01---通信系统仿真的原理和方法论
第一章通信系统仿真简介
➢3.在仿真系统中，可以非常容易地使用元 器件的实际测量特性来进行建模。 例如，滤波器的频率特性，放大器的传输 特性，等等。
1.6 通信系统设计（链路级）流程
➢阶段1：概念定义及链路预算。 ➢阶段2：硬件原型机设计。 ➢阶段3：系统测试与验证。
阶段1：“概念定义”阶段
➢1.定义“顶层”参数：如信息速率，保真度， 性能要求等。
建立数学模型是整个仿真过程中的一个关 键步骤，因为仿真模型的好坏直接影响着仿真 的结果，以及仿真结果的真实性和可靠性。
➢2.仿真系统：根据建立的模型，从SIMULINK 通信模型库所提供的Communication Blockset的 各个子库中，将所需要的单元功能模块拷贝到 Untitled 窗口，按系统流程框图模型连接，组 建要仿真的通信系统模型。
➢ 一、20世纪40年代，模拟计算机发明，开 始了连续系统的波形级仿真，最先用于仿真 飞行器和武器系统中的控制系统。
➢ 二、20年代60年代初期，随着高速数字计 算机和大容量存储器的发展，出现了利用 面向程序块语言的数字仿真技术，这些仿 真语言逐部件仿真模拟计算机的行为。
➢三、20世纪60年代末70年代初，随着离散时间 系统和数字信号处理技术的发展，出现了基于 变换域技术的仿真软件包。
➢3.设置、调整参数：参数设置包括运行系统 参数设置（如系统运行时间、采样速率等） 和功能模块运行参数设置(正弦信号的频率、 幅度、初相；低通滤波器的截止频率、通带 增益、阻带衰减等)。
➢4.设置观察窗口，分析仿真数据和波形：在 系统模型的关键点处设置观测输出模块，用 于观测仿真系统的运行情况，以便及时调整 参数，分析结果。
如果通过修改仿真参数仍不能得到令 人满意的仿真结果，则要考虑仿真模型是 否正确。可修改模型后再仿真直至结果令 人满意为止。
通信系统仿真
通信系统仿真题目基于SIMULINK的通信系统仿真摘要在模拟通信系统中，由模拟信源产生的携带信息的消息经过传感器转换成电信号，模拟基带信号在经过调制将低通频谱搬移到载波频率上适应信道，最终解调还原成电信号；在数字传输系统中，数字信号对高频载波进行调制，变为频带信号，通过信道传输，在接收端解调后恢复成数字信号。
本文应用了幅度调制以及键控法产生调制与解调信号。
本论文中主要通过对SIMULINK工具箱的学习和使用，利用其丰富的模板以及本科对通信原理知识的掌握，完成了AM、DSB、SSB、2ASK、2FSK、2PSK三种模拟信号和三种数字信号的调制与解调，以及用SIMULINK进行设计和仿真。
首先我进行了两种通信系统的建模以及不同信号系统的原理研究，然后将学习总结出的相应理论与SIMULINK中丰富的模块相结合实现仿真系统的建模,并且调整参数直到仿真波形输出，观察效果，最终对设计结论进行总结。
关键词通信系统调制 SIMULINK目录1. 前言 01.1选题的意义和目的 01.2通信系统及其仿真技术 (1)3. 现代通信系统的介绍 (2)3.1通信系统的一般模型 (2)3.2模拟通信系统模型和数字通信系统模型 (2)233.3模拟通信和数字通信的区别和优缺点 (4)4. 通信系统的仿真原理及框图 (7)4.1模拟通信系统的仿真原理 (7)错误!未定义书签。
4.2数字通信系统的仿真原理 (8) (8)5. 通信系统仿真结果及分析 (10)5.1模拟通信系统结果分析 (10)105.2仿真结果框图 (10)错误!未定义书签。
5.3数字通信系统结果分析 (12)125.4仿真结果框图 (12)121. 前言1.1 选题的意义和目的随着现代通信系统的飞速发展,计算机仿真已经成为分析和设计通信系统的主要工具,在通信系统的研发和教学中具有越来越重要的意义。
计算机仿真是衡量系统性能的工具,它通过构建模型运行结果来分析实物系统的性能从而为新系统的建立或原系统的改造提供可靠的参考。
无线通信系统仿真分析
无线通信系统仿真分析随着科技的不断进步和社会的不断发展，无线通信技术正变得越来越重要。
在无线通信系统中，仿真分析是非常重要的一个环节。
通过仿真分析，可以预先了解无线通信系统的工作情况，为无线通信系统的设计和优化提供支持。
本文将从无线通信系统的基本原理开始，阐述无线通信系统的仿真分析方法及其应用。
一、无线通信系统的基本原理无线通信系统是一种利用无线电波传输信息的通信系统，它包括发送方、接收方和无线信道三个部分。
当发送方需要向接收方传输信息时，信息会被编码并转换成电磁波信号通过无线信道传输到接收方，接收方则将接收到的信号解码还原成原始信息。
在这个过程中，无线信道扮演者非常重要的角色。
它负责将发送方发送的信号传输到接收方，但由于大气的复杂性等原因，信号可能会受到衰减、噪声等干扰，从而影响通信的质量和可靠性。
二、无线通信系统的仿真分析方法1.建立仿真模型仿真分析的第一步是建立仿真模型。
建立仿真模型的目的是将现实世界的无线通信系统抽象为一个数学模型，以便进行仿真分析。
