通信系統(tǒng)仿真

前言

本書從基礎(chǔ)理論、仿真工具和仿真實(shí)例3個(gè)方面深入淺出地闡述了通信系統(tǒng)建模與仿真的基本理論、方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)。全書共分8章，各章內(nèi)容安排如下。第1章緒論，重點(diǎn)闡述通信系統(tǒng)仿真的概念和層次，以及通信系統(tǒng)的重要作用。第2章通信系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)，在闡述通信系統(tǒng)仿真原則和整體框架基礎(chǔ)上，重點(diǎn)說明通信系統(tǒng)仿真的一些基礎(chǔ)理論和方法，包括仿真中的概率統(tǒng)計(jì)、誤差源、參數(shù)估計(jì)、性能指標(biāo)評(píng)估、仿真的校正和驗(yàn)證等內(nèi)容。第3章至第5章根據(jù)通信系統(tǒng)仿真的不同層次，分別闡述通信網(wǎng)絡(luò)、通信終端和通信信道的仿真，主要針對(duì)這3種層次描述如何進(jìn)行通信系統(tǒng)的建模。其中第3章通信網(wǎng)絡(luò)仿真，在介紹通信網(wǎng)絡(luò)及仿真的概念和相關(guān)理論基礎(chǔ)上，重點(diǎn)闡述通信網(wǎng)絡(luò)仿真的方法和建模過程；第4章通信終端仿真，在介紹通信終端及仿真的概念和相關(guān)理論基礎(chǔ)上，重點(diǎn)描述通信信號(hào)在接收機(jī)和發(fā)射機(jī)中整個(gè)處理過程的建模；第5章通信信道仿真，在介紹通信信道及仿真的概念和相關(guān)理論基礎(chǔ)上，重點(diǎn)描述通信信道的衰落過程和加噪過程。第6章、第7章是通信系統(tǒng)仿真工具介紹，根據(jù)目前國內(nèi)外常用的仿真工具應(yīng)用情況，重點(diǎn)介紹MATLAB、SystemView、OPNET、QualNet和 NS2等工具的特點(diǎn)、使用范圍以及建模過程等內(nèi)容。第8章仿真示例，是以第一部分的仿真理論為基礎(chǔ)，使用第二部分的仿真工具，結(jié)合一個(gè)具體的應(yīng)用背景，介紹通信系統(tǒng)仿真的具體建模過程以及結(jié)果分析。本書在撰寫過程中，得到了許多同行和專家的鼓勵(lì)和幫助。胡波、閆飛同志提出了寶貴建議；徐廣、劉一利、涂本獲同志為本書出版付出了極大的辛勞；楊正、丁鯤、王瑋同志同樣做了許多工作并提供了相當(dāng)寶貴的資料。高新華、司秀華、顧有林、余莉、郝士琦、雷武虎也參加了本書的編寫工作這里一并表示衷心的感謝。最值得提出的是，本書引用和參考了很多文獻(xiàn)，從中汲取豐富營養(yǎng)，可以說沒有他們的研究，本書是難以問世的。在此，對(duì)這些中外專家、學(xué)者致以崇高敬意。同時(shí)還要感謝參與本書評(píng)價(jià)和審定的各位專家以及出版社的領(lǐng)導(dǎo)和同志們。由于時(shí)間倉促和水平有限，錯(cuò)誤之處在所難免。懇請(qǐng)讀者提出寶貴意見。

內(nèi)容概要

本書全面、系統(tǒng)地介紹了通信系統(tǒng)建模與仿真的基本理論、方法和實(shí)現(xiàn)技術(shù)，重點(diǎn)闡述了利用蒙特卡羅方法分析、研究通信系統(tǒng)的仿真方法。全書共分為3部分：基礎(chǔ)理論、仿真工具和仿真實(shí)例。基礎(chǔ)理論主要敘述仿真基礎(chǔ)和通信系統(tǒng)基礎(chǔ)：仿真工具首先概述當(dāng)前通信用仿真工具，然后針對(duì)通信終端和通信網(wǎng)絡(luò)重點(diǎn)介紹仿真工具：仿真示例則介紹具體的仿真案例?！　”緯晒氖峦ㄐ畔到y(tǒng)論證、設(shè)計(jì)、研制、試驗(yàn)，生產(chǎn)等方面的工程技術(shù)人員閱讀，也可作為高等院校的通信與電子信息類專業(yè)的教材使用。

