內容簡介
本教材將在原有已出版教材《現代通信系統仿真教程》（第2版）的基礎上，以"系統建模與仿真”知識體系框架為主線，圍繞"現代通信系統”的典型套用，以及"通信理論”發展，進行理論體系進行重構，知識內容進行重組，使之滿足電子信息類專業高年級本科教學，以及相關專業研究生學習使用的需要。
主要內容包括：系統建模與仿真基礎，系統建模方法，系統仿真方法，隨機模型的描述，隨機變數的實現，通信系統建模，通信信道及其模型，仿真中的參數估計，仿真中的性能指標估計。
目 錄
第1章 緒論 1
1.1 系統與模型 1
1.1.1 系統 1
1.1.2 模型 2
1.1.3 模型的分類 3
1.2 仿真 4
1.2.1 定義 4
1.2.2 相似理論 5
1.2.3 仿真的分類 7
1.3 系統建模與仿真的發展 8
1.3.1 歷史回顧 8
1.3.2 發展趨勢 9
1.4 仿真在通信系統開發中的作用 11
1.4.1 不同開發階段的套用 11
1.4.2 有效性分析 12
1.4.3 典型案例分析 12
思考與練習 14
第2章 系統建模與仿真基礎 15
2.1 系統建模的基本概念 15
2.1.1 分類與準則 15
2.1.2 實施步驟 16
2.1.3 思維方法 18
2.2 系統建模的實現方法 20
2.2.1 基本思路 21
2.2.2 通信系統建模的實現方法 22
2.2.3 虛擬與混合系統建模 23
2.3 系統建模的誤差分析 25
2.3.1 系統建模誤差 25
2.3.2 設備建模誤差 26
2.3.3 過程建模誤差 27
2.4 系統仿真的實現方法 29
2.4.1 仿真理論和方法 30
2.4.2 通信系統仿真的實現方法 31
2.4.3 通信系統分層仿真觀點 33
2.4.4 系統仿真的性能評估 34
2.5 系統仿真的驗證 35
2.5.1 設備模型的驗證 36
2.5.2 隨機過程模型的驗證 37
2.5.3 系統模型的驗證 38
小結 39
思考與練習 40
仿真實驗 40
實驗案例：地面通信干擾源跟蹤問題
的系統建模 40
第3章 系統建模方法 45
3.1 系統的描述 45
3.1.1 時域描述模型 45
3.1.2 傳遞函式模型 46
3.1.3 狀態空間模型 47
3.2 連續系統的建模 48
3.2.1 微分方程建模方法 48
3.2.2 頻域建模方法 50
3.2.3 分布參數系統建模方法 52
3.3 離散事件系統建模基礎 53
3.3.1 離散事件系統的基本要素 54
3.3.2 離散事件仿真模型的部件與
結構 55
3.4 離散事件系統典型建模方法 57
3.4.1 Petri網建模方法 57
3.4.2 活動循環圖建模方法 59
3.4.3 實體流圖建模方法 61
小結 63
思考與練習 63
仿真實驗 64
第4章 系統仿真方法 65
4.1 連續系統數值仿真方法 65
4.1.1 數學原理 65
4.1.2 實現方法 67
4.1.3 穩定性分析 70
4.2 離散事件系統仿真基本策略 71
4.2.1 事件調度法 71
4.2.2 活動掃描法 73
4.2.3 進程互動法 75
4.2.4 時間推進機制 77
4.3 蒙特卡洛仿真原理 78
4.3.1 蒙特卡洛仿真的定義 79
4.3.2 MC法在通信中的套用 80
4.4 準解析MC仿真 82
4.4.1 問題提出 82
4.4.2 基本原理 82
4.4.3 二進制通信系統的QA仿真 84
小結 85
思考與練習 86
仿真實驗 87
實驗案例：關於蒙特卡洛仿真法計算
圓周率的進一步討論 87
第5章 仿真中的隨機過程分析 92
5.1 機率論基礎 92
5.1.1 隨機事件與機率 92
5.1.2 隨機變數與機率分布 94
5.1.3 單隨機變數模型 96
5.2 隨機過程的基本概念 102
5.2.1 隨機過程的一般表述 102
5.2.2 隨機過程的統計特性 103
5.3 平穩隨機過程及其特性分析 105
5.3.1 平穩隨機過程及其各態
歷經性 105
5.3.2 平穩隨機過程的特性分析 106
5.4 信道分析 109
5.4.1 信道模型 109
5.4.2 恆參信道 111
5.4.3 變參信道 113
5.5 噪聲 116
5.5.1 噪聲的分類 116
5.5.2 起伏噪聲 117
5.5.3 白噪聲和帶限白噪聲模型 119
5.5.4 量化噪聲 120
5.6 隨機過程的模型 126
5.6.1 隨機序列 126
5.6.2 泊松過程 130
5.6.3 高斯隨機過程 134
5.7 隨機過程通過線性系統 135
5.7.1 基本概念 136
5.7.2 窄帶隨機過程 137
5.7.3 正弦波加窄帶高斯噪聲 139
小結 141
思考與練習 142
仿真實驗 143
第6章 隨機變數的實現 145
6.1 要求與特點 145
6.2 隨機數產生 146
6.2.1 均勻分布隨機數的產生 147
6.2.2 任意機率密度函式隨機數的
生成方法 149
6.2.3 斯隨機變數的產生 155
6.3 獨立隨機序列的產生 157
6.3.1 高斯白噪聲序列 157
6.3.2 二進制偽隨機序列 158
6.3.3 M進制偽隨機序列 165
6.4 相關隨機序列的產生 167
