高高免費(fèi)MATLABOPNETNS2界面友好性主要是代碼GUI、代碼通信系統(tǒng)建模與仿真電子與信息工程學(xué)院宦海通信系統(tǒng)建模與仿真電子與信息工程學(xué)院概述教科書(shū)：Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實(shí)例分析邵玉斌編著課時(shí)安排講課：28學(xué)時(shí)上機(jī)：20學(xué)時(shí)考察方法平時(shí)：20%實(shí)驗(yàn)：30%考試：50%概述教科書(shū)：主要學(xué)習(xí)內(nèi)容系統(tǒng)建模與仿真的概述Matlab軟件的操作方法Simulink模塊的使用方法基本通信模塊的建模與分析構(gòu)建通信系統(tǒng)的仿真模型模擬通信系統(tǒng)的建模仿真模擬信號(hào)數(shù)字化數(shù)字通信系統(tǒng)的建模仿真主要學(xué)習(xí)內(nèi)容系統(tǒng)建模與仿真的概述第一章通信系統(tǒng)仿真的原理和方法論1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義

1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程

1.3通信系統(tǒng)模型的分類

1.4通信系統(tǒng)仿真的方法

1.5通信系統(tǒng)仿真的優(yōu)點(diǎn)和局限性

1.6系統(tǒng)建模仿真方法與仿真工具

第一章通信系統(tǒng)仿真的原理和方法論1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，特別是與計(jì)算機(jī)技術(shù)的相互融合，通信系統(tǒng)和信號(hào)處理技術(shù)變得越來(lái)越復(fù)雜。強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助分析與設(shè)計(jì)工具和系統(tǒng)仿真方法作為將新的技術(shù)理論成果轉(zhuǎn)換為實(shí)際產(chǎn)品的高效而低成本途徑越來(lái)越受到業(yè)界的青睞。1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義隨著數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展，特別是1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義

其他應(yīng)用領(lǐng)域建筑/城市規(guī)劃交通醫(yī)學(xué)1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義其他應(yīng)用領(lǐng)域1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義軍事領(lǐng)域武器裝備研制軍事訓(xùn)練工業(yè)領(lǐng)域電力工業(yè)制造業(yè)汽車行業(yè)1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義軍事領(lǐng)域1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可劃分為三大類：基于理論分析的解析方法結(jié)合通信系統(tǒng)硬件原型和測(cè)試設(shè)備的計(jì)算機(jī)輔助仿真方法基于純軟件的系統(tǒng)仿真的方法1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)可劃分為三大類：1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義建模和仿真的作用和意義：利用系統(tǒng)建模和軟件仿真技術(shù)，我們幾乎可以對(duì)所有的設(shè)計(jì)細(xì)節(jié)進(jìn)行分層次的建模和評(píng)估。通過(guò)仿真技術(shù)和方法，我們可以有效地將數(shù)學(xué)分析模型和經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ徒Y(jié)合起來(lái)。利用系統(tǒng)仿真方法，可以迅速構(gòu)建一個(gè)通信系統(tǒng)模型，提供一個(gè)便捷，高效和精確的評(píng)估平臺(tái)。1.1通信系統(tǒng)仿真的現(xiàn)實(shí)意義建模和仿真的作用和意義：1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程一、系統(tǒng)仿真的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)仿真的定義：仿真也稱為模擬，在本質(zhì)上，系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真就是根據(jù)物理系統(tǒng)的運(yùn)行原理建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)描述并進(jìn)行計(jì)算機(jī)數(shù)值求解的過(guò)程。建模和仿真過(guò)程建立系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型或仿真模型。編寫(xiě)系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型。求解。分析。1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程一、系統(tǒng)仿真的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程關(guān)鍵問(wèn)題：求解算法算法的改進(jìn)簡(jiǎn)化系統(tǒng)模型1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程關(guān)鍵問(wèn)題：1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程二、計(jì)算機(jī)仿真的一般過(guò)程建立計(jì)算機(jī)程序（層次化的）。執(zhí)行仿真。對(duì)仿真模型和仿真結(jié)果的檢驗(yàn)。仿真驗(yàn)證包含以下方面內(nèi)容：對(duì)仿真數(shù)學(xué)模型有效性的驗(yàn)證。對(duì)計(jì)算機(jī)仿真模型（程序）的驗(yàn)證。對(duì)仿真算法的驗(yàn)證。仿真結(jié)果置信度分析1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程二、計(jì)算機(jī)仿真的一般過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程〔實(shí)例1.1〕試對(duì)空氣中在重力作用下不同質(zhì)量物體的下落過(guò)程進(jìn)行建模和仿真。已知重力加速度，在初始時(shí)刻時(shí)物體由靜止開(kāi)始?jí)嬄??？諝鈱?duì)落體的影響可以忽略不計(jì)。1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程〔實(shí)例1.1〕試對(duì)空氣中在重力作用下1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（1）建立數(shù)學(xué)模型初始條件1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（1）建立數(shù)學(xué)模型初始條件1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（2）數(shù)學(xué)模型的解析分析1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（2）數(shù)學(xué)模型的解析分析1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（3）根據(jù)數(shù)學(xué)模型建立計(jì)算機(jī)仿真模型（編程）1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程（3）根據(jù)數(shù)學(xué)模型建立計(jì)算機(jī)仿真模型1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.2計(jì)算機(jī)仿真的過(guò)程1.3通信系統(tǒng)模型的分類1按照系統(tǒng)層次分類通信系統(tǒng)的最高層次描述是通信網(wǎng)絡(luò)層次

