通信系統(tǒng)仿真技術第1章 第2章課件

1、2022-1-211教材及參考書目：教材及參考書目：1、現(xiàn)代通信系統(tǒng)（、現(xiàn)代通信系統(tǒng)（MATLAB版）（第二版）版）（第二版） John G. Proakis等著，電子工業(yè)出版社等著，電子工業(yè)出版社2、通信系統(tǒng)仿真原理與無線應用、通信系統(tǒng)仿真原理與無線應用William H. Tranter等著，機械工業(yè)出版社等著，機械工業(yè)出版社3、通信原理、通信原理基于基于Matlab的計算機仿真的計算機仿真郭文彬等著，北京郵電出版社郭文彬等著，北京郵電出版社4、Matlab/Simulink通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析通信系統(tǒng)建模與仿真實例分析邵玉斌著，清華大學出版社邵玉斌著，清華大學出版社2022-1-2

2、12郵箱：密碼：1a2b3c2022-1-213第第1章章 緒緒 論論 1.1 系統(tǒng)、模型與仿真系統(tǒng)、模型與仿真 1.2 通信系統(tǒng)中的仿真通信系統(tǒng)中的仿真 2022-1-2141.1 系統(tǒng)、模型與仿真系統(tǒng)、模型與仿真1.1.1 系統(tǒng)系統(tǒng) 定義定義：指由若干相互關聯(lián)、互相作用的事物按指由若干相互關聯(lián)、互相作用的事物按一定規(guī)律組合而成的具有特定功能的整體。系統(tǒng)可一定規(guī)律組合而成的具有特定功能的整體。系統(tǒng)可以具有不同的屬性和規(guī)模。以具有不同的屬性和規(guī)模。 通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)：把實現(xiàn)通信功能的各個實體定義為把實現(xiàn)通信功能的各個實體定義為一個系統(tǒng)。一個系統(tǒng)。2022-1-215描述系統(tǒng)的描述系統(tǒng)的“三要素

3、三要素”：實體、屬性和活動。：實體、屬性和活動。 實體實體：確定了系統(tǒng)的構成，也就確定了系統(tǒng)的：確定了系統(tǒng)的構成，也就確定了系統(tǒng)的邊界；邊界； 屬性屬性：描述每一實體的特征；：描述每一實體的特征； 活動活動：定義了系統(tǒng)內部實體之間的相互作用，：定義了系統(tǒng)內部實體之間的相互作用，從而確定了系統(tǒng)內部發(fā)生變化的過程。從而確定了系統(tǒng)內部發(fā)生變化的過程。 2022-1-2161.1.2 模型模型 構造模型的原因：構造模型的原因： 1、系統(tǒng)還處于設計階段；、系統(tǒng)還處于設計階段； 2、在真實系統(tǒng)上進行實驗可能會引起系統(tǒng)破、在真實系統(tǒng)上進行實驗可能會引起系統(tǒng)破壞或發(fā)生故障；壞或發(fā)生故障； 3、需要進行多次實驗

4、；、需要進行多次實驗； 4、實驗時間太長或費用昂貴。、實驗時間太長或費用昂貴。 模型分為兩大類：物理模型和模型分為兩大類：物理模型和數(shù)學模型數(shù)學模型。 數(shù)學模型數(shù)學模型： txTty2022-1-217 從數(shù)學模型的特點出發(fā)，對系統(tǒng)進行分類：從數(shù)學模型的特點出發(fā)，對系統(tǒng)進行分類： 1、線性和非線性系統(tǒng)、線性和非線性系統(tǒng) 2、時變和時不變系統(tǒng)、時變和時不變系統(tǒng) 3、因果和非因果系統(tǒng)、因果和非因果系統(tǒng) 4、穩(wěn)定和不穩(wěn)定系統(tǒng)、穩(wěn)定和不穩(wěn)定系統(tǒng) txTtxT txTtxTtxtxT212100ttxTtty2022-1-2181.1.3 仿真仿真 定義：定義：仿真是一種基于模型的活動。仿真是一種基于模

5、型的活動。 計算機仿真三要素及三個基本活動計算機仿真三要素及三個基本活動 系統(tǒng)模型計算機系統(tǒng)建模仿真建模仿真實驗2022-1-2191.2 通信系統(tǒng)中的仿真通信系統(tǒng)中的仿真 計算機輔助技術可分為二類計算機輔助技術可分為二類：（手段）：（手段） 以公式為基礎的分析方法：計算機用來評估復以公式為基礎的分析方法：計算機用來評估復雜的公式；（計算器）雜的公式；（計算器） 以仿真為基礎的分析方法（波形仿真）。以仿真為基礎的分析方法（波形仿真）。 第二種方法涉及波形的仿真，是本課程研究的第二種方法涉及波形的仿真，是本課程研究的主要內容，它經(jīng)常與分析技術結合在一起。主要內容，它經(jīng)常與分析技術結合在一起。20

