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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流数字基带传输系统能的研究及仿真设计.精品文档.毕业设计数字基带传输系统性能的研究及仿真0 前言与模拟通信相比，数字通信具有许多优良的特性。在过去，它的主要缺点就是设备复杂并且需要较大的传输带宽。但是，近年来，随着通信技术的迅速发展，大规模集成电路的出现，数字通信系统的设备复杂程度和技术难度大大降低，同时高效的数据压缩技术以及光纤等大容量传输介质的使用正逐步使带宽的问题得到了解决。因此，数字传输方式日益受到欢迎。目前，虽然数字基带传输不如带通传输那样应用广泛，但对于基带传输系统的研究仍是十分有意义的。这是因为，第一，在利用对称电缆构成的近程数据
2、通信系统中广泛采用了这种传输方式；第二，随着数字通信技术的发展，基带传输方式也有迅速发展的趋势，目前它不仅用于低速数据传输，而且还用于高速数据传输；第三，基带传输中包含带通传输的许多基本问题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是带通传输系统必须考虑的问题；第四，理论上也可以证明，任何一个采用线性调制的带通系统，可以等效为一个基带传输系统来研究。因此，基带传输系统是研究数字通信系统的基础。所以，数字基带传输系统具有十分重要的研究意义1。同时，现代社会发展要求通信系统功能越来越强，性能越来越高，构成越来越复杂，要求通信系统技术研究与产品开发缩短周期，降低成本，提高水平。这样尖锐对立的两个方面要求，
3、只有通过使用强大的计算机辅助分析技术和工具才能实现。现代计算机科学技术的快速发展，已经研发出了新一代的可视化的仿真软件，这些功能强大的仿真软件，使得通信系统的仿真技术得到了更快的发展。通信系统仿真贯穿通信系统工程设计的全过程，对通信系统的发展起着举足轻重的作用。通信系统的仿真具有广泛的适应性和极好的灵活性，有助于更好的研究通信系统的性能。MATLAB是一种适用于工程应用各领域分析设计与复杂计算的科学计算软件，由美国Math works公司于1984年正式推出。MATLAB是矩阵(Matrix)和实验室(laboratory)两个英文单词的前三个字母的组合，它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语
4、言，着重针对科学计算，工程计算和绘图的要求，现已成为大学教学和科研中最常用且必不可少的工具2。MATLAB提供的动态仿真工具可以有效地对系统进行建模，由于仿真过程是交互式的，可以灵活改变仿真参数，并且可以立即得到修改参数后的仿真结果。因此，通过运用MATLAB对数字基带传输系统进行仿真，可以更直观更有效地对数字基带传输系统的性能进行分析与研究。1数字基带传输系统1.1概述随着数字通信技术的迅速发展，数字处理的灵活性使得数字传输中传输的数字信息既可以来自计算机、电传机等数据终端的各种数字代码，也可以来自模拟信号经数字化处理后的脉冲编码信号等。在原理上，数字信息可以直接用数字代码序列表示和传输，并
5、且选用一组取值有限的离散波形来表示。这些取值离散的波形可以是未经调制的电信号，也可以是调制后的信号。未经调制的数字信号所占据的频谱是从零频或很低的频率开始，称为数字基带信号3。在某些具有低通特性的有线信道中，特别是在传输距离不太远的情况下，基带信号可以不经过载波调制而直接进行传输。例如，在计算机局域网中直接传输的基带脉冲。这种不经过载波调制而直接进行传输数字基带信号的系统，称为数字基带传输系统。1.2数字基带传输系统结构简单的说，信源的信息以数字基带信号的形式从发送端经由信道传到接收端的收信者，所构成的系统称为数字基带传输系统。数字基带传输系统的模型主要由信道信号形成器（发送滤波器）、信道、接
