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1、通信系通信系统的的计算机模算机模拟第二第二讲1第1页，共47页，编辑于2022年，星期三上一讲回顾上一讲回顾l作业要求作业要求l仿真的概念仿真的概念l为什么要仿真为什么要仿真l通信系统仿真示例通信系统仿真示例l仿真的模型和分类仿真的模型和分类l仿真的作用仿真的作用l一、链路预算与系统级标校过程一、链路预算与系统级标校过程l二、关键元件的实现与测试二、关键元件的实现与测试2第2页，共47页，编辑于2022年，星期三一、链路预算与系统级标校过程一、链路预算与系统级标校过程 l设计需求：吞吐率、差错率、中断概率以及对带设计需求：吞吐率、差错率、中断概率以及对带宽、功率、重量、复杂度宽、功率、重量、复
2、杂度/成本、系统预期工作成本、系统预期工作的信道和系统生命周期等的约束。的信道和系统生命周期等的约束。l目标是确定系统拓扑结构和参数值，以便同时满目标是确定系统拓扑结构和参数值，以便同时满足性能目标和设计约束。足性能目标和设计约束。3第3页，共47页，编辑于2022年，星期三二、关键元件的实现与测试二、关键元件的实现与测试仿真将关键的元件的测量特性代入该元件的仿真模仿真将关键的元件的测量特性代入该元件的仿真模型型4第4页，共47页，编辑于2022年，星期三三、完成硬件原型与验证仿真模型三、完成硬件原型与验证仿真模型 l整个系统的硬件原型以及与之对应的仿真模型整个系统的硬件原型以及与之对应的仿真
3、模型l仿真模型包括仿真中大部分元件的测量特征仿真模型包括仿真中大部分元件的测量特征l硬件原型上测出整个系统的许多性能指标，硬件原型上测出整个系统的许多性能指标，还要还要进行并行仿真进行并行仿真l完整原型一个经验证的仿真模型预测生命终结。完整原型一个经验证的仿真模型预测生命终结。5第5页，共47页，编辑于2022年，星期三四、生命周期测试四、生命周期测试 l通信卫星、海底电缆通信卫星、海底电缆l生命周期测试（生命周期测试（Beginning of Life,BOL）将元件老化模型代入验证过的将元件老化模型代入验证过的BOL模型，模型，就得到系统就得到系统BOL性能指标。性能指标。6第6页，共47
4、页，编辑于2022年，星期三7第7页，共47页，编辑于2022年，星期三仿真方法仿真方法l时间驱动（单速度、多速率或可变速率采样）：该增量等于时间驱动（单速度、多速率或可变速率采样）：该增量等于采样频率的倒数，每个模型能根据新仿真时钟的值来更新模采样频率的倒数，每个模型能根据新仿真时钟的值来更新模型状态型状态“do循环循环”“for循环循环”。l事件驱动：事件驱动的仿真可把时钟往前拨任意时间长度，事件驱动：事件驱动的仿真可把时钟往前拨任意时间长度，到为下一个关心的事件所安排的时间，系统中每个功能模到为下一个关心的事件所安排的时间，系统中每个功能模块根据新仿真时间的值更新模型状态。需要内插和重采
5、样，块根据新仿真时间的值更新模型状态。需要内插和重采样，并带来一些跟时间安排相关的额外开销。并带来一些跟时间安排相关的额外开销。l混合驱动。对通信系统仿真而言，最常用的还是带单速率或混合驱动。对通信系统仿真而言，最常用的还是带单速率或多速率采样的时间驱动仿真。如果信号带宽具有很宽的可变多速率采样的时间驱动仿真。如果信号带宽具有很宽的可变范围，这种系统的仿真就要用多速率采样。范围，这种系统的仿真就要用多速率采样。8第8页，共47页，编辑于2022年，星期三软件软件 SYSTEM VIEW MATLAB SIMULINK C，C+其他领域其他领域:Flexsim9第9页，共47页，编辑于2022年