6、22-1-21101.2.1 通信系統(tǒng)仿真的方法通信系統(tǒng)仿真的方法 1、公式計算法、公式計算法 很難準確評估復雜的通信系統(tǒng)性能，在系統(tǒng)設計很難準確評估復雜的通信系統(tǒng)性能，在系統(tǒng)設計的初期階段，可以給出通信系統(tǒng)性能概括分析。的初期階段，可以給出通信系統(tǒng)性能概括分析。2、硬件樣機測試研究法、硬件樣機測試研究法 3、波形仿真法（數(shù)學、波形仿真法（數(shù)學+經(jīng)驗模型）經(jīng)驗模型）信源QAM調制器（基帶）發(fā)射濾波器非線性放大器接收濾波器誤碼率估計器功率基準信宿噪聲源1噪聲源12022-1-2111研究內容：研究內容：系統(tǒng)誤碼率與濾波器參數(shù)、非線性放系統(tǒng)誤碼率與濾波器參數(shù)、非線性放大器參數(shù)以及信噪比之間的函數(shù)關

7、系。大器參數(shù)以及信噪比之間的函數(shù)關系。粗略估計：粗略估計：忽略濾波器和非線性放大器的影響，忽略濾波器和非線性放大器的影響，僅考慮兩個加性高斯噪聲的影響。僅考慮兩個加性高斯噪聲的影響。結果：結果：不精確。不精確。在實際過程中通過以下步驟估計誤碼率：在實際過程中通過以下步驟估計誤碼率：(1)產(chǎn)生輸入過程的采樣值，包括信源和兩個高產(chǎn)生輸入過程的采樣值，包括信源和兩個高斯噪聲；斯噪聲；2022-1-2112(2)利用濾波器和非線性放大器模型處理輸入的利用濾波器和非線性放大器模型處理輸入的采樣值，產(chǎn)生系統(tǒng)輸出樣值；采樣值，產(chǎn)生系統(tǒng)輸出樣值；(3)通過比較輸入序列的仿真值和輸出波形來估通過比較輸入序列的仿

8、真值和輸出波形來估計誤碼率。計誤碼率。1.2.2 通信系統(tǒng)分層仿真觀點通信系統(tǒng)分層仿真觀點 作用：作用：使用這種方法可以將復雜的通信系統(tǒng)簡單使用這種方法可以將復雜的通信系統(tǒng)簡單化，頂層為通信網(wǎng)絡層，中間層為通信鏈路層，低化，頂層為通信網(wǎng)絡層，中間層為通信鏈路層，低層為各個模塊單元。層為各個模塊單元。 2022-1-2113通信網(wǎng)絡仿真數(shù)據(jù)包、信息流事件驅動仿真技術規(guī)范接口仿真波形失真效應：噪聲和串擾通信鏈路時間驅動波形級仿真信號處理電路分析RF算法實現(xiàn)細節(jié)電路實現(xiàn)細節(jié)時間驅動有限精度仿真電路仿真RF仿真接口2022-1-2114通信網(wǎng)絡層：通信網(wǎng)絡層：位置：位置：通信節(jié)點通過通信鏈路。通信節(jié)點

9、通過通信鏈路。研究內容：研究內容：測試諸如網(wǎng)絡吞吐率、響應時間等網(wǎng)測試諸如網(wǎng)絡吞吐率、響應時間等網(wǎng)絡參數(shù)，建立協(xié)議和鏈路數(shù)據(jù)規(guī)范。絡參數(shù)，建立協(xié)議和鏈路數(shù)據(jù)規(guī)范。使用的軟件工具：使用的軟件工具：NS-2，OPNET等。等。底層：底層：位置：位置：模擬電路，數(shù)字電路，模擬電路，數(shù)字電路，DSP。研究內容：研究內容：對具體部件的研究。對具體部件的研究。使用的軟件工具：使用的軟件工具：Spice, HDL, DSP，RF仿真軟件仿真軟件等。等。2022-1-2115通信鏈路層（研究重點）通信鏈路層（研究重點）位置：位置：由一些單元電路組成。由一些單元電路組成。研究內容：研究內容：對于數(shù)字傳輸系統(tǒng)測量

