通信系統(tǒng)仿真課件-lectu

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1、1通信系統(tǒng)仿真吳偉民電子與信息工程系139710832512引論模擬（仿真）？Simulation/emulation仿真的基本思想是利用物理的或數(shù)學(xué)的模型來類比模仿現(xiàn)實(shí)過程，以尋求對(duì)真實(shí)過程的認(rèn)識(shí)。它所遵循的基本原則是相似性原理。RepresentationoftheoperationorfeaturesofoneprocessorsystemthroughtheuseofanotherComputerScienceToimitatethefunctionof(anothersystem),asbymodificatio

2、nstohardwareorsoftwarethatallowtheimitatingsystemtoacceptthesamedata,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(jī)過程與統(tǒng)計(jì)學(xué)理論和優(yōu)化理論為基礎(chǔ)，以計(jì)算機(jī)和仿真軟件為工具，對(duì)現(xiàn)實(shí)通信系統(tǒng)或未來通信系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究的理論和方法。系統(tǒng)仿真由三個(gè)要素構(gòu)成：系統(tǒng)、模型和實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)是問題的本源；實(shí)驗(yàn)是解決問題達(dá)到目的

3、的手段；系統(tǒng)模型是連接系統(tǒng)和實(shí)驗(yàn)之間的橋梁。計(jì)算機(jī)仿真通信系統(tǒng)仿真基本概念4計(jì)算機(jī)仿真三個(gè)活動(dòng)：系統(tǒng)建模、仿真建模、仿真實(shí)驗(yàn)：5應(yīng)用系統(tǒng)仿真的情況“最后的方法”1．不存在完整的數(shù)學(xué)公式，或者還沒有一套解答數(shù)學(xué)模型公式的方法。2．需要對(duì)系統(tǒng)或過程進(jìn)行長期運(yùn)行的比較。3．系統(tǒng)還處于設(shè)計(jì)階段，并沒有真正建立起來，進(jìn)行多個(gè)方案的比較擇優(yōu)4．在真實(shí)系統(tǒng)上做實(shí)驗(yàn)會(huì)破壞系統(tǒng)的運(yùn)行。5．需做多次試驗(yàn)時(shí)，很難保證每次的操作條件都相同，因而無法對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做出正確的判斷。6．試驗(yàn)費(fèi)用太大或有危險(xiǎn)性。6Why通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真1現(xiàn)代通信系統(tǒng)的復(fù)雜

4、性通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)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(shù)據(jù)復(fù)雜的調(diào)制和脈沖成形技術(shù)，差錯(cuò)控制、接收端的高級(jí)信號(hào)處理技術(shù)。高速數(shù)據(jù)?同步要求變得更嚴(yán)格，接收機(jī)也更復(fù)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7Why通信系統(tǒng)計(jì)算機(jī)仿真2計(jì)算機(jī)不僅功能強(qiáng)大，而且價(jià)格便宜計(jì)算機(jī)方法的發(fā)展另一個(gè)動(dòng)機(jī)：深入理解系統(tǒng)特性的有價(jià)值的工具。好的仿真跟在實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)一個(gè)系統(tǒng)很類似，多點(diǎn)測量，參數(shù)研究，可以任意改動(dòng)濾波器帶寬和信噪比（SNR）等參數(shù)，而且還能很快地觀測到這些改變對(duì)系統(tǒng)性能的影響。時(shí)

5、域波形、信號(hào)譜圖、眼圖、信號(hào)星座圖、直方圖。仿真能更容易也更經(jīng)濟(jì)地對(duì)各種假設(shè)情況進(jìn)行研究，仿真的主要作用不在于獲得數(shù)值而在于獲得深入的理解。8Why這門課程前面的原因：仿真的好處與重要性已經(jīng)學(xué)習(xí)過通信原理、無線通信、matlab，還有必要嗎？仿真的可信度？仿真的基本概念仿真工具是基礎(chǔ)，方法論是重點(diǎn)進(jìn)入科研研究的需要選題、仿真、硬件等定位物理層、通信信號(hào)處理、協(xié)議仿真9復(fù)雜性示例易于解析處理的系統(tǒng)數(shù)據(jù)源產(chǎn)生一個(gè)符號(hào)序列dk離散的二進(jìn)制通信系統(tǒng)數(shù)據(jù)源是無記憶的，離散無記憶源調(diào)制器的作用是將源符號(hào)變換成波形發(fā)射機(jī)對(duì)調(diào)制器的輸出

6、進(jìn)行放大10復(fù)雜性示例易于解析處理的系統(tǒng)信道是系統(tǒng)中需要進(jìn)行精確建模的最復(fù)雜的部分（AWGN）信道。最佳接收機(jī)匹配濾波器輸出采樣判決易于解析處理的11復(fù)雜性示例易于解析處理的系統(tǒng)表示一個(gè)符號(hào)周期內(nèi)的平均能量，跟波形集合相關(guān)聯(lián)，為加性信道噪聲的單邊功率譜密度K:參數(shù)取決于波形的相關(guān)程度。FSK,K=1PSK相差為?弧度，使得信號(hào)為逆相關(guān)，k=212為什么該系統(tǒng)是易于解析處理的？AWGN信道接收機(jī)是線性的，通過分析，我們可以計(jì)算出作為接收端濾波器參數(shù)函數(shù)的誤比特率（BER），并可求出對(duì)應(yīng)于最小BER的濾波器參數(shù)值。數(shù)據(jù)源為無記

7、憶的，理想的符號(hào)同步。仿真易于解析處理的系統(tǒng)是否也有作用呢？很可能是一個(gè)更復(fù)雜的系統(tǒng)的基本構(gòu)成模塊。易于解析處理的系統(tǒng)，可以開發(fā)出仿真代碼，這種系統(tǒng)能直接進(jìn)行分析，開發(fā)出的仿真能很容易得到驗(yàn)證?？梢愿鶕?jù)待研究系統(tǒng)的建模需求，數(shù)據(jù)源、調(diào)制器、信道或接收機(jī)進(jìn)行修改，起點(diǎn)是正確無誤的。13需繁瑣解析處理的系統(tǒng)增加了非線性放大器引入諧波與交調(diào)失真，頻譜拓展帶通濾波器，中心頻率等于所期望的載波頻率，作用就是減少非線性帶來的諧波與互調(diào)失真。14問題調(diào)制器與HPA后面的濾波器導(dǎo)致數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)間擴(kuò)散從而在時(shí)間上濾波后的信號(hào)不再局限在符號(hào)周期

8、內(nèi)，將引起符號(hào)間干擾（ISI）。在解調(diào)第i個(gè)符號(hào)時(shí)必須考慮的前續(xù)符號(hào)的數(shù)目，取決于濾波器輸出信號(hào)的記憶。第i個(gè)符號(hào)的差錯(cuò)概率取決于前k個(gè)符號(hào)15問題二進(jìn)制的情況，2K個(gè)長度為k的不同序列AWGN信道，這個(gè)差錯(cuò)概率都是Q函數(shù)，可以直接計(jì)算每一個(gè)Q函數(shù)的值，但是計(jì)算過程很繁瑣，因而經(jīng)常會(huì)用到仿真的方法。噪聲