建立仿真模型的关键是确定模型的参数，例如信号的传播功率、信道衰减、信噪比等。
2.选择仿真工具选择适合的仿真工具非常重要，目前市面上比较流行的无线通信系统仿真工具有多种，例如MATLAB、NS-2、OMNET++等。
在选择仿真工具时，需要根据仿真的需求以及仿真工具的特点和优缺点进行综合考虑。
3.选择仿真场景仿真场景是指仿真中的环境条件，例如信号传播路径最短、最长、直线等。
选择合适的仿真场景可以更好地反映实际环境，提高仿真结果的可靠性和实用性。
4.进行仿真实验进行仿真实验时，需要根据预先设定的仿真模型和仿真场景进行参数设置和仿真条件的制定。
例如，设置数据传输速率、信道衰减、噪声等参数。
5.分析仿真结果仿真分析的最终目的是获得可靠、实用的结果，并根据这些结果对无线通信系统进行设计和优化。
在分析仿真结果时，应根据仿真目的对结果进行多方面分析比较，例如传输速率、数据丢失率等。
通信系统仿真论文
通信系统仿真论文通信系统仿真论文通信系统仿真是通信领域中一种重要的研究方法，它通过数学模型、仿真软件等工具对通信系统进行模拟和测试，得到系统在不同条件下的性能数据，优化系统性能并提供决策依据。
在通信领域中，通常会采用仿真技术来测试和评估各种协议和算法，因为将实际系统放入真实情境中进行测试需要大量的时间和金钱，而仿真可以通过快速的过程和精确的结果来验证新的想法，并提供专业的反馈和分析。
通信系统仿真论文是对通信系统仿真实验的结论和分析，它通常围绕着特定的应用场景、算法和协议来展开研究，比如无线网络的路由算法、调制方式、信道编码等。
它的研究主题与实际的通信系统和网络性能直接相关，有助于揭示通信系统中的问题和优化方案，推进通信技术的发展。
一篇通信系统仿真论文须包含如下要素：1.研究背景和意义。
通信系统仿真论文需要在开篇说明该研究的背景和意义，如提出该问题的、研究问题的动机和目的，指明研究的重要性和目标。
例如，一篇无线通信网络仿真论文可能会分析不同路由算法的性能，说明该研究对于揭示无线网络的整体效率、提高路由算法的应用水平等方面的意义。
2.相关工作的调研和分析。
在完成研究背景的介绍之后，需要对当前的相关研究内容和资料进行调查和分析，展现相关领域的研究进展和存在的问题，评估当前方法的优缺点并分析其不足之处。
3.研究方法和模型。
介绍研究中所采用的模型和仿真方法，比如，如果是一个无线网络的仿真，需要说明仿真网络的拓扑结构、设备类型和参数，以及促成仿真的软件平台等。
4.仿真实验和结果。
具体介绍仿真实验的流程和实验方法，从实验结果中提取出需要分析的数据，并通过图表或者文字展现分析结果。
5.实验结果的分析和对比。
根据实验结果，分析仿真性能的优点和不足，以此提出问题并得出结论。
6.研究展望。
根据当前研究的问题和不足，给出对当前通信系统仿真和相关领域的展望和建议。
总之，在写一篇通信系统仿真论文的时候，需要综合考虑上述要素，为读者提供全面、客观、科学的研究结果和论证。
通信系统仿真课程设计
通信系统仿真课程设计1. 引言通信系统是现代社会不可或缺的一部分，它在无线通信、互联网、电视、手机、卫星通信等方面都有广泛应用。
为了能够更好地理解和分析通信系统的性能，在通信工程领域中，仿真技术被广泛应用。
本课程设计将介绍通信系统仿真的相关概念、方法和工具，以及如何根据具体问题进行通信系统的仿真。
2. 通信系统仿真的目的和意义通信系统仿真是通过计算机模拟通信系统的运行和性能，以达到理解系统特性、优化设计和解决问题的目的。
它在通信工程领域有着重要的意义和广泛的应用。
通信系统仿真的目的主要有以下几点：•理解系统特性：通过仿真可以深入了解通信系统的各个组成部分，包括信源、信道、调制解调器、信道编码和解码等，从而更好地理解系统的工作原理和性能特点。
•优化设计：通过仿真可以评估不同的系统设计方案，找到最佳的参数配置和算法，从而提高系统的性能，降低成本。
•解决问题：通过仿真可以模拟通信系统在不同情况下的性能表现，从而分析和解决实际问题，比如干扰问题、误码率改善等。
3. 通信系统仿真的基本原理通信系统仿真的基本原理是模拟和计算。
通信系统仿真通常涉及到以下几个方面的模拟和计算：•信源：通过模拟产生各种类型的信号，比如正弦波、随机信号等。
•信道：通过模拟产生不同的信道特性，比如传输损耗、多路径效应、噪声等。
可以通过添加白噪声、多径信道模型等方式来模拟实际信道的特性。
•调制解调器：通过模拟调制解调过程，将数字信号转换为模拟信号或者将模拟信号转换为数字信号。
•信道编码和解码：通过模拟编码和解码过程，对信号进行编码和解码，提高抗干扰性能。
•误码分析：通过模拟接收端信号的误码情况，分析误码率和误差传播等指标。
通信系统仿真的计算过程需要使用编程语言和相关工具，比如MATLAB、Python等，以及通信系统仿真平台，比如NS-3、OPNET等。
4. 通信系统仿真的步骤通信系统仿真通常包括以下几个步骤：1.确定仿真目标：明确仿真的目标，包括仿真对象、仿真精度和仿真场景等。
通信原理仿真