10、誤碼率，用以對于數(shù)字傳輸系統(tǒng)測量誤碼率，用以驗證網(wǎng)絡層建立的鏈路數(shù)據(jù)規(guī)范。驗證網(wǎng)絡層建立的鏈路數(shù)據(jù)規(guī)范。使用的軟件工具：使用的軟件工具：Matlab(Simulink) , SPW , COSSAP, System View，Labwindows等。等。2022-1-21161.2.3 仿真在通信系統(tǒng)設計中的應用仿真在通信系統(tǒng)設計中的應用 在概念定義階段：獲得頂層設計指標；在概念定義階段：獲得頂層設計指標；中期工程實現(xiàn)階段：需要對子系統(tǒng)和各個模塊單中期工程實現(xiàn)階段：需要對子系統(tǒng)和各個模塊單元指標進一步細化元指標進一步細化 。在在硬件硬件設計和開發(fā)過程中，確定硬件研發(fā)的技術設計和開發(fā)過程中，確定

11、硬件研發(fā)的技術指標，并檢查子系統(tǒng)對整個系統(tǒng)性能的影響；指標，并檢查子系統(tǒng)對整個系統(tǒng)性能的影響；當系統(tǒng)的硬件樣機完成后，就對它進行測試，并當系統(tǒng)的硬件樣機完成后，就對它進行測試，并將測試結果與仿真結果比較。將測試結果與仿真結果比較。仿真可作檢修故障的仿真可作檢修故障的工具，并預計系統(tǒng)的使用壽命。工具，并預計系統(tǒng)的使用壽命。2022-1-2117第第2章章 仿真與建模方法論仿真與建模方法論 2.1 仿真的方法論仿真的方法論 2.2 建模的基本概念建模的基本概念 2.3 性能評估方法性能評估方法2.4 仿真中的誤差源仿真中的誤差源 2.5 系統(tǒng)仿真的驗證系統(tǒng)仿真的驗證 2.6 時間連續(xù)信號的采樣時間

12、連續(xù)信號的采樣 2.7 仿真在通信系統(tǒng)設計中的作用仿真在通信系統(tǒng)設計中的作用 2022-1-21182.1 仿真的方法論仿真的方法論 對于仿真的研究包含兩方面的內容：仿真的藝對于仿真的研究包含兩方面的內容：仿真的藝術性和仿真的科學性。術性和仿真的科學性。 仿真的科學性：仿真的科學性：包括理論分析和定量分析的等包括理論分析和定量分析的等多方面的知識。多方面的知識。 仿真的藝術性：仿真的藝術性：仿真過程的技巧使用。仿真過程的技巧使用。 如何構建并運行仿真系統(tǒng)的理論就構成了如何構建并運行仿真系統(tǒng)的理論就構成了仿真仿真的方法論。的方法論。 2022-1-21192.1.1 仿真與分析仿真與分析 相同點

13、：相同點：在限定的條件下建造符合在限定的條件下建造符合實時要求實時要求和和近似度要求近似度要求的模型。其中所有的近似都是為了使問的模型。其中所有的近似都是為了使問題簡化。題簡化。 差異：差異：動態(tài)特性方面；模型的構建方面；系統(tǒng)動態(tài)特性方面；模型的構建方面；系統(tǒng)構建靈活方面。構建靈活方面。 為了解決一個具體實際問題，所采用的正確的為了解決一個具體實際問題，所采用的正確的方案都是仿真與分析相結合的處理方法。方案都是仿真與分析相結合的處理方法。 2022-1-21202.1.2 通信仿真的方法論通信仿真的方法論 實現(xiàn)通信系統(tǒng)仿真通常采用以下兩種方案：實現(xiàn)通信系統(tǒng)仿真通常采用以下兩種方案： （1 1）

14、以某種方式降低問題的復雜程度；）以某種方式降低問題的復雜程度； （2 2）將一個問題分解為多個小問題，把這些）將一個問題分解為多個小問題，把這些小問題的解決方案按照某種方式進行組合，這個小問題的解決方案按照某種方式進行組合，這個組合系統(tǒng)對解決整個大（復雜）問題很有價值。組合系統(tǒng)對解決整個大（復雜）問題很有價值。 例如：線性式不變系統(tǒng)的全響應就可以分解例如：線性式不變系統(tǒng)的全響應就可以分解成為零狀態(tài)響應和零輸入響應分別考察。成為零狀態(tài)響應和零輸入響應分別考察。2022-1-21212.2 建模的基本概念建模的基本概念 仿真模型和分析模型的差別不大：在分析方法仿真模型和分析模型的差別不大：在分析方