6、收滤波器、抽样判决器、同步提取电路五个部分组成，其原理框图如图1-1所示：图1-1 数字基带传输系统的结构Fig. 1-1 digital baseband transmission systems structure图中各方框的功能和信号的传输过程简述如下：1）信道信号形成器（发送滤波器）它的功能是产生适合于信道传输的基带信号波形。因为其输入的信号一般是经过码型编码器产生的传输码，相应的基本波形通常是矩形脉冲，其频谱很宽，不利于传输，发送滤波器用于压缩输入信号频带，把输入码转换成适宜于信道传输的基带信号波形。2）信道信道是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，如双绞线、同轴电缆等。信道的传
7、输特性一般不满足无失真传输条件，且含有加性噪声，因此会引起传输波形失真。本论文研究的数字基带传输系统采用零均值的高斯白噪声信道，即AWGN信道。3）接收滤波器它是用来接收信号，尽可能的滤除信道噪声和其他干扰，对信道进行均衡，使输出的基带波形有利于抽样判决器的判决。4）抽样判决器抽样判决器则是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定时刻(由位定时脉冲控制)对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生基带信号。5）定时脉冲和同步提取用来抽样的位定时脉冲依靠同步提取电路从接收信号中提取，位定时脉冲的准确与否将直接影响判决结果4。1.3基带信号的选择在实际的基带传输系统中，并非所有的数字基带信号都能在
8、信道中传输，其原因如下：1) 基带数字信号含有丰富的直流或低频分量，信道难以满足传输要求；2) 接收时不便于提取同步信号；3) 由于限带和定时抖动，容易产生码间干扰；4) 信号的码型选择和波形的形状直接影响传输的可靠性与信道的利用率。不同形式的数字基带信号（又称为码型）具有不同的频谱结构，为适应信道的传输特性及接收端再生、恢复数字基带信号的需要，必须合理地设计数字基带信号，即选择合适的信号码型。适合于在有线信道中传输的数字基带信号形式称为线路传输码型。为了在传输信道中获得优良的传输特性，数字基带传输系统信号形式的选择显得非常重要。一般来说，在选择数字基带信号码型时，应遵循以下几个基本原则：1)
9、 数字基带信号应不含有直流分量，且低频及高频分量也应尽量的少。在基带传输系统中，往往存在着隔直电容及耦合变压器，不利于直流及低频分量的传输。此外，高频分量的衰减随传输距离的增加会快速地增大，另一方面，过多的高频分量还会引起话路之间的串扰，因此希望数字基带信号中的高频分量也要尽量的少。2) 数字基带信号中应含有足够大的定时信息分量。基带传输系统在接收端进行取样、判决、再生原始数字基带信号时，必须有取样定时脉冲。一般来说，这种定时脉冲信号是从数字基带信号中直接提取的。这就要求数字基带信号中含有或经过简单处理后含有定时脉冲信号的线谱分量，以便同步电路提取。实际经验告诉我们，所传输的信号中不仅要有定时
10、分量，而且定时分量还必须具有足够大的能量，才能保证同步提取电路稳定可靠的工作。3) 基带传输的信号码型应对任何信源具有透明性，即与信源的统计特性无关。这一点也是为了便于定时信息的提取而提出的。信源的编码序列中，有时候会出现长时间连“0”的情况，这使接收端在较长的时间段内无信号，因而同步提取电路无法工作。为避免出现这种现象，基带传输码型必须保证在任何情况下都能使序列中“1”和“0”出现的概率基本相同，且不出现长连“1”或“0”的情况。当然，这要通过码型变换过程来实现。码型变换实际上是把数字信息用电脉冲信号重新表示的过程。此外，选择的基带传输信号的码型还应该有利于提高系统的传输效率；具有较强的抗噪