通信原理仿真通信原理仿真是指利用计算机软件对通信系统中的各种信号处理、调制解调、信道传输等环节进行数学建模和仿真分析的过程。
通过仿真，我们可以更好地理解通信原理中的各种概念和原理，验证设计的正确性，评估系统的性能，并进行优化设计。
本文将介绍通信原理仿真的基本概念、方法和应用。
首先，通信原理仿真的基本概念是什么？通信系统是由信源、编码、调制、信道、解调、译码等部分组成的，而通信原理仿真则是利用计算机软件对这些部分进行数学建模，模拟实际通信系统的工作过程。
通过仿真软件，我们可以输入各种参数和信号，模拟信号的传输过程，观察系统的输出结果，从而分析系统的性能和特性。
其次，通信原理仿真的方法有哪些？常用的仿真软件有MATLAB、Simulink、CST、ADS等，它们提供了丰富的工具和函数库，可以方便地进行通信系统的建模和仿真分析。
在进行仿真时，我们需要选择合适的模型和算法，设置好各种参数，进行仿真实验，并对结果进行分析和评估。
同时，我们还可以利用仿真软件进行系统的优化设计，提高系统的性能和可靠性。
再次，通信原理仿真的应用有哪些？通信原理仿真在通信系统的设计、故障诊断、性能评估、新技术验证等方面有着广泛的应用。
在通信系统的设计阶段，仿真可以帮助工程师验证设计的正确性，评估系统的性能，提高设计的效率和可靠性。
在系统运行时，仿真可以帮助工程师进行故障诊断和性能评估，及时发现和解决问题，保障系统的正常运行。
此外，仿真还可以用于验证新技术和新算法的有效性，为通信系统的发展提供重要支持。
综上所述，通信原理仿真是一种重要的工程工具，它可以帮助工程师更好地理解通信系统的工作原理，验证设计的正确性，评估系统的性能，并进行优化设计。
通过仿真，我们可以更好地应对通信系统设计和运行中的各种挑战，推动通信技术的发展和进步。
希望本文对通信原理仿真有所帮助，谢谢阅读！。
通信系统仿真原理与无线应用
通信系统仿真原理与无线应用一、引言通信系统仿真是指使用计算机模拟和分析通信系统的运行和性能。
无线通信作为一种重要的通信方式，广泛应用于各个领域。
本文将对通信系统仿真原理以及无线应用进行介绍和讨论。
二、通信系统仿真原理通信系统仿真是通过计算机对通信系统进行模拟和分析，以评估系统的性能和优化设计。
通信系统仿真主要包括以下几个步骤：1. 系统建模：首先需要将通信系统抽象成数学模型。
模型的建立需要考虑系统的结构、信号的传输特性以及各个组件的工作原理等因素。
2. 信号生成：通过随机过程或特定信号源生成符合实际通信环境的信号。
这些信号可以是声音、图像、视频等。
3. 信道建模：通信系统仿真需要考虑信道的影响。
信道建模可以采用统计模型或基于物理特性的模型，以模拟真实的信道传输特性。
4. 传输过程模拟：通过模拟信号在通信系统中的传输过程，包括编码、调制、解调、信道编码等环节，以及信号的干扰、衰落等现象。
5. 性能评估：通过仿真实验，评估通信系统的性能指标，如误码率、信噪比、传输速率等。
可以通过改变系统参数，优化系统设计。
6. 结果分析：对仿真结果进行分析，得出结论并提出改进建议。
可以通过比较不同方案的性能，选择最优的方案。
三、无线应用无线通信作为一种重要的通信方式，广泛应用于各个领域。
以下是几个典型的无线应用场景：1. 移动通信：移动通信是无线通信的典型应用之一，包括手机通信、无线局域网、蓝牙等。
移动通信不受时间和空间的限制，可以实现随时随地的通信。
2. 无线传感网络：无线传感网络是由大量分布式传感器节点组成的网络。
这些节点可以实时采集环境信息，并将数据传输到中心节点进行处理和分析。
无线传感网络广泛应用于环境监测、物联网等领域。
3. 卫星通信：卫星通信是通过卫星中继信号进行通信的方式。
卫星通信可以实现广域覆盖，适用于远距离通信、偏远地区通信等场景。
4. 無線射頻辨識（RFID）：RFID技术是一种通过无线电信号自动识别目标的技术。
通信系统仿真
1 概 述
2 仿真实验 3 小 结
8.1 概
述
8.1.1 仿真分类
目前，通信系统的仿真一般分为两个层面： 一个是链路级仿真，集中于一个或多个通信链路 中物理层的一个或多个技术的仿真；另一个是系 统级仿真，对多用户条件下系统整体性能的仿真。
返回
一般来说，链路级仿真更多的关注于通信系 统信道的衰落和噪声对运用某项技术进行数据传 输造成的影响，主要的测量指标有误码率 （BER）、误帧率（FER）和误块率（BLER）。 而系统级仿真往往要依赖链路级仿真的结果，它 关注的是整个通信系统范围内各个链路或用户的 通信质量。它的评价指标有吞吐量 （Throughput）、阻塞率（Block Rate）等等。 就系统级仿真而言，它又分为静态仿真和动态仿 真，经常提到的蒙特卡洛（Monte Carlo）仿真是 静态仿真的一种。
图8.2 连续信号不同电平均匀量化
（2）离散信号64电平均匀量化
量化器输入输出关系 4 2 0 -2 -4 -2.5
-2
-1.5
-1
-0.5
0 量化误差
0.5
1
1.5
2
2.5
0.1 0.05 0 -0.05 -0.1