15、法中通常使用簡單理想化模型；在仿真中采用較為復中通常使用簡單理想化模型；在仿真中采用較為復雜的模型。雜的模型。 目的：目的：模型的近似處理能夠滿足輸出的允許誤模型的近似處理能夠滿足輸出的允許誤差。盡可能的將差。盡可能的將實際系統(tǒng)客觀、真實的再現(xiàn)。實際系統(tǒng)客觀、真實的再現(xiàn)。 矛盾：矛盾：準確性和計算機運算時間。準確性和計算機運算時間。2022-1-21222.2.1 建模的層次結構建模的層次結構 可以按增加模型描述的細節(jié)程度建模，構建出可以按增加模型描述的細節(jié)程度建模，構建出通信系統(tǒng)的層次描述結構。通信系統(tǒng)的層次描述結構。 0層1層1層1層2層2層2層3層3層3層2022-1-2123 離樹根較

16、近的模型稱為高層模型或高級模型，離樹根較近的模型稱為高層模型或高級模型，高層模型不依賴或很少依賴物理模型。高層模型不依賴或很少依賴物理模型。 離樹根較遠的模型稱為低層模型或低級模型，離樹根較遠的模型稱為低層模型或低級模型，最終達到基本物理描述。最終達到基本物理描述。 系統(tǒng)所要求的仿真精確度僅取決于建模的層系統(tǒng)所要求的仿真精確度僅取決于建模的層次結構中的最低層次結構中的最低層。2022-1-21242.2.2 系統(tǒng)建模的基本方法系統(tǒng)建模的基本方法 通信仿真系統(tǒng)應當做到：其一仿真框圖與實際通信仿真系統(tǒng)應當做到：其一仿真框圖與實際系統(tǒng)的一樣，其二產(chǎn)生的波形的統(tǒng)計特性接近真實系統(tǒng)的一樣，其二產(chǎn)生的波形

17、的統(tǒng)計特性接近真實波形，其三器件模型工作方式和真實器件一樣。波形，其三器件模型工作方式和真實器件一樣。1、系統(tǒng)建模、系統(tǒng)建模 系統(tǒng)模型是一種拓撲結構，其仿真框圖與真實系統(tǒng)模型是一種拓撲結構，其仿真框圖與真實系統(tǒng)越接近，整個系統(tǒng)的精確度就越高。通常用子系統(tǒng)越接近，整個系統(tǒng)的精確度就越高。通常用子系統(tǒng)作為系統(tǒng)模型中的一個方框圖。系統(tǒng)作為系統(tǒng)模型中的一個方框圖。 2022-1-2125 2、設備建模、設備建模 設備在子系統(tǒng)層次表示完成一定的功能方框設備在子系統(tǒng)層次表示完成一定的功能方框圖。從計算角度來講，設備建模就是子系統(tǒng)分層圖。從計算角度來講，設備建模就是子系統(tǒng)分層上的傳輸函數(shù)模型的構建。上的傳輸

18、函數(shù)模型的構建。 3、過程建模、過程建模 分類：信源、噪聲和干擾隨機過程建模；隨分類：信源、噪聲和干擾隨機過程建模；隨機信道建模；等價隨機過程建模三種機信道建模；等價隨機過程建模三種 2022-1-21262.2.3 虛擬系統(tǒng)建模虛擬系統(tǒng)建模 定義定義：當待建模型未知時，可以設計一個虛擬：當待建模型未知時，可以設計一個虛擬系統(tǒng)進行近似。系統(tǒng)進行近似。 關鍵關鍵：確定各個子系統(tǒng)的幾個主要控制參數(shù)；：確定各個子系統(tǒng)的幾個主要控制參數(shù)； 方法方法：利用幾個適當?shù)膮?shù)作為硬件設計的控：利用幾個適當?shù)膮?shù)作為硬件設計的控制工具，并使其滿足系統(tǒng)的具體的要求，就構成了制工具，并使其滿足系統(tǒng)的具體的要求，就構

19、成了一個符合要求的虛擬系統(tǒng)，并且可以通過軟件模型一個符合要求的虛擬系統(tǒng)，并且可以通過軟件模型完成對實際系統(tǒng)性能的合理的近似和定界。完成對實際系統(tǒng)性能的合理的近似和定界。 虛擬的數(shù)字通信系統(tǒng)當然也可以利用幾個被定虛擬的數(shù)字通信系統(tǒng)當然也可以利用幾個被定義好的子系統(tǒng)進行描述，具體子系統(tǒng)如下：義好的子系統(tǒng)進行描述，具體子系統(tǒng)如下： 2022-1-2127 1、數(shù)據(jù)源：、數(shù)據(jù)源：具有一個或多個比特流，它的統(tǒng)具有一個或多個比特流，它的統(tǒng)計特性及波形特征都需要描述。計特性及波形特征都需要描述。 2、調制器：調制器：信號空間星座圖，信號空間星座圖，正交方式正交方式描述方法。描述方法。 3、濾波器：、濾波器：