書籍目錄

第1章 緒論 　1.1 通信系統(tǒng)仿真歷史  　1.2 通信系統(tǒng)及其相關(guān)概念  　1.3 通信系統(tǒng)仿真  　　1.3.1 概念  　　1.3.2 通信系統(tǒng)仿真的分類  　　1.3.3 通信系統(tǒng)仿真的流程  　　1.3.4 通信系統(tǒng)仿真的層次  　　1.3.5 通信系統(tǒng)仿真建模的原則與方法  　1.4 通信系統(tǒng)仿真的應(yīng)用與展望  　練習(xí)題  第2章 通信系統(tǒng)仿真基礎(chǔ)  　2.1 通信系統(tǒng)仿真基本知識(shí)  　2.2 通信系統(tǒng)仿真的體系結(jié)構(gòu)與框架  　　2.2.1 通信系統(tǒng)仿真的體系結(jié)構(gòu)  　　2.2.2 通信系統(tǒng)仿真框架  　　2.2.3 半實(shí)物仿真系統(tǒng)  　2.3 仿真中的概率統(tǒng)計(jì)  　　2.3.1 通信系統(tǒng)中的隨機(jī)現(xiàn)象  　　2.3.2 隨機(jī)過程的建模  　　2.3.3 隨機(jī)過程的理論基礎(chǔ)  　　2.3.4 隨機(jī)過程的計(jì)算機(jī)仿真  　2.4 仿真中的誤差源  　　2.4.1 網(wǎng)絡(luò)建模誤差  　　2.4.2 系統(tǒng)建模誤差  　　2.4.3 設(shè)備建模誤差  　　2.4.4 隨機(jī)過程建模誤差  　　2.4.5 處理誤差  　2.5 仿真中的參數(shù)估計(jì)  　　2.5.1 參數(shù)估計(jì)的基本概念  　　2.5.2 參數(shù)估計(jì)的方法  　2.6 仿真中的性能指標(biāo)評(píng)估  　　2.6.1 性能指標(biāo)評(píng)估的前提  　　2.6.2 性能指標(biāo)評(píng)估  　2.7 仿真的校正和驗(yàn)證  　　2.7.1 仿真的校正  　　2.7.2 仿真的驗(yàn)證  　練習(xí)題  第3章 通信網(wǎng)絡(luò)仿真  　3.1 概述  　3.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)組成 　　3.2.1 通信網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 　　3.2.2 通信網(wǎng)協(xié)議  　　3.2.3 路由選擇算法  　　　3.3 網(wǎng)絡(luò)仿真方法  　　3.3.1 網(wǎng)絡(luò)模型構(gòu)成 　　3.3.2 網(wǎng)絡(luò)仿真建模流程 　　3.3.3 網(wǎng)絡(luò)仿真過程 　3.4 網(wǎng)絡(luò)設(shè)備仿真建模  　　3.4.1 隊(duì)列模型  　　3.4.2 路由算法模型 　　3.4.3 協(xié)議模型  　　3.4.4 應(yīng)用數(shù)據(jù)生成模型  　練習(xí)題  第4章 通信終端仿真  　4.1 通信系統(tǒng)模型  　4.2 信源及信源編碼  　　4.2.1 信源  　　4.2.2 信源數(shù)字化  　　4.2.3 信源編碼的仿真  　4.3 通信信號(hào)的仿真表示  　　4.3.1 基帶系統(tǒng)信號(hào)的仿真表示  　　4.3.2 通帶系統(tǒng)信號(hào)的仿真表示  　4.4 數(shù)字基帶傳輸  　　4.4.1 數(shù)字基帶傳輸概述  　　4.4.2 數(shù)字基帶傳輸?shù)幕静ㄐ? 　　4.4.3 數(shù)字基帶傳輸?shù)某Ｒ姶a型  　4.5 信道編碼  　　4.5.1 奇偶監(jiān)督碼  　　4.5.2 循環(huán)碼 　　4.5.3 卷積碼  　4.6 調(diào)制 　　4.6.1 模擬調(diào)制 　　4.6.2 數(shù)字正交調(diào)制 　　4.6.3 現(xiàn)代數(shù)字調(diào)制技術(shù)  　4.7 解調(diào)  　　4.7.1 ASK信號(hào)解調(diào)  　　4.7.2 FSK信號(hào)的解調(diào)  　　4.7.3 PSK解調(diào)  　　4.7.4 DPSK解調(diào)  　4.8 同步  　　4.8.1 載波同步  　　4.8.2 位同步  　　4.8.3 幀同步  　練習(xí)題  第5章 通信信道仿真  第6章 通信網(wǎng)絡(luò)仿真平臺(tái)  第7章 通信終端仿真平臺(tái)  第8章 仿真示例  附錄A 英文縮略語 附錄B 符號(hào)與名稱  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