6、，星期三课程报告课程报告(续续)-建议题目（不限于）建议题目（不限于）l 信道均衡技术仿真；信道均衡技术仿真；l 多载波调制与多载波调制与OFDM.仿真仿真l 无线接入技术仿真无线接入技术仿真 l 多用户无线信道仿真多用户无线信道仿真.l 多业务通信系统仿真多业务通信系统仿真.l WCDMA、TDS-CDMA、CDMA2000或者或者Wimax仿真仿真.l 自适应调制仿真自适应调制仿真.l MIMO 系统仿真系统仿真l 扩频系统仿真扩频系统仿真10第10页，共47页，编辑于2022年，星期三contl 智能天线仿真智能天线仿真l 空时处理仿真空时处理仿真l 资源分配管理仿真资源分配管理仿真l
7、通信干扰抑制仿真通信干扰抑制仿真l 多用户检测仿真多用户检测仿真l 协作通信仿真协作通信仿真l 软件无线电或者认知无线电仿真软件无线电或者认知无线电仿真l 卫星通信仿真卫星通信仿真l GPS仿真仿真l GSM部分仿真部分仿真l UWB仿真仿真l 深空通信仿真深空通信仿真 11第11页，共47页，编辑于2022年，星期三第二章第二章 仿真方法论仿真方法论l2.1 概述概述性能评估性能评估-art定量建模与估计定量建模与估计 science(科学科学-技术技术-工程工程-技艺）技艺）l步骤：步骤：l将给定问题映射为仿真模型。将给定问题映射为仿真模型。l把整个问题分解为一组小一些的问题。把整个问题分
8、解为一组小一些的问题。l选择一套合适的建模、仿真和估计方法，并将其用于解决这些子选择一套合适的建模、仿真和估计方法，并将其用于解决这些子问题。问题。l综合各子问题的解决结果以提供对整个问题的解决方案。综合各子问题的解决结果以提供对整个问题的解决方案。12第12页，共47页，编辑于2022年，星期三基本手段基本手段l为解决小一些的子问题（上面第三点）所用到的具体方法为解决小一些的子问题（上面第三点）所用到的具体方法是定义明确的、严格的，并且在本质上是算法可实现或可是定义明确的、严格的，并且在本质上是算法可实现或可量化的。量化的。l有限冲激响应线性滤波器，仿真方法就是定义明确的卷积和有限冲激响应线
9、性滤波器，仿真方法就是定义明确的卷积和l通信系统的基本目的是处理波形和符号通信系统的基本目的是处理波形和符号l通过产生和处理这些波形的采样值通过产生和处理这些波形的采样值l通信系统仿真试图模拟这个过程，建立通信系统中不同功能通信系统仿真试图模拟这个过程，建立通信系统中不同功能“模块模块”所实现的信号处理运算的模型，以及产生通信系所实现的信号处理运算的模型，以及产生通信系统不同工作点所需的输入波形。统不同工作点所需的输入波形。l分析波形以优化设计参数或获得性能指标分析波形以优化设计参数或获得性能指标13第13页，共47页，编辑于2022年，星期三问题示例问题示例l移动通信系统移动通信系统l时变时
10、变l衰落衰落l中断中断l通信系统波形级仿真的整体方法通信系统波形级仿真的整体方法14第14页，共47页，编辑于2022年，星期三Step1l系统方框图的描述开始系统方框图的描述开始l每每一一功功能能模模块块的的合合适适的的仿仿真真模模型型，并并通通过过互互联联这这组所选模块（即它们的模型）来产生方框图。组所选模块（即它们的模型）来产生方框图。l在在执执行行仿仿真真前前，我我们们为为每每一一模模块块的的参参数数（如如滤滤波波器器的的带带宽宽）指指定定具具体体值值或或取取值值范范围围尽尽可可能能对对方方框框图进行简化和划分。图进行简化和划分。l方方法法论论中中最最难难的的步步骤骤之之一一是是将将设