20、幅度特性和相位特性。幅度特性和相位特性。 4、放大器：、放大器： 輸入功率輸入功率/ /輸出功率曲線；輸出功率曲線； 輸入功率輸入功率/ /輸出相位曲線。輸出相位曲線。 5、信道：、信道：反映實際應用情況。反映實際應用情況。 6、接收機：、接收機：建模為一個逼近的匹配濾波器。建模為一個逼近的匹配濾波器。2022-1-21282.2.4 混合仿真混合仿真 定義：定義：在仿真系統(tǒng)中利用實際的硬件來代替抽在仿真系統(tǒng)中利用實際的硬件來代替抽象硬件模型。象硬件模型。 難點難點：仿真：仿真/ /硬件的接口問題。硬件的接口問題。2022-1-21292.3 性能評估方法性能評估方法 性能評估的方法是多種多樣

21、的，通常是基于某性能評估的方法是多種多樣的，通常是基于某種條件而設計的，這些條件包括：種條件而設計的，這些條件包括： (1)對系統(tǒng)結構的簡化，利用假設進行約束；對系統(tǒng)結構的簡化，利用假設進行約束； (2)假設信號波形滿足某種統(tǒng)計分布；假設信號波形滿足某種統(tǒng)計分布； (3)選用適當?shù)慕y(tǒng)計方法。選用適當?shù)慕y(tǒng)計方法。 仿真的運行時間與其說與模型描述的詳盡程度仿真的運行時間與其說與模型描述的詳盡程度有關，不如說與其統(tǒng)計特性有關。有關，不如說與其統(tǒng)計特性有關。 2022-1-2130 通常仿真的觀測位數(shù)應當在通常仿真的觀測位數(shù)應當在 之間。之間。這里這里p p表示誤碼率。表示誤碼率。減小仿真的運行時間的

22、方法減小仿真的運行時間的方法 (1)簡化系統(tǒng)和簡化操作可以。可以將仿真和解簡化系統(tǒng)和簡化操作可以?？梢詫⒎抡婧徒馕鼋Y合起來，即準解析技術。析結合起來，即準解析技術。 (2)將這兩個隨機過程分別按將這兩個隨機過程分別按“快快”過程和過程和“慢慢”過程來處理。過程來處理。 (3)假定系統(tǒng)具有有限記憶功能假定系統(tǒng)具有有限記憶功能。 各種影響性能評估主要因素如圖各種影響性能評估主要因素如圖2.3-1所示。所示。 pp100102022-1-21312.4 仿真中的誤差源仿真中的誤差源 仿真的準確性受三種模型誤差和處理誤差的限仿真的準確性受三種模型誤差和處理誤差的限制制 。 誤差源設備模型隨機過程模型系

23、統(tǒng)模型近似模型有限存儲：截位有限運行時間：統(tǒng)計可變性有限采樣率：混疊現(xiàn)象處理2022-1-21322.4.1 系統(tǒng)建模誤差系統(tǒng)建模誤差 1、產(chǎn)生原因、產(chǎn)生原因 仿真方框圖與實際系統(tǒng)結構的差異；仿真方框圖與實際系統(tǒng)結構的差異； 對于部分子系統(tǒng)忽略處理。對于部分子系統(tǒng)忽略處理。 2、簡化處理、簡化處理 并不是所有忽略都會造成系統(tǒng)建模誤差，舉例并不是所有忽略都會造成系統(tǒng)建模誤差，舉例描述。描述。 總之，出于仿真的目的，將一個實際系統(tǒng)方框總之，出于仿真的目的，將一個實際系統(tǒng)方框圖降低復雜程度，簡化為一個簡單的仿真方框圖，圖降低復雜程度，簡化為一個簡單的仿真方框圖，其結果可能會引起一些誤差。其結果可能會

24、引起一些誤差。 2022-1-21332.4.2 設備建模誤差設備建模誤差 定義定義：當設備模型不能完全反映設備本身時，：當設備模型不能完全反映設備本身時，就會產(chǎn)生設備建模誤差。就會產(chǎn)生設備建模誤差。 例如例如：仿真一個連續(xù)的模擬濾波器就會出現(xiàn)：仿真一個連續(xù)的模擬濾波器就會出現(xiàn)： (1)模擬到離散的數(shù)字的誤差，即仿真模型與數(shù)模擬到離散的數(shù)字的誤差，即仿真模型與數(shù)學模型的差異；學模型的差異； (2)真實濾波器和仿真濾波器的測量差異。真實濾波器和仿真濾波器的測量差異。 設備建模的通用思想：不必為了構造一個好的設備建模的通用思想：不必為了構造一個好的模型而特別關注設備細節(jié)特征，只要再現(xiàn)它的失真模型而