插圖：目前，使用的這一代仿真軟件包（SPW、COSSAP、MATLAB／SIMULINK以及其他軟件）提供交互式、圖形化、友好的用戶框架，以便使用圖形化框圖表述方式開發(fā)分層仿真模型；允許用戶設(shè)定和運(yùn)行波形級(jí)的仿真，檢查仿真的結(jié)果，并且可以迭代執(zhí)行。這些工具也可以提供數(shù)據(jù)庫管理、在線幫助、在線文件以及其他的服務(wù)和特征。這些特征減少了通信系統(tǒng)工程師生成和調(diào)試仿真程序的工作量，以及必須了解被仿真通信系統(tǒng)物理機(jī)理等一些煩瑣的工作。隨著新一代仿真框架的運(yùn)用，現(xiàn)在人們的注意力已經(jīng)集中到諸如建模和仿真技術(shù)、性能的估計(jì)、計(jì)算效率等重要課題上，這些正是本書要研究的主要內(nèi)容。1.2 通信系統(tǒng)及其相關(guān)概念通信系統(tǒng)可以簡單地定義為：“為了完成某項(xiàng)通信任務(wù)，按照某些規(guī)律結(jié)合起來，互相作用、互相依存的所有物體的集合或總和，也可以指完成信息傳遞所需的一切設(shè)備及傳輸媒介的總和”。廣義地講，通信系統(tǒng)涵蓋無線和有線通信系統(tǒng)，如衛(wèi)星通信系統(tǒng)、移動(dòng)通信系統(tǒng)和固定電話通信網(wǎng)等。一個(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)數(shù)字通信系統(tǒng)組成如圖1-1所示。圖1-1所示的系統(tǒng)是單向通信系統(tǒng)，但在大多數(shù)場(chǎng)合通信雙方是收發(fā)兼?zhèn)涞?，即為雙向通信。如果雙方有各自的傳輸媒介，則雙方都可以獨(dú)立地進(jìn)行發(fā)送與接收；但若共享一個(gè)傳輸媒介，則必須用頻率、時(shí)間或空間分割等辦法來共享，即所謂的頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用和空分復(fù)用等。通信也不只是點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信，很多情況下是多點(diǎn)之間的通信，以完成信息的傳輸與交換，這就涉及多址技術(shù)與交換技術(shù)，這時(shí)整個(gè)通信系統(tǒng)就構(gòu)成了一個(gè)通信網(wǎng)。信息傳遞的有效性和可靠性是通信系統(tǒng)最主要的質(zhì)量指標(biāo)。對(duì)于數(shù)字通信系統(tǒng)，有效性可用一定信道條件下的信息速率來衡量，這方面的具體指標(biāo)有波特率和比特率。波特率是指系統(tǒng)每秒傳送的碼元個(gè)數(shù)；比特率是指系統(tǒng)每秒傳送信息的比特?cái)?shù)，單位為bps。當(dāng)信道一定時(shí)，信息傳輸速率越高，有效性越高。數(shù)字通信系統(tǒng)的可靠性可用錯(cuò)誤率來衡量，這方面的具體指標(biāo)包括誤碼率和誤比特率?？煽啃院陀行允强梢曰Q的，它們之間的關(guān)系遵從信息論中有名的香農(nóng)公式。

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《通信系統(tǒng)仿真》是“十一五”國家重點(diǎn)圖書出版規(guī)劃項(xiàng)目。

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