11、声和码间串扰的能力及自检能力。实际系统中常常根据通信距离和传输方式等不同的要求，选择合适的基带码型5。数字基带信号传输系统的传输码型很多，如AMI码、HDB3码、双相码等。但是，为了研究的方便，在论文的下一章将重点对几种不同形式的二进制基带信号传输的传输过程和系统的抗噪性能进行详细地分析和研究，传输码型不作为本论文研究的重点，在此就不再对其做过多的介绍。2二进制基带传输系统的抗噪性能本章首先对二进制信号传输的AWGN信道的最佳接收原理进行详细的叙述，然后重点对正交信号、反极性信号以及开关信号三种二进制信号基带传输系统的传输原理和抗噪性能进行详细的分析与研究。最后对三种二进制信号的星座图作了简单
12、介绍。2.1二进制信号传输在二进制通信系统中，由0和1的序列组成的二进制数据是两种信号波形和来传输的，假设数据率是,那么每个比特就按照规则：映射为某个对应的信号波形，式中定义为比特时间区间。假设数据比特流中的0和1都是等概率的，即每个出现的概率都是1/2，而且是互为统计独立的。传输信号的信道假设被加性噪声所污损，这样的信道成为加性高斯白噪声信道。就是功率谱为（W/Hz)的白色高斯过程的一个样本函数。这样接收到的信号就可以表示成： (2-1) 接收机的任务就是在接收到信号之后，判断在区间内发送的究竟是0还是1，接收机总是要设计为使差错概率最小，这样的接收机称为最佳接收机6。2.2AWGN信道的最
13、佳接收机AWGN信道的最佳接收机由两部分组成：一个是信号相关器或匹配滤波器；一个是检测器。本节主要以正交信号的二进制基带传输系统为例，对信号相关器、匹配滤波器、检测器的基本工作原理进行详细的分析，并研究正交信号的二进制传输系统的抗噪性能。2.2.1信号相关器信号相关器是将接收到的信号与两个可能发送的信号做互相关运算，如图2-1所示。也就是说，信号相关器在区间内的两个输出如式2-2： (2-2)在时刻对这两个输出进行抽样，并将抽样输出送入检测器。图2-1 接收信号与两个发送信号的互相关Fig. 2-1 Cross-correlation of the received signal with t
14、he two transmitted signals假设两个正交信号的波形和如图2-2 所示，并先假设是已发送信号，那么已接收的信号是： (2-3)图2-2 和的信号波形Fig. 2-2 Signal waveforms and 当信号用图2-1所示的两个相关器处理是，在抽样瞬时的输出和为： (2-4)和 (2-5)其中，和都是在信号相关器输出的噪声分量，即 (2-6)而是信号和的能量。并且由于这两个信号的波形是正交的，即 (2-7)另一方面，当是已发送信号时，接收信号则是： (2-8)则这种情况下信号相关器的输出为： (2-9) (2-10)所以，当发送信号为和时在区间内两个无噪声相关器输出
15、分别为图2-3（a)、(b)所示：图2-3 无噪声相关器的输出Fig.2-3 Noise-free correlation outputs因为是功率谱为的高斯白噪声过程的一个样本函数，所以噪声分量和也是零均值高斯型的，所以有： （2-11） 并且方差为： (2-12)因此，当被发送是，和的概率密度函数是： (2-13)和的概率密度函数的图像如图2-4所示。类似的，当被发送时，就是零均值和方差为的高斯随机变量，而则是均值为和方差为的高斯随机变量。图2-4 当被发送时的概率密度函数和Fig. 2-4 Probability density functions and when is transmi
16、tted2.2.2匹配滤波器 在对接收信号滤波时，使输出信号信噪比最大的线性滤波器称为匹配滤波器7。设接收滤波器的传输函数，冲激响应，滤波器输入码元的持续时间为，信号和噪声之和为： (2-14)式中：为信号码元，为高斯白噪声。并设信号码元的频谱密度函数为，噪声的双边功率谱密度为，为噪声单边功率谱密度。由于假定滤波器是线性的，根据线性电路叠加定理，当滤波器输入电压中包括信号和噪声两部分时，滤波器的输出电压中也包含相应的输出信号和输出噪声两部分，即 (2-15)其中， (2-16)为了求出输出噪声功率，由公式： (2-17)可知，一个随机过程通过线性系统时，其功率谱密度等于输入功率谱密度乘以系统传