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
500
图8.3 离散信号64电性，如高斯 噪声的生成、二进制随机数的生成等通信系统中 的常用模块可以应用到其他相关场合。此外，
8.2.2和8.2.4小节中的建模方法也比较典型，有一
定的借鉴价值。
返回
5．问题与改进
根据上述类似的仿真方法，可以对ASK， FSK的波形进行仿真，但该仿真方法所实现的是 一种类似示波器形式的演示，而不是实际应用中 调制方法的实现。通常高阶调制及振幅相位联合 键控的仿真实现不是如程序中所采用的相位偏移 法，如第三代移动通信系统采用的QPSK，是将 相位映射到复平面，以1，i，-1，-i来代表四种相 位。有兴趣的读者可以尝试编制QPSK以及其他 高阶调制如16QAM的仿真程序。
通信系统仿真1
一、物理层仿真实验1、实验目的：初步掌握数字通信系统的仿真方法。
完成一个通信系统的搭建，并仿真得到相应的BER-Eb/No性能曲线，完成系统性能的分析。
2、实验原理通信系统仿真就是要通过计算机产生各种随机信号，并对这些信号做相应的处理以获得期望的结果，但是要求计算机产生完全随机的数据时不可能的，只能算是伪随机数。
从预测的角度看，周期数据是完全可以预测的，但当周期趋于无穷大时，可以认为该数据具有伪随机特性。
产生伪随机数的算法通常有：Wishmann-Hill算法产生均匀分布随机变量该算法是通过将3个周期相近的随机数发生器产生的数据序列进行相加，进而得到更大周期的数据序列。
定义三个随机数发生器：Xi+1=(171xi)mod(30269)Yi+1=(170yi)mod(30307)Zi+1=(172zi)mod(30323)以上三式中均需要设定一初始值（x0,y0,z0），这三个初始值一般称为种子。
产生的三个序列的周期分别是：30269、30307、30323。
将这三个序列组合相加即可得到一个周期更大的均匀分布随机序列：Ui=（Xi/30269+Yi/30307+Zi/30323）mod(1)逆变换法产生Rayleigh分布随机变量逆变换法的基本思想是：将一个不相关均匀分布的随机序列U映射到一个具有概率分布函数Fx(x)的不相关序列随机序列X，条件是要产生的随机变量的分布函数具有闭合表达式。
R=sqrt(-2σ2 ln(u))根据上式即可将均匀分布的随机变量映射为Rayleigh分布的随机变量。
根据Rayleigh分布随机变量产生Gussian分布随机变量通信系统中的噪声通常建模为白高斯噪声，其含义是功率谱是白的，信号分布是满足高斯的。
基于Rayleigh随机变量，可以方便的产生Gussian分布的随机变量。
关系如下：X=R*COS(2πu1)Y=R*SIN(2πu2)其中U1和U2分别是两个均匀分布的随机变量，产生的X和Y均为高斯随机变量。
《通信系统仿真设计》课件
THANK YOU
利用卫星作为中继站实现 全球通信，覆盖范围广， 但成本高昂。
通信系统的组成
发送端
将信源的信息转换 为适合传输的信号 ，如调制器。
接收端
将传输中的信号还 原为原始信息，如 解调器。
信源
产生需要传输的信 息，如语音、图像 、数据等。
传输介质
传输信号的媒介， 如电缆、光纤、空 气等。
信宿
接收并使用信息的 设备或人。
仿真技术在通信系统中的应用
通信系统仿真的必要性
通信系统是一个复杂的信息传输和处理系统，通过仿真可以模拟真实环境下的系统性能 和行为，为系统设计和优化提供依据。
通信协议仿真
通信协议是通信系统的核心组成部分，通过仿真可以测试协议的正确性和性能，优化协 议参数和结构。
无线通信系统仿真
无线通信系统具有复杂性和动态性等特点，通过仿真可以模拟无线信道的特性和影响， 评估系统的性能和可靠性。
03
通信系统仿真设计流 程
系统建模
模型选择
根据实际通信系统的特性，选择 合适的数学模型进行描述。
模型精度
确保所选模型能够准确反映通信 系统的性能，同时简化计算过程 。
参数设置
参数来源
根据实际通信系统的参数，或者通过 实验测量得到。
参数优化
在仿真过程中，对参数进行优化，以 提高仿真结果的准确性。
02
通信系统仿真技术
仿真技术概述
仿真技术定义
仿真技术是一种通过建立模型来 模拟真实系统运行的技术，通过 输入不同的参数和条件，可以观 察系统的输出和性能。
仿真技术的发展
随着计算机技术的不断发展，仿 真技术也得到了广泛的应用和发 展，可以模拟更加复杂和真实的 系统。
通信系统仿真
数字通信系统仿真
课题目标：
设计一个采用2PSK 调制方式的数字通信系统。
工作原理：
系统通过选择法产生2PSK 信号，然后通过伴随着高斯白噪声的信道，最后通过相干解调的方法接收到基带信号。
调制方法：
2PSK 信号的产生方法主要有两种，即相乘法和开关法。
解调方法：
2PSK 信号的解调方法是相干解调。
由于PSK 信号本身就是利用相位传递信息的，所以在接收端必须利用信号的相位信息来解调信号。
系统框图：
2PSK 信号产生方法：
2PSK 信号相干接收原理：
