通信系統(tǒng)的計算機模擬第一講

1通信系統(tǒng)的計算機模擬田斌西安電子科技大學綜合業(yè)務網國家重點實驗室2引論模擬（仿真）？Simulation/emulation仿真的基本思想是利用物理的或數學的模型來類比模仿現(xiàn)實過程，以尋求對真實過程的認識。它所遵循的基本原則是相似性原理。RepresentationoftheoperationorfeaturesofoneprocessorsystemthroughtheuseofanotherComputerScienceToimitatethefunctionof(anothersystem),asbymodificationstohardwareorsoftwarethatallowtheimitatingsystemtoacceptthesamedata,executethesameprograms,andachievethesameresultsastheimitatedsystem.模擬：上層的、軟件的仿真：底層的、硬件的3以通信系統(tǒng)理論、隨機過程與統(tǒng)計學理論和優(yōu)化理論為基礎，以計算機和仿真軟件為工具，對現(xiàn)實通信系統(tǒng)或未來通信系統(tǒng)進行實驗研究的理論和方法。系統(tǒng)仿真由三個要素構成：系統(tǒng)、模型和實驗系統(tǒng)是問題的本源；實驗是解決問題達到目的的手段；系統(tǒng)模型是連接系統(tǒng)和實驗之間的橋梁。計算機仿真通信系統(tǒng)仿真（模擬）基本概念4計算機仿真三個活動：

系統(tǒng)建模、仿真建模、仿真實驗：5應用系統(tǒng)仿真的情況

“最后的方法”1．不存在完整的數學公式，或者還沒有一套解答數學模型公式的方法。2．需要對系統(tǒng)或過程進行長期運行的比較。3．系統(tǒng)還處于設計階段，并沒有真正建立起來，進行多個方案的比較擇優(yōu)4．在真實系統(tǒng)上做實驗會破壞系統(tǒng)的運行。5．需做多次試驗時，很難保證每次的操作條件都相同，因而無法對試驗結果做出正確的判斷。6．試驗費用太大或有危險性。6通信系統(tǒng)計算機仿真1現(xiàn)代通信系統(tǒng)的復雜性通信系統(tǒng)的結構、系統(tǒng)運行時所處的環(huán)境系統(tǒng)特性：功率和帶寬有限系統(tǒng)要求：高速數據互相矛盾復雜的調制和脈沖成形技術，差錯控制、接收端的高級信號處理技術。高速數據同步要求變得更嚴格，接收機也更復雜更惡劣的環(huán)境中，多跳非線性放大器干擾多徑和陰影衰落。不能夠解析處理7通信系統(tǒng)計算機仿真2計算機不僅功能強大，而且價格便宜計算機方法的發(fā)展另一個動機：深入理解系統(tǒng)特性的有價值的工具。好的仿真跟在實驗室實現(xiàn)一個系統(tǒng)很類似，多點測量，參數研究，可以任意改動濾波器帶寬和信噪比（SNR）等參數，而且還能很快地觀測到這些改變對系統(tǒng)性能的影響。時域波形、信號譜圖、眼圖、信號星座圖、直方圖。仿真能更容易也更經濟地對各種假設情況進行研究，仿真的主要作用不在于獲得數值而在于獲得深入的理解。8這門課程前面的原因：仿真的好處與重要性已經學習過通信原理、無線通信、matlab，還有必要嗎？仿真的可信度？仿真的基本概念假輿馬者非利足也而致千里假舟楫者非能水也而絕江河君子生非異也善假于物也?莊子進入科研研究的需要選題、仿真、硬件等定位物理層和通信信號處理9

復雜性示例

易于解析處理的系統(tǒng)數據源產生一個符號序列dk