6.4.1 相關高斯標量序列 168
6.4.2 相關高斯矢量序列 172
6.4.3 相關非高斯序列 174
6.5 隨機數產生器的測試 174
6.5.1 平穩性與非相關性 175
6.5.2 擬合優良度檢測 177
小結 179
思考與練習 180
仿真實驗 180
實驗案例：梅森旋轉算法生成隨機數
及其改進算法 181
第7章 通信系統建模 183
7.1 通信系統的建模方法與原則 183
7.2 信源 184
7.2.1 模擬信源 185
7.2.2 數字信源 186
7.3 信源編解碼 188
7.3.1 模擬信源編解碼 188
7.3.2 數字信源的編解碼 189
7.4 數字基帶 191
7.4.1 邏輯到邏輯的映射 192
7.4.2 邏輯到波形的映射 194
7.4.3 二進制數字基帶通信系統
仿真 196
7.5 信道編碼 197
7.5.1 分組碼 198
7.5.2 卷積碼 203
7.5.3 編碼通信的鏈路仿真 207
7.6 調製系統 210
7.6.1 模擬調製 211
7.6.2 數字調製 212
7.6.3 仿真與實現 217
7.7 解調與檢測 219
7.7.1 相干解調 219
7.7.2 非相干解調 221
7.8 同步 224
7.8.1 同步技術對仿真的影響 225
7.8.2 載波同步恢復 227
7.8.3 位同步恢復 229
7.9 仿真的標校 231
7.9.1 信號功率 231
7.9.2 噪聲功率 233
小結 233
思考與練習 234
仿真實驗 235
實驗案例：卷積碼軟判決維特比解碼
的性能仿真與分析 235
第8章 通信信道及其建模 239
8.1 準自由空間信道 239
8.1.1 晴空大氣（對流層）信道 239
8.1.2 雨衰信道 241
8.1.3 電離層相位信道 242
8.2 衰落與多徑信道 243
8.2.1 陰影衰落 244
8.2.2 多徑衰落 245
8.2.3 WSSUS模型的特性分析 248
8.2.4 衰落信道的衝擊回響 250
8.3 多徑衰落信道的結構模型 252
8.3.1 彌散多徑信道模型 252
8.3.2 離散多徑信道模型 255
8.3.3 抽頭增益過程的生成 257
8.3.4 HAPS多徑信道模型 258
8.4 有限狀態信道模型 259
8.4.1 定義和特點 259
8.4.2 有限狀態無記憶模型 260
8.4.3 有限狀態有記憶模型：隱馬爾
可夫模型（HMM） 261
8.4.4 Fritchman模型 265
8.5 衰落信道中通信系統的仿真
方法 266
8.5.1 波形級仿真 266
8.5.2 碼元級仿真 267
8.5.3 語音編碼級仿真 268
8.6 移動信道的參考模型 268
8.6.1 線路損耗模型 268
8.6.2 信道衝激回響模型 269
8.7 Simulink中的信道模組 270
8.7.1 加性高斯白噪聲信道 270
8.7.2 二進制對稱信道 271
8.7.3 多徑瑞利衰落信道 272
8.7.4 多徑萊斯衰落信道 273
8.7.5 射頻損耗 274
小結 275
思考與練習 276
仿真實驗 276
實驗案例：Ka頻段臨近空間通信
信道建模 277
第9章 通信仿真中的參數估計 281
9.1 參數估計的基本概念 281
9.1.1 理論背景和基本概念 281
9.1.2 估計器的性能 283
9.2 波形平均電平和功率估計 286
9.2.1 波形平均電平估計 286
9.2.2 波形平均功率估計 290
9.3 波形幅度機率密度和分布
函式估計 291
9.3.1 經驗分布 292
9.3.2 直方圖 292
9.4 信號功率譜密度的估計 295
9.4.1 估計器的基本形式 295
9.4.2 估計器的修正形式 297
9.4.3 估計器的期望值與方差 300
9.4.4 實現PSD的估計器 301
9.5 時延和相位估計 303
9.5.1 無噪聲環境下載波相位和定時
同步的估計 304
9.5.2 分組估計器 305
9.6 性能的目測指標 308
9.6.1 眼圖 308
9.6.2 散布圖 309
小結 310
思考與練習 310
仿真實驗 311
第10章 通信仿真中的性能指標估計 312
10.1 信噪比估計 312
10.1.1 信噪比估計器的形式 312
10.1.2 估計器的統計特性 314
10.1.3 估計器的實現 315
10.2 數字系統性能估計 318
10.2.1 理論框架 318
10.2.2 MC估計器的形式 320
10.2.3 MC估計器的置信區間 321
10.2.4 MC估計器的均值和方差 324
10.3 尾部外推法 326
10.3.1 估計器形式 326
10.3.2 估計器的性能分析與實現 329
10.4 重要事件採樣法 330
10.4.1 重要事件採樣法工作原理 330
10.4.2 偏差機率密度函式的選擇 332
小結 333
思考與練習 334
仿真實驗 334
附錄A 傅立葉變換 335
附錄B 離散傅立葉變換（DFT） 337
附錄C 幾種通信系統仿真中常用的
機率分布 339
附錄D 誤差函式表 340
參考文獻 341
