系统建模与仿真简述
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第1章 概述
• 当然，计算机仿真技术在实际应用中也存在一些问题： • 1)模型的建立、验证和确认比较困难。 • 2)对实际系统的建模的原理和方法不正确，或者建模 时的假设条件、参数的选取、模型的简化使得与实际 系统的差别较大。 • 3)建模过程中忽略了部分次要因素，使得模型仿真结 果偏离实际系统。 • 4)计算机字长、编码和应用算法也会影响仿真结果。 （例子：蝴蝶效应）
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第1章 概述
• 电子通信系统的物理模型特指利用电源、 电阻、电容、电感和晶体管等电子器件所 搭建的电子线路。 • 通过物理模型可以进一步抽象出其数学模 型。 • 计算机仿真的本质是对系统数学模型进行 数值计算。
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第1章 概述
• 状态方程的数值求解是Simulink系统仿真工作的基础。
• 采用微分方程形式描述的系统称为连续系统。采用差分方程形 式描述的系统称为时间离散系统。
第1章 概述
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第1章 概述
• 1 什么是仿真？（仿真的 定义和意义） • 2 数学仿真与MATLAB软件 • 3 电子通信系统的建模与 仿真 • 4 本课程的内容与结构概 观
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第1章 概述
1 .1 什么是仿真？（仿真的定义）
• 系统仿真(Simulation)技术也称为系统模拟技术，简 称“仿真”。 • 计算机仿真：本课程特指自1970年以来发展起来的 利用现代计算机和仿真软件来进行仿真的计算机仿 真技术。由于计算机仿真具有精度高，通用性强， 重复性好，建模迅速以及成本低廉等许多优点。 • MATLAB仿真：是计算机仿真的一种。近年来在计算 机仿真的基础之上，发展了以MATLAB/Simulink为代 表的多种科学计算和系统仿真系统。它使用起来比 利用传统的Fortran、C/C++语言进行仿真可靠、方便、 快捷。
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第1章 概述
• 2 数学仿真与MATLAB软件 2.1 数学仿真的意义 2.2 MATLAB发展与应用 发展过程 开发者：Dr. Cleve Moler，90年代4.x，当前 2012b, 7.x 应用领域广泛 矩阵计算，控制领域，电子通信，金融，社 会，生物等
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第1章 概述
• 3 电子通信系统的建模与仿真 3.1 电子通信系统是以电信号作为主要的信息载体， 以信息传输和处理为目的的一类工程系统，是由一 系列称为实体的系统元素相互关联而组成的具有一 定功能的集合体。 对电子通信系统的研究一般是通过建立系统模 型来进行的。系统模型是对系统的某一方面的特定 性能的一种抽象形式。例如，在对小信号放大器的 研究中，针对直流分析可建立其直流等效电路模型， 而针对交流分析时又要使用其交流等效电路模型。 通过对模型的分析和研究，就能够认识原型 系统某一方面的物理本质。 对模型的分析和研究通常采用解析计算和数值 计算两种方法，解析计算也就是所谓的理论分析方 法，而数值计算则是计算机仿真分析方法之一。
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第1章 概述
• 4 本课程的内容与结构概观 • 第1章简要介绍了学习仿真方法的意义、电 子通信系统的建模与仿真的基本方法以及 全书的内容结构。 • 第2章重点介绍了MATLAB软件的组成，工具 箱，使用与原理，demo等 • 其后各章，针对通信系统个案分析
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第1章 概述
• 思考与练习： 1，需要掌握的概念：仿真，计算机仿真， 数学仿真 2，MATLAB的主要功能和应用领域 3，了解仿真优势与局限
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第1章 概述
当下的意义: 建模、仿真能力对年轻的一代IT技术人才已经 不是特长，而是基本的技能和交流工具。 如，ITU(国际电信联盟）第三代通信系统的标 准讨论规定：技术文本与仿真结果必须同时提交， 并且鼓励对其他公司提交的方案进行仿真验证。 我们学习掌握MATLAB仿真，在某种意义上说 是在科学计算、工程设计和工具应用上与国际接