11、设计计和和/或或性性能能估估计计问问题题映映射射为为仿仿真真模模型型，实实现现的的好好坏坏决决定定了了运运行行仿真所需的机时和仿真结果的精度。仿真所需的机时和仿真结果的精度。15第15页，共47页，编辑于2022年，星期三Step2l产生所有输入波形或激励信号的采样值，来驱动产生所有输入波形或激励信号的采样值，来驱动仿真模型。仿真模型。l随机过程的采样值是用随机数发生器产生的随机过程的采样值是用随机数发生器产生的l仿真期间，随机数发生器的输出被用作合适的模仿真期间，随机数发生器的输出被用作合适的模块的输入，以块的输入，以“驱动驱动”仿真模型，并在各种功能仿真模型，并在各种功能模块的输出端产生采
12、样值。模块的输出端产生采样值。16第16页，共47页，编辑于2022年，星期三Step 3l用分析近似和界限或测量结果来验证仿真结用分析近似和界限或测量结果来验证仿真结果果l为了检验所用的模型和方法并确立仿真结果为了检验所用的模型和方法并确立仿真结果的可信性的可信性,用一些测量结果来进行验证还是必用一些测量结果来进行验证还是必需的。需的。17第17页，共47页，编辑于2022年，星期三方法论方法论l由于实际的通信系统通常太过复杂，无法由于实际的通信系统通常太过复杂，无法对其整体进行准确的建模和仿真对其整体进行准确的建模和仿真l有多种方法可用来降低整个仿真问题的复有多种方法可用来降低整个仿真问题
13、的复杂度，使其占用的计算资源、所需的时间杂度，使其占用的计算资源、所需的时间以及期望的精度都保持在一定范围之内以及期望的精度都保持在一定范围之内l方法论。方法论。18第18页，共47页，编辑于2022年，星期三方法论方法论l将问题映射到仿真模型将问题映射到仿真模型 l以移动通信系统中的两个问题为例以移动通信系统中的两个问题为例l均衡器设计：决定抽头数，抽头间隔，和用于接收机均衡器设计：决定抽头数，抽头间隔，和用于接收机均衡器中进行算术运算所需的比特数。均衡器中进行算术运算所需的比特数。l系统性能评估：决定维持可接受性能级别所需的系统性能评估：决定维持可接受性能级别所需的l第一个问题：详细设计第
14、一个问题：详细设计l第二个问题：性能评估第二个问题：性能评估l不同不同:建立系统哪一部分的模型、包含哪些细节、建立系统哪一部分的模型、包含哪些细节、用什么建模方法、仿真方法、估计方法用什么建模方法、仿真方法、估计方法19第19页，共47页，编辑于2022年，星期三方法论方法论l系统要仿真部分的系统要仿真部分的详细详细方框图方框图l最终的仿真模型可通过简化初始方框图而产生最终的仿真模型可通过简化初始方框图而产生 l递阶表示递阶表示l划分与条件化划分与条件化l简化（近似，假设和各种简化）简化（近似，假设和各种简化）20第20页，共47页，编辑于2022年，星期三递阶表示递阶表示l递阶是在建模、软件
15、设计和其他应用中降低复杂递阶是在建模、软件设计和其他应用中降低复杂度的常用方法，开始于一个度的常用方法，开始于一个“系统系统”级模型并向级模型并向下发展其他不同层，子系统层，元件层，物理下发展其他不同层，子系统层，元件层，物理（门级或电路）层（门级或电路）层l递阶中越底层的构建模块包含越多的细节，而越递阶中越底层的构建模块包含越多的细节，而越高层的模块则越抽象并负责模块的整体功能，直高层的模块则越抽象并负责模块的整体功能，直到更进一步有意义的分解变得不可能或没必要时到更进一步有意义的分解变得不可能或没必要时21第21页，共47页，编辑于2022年，星期三例例22第22页，共47页，编辑于202
