通信系統建模模擬教程

理論的更新與技術的發展促使系統建模模擬日益成熟，使其成為分析、研究通信理論、技術和系統的重要工具之一。本書在系統介紹建模模擬基本理論的基礎上，分析研究了系統建模模擬原理技術在通信領域的應用實現，以及Matlab/Simulink中的典型應用模塊。全書共分7章，具體內容包括系統建模模擬的基本概念、隨機過程與噪聲、隨機變量的產生、系統建模原理與方法、系統模擬原理與方法、通信系統建模模擬實現，以及通信模擬中的參數與性能估計。 編者從事通信領域教學科研工作多年，註重理論與實踐的結合，關註學習者能力素質的培養，因此，在本書的內容編排上，以建模模擬理論和技術為起點，以通信領域中的應用為目標，內容講述由淺入深，簡明透徹，概念清晰，重點突出，既便於教師組織教學，又有利於學生開展自學。 本書可用作電子信息類專業高年級本科生和碩士研究生的教材，也可供相關專業教學、科研和工程技術人員閱讀和參考。

目錄

 

 

第1章緒論1

1.1系統與模型1

1.1.1系統1

1.1.2模型2

1.1.3數學模型分類3

1.2模擬4

1.2.1定義4

1.2.2相似理論5

1.2.3模擬的分類6

1.3系統建模與模擬的發展7

1.3.1歷史回顧7

1.3.2發展趨勢8

1.4建模模擬在通信系統開發中的作用10

1.4.1有效性分析10

1.4.2不同階段的應用11

1.4.3典型案例分析12

小結14

思考與練習14

 

第2章隨機過程與噪聲15

2.1概率論基礎15

2.1.1隨機事件與概率15

2.1.2隨機變量與概率分佈17

2.1.3單隨機變量模型19

2.2隨機過程的基本概念24

2.2.1基本概念24

2.2.2統計描述25

2.3平穩隨機過程及其特性分析26

2.3.1平穩隨機過程及其各態歷經性27

2.3.2平穩隨機過程的特性分析28

2.4過程類噪聲30

2.4.1噪聲的分類31

2.4.2起伏噪聲31

2.4.3白噪聲33

2.5處理類噪聲34

2.5.1基本概念35

2.5.2均勻量化的噪聲36

2.5.3非均勻量化的噪聲37

2.5.413折線的噪聲39

2.6隨機過程的模型41

2.6.1隨機序列41

2.6.2泊松過程43

2.6.3高斯過程46

2.7隨機過程通過線性系統48

2.7.1基本概念48

2.7.2窄帶高斯隨機過程50

2.7.3正弦波加窄帶高斯噪聲51

小結53

思考與練習54

模擬實驗55

 

第3章隨機變量的產生57

3.1要求與特點57

3.2隨機數的產生58

3.2.1均勻分佈隨機數的產生59

3.2.2任意概率密度函數隨機數的生成61

3.2.3高斯隨機變量的產生65

3.3獨立隨機序列的產生67

3.3.1高斯白噪聲序列67

3.3.2二進制偽隨機序列 68

3.3.3M進制偽隨機序列74

3.4相關隨機序列的產生76

3.4.1相關高斯標量序列78

3.4.2相關高斯矢量序列81

3.4.3相關非高斯序列83

3.5隨機數產生器的測試83

3.5.1主要性能測試84

3.5.2擬合優良度檢測86

小結88

思考與練習88

模擬實驗89

 

第4章系統建模原理與方法90

4.1建模基本概念90

4.1.1分類與準則90

4.1.2實施步驟91

4.1.3思維方法93

4.2建模實現方法95

4.2.1基本思想95

4.2.2通信系統建模的實現方法96

4.3建模誤差分析99

4.3.1系統建模誤差99

4.3.2設備建模誤差100

4.3.3過程建模誤差102

4.4連續系統描述104

4.4.1時域描述104

4.4.2傳遞函數105

4.4.3狀態空間105

4.5連續系統建模107

4.5.1微分方程建模法107

4.5.2頻域建模法108

4.5.3分佈參數系統建模法111

4.6離散事件系統描述112

4.6.1基本要素112

4.6.2部件結構113

4.7離散事件系統典型建模方法115

4.7.1Petri網建模115

4.7.2活動循環圖建模117

4.7.3實體流圖建模119

小結121

思考與練習122

模擬實驗122

 