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第1章 概述
• 1 .2 仿真的意义阐释
计算机仿真出现的意义： 计算机仿真之前的科研状态分析： 费时费力费用高，周期长，可靠性高，复杂度高的 问题难以解决，缺乏形象性可视性。 计算机仿真之后的科研状态分析： 省时省力省费用，周期短，可靠性高，复杂度高的 问题也能解决，复杂环境下的问题也能解决，形象直 观，可视性、可操控性强。 例如：航天环境下的计算机仿真，核技术中的仿真等。
• 如果系统需要采用微分方程和差分方程来描述，则称为（连续 和离散）混合系统。 • 本质上，只要能够构造出系统的数学模型，MATLAB/Simulink就 可以对任意系统进行仿真分析。但是在实际应用中，就方便性 而言，MATLAB/Simulink特别适合于针对电子通信系统模块的系 统级仿真，而对于电子通信系统的电路级仿真显得不太方便， 即MATLAB/Simulink的当前版本（R13）还不能够将物理模型 (电 路)自动转换为数学模型进行分析。 • 对电子电路进行仿真的首选软件仍然是Pspice。因此，本课程中 主要讨论电子通信系统的系统级（方框图级）的仿真问题。
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第1章 概述
• 3.2 计算机仿真的优点和局限性 应用MATLAB/Simulink的计算机仿真具有经 济、安全、可靠、编程简易以及试验周期短等 特点，在工程领域得到了越来越广泛的应用。 电子、通信领域与计算机技术有着天然的 联系，使得电子与通信领域的计算机仿真应用 更为活跃。 现代电子系统和通信系统通常是复杂的大 规模系统，在噪声和各种随机因素的影响下， 系统仿真也就成为了一个极为有效的工具。
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第1章 概述
• 解析计算和数值计算可以相互印证，对于较为复杂 的系统，特别是当这样的系统处于受某种随机因素 影响的环境中时，解析计算通常是不可能的，即便 可能也只是近似的，在这种情况下数值计算就显示 出了其特有的优势。因此，建模是系统仿真的基础。 系统的相似性原理指出，对于自然界中的任何一种 系统，均存在另一个系统，两者在某种意义上可以 进行相似的数学或物理的描述，例如，力学中的单 LC 振荡电路具有相似的数学 方程描述。 • 所以，在某种意义上，系统可以用物理模型或数学
第1章 概述
• 当然，计算机仿真技术在实际应用中也存在一些问题： • 1)模型的建立、验证和确认比较困难。 • 2)对实际系统的建模的原理和方法不正确，或者建模 时的假设条件、参数的选取、模型的简化使得与实际 系统的差别较大。 • 3)建模过程中忽略了部分次要因素，使得模型仿真结 果偏离实际系统。 • 4)计算机字长、编码和应用算法也会影响仿真结果。 （例子：蝴蝶效应）
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第1章 概述
• 电子通信系统的物理模型特指利用电源、 电阻、电容、电感和晶体管等电子器件所 搭建的电子线路。 • 通过物理模型可以进一步抽象出其数学模 型。 • 计算机仿真的本质是对系统数学模型进行 数值计算。
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第1章 概述
• 状态方程的数值求解是Simulink系统仿真工作的基础。
• 采用微分方程形式描述的系统称为连续系统。采用差分方程形 式描述的系统称为时间离散系统。
第1章 概述
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第1章 概述
• 1 什么是仿真？（仿真的 定义和意义） • 2 数学仿真与MATLAB软件 • 3 电子通信系统的建模与 仿真 • 4 本课程的内容与结构概 观
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第1章 概述
1 .1 什么是仿真？（仿真的定义）
• 系统仿真(Simulation)技术也称为系统模拟技术，简 称“仿真”。 • 计算机仿真：本课程特指自1970年以来发展起来的 利用现代计算机和仿真软件来进行仿真的计算机仿 真技术。由于计算机仿真具有精度高，通用性强， 重复性好，建模迅速以及成本低廉等许多优点。 • MATLAB仿真：是计算机仿真的一种。近年来在计算 机仿真的基础之上，发展了以MATLAB/Simulink为代 表的多种科学计算和系统仿真系统。它使用起来比 利用传统的Fortran、C/C++语言进行仿真可靠、方便、 快捷。
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第1章 概述