可以進(jìn)行對(duì)節(jié)點(diǎn)信息處理標(biāo)準(zhǔn)，通信協(xié)議以及通信鏈路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證工作。在網(wǎng)絡(luò)層次之下，是對(duì)通信節(jié)點(diǎn)和鏈路以及傳輸信號(hào)的具體化，稱為鏈路層次模型。

通過(guò)對(duì)輸入輸出波形或符號(hào)的仿真，來(lái)驗(yàn)證鏈路設(shè)計(jì)是否滿足由網(wǎng)絡(luò)層次仿真所要求的鏈路質(zhì)量指標(biāo)。電路實(shí)現(xiàn)層次的模型。電路實(shí)現(xiàn)層次的仿真器，用來(lái)設(shè)計(jì)和驗(yàn)證電路系統(tǒng)是否達(dá)到了鏈路層次系統(tǒng)所要求的功能指標(biāo)。1.3通信系統(tǒng)模型的分類1按照系統(tǒng)層次分類1.3通信系統(tǒng)模型的分類2按照信號(hào)類型分類根據(jù)函數(shù)類型的不同可以將信號(hào)劃分為模擬信號(hào)，數(shù)字信號(hào)，時(shí)間連續(xù)信號(hào)，時(shí)間離散信號(hào)等。按照鏈路層通信系統(tǒng)仿真模型中流通的信號(hào)類型不同，可以將其劃分為連續(xù)時(shí)間系統(tǒng)，離散時(shí)間系統(tǒng)，模擬系統(tǒng)，數(shù)字系統(tǒng)以及混合系統(tǒng)等。1.3通信系統(tǒng)模型的分類2按照信號(hào)類型分類1.3通信系統(tǒng)模型的分類3按照系統(tǒng)特征分類恒參系統(tǒng)變參系統(tǒng)或時(shí)變系統(tǒng)確定系統(tǒng)隨機(jī)系統(tǒng)無(wú)記憶系統(tǒng)有記憶系統(tǒng)或動(dòng)態(tài)系統(tǒng)1.3通信系統(tǒng)模型的分類3按照系統(tǒng)特征分類1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的狀態(tài)方程求解方法所謂動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模，就是根據(jù)研究對(duì)象的物理模型找出相應(yīng)的狀態(tài)方程的過(guò)程。所謂對(duì)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的仿真，就是利用計(jì)算機(jī)來(lái)對(duì)所得出的狀態(tài)方程進(jìn)行數(shù)值求解的過(guò)程。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1基于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)模型的狀態(tài)方程求解1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.2〕對(duì)乒乓球的彈跳過(guò)程進(jìn)行仿真。忽略空氣對(duì)球的影響，乒乓球垂直下落，落點(diǎn)為光滑的水平面，乒乓球接觸落點(diǎn)立即反彈。如果不考慮彈跳中的能量損耗，則反彈前后的瞬時(shí)速率不變，但方向相反。如果考慮撞擊損耗，則反彈速率有所降低。我們希望通過(guò)仿真得出乒乓球位移隨時(shí)間變化的關(guān)系曲線1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.2〕對(duì)乒乓球的彈跳過(guò)程進(jìn)1.4通信系統(tǒng)仿真的方法數(shù)學(xué)模型下落時(shí)反彈瞬間1.4通信系統(tǒng)仿真的方法數(shù)學(xué)模型1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法2基于概率模型的蒙特卡羅方法蒙特卡羅（MonteCarlo）方法是一種基于隨機(jī)試驗(yàn)和統(tǒng)計(jì)計(jì)算的數(shù)值方法，也稱計(jì)算機(jī)隨機(jī)模擬方法或統(tǒng)計(jì)模擬方法。