17、输函数的模的平方。所以，这时的输出噪声功率等于 (2-18)因此，在抽样时刻上，输出信号瞬时功率与噪声平均功率之比为 (2-19)为了求出的最大值，我们利用施瓦兹不等式： (2-20) 当时，上式等号成立，其中k为任意常数。将式（2-19）右端的分子看作是式（2-10）的左端，并令，则有： (2-21)式中：,为信号码元的能量。而且当 (2-22)时，式（2-21）的等号成立，即得到最大的输出信噪比。在白噪声干扰的背景下，按上式设计的线性滤波器，将能够在给定时刻上获得最大输出信噪比()，是输出信噪比最大的时刻。这种滤波器就是最大信噪比意义下的最佳线性滤波器，它的传输特性与信号码元频谱的复共轭相
18、一致，称此滤波器为匹配滤波器8。匹配滤波器的特性还可以用冲激响应函数： (2-23)由式（2-23）可见，匹配滤波器的冲激响应就是信号的镜像，但在时间轴上(向右)平移了。 一个实际的匹配滤波器应该是物理可实现的，其冲激响应必须符合因果关系，在输入冲激脉冲加入前不应该有冲激响应出现，即必须有： (2-24)即要求满足条件： (2-25)或满足条件： (2-26)由上述条件表明，接收滤波器输入端的信号码元在抽样时刻之后必须为零。通常选择在码元末尾抽样，即选。故匹配滤波器的冲激响应可以写为 (2-27)这时，若匹配滤波器的输入电压为，则输出信号码元的波形为： (2-28)式（2-28）中表明，匹配滤
19、波器输出信号码元波形是输入信号码元波形的自相关函数的倍。是一个任意常数，它与的最大值无关；通常取。匹配滤波器的性能：1) 信号不同，对应的匹配滤波器也不同；2) 信号通过匹配滤波器会产生严重的波形失真；3) 匹配滤波器只能用于数字信号的接收；4) 最大信噪比只与信号能量及高斯白噪声的功率谱密度有关，与信号波形无关9。匹配滤波器为处理接收到的信号提供了另一种方法。匹配滤波器的接收原理如图2-5所示。 图2-5 匹配滤波接收的原理Fig. 2-5 The principle of matched filters receives 对于信号波形，匹配滤波器的冲激响应为： (2-29)当输入波形是时，
20、在匹配滤波器输出端的信号波形由下面的卷积积分给出： (2-30)如果将式（2-29）中的代入是（2-30），可得： (2-31)如果在时对抽样，可得： (2-32)其中，是信号的能量。因此，匹配滤波器在的瞬时抽样输出与信号相关器的输出是一样的。假设两个匹配滤波器的冲激响应是： (2-33)用匹配滤波器对图2-2所示的两个信号进行接收处理，计算其输出。将信号反转得到，然后将反转的信号延迟就得出。如图2-6所示：图2-6 对信号和的匹配滤波器的冲激响应Fig. 2-6 Impulse responses of matched filters for signals and 当信号波形被发送时，那么
21、接收到的信号通过这两个匹配滤波器。那么冲激响应的滤波器对信号分量的冲激响应为： (2-34)冲激响应为的滤波器对信号分量的冲激响应为： (2-35)当信号被发送时，两个滤波器的输出波形和的波形如图2-7(a)和(b)所示：图2-7 当被发送时匹配滤波器的信号输出Fig. 2-7 Signal outputs of matched filters when is transmitted当信号波形被发送时，则是已接收到的信号通过这两个匹配滤波器。那么冲激响应的滤波器对信号分量的响应为： (2-36)冲激响应为的滤波器对信号分量的冲激响应为： (2-37)当信号被发送时，两个滤波器的输出波形和的波形
