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第1章 绪论1

1.1 系统与模型1

1.1.1 系统1

1.1.2 模型2

1.1.3 模型的分类3

1.2 仿真4

1.2.1 定义4

1.2.2 相似理论5

1.2.3 仿真的分类7

1.3 系统建模与仿真的发展8

1.3.1 历史回顾8

1.3.2 发展趋势9

1.4 仿真在通信系统开发中的作用11

1.4.1 不同开发阶段的应用11

1.4.2 有效性分析12

1.4.3 典型案例分析12

思考与练习14

第2章 系统建模与仿真基础15

2.1 系统建模的基本概念15

2.1.1 分类与准则15

2.1.2 实施步骤16

2.1.3 思维方法18

2.2 系统建模的实现方法20

2.2.1 基本思路21

2.2.2 通信系统建模的实现方法22

2.2.3 虚拟与混合系统建模23

2.3 系统建模的误差分析25

2.3.1 系统建模误差25

2.3.2 设备建模误差26

2.3.3 过程建模误差27

2.4 系统仿真的实现方法29

2.4.1 仿真理论和方法30

2.4.2 通信系统仿真的实现方法31

2.4.3 通信系统分层仿真观点33

2.4.4 系统仿真的性能评估34

2.5 系统仿真的验证35

2.5.1 设备模型的验证36

2.5.2 随机过程模型的验证37

2.5.3 系统模型的验证38

小结39

思考与练习40

仿真实验40

实验案例：地面通信干扰源跟踪问题的系统建模40

第3章 系统建模方法45

3.1 系统的描述45

3.1.1 时域描述模型45

3.1.2 传递函数模型46

3.1.3 状态空间模型47

3.2 连续系统的建模48

3.2.1 微分方程建模方法48

3.2.2 频域建模方法50

3.2.3 分布参数系统建模方法52

3.3 离散事件系统建模基础53

3.3.1 离散事件系统的基本要素54

3.3.2 离散事件仿真模型的部件与结构55

3.4 离散事件系统典型建模方法57

3.4.1 Petri网建模方法57

3.4.2 活动循环图建模方法59

3.4.3 实体流图建模方法61

小结63

思考与练习63

仿真实验64

第4章 系统仿真方法65

4.1 连续系统数值仿真方法65

4.1.1 数学原理65

4.1.2 实现方法67

4.1.3 稳定性分析70

4.2 离散事件系统仿真基本策略71

4.2.1 事件调度法71

4.2.2 活动扫描法73

4.2.3 进程交互法75

4.2.4 时间推进机制77

4.3 蒙特卡洛仿真原理78

4.3.1 蒙特卡洛仿真的定义79

4.3.2 MC法在通信中的应用80

4.4 准解析MC仿真82

4.4.1 问题提出82

4.4.2 基本原理82

4.4.3 二进制通信系统的QA仿真84

小结85

思考与练习86

仿真实验87

实验案例：关于蒙特卡洛仿真法计算圆周率的进一步讨论87

第5章 仿真中的随机过程分析92

5.1 概率论基础92

5.1.1 随机事件与概率92

5.1.2 随机变量与概率分布94

5.1.3 单随机变量模型96

5.2 随机过程的基本概念102

5.2.1 随机过程的一般表述102

5.2.2 随机过程的统计特性103

5.3 平稳随机过程及其特性分析105

5.3.1 平稳随机过程及其各态历经性105

5.3.2 平稳随机过程的特性分析106

5.4 信道分析109

5.4.1 信道模型109

5.4.2 恒参信道111

5.4.3 变参信道113

5.5 噪声116

5.5.1 噪声的分类116

5.5.2 起伏噪声117

5.5.3 白噪声和带限白噪声模型119

5.5.4 量化噪声120

5.6 随机过程的模型126

5.6.1 随机序列126

5.6.2 泊松过程130

5.6.3 高斯随机过程134

5.7 随机过程通过线性系统135

5.7.1 基本概念136

5.7.2 窄带随机过程137

5.7.3 正弦波加窄带高斯噪声139

小结141

思考与练习142

仿真实验143

第6章 随机变量的实现145

6.1 要求与特点145

6.2 随机数产生146

6.2.1 均匀分布随机数的产生147

6.2.2 任意概率密度函数随机数的生成方法149

6.2.3 斯随机变量的产生155

6.3 独立随机序列的产生157

6.3.1 高斯白噪声序列157

6.3.2 二进制伪随机序列158

6.3.3 M进制伪随机序列165

6.4 相关随机序列的产生167

6.4.1 相关高斯标量序列168

6.4.2 相关高斯矢量序列172

6.4.3 相关非高斯序列174

6.5 随机数产生器的测试174