16、2年，星期三23第23页，共47页，编辑于2022年，星期三选择抽象程度选择抽象程度l与仿真的目的一致的情况下，人们应该用尽可能与仿真的目的一致的情况下，人们应该用尽可能高的抽象程度来进行仿真高的抽象程度来进行仿真l降低复杂度和所需的仿真时间，越高级模型将具降低复杂度和所需的仿真时间，越高级模型将具有越少的参数且越易于验证，越少的参数意味着有越少的参数且越易于验证，越少的参数意味着模型能用越少的指标来刻画模型能用越少的指标来刻画l巴特沃思滤波器的电路级模型包含巴特沃思滤波器的电路级模型包含12个或更多的个或更多的元件值元件值l相同的巴特沃思滤波器的高层传递函数只有相同的巴特沃思滤波器的高层传递
17、函数只有2个个参数：滤波器阶数和滤波器带宽参数：滤波器阶数和滤波器带宽24第24页，共47页，编辑于2022年，星期三抽象表达抽象表达l在系统级，仿真以最高抽象程度完成，使用诸如传递函数的在系统级，仿真以最高抽象程度完成，使用诸如传递函数的“特性特性”模型而模型而不是物理的模型。不是物理的模型。l一个数字滤波器可以在比特级仿真，一个模拟滤波器可以在电路级仿真，一个数字滤波器可以在比特级仿真，一个模拟滤波器可以在电路级仿真，较高级模型都是传递函数形式的，可由比特级或电路级仿真导出。较高级模型都是传递函数形式的，可由比特级或电路级仿真导出。l在设计周期的前期，滤波器传递函数已被假设或在设计周期的前
18、期，滤波器传递函数已被假设或“指定指定”，l而传递函数的实际特性将在滤波器设计和仿真后得到。而传递函数的实际特性将在滤波器设计和仿真后得到。l在设计周期的后期，测量在设计周期的后期，测量且测得的传递函数能用于较高级的仿真，且测得的传递函数能用于较高级的仿真，但外部接口和参数相同。但外部接口和参数相同。l和建模过程一样，通信系统的实际设计也是自项下经过不同层，规格向下和建模过程一样，通信系统的实际设计也是自项下经过不同层，规格向下经过递阶的各层，而特性（在较低层测量或仿真的）自底向上经过递阶中经过递阶的各层，而特性（在较低层测量或仿真的）自底向上经过递阶中的各层，有时可能要用不同的仿真来进行更详
19、细的仿真的各层，有时可能要用不同的仿真来进行更详细的仿真“联合仿真联合仿真”。25第25页，共47页，编辑于2022年，星期三划分与条件化划分与条件化l将一个复杂问题划分为一组相互关照但独立的问题将一个复杂问题划分为一组相互关照但独立的问题l递阶处理的是不同级的抽象递阶处理的是不同级的抽象l划分通常处理同级的抽象，划分通常处理同级的抽象，l问题中可单独仿真的并且结果可联合的不同方面问题中可单独仿真的并且结果可联合的不同方面l条件化条件化是与划分非常相似的另一种方法：我们只是固定整理系是与划分非常相似的另一种方法：我们只是固定整理系统某部分的条件或状态，并在条件变量或状态的不同取值下仿统某部分的
20、条件或状态，并在条件变量或状态的不同取值下仿真系统的其余部分真系统的其余部分l系统的受条件化部分单独仿真，然后从第一部分得到的结果将系统的受条件化部分单独仿真，然后从第一部分得到的结果将根据第二部分获得的条件变量的分布来作平均。根据第二部分获得的条件变量的分布来作平均。26第26页，共47页，编辑于2022年，星期三条件化例子条件化例子l估计具有非理想同步（时钟和载波估计具有非理想同步（时钟和载波恢复）系统的差错率恢复）系统的差错率l先在不同的时钟和载波相应差错值条先在不同的时钟和载波相应差错值条件下，估计系统中差错的条件概率；件下，估计系统中差错的条件概率；l然后仿真同步系统以获得定时差错然