设定参数：基带信号参数：
载波参数：
高斯白噪声参数：
带通滤波器参数：
低通滤波器参数：
Matlab仿真：
整体框图：
基带信号：
已调信号：
加噪信号：
解调信号：
眼图：
总结：
通过这次对数字通信系统的仿真，让我对2PSK和2FSK有了更加深刻的认识，对信号在信息传输中各个阶段的状态有了更加清晰地了解，对通信系统有了
一个完整的认识。
在实践中加深了对所学知识的印象。
《通信系统仿真设计》课件
仿真设计的挑战和解决方案
我们将讨论通信系统仿真设计中所面临的一些挑战，并提供一些解决方案和技巧。
总结和展望
最后，我们将总结本课程的内容，并展望通信系统仿真设计在未来的发展和 应用前景。
《通信系统仿真设计》 PPT课件
这个PPT课件将向您介绍通信系统仿真设计的基本原理和流程，常用的工具和 软您将了解到通信系统仿真设计的重要性，以及为什么这项技术 对于现代通信领域至关重要。
仿真设计的定义和意义
我们将深入探讨仿真设计的概念，并讨论它在通信系统设计中的实际应用和 影响。
通信系统仿真的基本原理和流程
我们将介绍通信系统仿真的基本原理，以及进行仿真设计时应遵循的流程和步骤。
常用的通信系统仿真工具和软 件
我们将向您介绍一些常用的通信系统仿真工具和软件，以及它们的功能和特 点。
仿真设计案例分析
我们将通过一些具体的案例分析，展示通信系统仿真设计在实际项目中的应 用和效果。
通信系统的仿真
1. 什么是通信系统的仿真？ • 为什么要研究通信系统的仿真? 2.为什么要研究通信系统的仿真？ 3.怎样实现通信系统的仿真？
4.举几个典型通信系统仿真统的概念
通信系统是用以完成信息传输过程的 技术系统的总称。 根据分类原则的不同可分为有线通信 系统、无线通信系统、模拟通信系统、数 字通信系统等。
三、通信系统仿真过程
通信系统仿真的流程
1、通信系统仿真的步骤
仿真建模 仿真实验 仿真分析
仿真建模
分析系统存在的问题 或设立改造后的目标 转化成数学公式和变量 获取实际运行参数 通过数学工具获得随机变量的分布特性
通过仿真软件建立仿真模型
仿真实验
多次改变仿真模型的输入信号的数据，以观察 和分析仿真模型对输入信号的反应以及仿真系统 在这个过程中表现出来的性能。 在实施仿真之前，需要确定另外一个因素就是 性能尺度，它能够衡量仿真过程中系统性能的输出 信号的数值，因此，我们需要确定仿真过程中需要 确定哪些仿真数据，这些数据以什么样的格式存在 以及收集多少数据。
。
2.通信系统仿真的概念
实际的通信系统是一个功能相当复杂的系统， 在对原有的通信系统做出改进或建立之前，通常 需要对这个系统进行建模和仿真，通过仿真结果 衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置 和参数设置，然后再应用于实际系统中，这个过 程就是通信系统的仿真。
二、通信系统仿真的研究意义
仿真的方法能更好的利用设计空间，很容 易将数字和经验模型结合起来，并结合设备和 真实信号的特点进行分析和设计，可以有效的 降低成本。
仿真分析
在仿真过程中，我们获得关于系统性能 的一些原始数据，需要经过数值分析和处 理后才能获得衡量获得系统性能的尺度。
通信系统仿真原理与无线应用
exp( jf s t ) exp( jf s t )
35
exp( j2ft )df
fs / 2
fs / 2
1 Ts sin( f s t ) sinc( f s t ) t
重构信号形式：
xr ( t )
k
t x( kTs )sinc( k ) Ts
n
S X ( f nfs )
注：为了避免混叠现象，随机信号的采样频率 仍然需要信号最高频率的2倍以上。
22
3.1 采样
带通采样定理 如果带通信号的带宽为Ｂ，最高频率为fh， 那么可以用大小为fｓ＝２fh/m的采样频率来 采样并恢复信号，其中ｍ是不超过fh/Ｂ的最 大整数。更高的采样频率未必全部能用，除 非它高于２fh 。 注：对于f０远大于Ｂ的情况，带通采样定理规 定的采样频率近似等于下界２Ｂ。
30
>> A=1-0.4-0.3-0.2-0.1 A= -2.7756e-017
结论：由浮点数算术引入的误差确实很小，在 多数的应用中可以忽略。但误差不是0， 因此计算的结果通常是不精确的。 注意：在开发DSP算法时必须小心，以保证有 限字长效应对算法的影响降到最小
31
3.3 重构与内插
重构：从采样序列恢复时间连续信号 方法：将采样点通过具有冲激响应h(t) 的线形滤波器，即xr(t)=xs(t)h(t) 采样信号：
很容易产生时域波形、信号频谱、眼图、信号星座图、
直方图和许多其他图形 可以将仿真图形跟系统硬件产生的等效显示作比较
仿真的主要作用不在于获得数值而在于获得 深入的理解
5
1.1 系统复杂性程度示例
仿真的方法论课件
n 仿真模型是带时变抽头增益的抽头延时线 n 抽头增益常建模为滤波随机过程
n 注意：
n 时变性可能导致显著的谱扩散，从而要求更高的采样 率