22、如图2-8(a)和(b)所示：图2-8 当被发送时匹配滤波器的信号输出Fig. 2-8 Signal outputs of matched filters when is transmitted经过上述分析可以发现，无论信号是用信号相关器还是用匹配滤波器接收，当被发送时，只有通过信号相关器0或者匹配滤波器0，才能在时刻的瞬时抽样值为达到最大为，而通过信号相关器1或者匹配滤波器1在时刻的瞬时抽样值为“0”。同理，当被发送时，只有通过信号相关器1或者匹配滤波器1，才能在的瞬时抽样值最大为，而经过信号相关器0或者匹配滤波器0处理后在时刻的瞬时抽样值为“0”。由以上分析可以看出，虽然信号相关器和匹配滤
23、波器的原理不同，但信号经过它们处理之后输出的结果是一样的。2.2.3检测器检测器观察到信号相关器或匹配滤波器的输出和，并判决所发送的信号波形是还是，也就分别相当于相应的传输的是一个“0”或者“1”。能使差错概率最小的检测器称为最佳检测器10。现在以图2-2所示的信号的检测器为例，来分析二进制检测的原理。假设这些信号都是等概率并且具有相等能量。这两个信号的最佳检测器将比较和，并且做出判断：当时传输的是“0”，当时传输的是“1”。并计算出差错概率。当发送的信号波形是时，差错概率为： (2-38)因为和都是零均值高斯随机变量，它们的差也是零均值高斯型的，随机变量的方差是： (2-39)因为这些信号是
24、正交的，所以，即 (2-40)因此 (2-41)所以，差错概率为： (2-42)式中比值称为信噪比(SNR)。由于在这个数据序列中的0和1是等概率的，同理可以证明当传送的信号波形为时得出的差错概率与传送是的差错概率相同。所以正交信号的二进制基带传输系统平均差错概率如式2-42所示11。2.3其他二进制信号的基带传输在上一节所讨论的是基于利用正交信号的二进制传输方法，在本节将继续讨论基于利用另外两种二进制信号的基带传输方法，一种是使用反极性信号，另一种使用开关信号。本节将会对反极性信号和开关信号这两种二进制信号的基带传输的基本原理与系统的抗噪性能进行相应的分析，并且与正交信号的基带传输系统的抗噪
25、性能进行简单的比较。2.3.1反极性信号的基带传输如果一种传输信号波形是另一种信号的负值，则称这两种信号是反极性的。例如图2-9(a)给出了一对反极性信号，而图2-9(b)给出了另一对反极性信号。图2-9 反极性信号对举例Fig. 2-9 Examples of pairs of antipodal signals现在设想用反极性信号波形和来传输二进制信息。其中，是能量为的某任意波形，从AWGN信道接收到的信号波形可表示为： (2-43)用于恢复该二进制信息的最佳接收机使用了一个信号相关器或与匹配的匹配滤波器，再紧跟着一个检测器，如图2-10(a) 、(b)所示：图2-10 对于反极性信号的最
26、佳接收机Fig. 2-10 Optimum receiver for antipodal signals 假设发送的信号是，接收到的信号就是： (2-44)在时刻瞬时抽样，信号相关器或者匹配滤波器的输出是： (2-45)其中，是信号的能量，是加性噪声分量，可以表示为： (2-46)因为加性噪声过程是零均值的，因此有。噪声分量的方差是: (2-47)结果，当发送的信号是时，检测器的输入是：，的概率密度函数为： (2-48)类似地，当发送的信号波形是时，检测器的输入是： (2-49)这时的概率密度函数为： (2-50)则这两个概率密度函数如图2-11所示：图2-11 检测器输入的概率密度函数Fig
27、. 2-11 Probability density functions for the input to the detector必须在和之间找一个合适的阈值作为检测器的判决门限，将输入到检测器中的信号与阈值相比较，若，则判决为是信号被发送；若，则判决为信号被发送。可见，在二进制基带信号的传输过程中，噪声引起的误码有两种差错形式：发送的是“1”码。却被误判为“0”码；发送的是“0”码，却被误判为“1”码。下面分别计算着两种差错概率，找出一个合适的阈值作为检测器的判决门限。发“1”误判为“0”的概率为： (2-51)发“0”误判为“1”的概率为： (2-52)假设信源发送“0”的概率为，发送“