21、后仿真同步系统以获得定时差错的分布；的分布；l我们根据定时差错和相位差错的分我们根据定时差错和相位差错的分布作平均布作平均 （2-1）27第27页，共47页，编辑于2022年，星期三条件化例子条件化例子l按照条件期望值，就有按照条件期望值，就有出现定时差错和相位差错的情况下确定误比特率（出现定时差错和相位差错的情况下确定误比特率（BER）的）的例子，运用这个原理得例子，运用这个原理得 28第28页，共47页，编辑于2022年，星期三简化与近似简化与近似l第一步，在初始方框图模型中包括尽可能多的细节第一步，在初始方框图模型中包括尽可能多的细节l降低整个模型和子系统模型的复杂度降低整个模型和子系统
22、模型的复杂度l这些方法包括忽略对所研究的问题没什么大影响的模块这些方法包括忽略对所研究的问题没什么大影响的模块l使用近似方法和联合模型的简化方法使用近似方法和联合模型的简化方法l例：系统级性能评估问题，是缓慢时变的，且系统运行在高信器噪比（例：系统级性能评估问题，是缓慢时变的，且系统运行在高信器噪比（S/N），可合理地预计同步差错很小，可合理地预计同步差错很小，因而在性能估计时同步的影响可以忽略不计。因而在性能估计时同步的影响可以忽略不计。l并可将其从方框图中删去并可将其从方框图中删去l近似和假设广泛用于简化仿真模型。最常使用的假设和近似包括时不变（稳态）性质和线性化。近似和假设广泛用于简化仿
23、真模型。最常使用的假设和近似包括时不变（稳态）性质和线性化。l当观察时间足够长且输入信号动态范围足够在时，大多数实际的系统可能表现出时变和非线性，当观察时间足够长且输入信号动态范围足够在时，大多数实际的系统可能表现出时变和非线性，但在短时间段和低信号电平的情况下，它们仍然可以由线性时不变模型很好地近似。但在短时间段和低信号电平的情况下，它们仍然可以由线性时不变模型很好地近似。l系统参数是缓变的，在仿真区间内是固定不变的。系统参数是缓变的，在仿真区间内是固定不变的。“l准静态的准静态的”带宽差别明显的过程的形象，线性近似用于非线性元件。带宽差别明显的过程的形象，线性近似用于非线性元件。l许多线性
24、系统的原理来简化方框图。许多线性系统的原理来简化方框图。l对中间波形兴趣不大，其作用也很小。对中间波形兴趣不大，其作用也很小。29第29页，共47页，编辑于2022年，星期三单个模块的建模单个模块的建模 l仿真模型应接受一列按时间先后次序排列的输入波形的仿真模型应接受一列按时间先后次序排列的输入波形的采样，并依某个明确定义的传输特性产生一组按时间先采样，并依某个明确定义的传输特性产生一组按时间先后次序排列的输出采样。后次序排列的输出采样。l子系统或元件（模块）的仿真模型是具有如下形式的一个子系统或元件（模块）的仿真模型是具有如下形式的一个变换：变换：30第30页，共47页，编辑于2022年，星
25、期三单个模块的建模单个模块的建模低通等效表示低通等效表示l低通复等效表示所有信号和系统部件在计算上有优势低通复等效表示所有信号和系统部件在计算上有优势l低通等效：把带通频谱从载波频率移到低通等效：把带通频谱从载波频率移到f0；模块的线性模型；模块的线性模型可由输入、输出信号的低通等效表示和信号换来实现。可由输入、输出信号的低通等效表示和信号换来实现。l确定性信号的低通等效是通过对其傅里叶变换变换获确定性信号的低通等效是通过对其傅里叶变换变换获l功率谱密度是用地随机信号的功率谱密度是用地随机信号的l如果带通频谱在载波的两边不对称，低通等效表示在时域中如果带通频谱在载波的两边不对称，低通等效表示在