25、特別關注設備細節(jié)特征，只要再現(xiàn)它的失真效應的主要特性即可。效應的主要特性即可。2022-1-21342.4.3 隨機過程建模誤差隨機過程建模誤差 建模對象建模對象：信號源和噪聲源。信號源和噪聲源。 1、信號建模、信號建模 (1)利用隨機信號發(fā)生器，只能模擬隨機過程的利用隨機信號發(fā)生器，只能模擬隨機過程的一階幅度概率密度函數(shù)和功率譜密度。一階幅度概率密度函數(shù)和功率譜密度。 (2)利用實驗數(shù)據(jù)進行采樣，形成信號的輸出文利用實驗數(shù)據(jù)進行采樣，形成信號的輸出文件作為輸入信號。件作為輸入信號。 2022-1-2135 2、噪聲建模、噪聲建模 熱噪聲、相位噪聲和脈沖噪聲。熱噪聲、相位噪聲和脈沖噪聲。 熱噪

26、聲熱噪聲(帶限高斯噪聲帶限高斯噪聲) ：可以被準確無誤地可以被準確無誤地模擬出來。模擬出來。 相位噪聲相位噪聲：是振蕩器不穩(wěn)定造成的，由均方：是振蕩器不穩(wěn)定造成的，由均方根和譜分布來確定。根和譜分布來確定。關鍵參數(shù)是其均方值和帶寬關鍵參數(shù)是其均方值和帶寬，或者稱為相關間隔。，或者稱為相關間隔。 脈沖噪聲脈沖噪聲：由特定環(huán)境造成的噪聲。：由特定環(huán)境造成的噪聲。2022-1-2136 3、隨機信號發(fā)生器的性能、隨機信號發(fā)生器的性能 采用統(tǒng)計測量的方法來確定隨機信號發(fā)生器采用統(tǒng)計測量的方法來確定隨機信號發(fā)生器的輸出是否與預期的情況一致。的輸出是否與預期的情況一致。 引入置信度的概念，見圖引入置信度的

27、概念，見圖2.4-2，也就是講一，也就是講一個好的隨機信號發(fā)生器算法，其仿真曲線與理論個好的隨機信號發(fā)生器算法，其仿真曲線與理論曲線基本上是一致的。曲線基本上是一致的。 實際上隨機信號發(fā)生器產(chǎn)生的是周期序列，實際上隨機信號發(fā)生器產(chǎn)生的是周期序列，為使其仿真結果有意義，觀察時間必須遠遠小于為使其仿真結果有意義，觀察時間必須遠遠小于這個周期。這個周期。 2022-1-21372.4.4 處理誤差處理誤差 產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因：模型的描述誤差，計算機內存字長模型的描述誤差，計算機內存字長有限性，計算機運行時間和精度等因素造成。這里有限性，計算機運行時間和精度等因素造成。這里僅討論連續(xù)波形的離散化過程產(chǎn)生

28、的處理誤差。僅討論連續(xù)波形的離散化過程產(chǎn)生的處理誤差。 1、脈沖響應不變法、脈沖響應不變法 定義定義：時域上的轉換方法，它使得：時域上的轉換方法，它使得h(n)在采樣在采樣點上等于點上等于ha(t)。即即 頻域來分析頻域來分析 nThthnhanTta nThZTthZTnhZTzHanTta2022-1-2138 可以得到模擬系統(tǒng)函數(shù)可以得到模擬系統(tǒng)函數(shù)Ha(s)和數(shù)字系統(tǒng)函數(shù)和數(shù)字系統(tǒng)函數(shù)H(z)之間的關系：之間的關系： 經(jīng)過推導這種映射關系可以描述為經(jīng)過推導這種映射關系可以描述為 進一步可得進一步可得 注意注意 是是的周期函數(shù)的周期函數(shù) nTtanTtasHLTZTthZTnhZTzH1

29、sTez jrezjs,TerTsTez TMTjTTjTsTeeeeez22022-1-2139 問題問題：可以證明，如果：可以證明，如果ha(t)的頻帶寬度在的頻帶寬度在/T范圍之內，就不會發(fā)生頻率混疊。如果混疊就產(chǎn)范圍之內，就不會發(fā)生頻率混疊。如果混疊就產(chǎn)生生處理誤差。處理誤差。 zRe zj Imz平面10TTT3T3j0s平面2022-1-2140 1、利用雙線性、利用雙線性z變換法變換法 原因原因：為了克服頻率混疊現(xiàn)象；：為了克服頻率混疊現(xiàn)象； 解決辦法解決辦法：提出了雙線性：提出了雙線性z變換法，其處理過變換法，其處理過程分為兩步：程分為兩步： 將整個模擬頻率范圍從將整個模擬頻率