28、1”的概率为，则二进制基带传输系统的总差错概率为： (2-53)将式2-51和式2-52代入式2-53中，误码率与发送概率、，信号的能量，噪声分量的方差以及判决门限，在、，信号的能量，给定的情况下，可以找到一个使误码率最小的判决门限电平，称为最佳判决电平。令，由式2-51、式2-52、式2-53可以求得最佳判决电平为： (2-54) 对于等概率的信号波形，即，则有最佳判决电平。这时，可以计算出反极性二进制基带传输系统的总误码率为： (2-55)将反极性信号的误码率与式2-42给出的正交信号的基带传输系统的误码率比较可以看出，对于同样的发送信号的能量，反极性信号的二进制基带传输系统具有更好的性能
29、。换种方式说，当系统限定相同的误码率的情况下，反极性信号只需要使用正交信号一半的发送能量，所以，反极性信号的基带传输系统比正交信号在效率上要高出3dB12。2.3.2开关信号的基带传输二进制信息序列也可以通过开关信号来传输。在本节将分析利用开关信号的基带传输系统的抗噪性能。二进制信息序列通过开关信号传输时，为了发送一个“0”，在持续的时间区间内不传送任何信号；为了发送一个“1”，则传送信号波形。于是，接收到的信号波形可以表示为： (2-56)其中，代表加性高斯白噪声。与反极性信号的情况一样，最佳接收机由一个信号相关器或与匹配的匹配滤波器（它的输出在时刻被抽样）和一个检测器组成，它将输出与阈值进
30、行比较，若，则判为传输的是“1”；否则，就判为传输的是“0”。利用开关信号的基带传输系统的检测器的输入可以表示为： (2-57)其中，是零均值、方差的高斯随机变量。因此，随机变量的的条件概率密度函数是： (2-58)它们的概率密度函数如图2-12所示：图2-12 检测器输入的概率密度函数Fig. 2-12 Probability density functions for the input to the detector为了让检测器获得最佳的检测结果，同样需要寻找一个最佳的判决门限。假设判决门限是，传输的是“1”，误判为“0”的概率为： (2-59)传输的是“0”，误判为“1”的概率为： (
31、2-60)同样，若假设信源发送“0”的概率为，发送“1”的概率为，则二进制基带传输系统的总差错概率为： (2-61)令，由式2-59、式2-60、式2-61可以求得最佳判决门限电平为： (2-62) 对于等概率的信号波形，即时，则有最佳判决电平。这时，如可以计算出反极性二进制基带传输系统的总误码率为： (2-63)由式2-63可以看出，使用开关信号的二进制基带传输系统的误码率的性能不如反极性信号基带系统那么好，甚至与之相比差6dB。与正交信号相比差3dB。但是，对于开关信号而言，其平均发送的能量比反极性信号少一半，所以在与其他信号类型进行性能比较时，也应该考虑这个差别。2.4二进制信号的星座图
32、对于正交信号、反极性信号以及开关信号这三种二进制信号都可以在几何上用“信号空间”中的点来表示，在反极性信号的情况下，信号是和，每个信号都具有能量，两个信号的点落在实线上的点处，如图2-13(a)所示。反极性信号的一维几何表示之所以可能，是因为仅用一个信号波形或基函数，即，就足以在信号空间内表示出这对反极性信号。开关信号也是一维信号，所以两个信号落在实线上0和点处，如图2-13(b)所示。另一方面，二进制正交信号需要有一个二维的几何表示，因为它存在两个线性独立的函数和，它们构成了两种信号波形。所以，对应于这两个信号的信号点就在和上，如图2-13(c)所示。所以，图2-13所示的二进制信号的几何表