26、时域中取复数值。取复数值。31第31页，共47页，编辑于2022年，星期三单个模块的建模单个模块的建模采样采样l通通等等效效表表示示时时，它它们们可可以以用用相相同同时时间间间间隔隔的的采采样样点点来来采采样样和和表示。表示。l要求的最小采样率是理想低通信号（或系统）带宽的两倍。要求的最小采样率是理想低通信号（或系统）带宽的两倍。l频频率率函函数数不不一一定定限限制制在在有有限限带带宽宽，这这时时采采样样率率通通常常取取某某一一些些带宽度量（如带宽度量（如3dB带宽）的带宽）的8至至16倍。倍。l在数字系统中，采样率通常设符号率的在数字系统中，采样率通常设符号率的8至至16倍。倍。l增加采样率
27、将计算量增加采样率将计算量32第32页，共47页，编辑于2022年，星期三单个模块的建模单个模块的建模线性与线性模型线性与线性模型l非线性：非线性：l判决反馈均衡器运算、同步子系统中的非线性运算及对脉冲噪声有意的限制等判决反馈均衡器运算、同步子系统中的非线性运算及对脉冲噪声有意的限制等 l功率放大器在接近其最大运行率时表现出来的线性特性。功率放大器在接近其最大运行率时表现出来的线性特性。l近似近似大多数非线性特性可以建模为对通信信号具有线性影响，大多数非线性特性可以建模为对通信信号具有线性影响，l有必要在系统中包含非线性仿真模型（有必要在系统中包含非线性仿真模型（QAM）。l有多种系统方法能对
28、具有非线性系统建立模型有多种系统方法能对具有非线性系统建立模型l无记忆功率序列非线性模型无记忆功率序列非线性模型l带记忆的频率选择性非线性模型带记忆的频率选择性非线性模型l非线性微分子方程。非线性微分子方程。l非线性模型分为两大类：输入非线性模型分为两大类：输入-输出块模型和非线性微分方程。输出块模型和非线性微分方程。l非线性特会产生带宽扩展，将采样率设置得足够高以把握带宽扩展带非线性特会产生带宽扩展，将采样率设置得足够高以把握带宽扩展带来的影响。来的影响。33第33页，共47页，编辑于2022年，星期三单个模块的建模单个模块的建模时不变性时不变性l是否要采用时变模型取决于许多因素是否要采用时
29、变模型取决于许多因素 l系统的时不就部分的带宽相比其变化速率可能非常缓慢系统的时不就部分的带宽相比其变化速率可能非常缓慢l某个长期平均的特性而不是动态特性。某个长期平均的特性而不是动态特性。l时变特性进行仿真：时变特性进行仿真：l运行于快衰落信道下突发模式的通信系统中，同步子系统时间的捕捉运行于快衰落信道下突发模式的通信系统中，同步子系统时间的捕捉和跟踪特性。和跟踪特性。l仿真模型是带时变抽头增益的抽头延时线，抽头增益常建模为滤仿真模型是带时变抽头增益的抽头延时线，抽头增益常建模为滤波随机过程。波随机过程。l时变性的影响时变性的影响l谱扩散，从而要求更高的采样率。谱扩散，从而要求更高的采样率。
30、l时变模块的次序不能改变。时变模块的次序不能改变。34第34页，共47页，编辑于2022年，星期三单个模块的建模单个模块的建模记忆性记忆性l频率选择性特性和记忆性是同义的频率选择性特性和记忆性是同义的l取决于瞬时输入和以前输入取决于瞬时输入和以前输入35第35页，共47页，编辑于2022年，星期三单个模块的建模单个模块的建模时域和频域仿真时域和频域仿真l一个功能模块或系统元件的输入一个功能模块或系统元件的输入-输出关系可以在时域频域输出关系可以在时域频域中进行建模和仿真中进行建模和仿真l取决于最初规格说明取决于最初规格说明l时域采样来表示输入和输出。时域采样来表示输入和输出。l频域模型（如用快