n 时变系统不满足交换律，时变模块的器件的瞬时输出取决于其瞬时输入，那么 该器件是无记忆的
n 相当多的非线性器件具有记忆性
n 如：具有频率选择性特性的滤波器是记忆性器件
n 实现具有记忆性的模型时，要注意保存模型的 内部状态，以便模型可以重入。
38
时域和频域仿真
n 对于信号，时域采样表示输入和输出 n 对于线性模块
n 如果最初提供规格的域是时域，在时域中进行建模 和仿真
n 如果最初提供规格的域是频域，在频域中进行建模 和仿真。需要提供足够的时域输入采样及时域输出 采样的内部缓存器
n 在具有不同采样率的采样流之间提供接 口，需要进行内插或抽值
42
参数确定
n 仿真的一个主要应用是设计优化，而优 化在多数情况下会归结为找到一些重要 参数的最优值
n 模型必须确定合适的参数 n 使得关键的设计参数在外部可见，可用于在
仿真过程中反复调整 n 通常应尽可能减少给定模型的外部参数个数
n 减少运算量 n 便于参数值的测量与验证
无记忆功率序列非线性模型 带记忆的频率选择性非线性模型 非线性微分方程
n 非线性模型
输入-输出块模型(基于测量) 非线性微分方程(对设备物理特性的建模来导出)
34
时不变性1
n 在一段较长的时期内观察时，所有的系 统、元件和过程将在某种程度上表现出 时变特性，是否要采用时变模型取决于 许多因素
n 采用时不变模型
13
PLL器件级模型
通信仿真技术
通信仿真技术通信仿真技术是一种通过计算机模拟和分析通信系统的方法。
它可以帮助工程师在设计和优化通信系统时，预测和评估系统的性能。
本文将介绍通信仿真技术的基本原理、应用领域以及未来的发展方向。
通信仿真技术的基本原理是通过建立数学模型来描述通信系统的各个组成部分，包括信源、信道、调制解调器、编码解码器、调度算法等。
然后利用计算机对这些模型进行仿真运算，模拟真实通信环境中的信号传输、干扰和误码等情况。
通过仿真结果，可以评估系统的性能指标，如误码率、传输速率、延迟等，从而指导系统设计和优化。
通信仿真技术在通信系统设计和优化中起着非常重要的作用。
首先，它可以帮助工程师在系统设计阶段快速评估不同方案的性能差异，从而选择最优方案。
其次，通过仿真技术可以对系统进行故障分析和排查，提高系统的可靠性和稳定性。
此外，仿真技术还可以用于性能优化，如调整调度算法、改进信道编码等，以提高系统的整体性能。
通信仿真技术在无线通信、光纤通信、卫星通信等领域得到了广泛应用。
在无线通信领域，仿真技术可以用于评估无线网络的覆盖范围、容量和干扰情况，优化无线资源的分配和调度。
在光纤通信领域，仿真技术可以用于评估光纤通信系统的传输性能、信号失真和衰减情况，指导光纤网络的设计和规划。
在卫星通信领域，仿真技术可以用于评估卫星通信链路的传输性能、天线指向和频谱利用率，优化卫星通信系统的布局和参数配置。
随着通信技术的不断发展，通信系统的复杂性和规模也越来越大。
传统的分析方法已经无法满足对系统性能的准确评估和优化需求。
因此，通信仿真技术在未来的发展中有着广阔的应用前景。
一方面，随着计算机计算能力的不断提高，仿真模型的复杂度和精确度也将得到提升。
另一方面，随着人工智能和机器学习技术的发展，仿真模型可以更好地学习和适应真实通信环境中的变化和不确定性，提高仿真结果的准确性和可靠性。
通信仿真技术是一种重要的工具，可以帮助工程师在通信系统设计和优化中预测和评估系统的性能。
通信系统仿真 第1章 绪论
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MATLAB发展历程（一）
– 70年代中期，Cleve Moler博士和其同事在美国国家科学 基金的资助下开发了调用EISPACK和LINPACK的 FORTRAN子程序库 – 70年代后期，为了让学生方便的调用EISPACK和 LINPACK，利用业余时间为学生编写EISPACK和 LINPACK的接口程序。Cleve Moler给这个接口程序取名 为MATLAB(MATrix LABoratory) 。 – 1983年，由Steve Bangert主持开发编译解释程序，Steve Kleiman完成图形功能的设计，John Little和Cleve Moler主 持开发了各类数学分分析的子模块——C语言的第二代 MATLAB专业版 – 1984年，Cleve Moler和John Little成立了Math Works公司 ，发行了Matlab第1版(DoS版本1.0) – 九十年代初期，在国际上30几个数学类科技应用软件中 第（25）页 Broadband ，Matlab在数值计算方面独占鳌头 Wireless com. and Multimedia Lab -
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仿 真 在 通 信 系 统 设 计 中 的 作 用
1.3 仿真与建模方法论
• 成功的通信仿真系统的特点
– 仿真框图与实际系统的一样 – 产生波形的统计特性接近真实波形的统计特 性 – 模型器件的工作方式与真实器件的一样