離散的二進制通信系統(tǒng)數據源是無記憶的，離散無記憶源調制器的作用是將源符號變換成波形發(fā)射機對調制器的輸出進行放大10復雜鍬性示需例易于簡解析裂處理嚷的系墓統(tǒng)信道哀是系跌統(tǒng)中適需要占進行額精確少建模魄的最逢復雜嘴的部燙分（AW晌GN）信嚴道。最佳報接收腫機陜匹配有濾波趙器輸出籠采樣每判決易于哲解析耀處理活的11復雜羽性示鑼例易于陣解析辛處理翻的系墻統(tǒng)表示扛一個虛符號竊周期書內的陡平均底能量莖，跟躬波形響集合酸相關惡聯(lián)，叛為加攪性信閱道噪漂聲的裝單邊叨功率精譜密徐度K:參數氧取決錄于波國形的吹相關墓程度爛。FS喬K,吳K啦=1PS領K相差隆為弧度效，使鉗得信鑰號為愛逆相撐關，k=躁212為什怨么該步系統(tǒng)拼是易振于解廣析處現(xiàn)理的蟲？AW叼GN信道宣接收逢機是煎線性獨的，壯通過彈分析瓣，我債們可炕以計控算出鎮(zhèn)作為論接收豈端濾暫波器筐參數歉函數攜的誤風比特駕率（BE秋R），剝并可架求出顏對應毅于最糧小BE擾R的濾溜波器疫參數簽值。數據片源為饞無記雷憶的匯，理伏想的慎符號詠同步襪。仿真石易于孝解析僑處理容的系憲統(tǒng)是電否也汁有作御用呢艱？很可應能是追一個枝更復蹤蝶雜的伏系統(tǒng)兩的基別本構叨成模接塊。易于卻解析換處理洪的系獨統(tǒng)，浮可以上開發(fā)食出仿釋真代拖碼，句這種江系統(tǒng)趙能直私接進帖行分參析，冠開發(fā)勇出的緩仿真斥能很圾容易騎得到饅驗證腫。可遭以根摘據待賺研究顧系統(tǒng)緞的建醒模需備求，著數據樂源、圾調制夜器、太信道狹或接乓收機趴進行到修改老，起口點是運正確依無誤子的。13需繁縣瑣解蛛析處量理的叛系統(tǒng)非線暈性放鴨大器諧波閥與交憐調失暫真，嚷頻儉譜拓肚展帶通細濾波默器，保中心腦頻率舞等于喉所期彩望的鉗載波圍頻率檢，作密用就啊是減閃少非損線性餃帶來新的諧鞋波與親互調貴失真窯。14問題調制甜器與HP場A后面轟的濾述波器魄導致變數據跨信號鈴時間儉擴散從而以在時者間上紗濾波啟后的梁信號瞧不再屑局限們在符麻號周降期內賭，將先引起初符號灶間干碗擾（IS龍I）。在解卡調第膏個符衛(wèi)號時太必須羅考慮把的前濫續(xù)符網號的倦數目惕，取財決于怖濾波心器輸年出信反號的巨記憶摧。第怪個符最號的礙差錯佳概率避取決蘋于前賢個符因號15問題二進乳制的惜情況聯(lián)，2K個長豆度為k的不還同序護列AW謙GN信道抽，這裳個差嶼錯概若率都蔥是Q函數莊，可我以直委接計葬算每懼一個Q函數川的值徹，但勁是計仿算過歸程很綠繁瑣瀉，因然而經贈常會燥用到櫻仿真眼的方瓣法。噪聲嘉注入撐點到違統(tǒng)計盛量采霞集點咳之間漿的系艇統(tǒng)是混線性嗓的16半解套析方河法均值精，無倒噪聲植仿真喬確定方差暫：解氧析確誕定17難以勉解析寧處理訪的系庫統(tǒng)兩（飄單）案跳衛(wèi)譜星通交信系武統(tǒng)衛(wèi)星滑轉發(fā)圍器建遼模非學線性革大功奶率放朵大器妥（HP痛A），碼濾波司器濾鋤掉非小線性誰造成址的帶窯外諧也波失窩真衛(wèi)吩星信竿道模扔型上行歪鏈路蜘和下尼行鏈騎路噪別聲18wh液y難以竊解析見處理縣？即使窩假設蹈上行仿鏈路黑和下演行鏈饅路噪盞聲都誓是高誦斯過著程，漿接收未端的翠噪聲初還是谷很難晴確定下行圾鏈路械噪聲叛只通監(jiān)過系編統(tǒng)的域線性矛部分上行模鏈路捆噪聲善通過音了系宴統(tǒng)的纖非線變性部巖分判決吵統(tǒng)計債量的潔概率行密度臭函數歉還是包很難緣瑞確定紛，沒鐵有判支決統(tǒng)開計量價的概標率密防度函垂數的師精確癢知識沉，差詞錯概則率就艦無法駐求出衣，仿仔真是子一個鵝必備哥的基肥本工銜具。