31、速傅里叶变换仿真的滤波器）需要时域输频域模型（如用快速傅里叶变换仿真的滤波器）需要时域输入采样的内部缓存器，要对存于器中的输入向量作变换，入采样的内部缓存器，要对存于器中的输入向量作变换，然后进行频域处理然后进行频域处理傅里叶反变换及输出端缓存傅里叶反变换及输出端缓存36第36页，共47页，编辑于2022年，星期三单个模块的建模单个模块的建模块处理块处理l模型可以实现为每次调用只接受和处理单个时域采样或一模型可以实现为每次调用只接受和处理单个时域采样或一个个N个时域采样组成的块个时域采样组成的块l当调用开销很大时，采用块或向量处理的方法在计算会更为当调用开销很大时，采用块或向量处理的方法在计算
32、会更为有效，其中模型调用的输入向量的大小为有效，其中模型调用的输入向量的大小为N。l所以块运算会引入一个所以块运算会引入一个N*Ts 秒的时延。秒的时延。l由于大的处理时延，在反馈环中包含块输入由于大的处理时延，在反馈环中包含块输入-输出模型会产生输出模型会产生错误的结果错误的结果l非线性模型交织在一起，则对于非线性元件回复到逐个采样非线性模型交织在一起，则对于非线性元件回复到逐个采样的处理是有必要的，的处理是有必要的，l块处理块处理考虑调度（大小不同的块）考虑调度（大小不同的块）37第37页，共47页，编辑于2022年，星期三单个模块的建模单个模块的建模变步长处理变步长处理l如果一个系统模型
33、中包含的过程和现象的带宽特别巨大，那如果一个系统模型中包含的过程和现象的带宽特别巨大，那么在仿真中就要采用多速率采样。么在仿真中就要采用多速率采样。l多速率采样以与对应带宽相一致的速率来采样和处理每个多速率采样以与对应带宽相一致的速率来采样和处理每个信号，而这会显著提高计算效率。信号，而这会显著提高计算效率。l变步长处理也常用于改善计算效率。变步长处理也常用于改善计算效率。l数值积分子程序，来求解线性和非线性微分方程。数值积分子程序，来求解线性和非线性微分方程。l变步长变步长统一步长（缓存、转换）统一步长（缓存、转换）38第38页，共47页，编辑于2022年，星期三单个模块的建模单个模块的建模
34、参数确定参数确定l仿真的一个主要应用是设计优化仿真的一个主要应用是设计优化l归结为找到一些重要参数的量优值，归结为找到一些重要参数的量优值，l接收器滤波器带宽接收器滤波器带宽l放大器工作点放大器工作点l用于接收器的量化级数的最优值等用于接收器的量化级数的最优值等l模型必须确定合适的参数并且使得关键的设计参数在外部可见模型必须确定合适的参数并且使得关键的设计参数在外部可见“外外部旋钮部旋钮”可用于在仿真过程中复调整设计参数。可用于在仿真过程中复调整设计参数。l给定模型的参数个数。参数越少，参数值的测量和验证就变得越简给定模型的参数个数。参数越少，参数值的测量和验证就变得越简单。单。39第39页，
35、共47页，编辑于2022年，星期三单个模块的建模单个模块的建模与其他模块的接口与其他模块的接口l仿真框架和仿真框架和/或用户必须确保一致性和兼容性或用户必须确保一致性和兼容性l明确定义、文档齐全的接口明确定义、文档齐全的接口l不一致的根源：不同的处理域、信号类型、块大小、步长、不一致的根源：不同的处理域、信号类型、块大小、步长、多速率采样、不同块中不一致的参数多速率采样、不同块中不一致的参数40第40页，共47页，编辑于2022年，星期三随机过程建模与仿真随机过程建模与仿真 l假设已经获得一个具有最高抽象程度和最少复杂的系统模型假设已经获得一个具有最高抽象程度和最少复杂的系统模型l建模和产生驱