30、范圍從(-，)壓縮到壓縮到(-/T，/T)之間；之間； 利用實現(xiàn)從利用實現(xiàn)從S平面到平面到Z平面的映射。平面的映射。 從從S平面到平面到Z平面的具體變換式為：平面的具體變換式為： 11112zzTssTsTz222022-1-2141 zRe zj Imz平面10TTT3T3j0s1平面0TTT3T3js平面 問題問題：頻率映射發(fā)生了非線性畸變，這將直接頻率映射發(fā)生了非線性畸變，這將直接影響數(shù)字系統(tǒng)的頻率響應和模擬系統(tǒng)的頻率響應的影響數(shù)字系統(tǒng)的頻率響應和模擬系統(tǒng)的頻率響應的相似程度，造成數(shù)字系統(tǒng)描述的失真。相似程度，造成數(shù)字系統(tǒng)描述的失真。 2022-1-21422.5 系統(tǒng)仿真的驗證系統(tǒng)仿真

31、的驗證 驗證驗證：證明系統(tǒng)仿真結果與正確結果足夠接近：證明系統(tǒng)仿真結果與正確結果足夠接近的過程。的過程。驗證過程驗證過程 設備模型隨機過程模型系統(tǒng)模型性能評估性能評價技術驗證仿真環(huán)境2022-1-21432.5.1 設備模型的驗證設備模型的驗證 驗證仿真系統(tǒng)有效性的驗證仿真系統(tǒng)有效性的第一步第一步，就是分別驗證，就是分別驗證模型庫中各個設備模型的有效性。模型庫中各個設備模型的有效性。 為何需要驗證為何需要驗證 以濾波器為例：因為存在處理誤差計算機仿真以濾波器為例：因為存在處理誤差計算機仿真模型不會完美地再現(xiàn)抽象模型模型不會完美地再現(xiàn)抽象模型H(s)。 應該指出，仿真模型和抽象模型并不總是存在應

32、該指出，仿真模型和抽象模型并不總是存在差異的，當需要處理的系統(tǒng)是離散或邏輯系統(tǒng)時，差異的，當需要處理的系統(tǒng)是離散或邏輯系統(tǒng)時，仿真模型就可以精確地再現(xiàn)相應的抽象模型。仿真模型就可以精確地再現(xiàn)相應的抽象模型。 2022-1-2144 驗證設備模型的過程驗證設備模型的過程 設置采樣間隔，確定截斷時間的極限等；設置采樣間隔，確定截斷時間的極限等； 對實際和仿真模型輸出的一個或更多特性對實際和仿真模型輸出的一個或更多特性進行測量。進行測量。 比較仿真和測量結果差異，再確認仿真的比較仿真和測量結果差異，再確認仿真的模型。模型。 2022-1-21452.5.2 隨機過程模型的驗證隨機過程模型的驗證 隨機

33、過程模型的有效性只能從統(tǒng)計意義上來驗隨機過程模型的有效性只能從統(tǒng)計意義上來驗證，對于抽象仿真模型需要指明隨機過程類型。證，對于抽象仿真模型需要指明隨機過程類型。 不能期望不能期望RNG能夠確地代表它所仿真的隨機過能夠確地代表它所仿真的隨機過程，只希望在某種程度上能夠按要求合理地進行仿程，只希望在某種程度上能夠按要求合理地進行仿真，這時驗證的標準通常是主觀地選擇。真，這時驗證的標準通常是主觀地選擇。 如果如果RNG的測試表明其仿真結果與理論值僅有的測試表明其仿真結果與理論值僅有很小的誤差，那么就可以斷定很小的誤差，那么就可以斷定RNG通過了測試。通過了測試。 2022-1-21462.5.3 系