33、示就称为信号星座图13。图2-13 二进制信号的星座图Fig. 2-13 Signals constellations for binary signals3 MATLAB仿真的介绍 MATLAB是通信系统仿真最常用的软件之一，通过MATLAB对通信系统的仿真可以更直观地分析和研究系统的性能。本论文运用MATLAB对数字基带传输系统的抗噪性能进行了Monte Carlo仿真估计。为了后续仿真过程更加流畅的进行，在本章将对MATLAB、计算机软件仿真的步骤以及Monte Carlo仿真方法进行相应的介绍。3.1MATLAB简介MATLAB是一种适于工程应用各领域分析与复杂计算的科学计算软件，由美
34、国Math works公司于1984年正式推出。它是一种以矩阵运算为基础的交互式程序语言，着重针对科学计算、工程计算和绘图要求，现已成为通信领域必不可少的工具14。MATLAB是一种编程语言和可视化工具，它能对数据已图形的方式显示出来，使数据间的关系更加明了。运用MATLAB可以对通信系统进行建模，对通信模型进行仿真。通过对系统的仿真可以清晰直观的对系统的性能进行研究。因此，MATLAB是通信系统仿真必不可少的工具。3.2仿真实验与仿真分析1) 仿真实验仿真实验是一个或者一系列针对仿真模型的测试。在仿真实验的过程中，通常需要多次改变仿真模型输入信号的数据，以观察和分析仿真模型对这些信号的反应，
35、以及仿真系统在这个过程中表现出来的性能。需要强调的一点是，仿真过程使用输入的数据必须具有一定的代表性，即能够从各个角度显著地改变输出信号的数值，同时也要能够很明显的体现出仿真系统的性能15。实施仿真之前要确定的另外一个因素是性能尺度。性能尺度指的是能够衡量仿真过程中系统性能的输出信号的数值（或根据输出信号计算得到的数值），因此，在实施仿真实验之前，首先要确定仿真过程中应该收集那些仿真数据，这些数据以什么样的格式存在以及要收集多少数据等。在明确了仿真系统对输入信号和输出信号的要求后，最好把所有的数据设置整理成一份简单的文档，以便记住仿真设计过程中的一些细节，最后，还要明确各个输入信号的初始值以及
36、仿真系统内部各个状态的初始值。仿真程序的运行实际上是计算机的计算过程，这个过程一般不需要人工干预，花费的时间由仿真的复杂度确定，如果需要在比较系统在不同的参数设置下的性能，应该注意要控制单一变量，这样才能够保证对仿真结果的分析和比较的客观性和可靠性。2) 仿真分析仿真分析是一个通信系统仿真流程中的最后一个步骤。在仿真分析的过程中，用户已经从仿真过程中获得了足够多的关于系统性能的信息，但这些信息只是一个原始的数据，一般还需要经过数值分析和适当的处理才能够获得衡量系统性能的尺度，从而获得对整个仿真系统的总体评价。对于不同信号的通信系统仿真，要将最后的仿真结果进行客观的比较和分析，最后才能对不同信号
37、的通信系统的性能做出一个综合性的评价。图表是最简洁的分析说明工具，它具有很强的直观性，更便于分析和比较，因此，仿真分析的结果一般都绘制成图表形式。对于MATLAB这个仿真软件，它具有很强的绘图功能，能够非常便捷的绘制各种类型的图表，有利于对仿真结果的分析与比较16。3.3仿真设计的步骤仿真设计的步骤一般有以下几个方面。1）仿真问题的提出系统设计之前，应该有一个完整、准确的需求说明。建立系统仿真的第一步，必须清楚、准确地提出仿真试验所要解决的问题。2）仿真系统分析对所提出的仿真系统给出详细定义，明确系统中的模块、系统构成、模块之间的相互关系，系统的输入输出、边界条件以及系统的约束条件，并确定仿真所要达到的目标。3）建立系统的数学模型根据仿真系统分析的结果，确定系统中的参数、变量及其相互之间的关系，并以数学形式将这些关系描述出来，从而构成仿真系统的数学模型。数学建模是系统仿真中最关键的一步，所建立的数学模型必须尽可能准确地反映所关心的真实系统的特性，而又不能过于复杂，以免降低模型的效率，增加不必要的计算过程，即建模需要根据求解问题的要求，在模型的近似程度与复杂程度之间折中。通信系统的数学模型通常以方框图形式或数