蒙特卡羅方法的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)是概率論中的大數(shù)定理和中心極限定理。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法2基于概率模型的蒙特卡羅方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法應(yīng)用蒙特卡羅方法主要有兩部分工作用蒙特卡羅方法模擬某一過(guò)程時(shí)，產(chǎn)生所需要的各種概率分布的隨機(jī)變量。用統(tǒng)計(jì)方法把模型的數(shù)字特征估計(jì)出來(lái)，從而得到問(wèn)題的數(shù)值解，即仿真結(jié)果。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法應(yīng)用蒙特卡羅方法主要有兩部分工作1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.3〕試用蒙特卡羅方法求出半徑為1的圓的面積。并與理論值對(duì)比。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.3〕試用蒙特卡羅方法求出1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法3混合方法仿真中同時(shí)使用了基于數(shù)值計(jì)算的狀態(tài)方程求解方法和基于統(tǒng)計(jì)計(jì)算的蒙特卡羅方法,稱為混合方法。由于通信系統(tǒng)是一種工作在隨機(jī)噪聲環(huán)境下的動(dòng)態(tài)系統(tǒng)，所以一般的對(duì)通信系統(tǒng)的仿真方法就是一種確定方程求解與統(tǒng)計(jì)計(jì)算相互結(jié)合的混合方法。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法3混合方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.4〕實(shí)際物理試驗(yàn)中，當(dāng)我們讓一個(gè)乒乓球垂直下落到一個(gè)完全水平的玻璃板上后，乒乓球不斷彈跳，直到能量耗盡。我們要建立更加接近真實(shí)的物理環(huán)境的彈跳模型，就必須考慮被忽視的微小的擾動(dòng)因素,根據(jù)大數(shù)定理，在數(shù)學(xué)上我們就可以將水平作用力建模為一個(gè)高斯隨機(jī)變量。我們將實(shí)例1.2推廣到三維空間中的情況。1.4通信系統(tǒng)仿真的方法〔實(shí)例1.4〕實(shí)際物理試驗(yàn)中，當(dāng)我1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.4通信系統(tǒng)仿真的方法1.5通信系統(tǒng)仿真的優(yōu)點(diǎn)和局限性優(yōu)點(diǎn)：難以使用解析法求解的情況下系統(tǒng)仿真手段就成為了一個(gè)極為有效的工具。利用仿真技術(shù)往往可以繞過(guò)艱深的甚至是不可能的數(shù)學(xué)解析求解，而較為輕易地獲得問(wèn)題的數(shù)值結(jié)果。在對(duì)現(xiàn)代通信系統(tǒng)新協(xié)議、新算法和新的體系結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和性能評(píng)估中，