19仿真狠的多決學科姻特點仿真吉問題怒理論搜框架線性呀系統(tǒng)吉理論草確定延線性慨系統(tǒng)醬輸入六輸出槐關系也的方殊法，肺時域佛（系巴統(tǒng)沖悉激響運應）嗚和頻運域（鐮系統(tǒng)艇傳遞催函數鳳）表呈示系妥統(tǒng)模納型。20仿真甩的多提學科蔬特點通信埋原理租理解順系統(tǒng)獸結構溉、鑒仿真隊可以目用來揭確定麥合適婦的系列統(tǒng)參悶數值斬就必復須了桂解參宿數值置的實您際范值圍，楊正常牲運行笛和結叔果的純合理戚性，傷深入宋理解緩適當疫的系戲統(tǒng)特環(huán)性也超很有漆必要綱。21仿真停的多蘆學科巧特點數字紫信號鎖處理還連續(xù)雁時間飲系統(tǒng)師元器娛件（喜如濾揚波器胞）的題離散螞時間跑近似賠組成偉。數值福分析22仿真笑的多然學科轎特點數值恐分析尚和DS模P密切德相關澡，數布值積表分，甲曲線蕩擬和概率寇通信超系統(tǒng)航的性范能指贈標通御常以眨概率御形式刃表示予。隨機忘過程網理論數論串開發(fā)鑒隨機網數發(fā)鐘生器幣的工竿具。計算盜機科疊學表攻示信洽號采章樣值崇的字悠長和視字格茫式會村影響重仿真探精度勻。23仿真歇的多卡學科碎特點估計唉理論額的工油具和屈概念賞仿真申結果茂的有陽效性露進行養(yǎng)評估止。重復篩仿真宿得出摘的數盛值每稀次都秋會不假同，嶄無偏甲估計神器是遣指估碰計均璃值等睡于欲奔測數旱量的識那種爛估計獄器，黎一致逐估計誘是指支估計值的方畫差隨容著仿露真時攤間增譜加而源減小煮的那擊種估困計。24模型建立臺仿真蒸模型要點綢：模牽型要掙足夠專詳細園、要規(guī)建模殼的系建統(tǒng)的鋸基本區(qū)特征勞不能毒過于自復雜友?？紤]廉解析懸模型懷和仿奪真模盡型這村兩種濕不同音類型粱的模產型是毯有益明的。氧建模刺的首名要和賠最重紫要的藍步驟筆是確肌定模強型要路描述絡的物粗理元盟器件我的特煉征和赴工作帽特性權，解圈析模氏型以享方程伍或方娛程組露的形刑式給冊出。從物托理元捷器件核到解警析模涌型，擺最后起再到渡仿真捎模型貢，抽去象程呢度依鴉次增見加。25模型不同跳抽象尸程度鋼的模曉型，考慮賣信道愿模型筋，我囑們將鴉看到污信道查可以擦用波找形級末方法柴來建疤模，煙模型區(qū)對波挨形采間樣值和進行豎處理扒?；谠攴枔P而非襖波形辣采樣抗值的攜離散續(xù)馬爾棚可夫特過程例，馬副爾可繞夫信女道模領型通亭常還炕將調頃制器猜、發(fā)客射機現(xiàn)和接輔收機弄也納唯入信疏道中派。26確定役性與聾隨機釣性仿房誠真確定礙性：搬固定糞電路掌的仿剝真隨機粥性忌：數帖字通饒信系謊統(tǒng)，封其接晶收信陰號由索發(fā)送早信號便和隨峽機噪柔聲疊獅加而攀成。BP昂SK鄙AW麥GN一個瘡數而循不是怪隨機襲變量混，接孟收機瘋輸入厲端出撤現(xiàn)了杜隨機辦量（衡噪聲忙）。分析凱和確求定性黑仿真監(jiān)都會涉給出憤一個喘數值估結果閥，這坡一點罵是很嫌重要瞎的。棚每次籮作分歲析，褲都會患得到蚊同一閣個數駕。而屋每次撇進行修確定石性仿舊真，唯也會倡獲得萬相同侵的結蛾果。乓而且存這些已隨機稼變量發(fā)的統(tǒng)虎計特池性對憲確定每仿真榜結果港的質慚量非莊常重得要。27一個鍬確定繁性仿尸真的根實例完全密確定躁性仿買真是扮深入輸理解弓通信丙系統(tǒng)口工作迫特性揀的重豆要工選具由于職鑒相里器的材非線包性特悟性，計在捕餐獲模翠式下晉對鎖伍相環(huán)溪作分浸析很播復雜虛。在給億定各爐種環(huán)倦路參豎數和軍輸入艦信號旺指標覺的前詢提下斷，捕凳獲信略號所紗需時績間是教鎖相抽環(huán)的盟一個磨重要睛性能嚷參數通。解薄析求在解這糞個問促題需陰要解坐非線雅性方卷程。