6.5.1 平稳性与非相关性175

6.5.2 拟合优良度检测177

小结179

思考与练习180

仿真实验180

实验案例：梅森旋转算法生成随机数及其改进算法181

第7章 通信系统建模183

7.1 通信系统的建模方法与原则183

7.2 信源184

7.2.1 模拟信源185

7.2.2 数字信源186

7.3 信源编译码188

7.3.1 模拟信源编译码188

7.3.2 数字信源的编译码189

7.4 数字基带191

7.4.1 逻辑到逻辑的映射192

7.4.2 逻辑到波形的映射194

7.4.3 二进制数字基带通信系统仿真196

7.5 信道编码197

7.5.1 分组码198

7.5.2 卷积码203

7.5.3 编码通信的链路仿真207

7.6 调制系统210

7.6.1 模拟调制211

7.6.2 数字调制212

7.6.3 仿真与实现217

7.7 解调与检测219

7.7.1 相干解调219

7.7.2 非相干解调221

7.8 同步224

7.8.1 同步技术对仿真的影响225

7.8.2 载波同步恢复227

7.8.3 位同步恢复229

7.9 仿真的标校231

7.9.1 信号功率231

7.9.2 噪声功率233

小结233

思考与练习234

仿真实验235

实验案例：卷积码软判决维特比译码的性能仿真与分析235

第8章 通信信道及其建模239

8.1 准自由空间信道239

8.1.1 晴空大气（对流层）信道239

8.1.2 雨衰信道241

8.1.3 电离层相位信道242

8.2 衰落与多径信道243

8.2.1 阴影衰落244

8.2.2 多径衰落245

8.2.3 WSSUS模型的特性分析248

8.2.4 衰落信道的冲击响应250

8.3 多径衰落信道的结构模型252

8.3.1 弥散多径信道模型252

8.3.2 离散多径信道模型255

8.3.3 抽头增益过程的生成257

8.3.4 HAPS多径信道模型258

8.4 有限状态信道模型259

8.4.1 定义和特点259

8.4.2 有限状态无记忆模型260

8.4.3 有限状态有记忆模型：隐马尔可夫模型（HMM）261

8.4.4 Fritchman模型265

8.5 衰落信道中通信系统的仿真方法266

8.5.1 波形级仿真266

8.5.2 码元级仿真267

8.5.3 语音编码级仿真268

8.6 移动信道的参考模型268

8.6.1 线路损耗模型268

8.6.2 信道冲激响应模型269

8.7 Simulink中的信道模块270

8.7.1 加性高斯白噪声信道270

8.7.2 二进制对称信道271

8.7.3 多径瑞利衰落信道272

8.7.4 多径莱斯衰落信道273

8.7.5 射频损耗274

小结275

思考与练习276

仿真实验276

实验案例：Ka频段临近空间通信信道建模277

第9章 通信仿真中的参数估计281

9.1 参数估计的基本概念281

9.1.1 理论背景和基本概念281

9.1.2 估计器的性能283

9.2 波形平均电平和功率估计286

9.2.1 波形平均电平估计286

9.2.2 波形平均功率估计290

9.3 波形幅度概率密度和分布函数估计291

9.3.1 经验分布292

9.3.2 直方图292

9.4 信号功率谱密度的估计295

9.4.1 估计器的基本形式295

9.4.2 估计器的修正形式297

9.4.3 估计器的期望值与方差300

9.4.4 实现PSD的估计器301

9.5 时延和相位估计303

9.5.1 无噪声环境下载波相位和定时同步的估计304

9.5.2 分组估计器305

9.6 性能的目测指标308

9.6.1 眼图308

9.6.2 散布图309

小结310

思考与练习310

仿真实验311

第10章 通信仿真中的性能指标估计312

10.1 信噪比估计312

10.1.1 信噪比估计器的形式312

10.1.2 估计器的统计特性314

10.1.3 估计器的实现315

10.2 数字系统性能估计318

10.2.1 理论框架318

10.2.2 MC估计器的形式320

10.2.3 MC估计器的置信区间321

10.2.4 MC估计器的均值和方差324

10.3 尾部外推法326

10.3.1 估计器形式326

10.3.2 估计器的性能分析与实现329

10.4 重要事件采样法330

10.4.1 重要事件采样法工作原理330

10.4.2 偏差概率密度函数的选择332

小结333

思考与练习334

仿真实验334

附录A 傅里叶变换335

附录B 离散傅里叶变换（DFT）337

附录C 几种通信系统仿真中常用的概率分布339

附录D 误差函数表340

参考文献341