制造出系统中部分重要的子模块，来确定通信系统 总体性能 是一种精确、可靠的系统性能测试研究方法，但造 价较高、研制周期长，不灵活
– 波形仿真法
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小结：
计算机仿真过程 通信系统分类 通信网的层次结构 通信系统模型的分类 通信系统仿真的方法
作业
搜索、下载、安装R2007a版MATLAB 通过复习例1、例3，熟悉仿真过程
t=0; % 设定起始时间 dt=0.1; % 设置计算步长 N=20; % 设置仿真递推次数. 仿真时间等于N与dt的乘积 for k=1:N v=v+g*dt; % 计算新时刻的速度 s(k+1)=s(k)+v*dt; % 新位移 t(k+1)=t(k)+dt; % 时间更新 end % 作图: 仿真结果与解析结果对比 t=0:dt:N*dt; plot(t,s,'o', t_theory,s_theory, '-'); xlabel('时间 t'); ylabel('位移 s'); legend('仿真结果','理论结果');
s(t dt ) s (t ) ds s (t ) v (t )dt
通信系统分类
模拟通信系统 数字基带传输系统 数字通信系统
数字频带传输系统
模拟信号数字化传输
1.3 通信系统模型的分类
1.3.1 按照系统层次分类 为了清楚地说明通信系统，往往将系统进 行分层次描述。 • 通信系统的最高层次描述是通信网络层次 • 在网络层次之下，是对通信节点和链路以 及传输信号的具体化，称为链路层次模型。 • 电路实现层次的模型。
1.3 通信系统模型的分类
1.3.2 按照信号类型分类 通信中的信号指携带信息的某一物理量， 在数学上一般表示为时间t的函数f(t)。 • 根据函数类型的不同可以将信号划分为模 拟信号，数字信号，时间连续信号，时间 离散信号等。 • 按照链路层通信系统仿真模型中流通的信 号类型不同，可以将其划分为连续时间系 统，离散时间系统，模拟系统，数字系统 以及混合系统等。
1.1 通信系统仿真的现实意义 计算机辅助技术可划分为三大类： • 基于理论分析的解析方法 • 结合通信系统硬件原型和测试设备的计算 机辅助仿真方法 • 基于纯软件的系统仿真的方法
1.1 通信系统仿真的现实意义
建模和仿真的作用和意义： • 利用系统建模和软件仿真技术，我们几乎可以对 所有的设计细节进行分层次的建模和评估。 • 通过仿真技术和方法，我们可以有效地将数学分 析模型和经验模型结合起来。 • 利用系统仿真方法，可以迅速构建一个通信系统 模型，提供一个便捷，高效和精确的评估平台。 本课程重点讲授内容： • 科学计算和系统仿真软件 Matlab / Simulink 在 通信系统建模仿真和性能评估方面的应用原理以 及通信系统仿真的一般原理和方法
1.3 通信系统模型的分类
1.3.3 按照系统特征分类 • 恒参系统 • 变参系统或时变系统 • 确定系统 • 随机系统 • 无记忆系统 • 有记忆系统或动态系统
1.3 通信系统模型的分类
无记忆系统的输入x(t)与输出y(t)之间的关系可以表示为时 间t的函数，即y(t)=f(x(t))。例如增益为k的线性放大器是 无记忆系统，表示为y(t)=kx(t)。
dv a dt 得出系统数学模型 ds g=9.8; % 重力加速度 v v=0; % 设定初始速度条件 dt 建立计算机程序 s=0; % 设定初始位移条件
v(t dt ) v(t ) dv v (t ) adt
设置仿真参数
执行仿真 可并行 输出结果
【例1.1】P5
通信系统模型分类的总结
按系统层次分类： 网络层次通信系统模型 ——网络流量、负载均衡、网络效益最大化等 链路层次通信系统模型
——调制解调方式、编解码方案等
电路层次通பைடு நூலகம்系统模型
——硬件电路、算法、输入输出波形等。 按信号类型分类： ——连续时间系统、离散时间系统、混合系统等。 按系统特征分类： ——参数是否变化、有无记忆、信号个数
【例1.3】P15
1.6 系统建模仿真方法与仿真工具
1.6.1 系统建模仿真方法与仿真工具的关系 仿真工具是实现建模和数值求解过程的软 件和硬件平台。我们所希望的现代仿真平 台和编程语言环境具有如下基本特征： • 简便高效的仿真描述语言。 • 层次化和模块化建模的能力。 • 可视化的建模方式。 • 软件硬件协同仿真的能力。 • 交互性和图形环境。 • 跨平台和可移植性。
1.6 系统建模仿真方法与仿真工具
1.6.2 仿真环境的构成和要求 一个软件仿真环境主要由以下部件组成。 • 模块库。 • 模块编辑和配置器。 • 仿真管理器。 • 后处理部分。 • 文件和数据库管理。 • 帮助文档。
1.6 系统建模仿真方法与仿真工具