第5章系統模擬原理與方法123

5.1模擬的基本概念123

5.1.1模擬的策略123

5.1.2通信系統分層模擬125

5.1.3案例： 鏈路層模擬126

5.1.4通信系統性能評估127

5.2系統模擬驗證129

5.2.1設備模型驗證129

5.2.2過程模型驗證130

5.2.3系統模型驗證131

5.3連續系統數值模擬方法132

5.3.1數學原理132

5.3.2實現方法133

5.3.3穩定性分析136

5.4蒙特卡洛模擬原理137

5.4.1MC模擬的定義137

5.4.2MC法在通信中的應用139

5.5準解析MC模擬140

5.5.1問題提出140

5.5.2基本原理141

5.5.3二進制通信系統的QA法142

5.6離散事件系統模擬基本策略144

5.6.1事件調度法144

5.6.2活動掃描法146

5.6.3進程交互法148

5.6.4時鐘推進機制150

小結152

思考與練習153

模擬實驗154

 

第6章通信系統建模模擬實現155

6.1通信系統的建模模擬方法與原則155

6.2信源與編碼156

6.2.1模擬信源157

6.2.2數字信源159

6.2.3模擬信號數字化160

6.2.4數字信源的編碼161

6.3差錯控制編碼163

6.3.1分組碼164

6.3.2捲積碼169

6.3.3編碼通信的鏈路模擬173

6.4數字基帶176

6.4.1邏輯到邏輯的映射176

6.4.2邏輯到波形的映射179

6.4.3二進制數字基帶通信系統模擬180

6.5頻帶傳輸181

6.5.1信號調制181

6.5.2非相乾解調187

6.5.3相乾解調189

6.6同步系統192

6.6.1同步技術對模擬的影響192

6.6.2載波同步恢復195

6.6.3位同步恢復197

6.7通信通道198

6.7.1準自由空間通道198

6.7.2衰落與多徑通道200

6.7.3WSSUS模型特性203

6.7.4通道的結構模型206

6.7.5衰落通道中的模擬211

6.7.6Simulink中的通道模塊213

6.8模擬標校218

6.8.1信號功率219

6.8.2噪聲功率220

小結221

思考與練習222

模擬實驗223

 

第7章通信模擬中的參數與性能估計225

7.1模擬估計的基本概念225

7.1.1理論背景225

7.1.2性能描述227

7.2平均電平和功率估計229

7.2.1平均電平估計229

7.2.2平均功率估計233

7.3概率密度和分佈函數估計234

7.3.1經驗分佈234

7.3.2直方圖235

7.4功率譜密度的估計237

7.4.1基本形式238

7.4.2修正形式239

7.4.3期望與方差242

7.4.4估計器的實現243

7.5時延和相位估計245

7.5.1無噪聲環境下的估計245

7.5.2分組估計器246

7.6模擬通信系統性能估計249

7.6.1信噪比估計器的形式249

7.6.2估計器的統計特性251

7.6.3估計器的實現方法252

7.7數字通信系統性能估計254

7.7.1理論框架254

7.7.2MC估計器的形式256

7.7.3估計器的置信區間257

7.7.4估計器的均值和方差260

7.8尾部外推法261

7.8.1估計器形式261

7.8.2估計器的性能分析與實現264

7.9重要事件採樣法265

7.9.1工作原理265

7.9.2偏差概率密度函數的選擇266

7.10性能的目測工具268

7.10.1眼圖268

7.10.2散佈圖269

小結270

思考與練習271

模擬實驗272

 

參考文獻273

 

附錄A傅里葉變換274

 

附錄B離散傅里葉變換（DFT）276

 

附錄C幾種通信系統模擬中常用的概率分佈278

 

附錄D誤差函數表280