嶺因此雕，我小們轉墓而考勤慮仿裳真方弊法。28一個渣確定蘋性仿跨真的酒實例完全鍛確定來性仿吳真是楊深入拳理解繭通信遭系統(tǒng)加工作揉特性彈的重稿要工龍具5H邊z阻尼踏因子0.幅70受729一個勉隨機腸性仿至真的涌實例Go饅al：BE蓄R蒙特蝴卡羅唐方法輸入航大量澡符號計算澡輸出堤的錯滋誤符柳號誤比亞特率比特溜差錯罰概率閣，誤酷碼率溜是誤員碼概竊率的途一個族估計3031仿真碰（模巧擬）奇的作治用通信鹿系統(tǒng)碧設計代的各就個階訂段主要但用在主性能痰評估丘和設具計權作衡研帖究（圣參數材優(yōu)化亡）；測試課過程匪和基耗準的慣設定略、生服命終鮮結預富測、番現(xiàn)場庸系統(tǒng)載布置菊后出靠現(xiàn)異臨常狀篇況的徹調查止。系統(tǒng)禾設計航“托自頂巨至底莊”硬件槳實現(xiàn)不通常喝是“酷自底湯至頂縱”進謹行。32一、銹鏈路臘預算逗與系罩統(tǒng)級沙標校啦過程設計餓需求拾：吞慢吐率彩、差拾錯率稻、中印斷概倘率以政及對兇帶寬繡、功核率、蔥重量紗、復政雜度/成本語、系角統(tǒng)預轎期工飲作的號信道雞和系害統(tǒng)生霜命周約期等隸的約皂束?；厩迅拍钆P：調時制方蚊式、質編碼惱與均錫衡技泄術（貪如果凱有必療要）確定茂指標區(qū)：A級指遠標的趣參數忌值，角比如不功率等級、童帶寬敘和調她制指員數。33一、場鏈路拳預算擠與系腔統(tǒng)級饞標校腫過程目標頌是確隨定系本統(tǒng)拓檔撲結未構和儲參數蠅值，壓以便慣同時在滿足療性能旅目標地和設螺計約讓束。系統(tǒng)慶性能呢是信嗎噪比是（SN播R或等涂價地Eb/N0）和篩通信硬鏈路訓中所酸有元頑件引顫入的皮總失滴真的別函數束。鏈路封預算桑的過咸程來袋確定放，鏈襲路預吐算主膽要是碌功率撇計算皆，要嶼考慮孕發(fā)送勝功率搶、天贏線增潔益、包路徑論損耗扇、功苗率增齡益以恥及放炸大器赴和濾縱波器般的噪揀聲S/猴N或范械圍。34預算仙過程因為旦無法座制造師理想穗元件較，放默大器額和濾知波器抗等元刊器件偉的實拴際實嘩現(xiàn)會拖產生浩非理掀想特百性，綢引起護信號輔失真維，首腫先以勒理想通元件挪計算紅系統(tǒng)宋性能既，然圣后包量括一蹲項“歌實現(xiàn)盒損耗瓦”有時伴實現(xiàn)粒損耗部也叫芬通信芹或失緩真參些數，趨比如槍濾波醋器帶區(qū)寬，扶可能富影響化系統(tǒng)喊中多怪處噪北聲的休功率體，這鐮又反毯過來鳴會影票響鏈四路預總算。35預算暢過程封閉沒的、林平衡注的？系統(tǒng)宿性能腿指標章，模屠擬系暮統(tǒng)均喪方誤槍差作旅數字肝系統(tǒng)墾的典串型性紡能指類標是目誤碼經率，池理想系系統(tǒng)愛的公仰式計澤算誤秘比特泡率等溝指標普。鏈路福預算蠟不封誓閉或痰不平找衡，憲就是夢修改A級指秧標，董實現(xiàn)們損耗甘甚至臥系統(tǒng)蹲結構朋，并沒重作哥鏈路殊預算急。通過摔詳細磁的仿情真，忘可以駝精確茫估計爹性能筋指標甲和驗咳證非為理想壘實現(xiàn)唐造成亂的性柳能降憲級，察如果售鏈路聯(lián)預算禽通過冬仿真花驗證斤還是袖封閉僚的，祥就可謝以進膝入設怪計過遭程的雄下一現(xiàn)階段36二、拆關鍵巨元件棉的實慕現(xiàn)與扛測試新信裹號處柜理算扯法和理新硬石件，研僅造臺出了困幾個修關鍵豈元件青，要蓬測試孩整個振系統(tǒng)宿的硬事件是版不可貨能的欺。仿真融將特板的元箏件的姑測量網特性勺代入叨該元完件的汁仿真逗模型AM到AM和AM到PM的傳暈輸特螞性。37三、網完成食硬件瀉原型村與驗賀證仿甚真模希型整個下系統(tǒng)下的硬桿件原獵型以壟及與通之對來應的擇仿真兆模型仿真之模型傾包括