34、統(tǒng)模型的驗證系統(tǒng)模型的驗證 方法方法：可以將幾個特性己知系統(tǒng)連接起來，并：可以將幾個特性己知系統(tǒng)連接起來，并將其性能與仿真結果比較，如果比較的結果滿足規(guī)將其性能與仿真結果比較，如果比較的結果滿足規(guī)定的精度標準，就可斷定仿真包對于一定復雜程度定的精度標準，就可斷定仿真包對于一定復雜程度的系統(tǒng)集成是有效。的系統(tǒng)集成是有效。 對于仿真系統(tǒng)，既不能期望構造出的模型完美對于仿真系統(tǒng)，既不能期望構造出的模型完美無缺，但也不能將任何誤差歸于仿真的缺陷。無缺，但也不能將任何誤差歸于仿真的缺陷。 在系統(tǒng)模型進行驗證時，首先必須明確誤差的在系統(tǒng)模型進行驗證時，首先必須明確誤差的來源，了解或者掌握系統(tǒng)誤差先驗知識，

35、然后，才來源，了解或者掌握系統(tǒng)誤差先驗知識，然后，才能在一定的誤差范圍內對仿真系統(tǒng)進行驗證。能在一定的誤差范圍內對仿真系統(tǒng)進行驗證。 2022-1-21472.6 時間連續(xù)信號的采樣時間連續(xù)信號的采樣 作用作用：提供了實際系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)之間的接口。提供了實際系統(tǒng)和仿真系統(tǒng)之間的接口。 方法方法：均勻采樣和多速率采樣。均勻采樣和多速率采樣。 2.6.1 采樣及采樣定理采樣及采樣定理 采樣模型采樣模型 txa txa tT txa txaS(a)(b)圖2.6-1 采樣模型2022-1-2148 數(shù)學模型（時域）數(shù)學模型（時域） nanaTaanTtnTxnTttxttxtx nTnTtt(a)t

36、O txatO tTtO txa(b)(c)2022-1-2149數(shù)學模型（頻域）數(shù)學模型（頻域） ： jjXjXTaa21TkTjsksT22其中ksaksaksaajkjXTkjXTkjXTjX1*112022-1-2150jXaOjTOOCCSS2SSS2S2SjXa(a)(b)(c)2022-1-21512.6.2 時間連續(xù)信號的恢復時間連續(xù)信號的恢復 如果選擇的采樣頻率如果選擇的采樣頻率fs滿足采樣定理，則頻譜就滿足采樣定理，則頻譜就不會發(fā)生混疊現(xiàn)象，這時就可以利用一個截止頻率不會發(fā)生混疊現(xiàn)象，這時就可以利用一個截止頻率為為 的理想低通濾波器，不失真地將原來的時間的理想低通濾波器，不

37、失真地將原來的時間連續(xù)信號連續(xù)信號xa(t)恢復出來?；謴统鰜?。 2s其它，02sTjG 22sintttgss dtgtxtgtxyaaa naaTnTtTnTtnTxtxtysin2022-1-21522.6.3 多速率采樣多速率采樣 使用的原因使用的原因：在一些仿真系統(tǒng)中，可能會同時在一些仿真系統(tǒng)中，可能會同時存在具有不同帶寬的幾個信號或者過程需要處理。存在具有不同帶寬的幾個信號或者過程需要處理。 采用單一速率采樣帶來的問題采用單一速率采樣帶來的問題：降低系統(tǒng)的仿降低系統(tǒng)的仿真效率，引入舍入誤差。真效率，引入舍入誤差。 多速率仿真多速率仿真：對于不同信號在不同速率下采樣：對于不同信號在不

38、同速率下采樣而進行的仿真。而進行的仿真。 問題問題1：對帶寬為：對帶寬為B1的確知信號和帶寬為的確知信號和帶寬為B2的干的干擾信號的處理，其中擾信號的處理，其中B1 B2。 解決解決：標準采樣后，內插干擾信號。：標準采樣后，內插干擾信號。2022-1-2153 問題問題2：對于：對于N路帶寬為路帶寬為B的頻分復用系統(tǒng)，的頻分復用系統(tǒng)，利用多速率處理技術仿真。利用多速率處理技術仿真。 解決解決：標準采樣后，內插處理，：標準采樣后，內插處理，復用處理復用處理后后又按照單路信號處理。又按照單路信號處理。 問題問題3：對于擴頻系統(tǒng)，數(shù)據(jù)帶寬為：對于擴頻系統(tǒng)，數(shù)據(jù)帶寬為B1，傳傳輸帶寬為輸帶寬為B2，利用多速率處理技術仿真。利用多速率處理技術仿真。 解決解決：擴頻前，處理以擴頻前，處理以f1=2B1速率進行工作，速率進行工作，然后內插為然后內插為f2=2B2的速率，已備擴頻處理，利用的速率，已備擴頻處理，利用f2=2B2的速率進行擴頻仿真處理之后，信號恢復的速率進行擴頻仿真處理之后，信號恢復到原來的采樣速率。到原來的采樣速率。2022-1-2154 多速率采樣的基本概念多速率采樣