通信系统仿真技术

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1、通信系统仿真技术北京邮电大学电信工程学院尹长川E-mail:ccyin@bupt.edu.cnTel:622816451绪论¢通信仿真的必要性¢通信系统的仿真方法¢仿真在通信系统设计中的作用¢仿真的多学科性¢通信仿真的发展历史¢本课程的主要内容¢考核方式¢参考书¢CaseStudy:DesignforWirelessSystem2通信仿真的必要性¢通信系统的复杂度越来越高；¢对通信产品的开发周期和上市时间要求越来越短。¢计算机辅助手段可有效地缩短通信系统的开发周期¢通信系统分析和设计中的计算机辅助技术ß基于公式

2、的方法：用于复杂公式的计算；ß基于仿真的方法：用计算机来仿真通过通信系统的信号或波形（经常要结合解析方法）。3通信系统的性能评价方法¢通信系统分析和设计的中心问题ß性能评价ß性能与复杂度的折衷研究¢通信系统的性能评价方法ß基于公式的计算方法：基于简化的模型，能够提供系统性能与设计参数之间的解析关系，在系统设计的初期非常有效，仅适用于理想化和过于简化的情况，对于复杂系统的性能很难用解析方法得到。ß基于硬件（原型机）的测量方法：首先构建硬件系统，然后根据硬件系统性能的测量结果来评价设计性能，用于设计的最后阶段（需要

3、选择的设计参数很少）。缺点：成本高，周期长，缺乏灵活性。ß基于仿真的方法：几乎可对通信进行任意精确地建模，能够比前述两种方法在更大的范围内对系统性能进行评价。可以容易地合并数学和实验模型，可以将器件的实测特性和实际信号用于分析和设计。仿真得到的波形还可用作测试信号对硬件的性能进行验证。成本低，速度快，灵活性高。缺点是：在某些情况下，计算复杂度很高（合理地选择建模和仿真方法可降低复杂度）。注：以上三种方法并不是互相排斥的，经常情况下是将以上三种方法结合在一起使用。4通信系统的性能度量5通信系统的仿真方法¢以下页所

4、示的数字通信系统为例。我们希望研究系统的的差错性能。该系统的差错率取决于以下三个方面：ß滤波器的参数（阶次和带宽）ß非线性放大器的参数（饱和电平/峰值功率，工作点设置）ß两个高斯噪声源的信噪比采用解析方法很难对该系统的性能进行分析。原因：ß存在非线性放大作用ß限带滤波器引入了符号间干扰ß高斯噪声源1经过非线性放大成为非高斯非加性噪声6仿真举例++7近似解析分析方法¢忽略非线性放大器对噪声源1的滤波作用；¢将第1和第2噪声源等效为一个加性高斯噪声源；¢利用解析方法分析以上近似情况下的系统性能。8利用仿真方法评估差

5、错性能1.对输入过程（包括信源输出和两个噪声源过程）的波形进行抽样；2.利用滤波器和非线性放大器的模型对上述样值进行处理，产生系统输出过程的抽样值；3.比较系统的输入序列与输出序列，计算错误概率。9仿真方法的特点1.仿真波形可以非常准确地模拟实际系统中的波形；2.可以将仿真得到的波形作为实际系统中的测试信号，也可以用实际系统中的波形来“驱动”仿真系统；3.在仿真系统中，可以非常容易地使用元器件的实际测量特性来进行建模。例如，滤波器的频率特性，放大器的传输特性，等等。10ChangesNoSystemConcep

6、tDefinitionInitialFinalValidationYesInformationRateLinkBudgetLinkBudgetLinkClosureFidelityNoLinkYesClosureSystemIssuesInitialPerformanceCommunicationHardwareDemonstrationParameterDevelopment(EngineeringSpecificationsDevelopment仿Models)真Final在Communication通Pa

7、rameterSpecifications信CommunicationValidate系SystemSimulationSimulation统设计SynthesizeLifeHistoricalPedigreedEnvironmentData中“Spec”ModelToleranceBase的应SpecPerformance用Estimate11通信系统设计（链路级）流程¢阶段1：“概念定义”阶段ß定义“顶层（Toplevel)”参数：如信息速率，保真度，性能要求等；ß初步设计系统结构，列出设计参数。利用简单模

8、型和经验估计信噪比和信号损失，变换系统结构，使其满足性能目标要求；影响通信系统性能的两个重要参数是：信噪比和累积信号失真。ß根据初步的链路预算对各子系统和部件的指标进行详细设计，对信号的失真进行验证。仿真在此阶段担负重要作用：根据初始参数，建立仿真模型，对设想的系统进行仿真，确定信号损失。结合初始链路预算（linkbudget)确定总的信号失真和SNR是否满足性能要求，如不满足，修改链