• 2 数学仿真与MATLAB软件 2.1 数学仿真的意义 2.2 MATLAB发展与应用 发展过程 开发者：Dr. Cleve Moler，90年代4.x，当前 2012b, 7.x 应用领域广泛 矩阵计算，控制领域，电子通信，金融，社 会，生物等
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第1章 概述
• 3 电子通信系统的建模与仿真 3.1 电子通信系统是以电信号作为主要的信息载体， 以信息传输和处理为目的的一类工程系统，是由一 系列称为实体的系统元素相互关联而组成的具有一 定功能的集合体。 对电子通信系统的研究一般是通过建立系统模 型来进行的。系统模型是对系统的某一方面的特定 性能的一种抽象形式。例如，在对小信号放大器的 研究中，针对直流分析可建立其直流等效电路模型， 而针对交流分析时又要使用其交流等效电路模型。 通过对模型的分析和研究，就能够认识原型 系统某一方面的物理本质。 对模型的分析和研究通常采用解析计算和数值 计算两种方法，解析计算也就是所谓的理论分析方 法，而数值计算则是计算机仿真分析方法之一。
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第1章 概述
• 4 本课程的内容与结构概观 • 第1章简要介绍了学习仿真方法的意义、电 子通信系统的建模与仿真的基本方法以及 全书的内容结构。 • 第2章重点介绍了MATLAB软件的组成，工具 箱，使用与原理，demo等 • 其后各章，针对通信系统个案分析
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第1章 概述
• 思考与练习： 1，需要掌握的概念：仿真，计算机仿真， 数学仿真 2，MATLAB的主要功能和应用领域 3，了解仿真优势与局限
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第1章 概述
当下的意义: 建模、仿真能力对年轻的一代IT技术人才已经 不是特长，而是基本的技能和交流工具。 如，ITU(国际电信联盟）第三代通信系统的标 准讨论规定：技术文本与仿真结果必须同时提交， 并且鼓励对其他公司提交的方案进行仿真验证。 我们学习掌握MATLAB仿真，在某种意义上说 是在科学计算、工程设计和工具应用上与国际接
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第1章 概述
• 1 .2 仿真的意义阐释
计算机仿真出现的意义： 计算机仿真之前的科研状态分析： 费时费力费用高，周期长，可靠性高，复杂度高的 问题难以解决，缺乏形象性可视性。 计算机仿真之后的科研状态分析： 省时省力省费用，周期短，可靠性高，复杂度高的 问题也能解决，复杂环境下的问题也能解决，形象直 观，可视性、可操控性强。 例如：航天环境下的计算机仿真，核技术中的仿真等。
• 如果系统需要采用微分方程和差分方程来描述，则称为（连续 和离散）混合系统。 • 本质上，只要能够构造出系统的数学模型，MATLAB/Simulink就 可以对任意系统进行仿真分析。但是在实际应用中，就方便性 而言，MATLAB/Simulink特别适合于针对电子通信系统模块的系 统级仿真，而对于电子通信系统的电路级仿真显得不太方便， 即MATLAB/Simulink的当前版本（R13）还不能够将物理模型 (电 路)自动转换为数学模型进行分析。 • 对电子电路进行仿真的首选软件仍然是Pspice。因此，本课程中 主要讨论电子通信系统的系统级（方框图级）的仿真问题。
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第1章 概述
• 3.2 计算机仿真的优点和局限性 应用MATLAB/Simulink的计算机仿真具有经 济、安全、可靠、编程简易以及试验周期短等 特点，在工程领域得到了越来越广泛的应用。 电子、通信领域与计算机技术有着天然的 联系，使得电子与通信领域的计算机仿真应用 更为活跃。 现代电子系统和通信系统通常是复杂的大 规模系统，在噪声和各种随机因素的影响下， 系统仿真也就成为了一个极为有效的工具。
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第1章 概述
• 解析计算和数值计算可以相互印证，对于较为复杂 的系统，特别是当这样的系统处于受某种随机因素 影响的环境中时，解析计算通常是不可能的，即便 可能也只是近似的，在这种情况下数值计算就显示 出了其特有的优势。因此，建模是系统仿真的基础。 系统的相似性原理指出，对于自然界中的任何一种 系统，均存在另一个系统，两者在某种意义上可以 进行相似的数学或物理的描述，例如，力学中的单 LC 振荡电路具有相似的数学 方程描述。 • 所以，在某种意义上，系统可以用物理模型或数学