1.6.3 常用仿真工具的选择 • 网络层次的建模：OPNET， NS 。 • 链 路 层 次 的 仿 真 ： Matlab/Simulink ， Systemview，Scilab以及C， C++ 。 • 电路实现层次的仿真：Spice，VHDL。 • 本课程以Matlab/Simulink作为建模和仿真平台。 • Matlab是在学术界和工程界被广泛采用的通用科 学计算语言。 • Matlab是一个跨操作系统的数值计算工具。 • Matlab/Simulink适合于科学计算、链路层次的 系统仿真。 • Matlab在国内目前常用的版本简介。
1.4 通信系统仿真的方法
• 一个直观的例子: 假设要计算一个不规则图 形的面积...... • 均匀地随机投掷M个点，如果其中有N个点 落于“图形”内，则该“图形”的面积近 似为N/M。投掷的点数越多，结果就越精确。
1.4 通信系统仿真的方法 在建模和仿真中，应用蒙特卡罗方法主要 有两部分工作。 • 用蒙特卡罗方法模拟某一过程时，产生所 需要的各种概率分布的随机变量。 • 用统计方法把模型的数字特征估计出来， 从而得到问题的数值解，即仿真结果。 〔实例1.3〕试用蒙特卡罗方法求出半径为 1的圆的面积。并与理论值对比。
1.2 计算机仿真的过程
1.2.1 系统仿真的数学基础 定义： • 仿真也称为模拟，在本质上，系统的计算机仿真就是根据 物理系统的运行原理建立相应的数学描述并进行计算机数 值求解的过程。 建模和仿真过程 • 建立系统数学模型或仿真模型。 • 编写系统的计算机仿真模型。 • 求解。 • 分析。 关键问题： • 求解算法 • 算法的改进 • 简化系统模型
1.4 通信系统仿真的方法
• 微分方程的求解算法可以划分为两大类： 变步长算法和固定步长算法。 • 对于离散时间系统，状态方程以一组差分 方程的形式给出。
1.4 通信系统仿真的方法
1.4.2 基于概率模型的蒙特卡罗方法 • 蒙特卡罗（Monte Carlo）方法是一种基于 随机试验和统计计算的数值方法，也称计 算机随机模拟方法或统计模拟方法。 • 蒙特卡罗方法的基本思想很早以前就被人 们所认识和利用了。 • 蒙特卡罗方法的数学基础是概率论中的大 数定理和中心极限定理。
1.4 通信系统仿真的方法
（1）数学模型 设 有 两 个 相 互 独 立 的 随 机 变 量 x,y， 服 从 [0,2]上的均匀分布。那么由它们所确定的 坐标点(x,y)是均匀分布于边长为2的一个正 方形区域中。如下图所示。
⑤ 通信系统仿真的方法
基于动态系统模型的状态方程求解方法 基于概率模型的蒙特卡罗方法 混合方法
对于有记忆系统，如果输入输出信号是时间离散的，则系 统输入输出关系必须用差分方程来描述，称为离散有记忆 系统。如果输入输出是连续时间信号，那么就要用微分方 程来进行系统描述。 系统的输入和输出信号可以是一个，也可以是多个。 为了简化数学表达，我们可以用一个向量函数来表示多个 信号，我们也可以用矩阵来表达线性状态方程，从而建立 起基于矩阵表示的一般线性系统的数学模型。
1.3 通信系统模型的分类
针对不同的层次模型，建模和仿真技术也有所不 同。 • 通过网络层次的仿真可以进行对节点信息处理标 准，通信协议以及通信链路拓扑结构的设计和验 证工作。 • 链路层次上的研究对象是针对不同物理信道中的 信息承载波形的传输问题。通过对输入输出波形 或符号的仿真，来验证链路设计是否满足由网络 层次仿真所要求的链路质量指标。 • 电路实现层次的仿真器，如模拟电路仿真Spice 和数字系统仿真HDL等，用来设计和验证电路系 统是否达到了链路层次系统所要求的功能指标。
1.2 计算机仿真的过程
1.2.2 计算机仿真的一般过程 • 建立计算机程序（层次化的）。 • 执行仿真。 • 对仿真模型和仿真结果的检验。 仿真验证包含以下方面内容： • 对仿真数学模型有效性的验证。 • 对计算机仿真模型（程序）的验证。 • 对仿真算法的验证。 • 仿真结果置信度分析。
计算机仿真过程
1.4 通信系统仿真的方法
1.4.1 基于动态系统模型的状态方程求解方法 • 所谓动态系统建模，就是根据研究对象的物理模 型找出相应的状态方程的过程。 • 所谓对动态系统的仿真，就是利用计算机来对所 得出的状态方程进行数值求解的过程。 • 如果已知当前系统的状态，由状态方程将给出未 来所有时刻上的系统状态值和输出信号值。在计 算机数值求解中，我们只能以一个微小的时间间 隔\Delta来近似表示当前时刻与下一时刻之间的 无穷小时间差dt，所以数值求解（实质上就是微 分方程的数值求解）总是近似的。我们将这个微 小的时间间隔\Delta称为求解的步长。
第1章
通信系统仿真的原理 和方法论
内容：
通信系统仿真的现实意义
计算机仿真的过程
通信系统分类
通信网的层次结构 通信系统模型的分类 通信系统仿真的方法 通信系统仿真的优点和局限性 常用仿真工具
1.1 通信系统仿真的现实意义
随着数字通信技术的发展，特别是与计算 机技术的相互融合，通信系统和信号处理 技术变得越来越复杂。 强大的计算机辅助分析与设计工具和系统 仿真方法作为将新的技术理论成果转换为 实际产品的高效而低成本途径越来越受到 业界的青睐。