36、动仿真模型的输入波形（信号、噪声及干扰）建模和产生驱动仿真模型的输入波形（信号、噪声及干扰）l波形级仿真的基本目标是模拟系统中的波形及计算波形保真度波形级仿真的基本目标是模拟系统中的波形及计算波形保真度的一些指标的一些指标l波形或激励的建模和仿真是很重要的波形或激励的建模和仿真是很重要的l信号、噪声、干扰信号、噪声、干扰 随机过程随机过程 l平稳性假设平稳性假设41第41页，共47页，编辑于2022年，星期三平稳随机过程的表达平稳随机过程的表达l平稳随机过程由多维概率分布来表征平稳随机过程由多维概率分布来表征l但多维概率分布难以给出，不容易产生具有但多维概率分布难以给出，不容易产生具有任意任意
37、n维分布的平稳过程的采样值。维分布的平稳过程的采样值。l平稳高斯过程是个著名例外，它完全由二阶平稳高斯过程是个著名例外，它完全由二阶分布定义（均值自相关函数）分布定义（均值自相关函数）l用于驱动仿真的随机过程的采样值是用随机用于驱动仿真的随机过程的采样值是用随机数发生器产生的随机数列数发生器产生的随机数列42第42页，共47页，编辑于2022年，星期三随机过程建模与仿真随机过程建模与仿真高斯近似高斯近似l简化了激励的产生。简化了激励的产生。l高斯近似，大量噪声叠加与高斯随机数发高斯近似，大量噪声叠加与高斯随机数发生器的输出完全相同。生器的输出完全相同。43第43页，共47页，编辑于2022年，
38、星期三随机过程建模与仿真随机过程建模与仿真等效过程表示等效过程表示l随机过程随机过程X（t），经过），经过n个模块输出个模块输出Y(t)l简简单单地地插插入入一一个个表表示示Y（t）采采样样值值的的序序列列，从从而而无须产生和处理无须产生和处理X（t）通过）通过n个块的的采样值个块的的采样值lX（t）高斯，模块线性）高斯，模块线性Y(t)分析得到分析得到lOr 仿真得到，并用于等效过程表示仿真得到，并用于等效过程表示44第44页，共47页，编辑于2022年，星期三随机过程建模与仿真随机过程建模与仿真慢过程和快过程慢过程和快过程l许多带宽或许多带宽或“时间常数时间常数”差别很大的随机现象。差别很
39、大的随机现象。l一一个个随随机机过过程程的的的的带带宽宽与与另另一一个个相相差差很很大大，差差几几个数量级，分开仿真个数量级，分开仿真l多速率采样，多速率采样，45第45页，共47页，编辑于2022年，星期三性能估计仿真性能估计仿真 l仿真的主要目标之一就是性能估计仿真的主要目标之一就是性能估计l模拟通信系统，输出信噪比（模拟通信系统，输出信噪比（s/N）l对于数字通信系统误比特率（对于数字通信系统误比特率（BER）或帧）或帧差错率（差错率（FER）l信噪比是数字通信系统第二重要的性能指信噪比是数字通信系统第二重要的性能指标标而是让而是让N个符号通过系统并计数发生个符号通过系统并计数发生差错的
40、个数来估计。差错的个数来估计。BER差错概率如差错概率如果延时不完全正确，延时模块由长度果延时不完全正确，延时模块由长度可变的延时线来实现。延时通常量化可变的延时线来实现。延时通常量化为采样周期的整数倍。为采样周期的整数倍。46第46页，共47页，编辑于2022年，星期三练习练习lIEEE journal on Selected Areas in Communications周期性周期性地出版有关计算机辅助通信系统建模和分析的专刊。从这地出版有关计算机辅助通信系统建模和分析的专刊。从这个主题出版于个主题出版于1984年年1月的首期开始，查找随后的所有有关于月的首期开始，查找随后的所有有关于这个主题的专刊。济览这些专刊中文章的观点并写一篇短的这个主题的专刊。济览这些专刊中文章的观点并写一篇短的论文概括：论文概括：l用仿真解决的仿真和设计问题的类型用仿真解决的仿真和设计问题的类型l过去过去25年中不同的仿真方法和方法的演化年中不同的仿真方法和方法的演化l过去过去25年中仿真框架演化年中仿真框架演化47第47页，共47页，编辑于2022年，星期三