通信系统建模与仿真 第1章 概述

详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真2013年2月25日陈万里13653834969QQ42858004课程信息课程代码：EIST223552课程名称：通信系统建模与仿真学分：1.5学时：48=30+18教材：刘学勇《详解MATLAB/Simulink通信系统建模与仿真》北京：电子工业出版社2011.11参考文献WilliamH.Tranter/K.SamShanmugan,PrinciplesofCommunicationSystemsSimulationwithWirelessApplications,PrenticeHall，2004肖明波杨光松许芳席斌译,通信系统仿真原理与无线应用,北京：清华大学出版社，2005MichelC.Jeruchim,PhilipBalaban,K.SamShanmugan,SimulationofCommunicationSystems:Modeling,MethodologyandTechniques,Springer，2004邵玉斌Matlab/Simulink通信系统建模与仿真实例分析北京:清华大学出版社2008学习方法预习----在讲课前知道本节课要讲的内容听课----认真听，及时操作，不留问题复习----回忆课堂上的内容作业----以理解为主答疑----课间基础----查漏补缺成绩比例：平时成绩20%，实验20%，考试成绩60%要求缺课超过1/3者取消考试资格上课手机调振动，不能玩手机，不要打电脑游戏、看电影等。第1章MATLAB基础与通信系统仿真本章内容1.1MATLAB简介1.2MATLAB程序设计1.3通信系统仿真1.3通信系统仿真1.3.1通信仿真的概念1.3.2通信仿真的基本方法1.3.1通信仿真的概念在对原有的通信系统做出改进或建立一个新系统之前，通常需要对这个系统进行建模和仿真，通过仿真结果衡量方案的可行性，从中选择最合理的系统配置和参数设置，然后再应用于实际系统中。这个过程就是通信仿真。1.3.1通信仿真的概念随着数字通信技术的发展，特别是与计算机技术的相互融合，通信系统和信号处理技术变得越来越复杂。强大的计算机辅助分析与设计工具和系统仿真方法作为将新的技术理论成果转换为实际产品的高效而低成本途径越来越受到业界的青睐。1.3.1通信仿真的概念计算机辅助技术可划分为三大类：基于理论分析的解析方法结合通信系统硬件原型和测试设备的计算机辅助仿真方法基于纯软件的系统仿真的方法建模和仿真的作用和意义：利用系统建模和软件仿真技术，我们几乎可以对所有的设计细节进行分层次的建模和评估。通过仿真技术和方法，我们可以有效地将数学分析模型和经验模型结合起来。利用系统仿真方法，可以迅速构建一个通信系统模型，提供一个便捷，高效和精确的评估平台。1.3.1通信仿真的概念系统仿真的数学基础定义：仿真也称为模拟，在本质上，系统的计算机仿真就是根据物理系统的运行原理建立相应的数学描述并进行计算机数值求解的过程。建模和仿真过程建立系统数学模型或仿真模型编写系统的计算机仿真模型求解分析关键问题求解算法算法的改进简化系统模型1.3.1通信仿真的概念计算机仿真的一般过程建立计算机程序（层次化的）执行仿真对仿真模型和仿真结果的检验仿真验证包含以下方面内容：对仿真数学模型有效性的验证。对计算机仿真模型（程序）的验证。对仿真算法的验证。仿真结果置信度分析。1.3.2通信仿真的基本方法将给定问题映射为仿真模型。把整个问题分解为一组子问题。选择合适的建模、仿真和估计方法，并将其用于解决这些子问题。综合各子问题的解决结果以提供对整个问题的解决方案。第1章通信系统仿真的原理和方法论1.1通信系统仿真的现实意义1.2计算机仿真的过程1.3通信系统模型的分类1.4通信系统仿真的方法1.5通信系统仿真的优点和局限性1.6系统建模仿真方法与仿真工具通信系统模型的分类按照系统层次分类按照信号类型分类按照系统特征分类通信系统模型的分类按照系统层次分类通信系统的最高层次描述是通信网络层次在网络层次之下，是对通信节点和链路以及传输信号的具体化，称为链路层次模型。电路实现层次的模型。通信系统模型的分类按照信号类型分类根据函数类型的不同可以将信号划分为模拟信号，数字信号，时间连续信号，时间离散信号等。按照链路层通信系统仿真模型中流通的信号类型不同，可以将其划分为连续时间系统，离散时间系统，模拟系统，数字系统以及混合系统等。通信系统模型的分类按照系统特征分类恒参系统变参系统或时变系统确定系统随机系统无记忆系统有记忆系统或动态系统(系统的当前输出与输入信号的历史值有关)通信系统仿真的优点和局限性优点：难以使用解析法求解的情况下系统仿真手段就成为了一个极为有效的工具。利用仿真技术往往可以绕过艰深的甚至是不可能的数学解析求解，而较为轻易地获得问题的数值结果。在对现代通信系统新协议、新算法和新的体系结构的设计和性能评估中，只能通过仿真来检验所考察的对象，以验证有关的假设，评价算法的性能。仿真技术也是理解原理，验证理论，进行探索和发现的有效途径。通信系统仿真的优点和局限性缺点模型的建立、验证和确认比较困难。对实际系统的建模的原理和方法不当使得与实际系统的差别较大。建模过程中忽略了部分次要因素，使得模型仿真结果偏离实际系统。仿真试验时间太短。给结果分析带来较大误差。随机变量的概率分布类型或参数选取不当。仿真输出结果的统计误差。计算机字长、编码和应用算法也会影响仿真结果。系统建模仿真方法与仿真工具系统建模仿真方法与仿真工具的关系仿真工具是实现建模和数值求解过程的软件和硬件平台。我们所希望的现代仿真平台和编程语言环境具有如下基本特征：简便高效的仿真描述语言。层次化和模块化建模的能力。可视化的建模方式。软件硬件协同仿真的能力。交互性和图形环境。跨平台和可移植性。系统建模仿真方法与仿真工具仿真环境的构成和要求模块库。模块编辑和配置器。仿真管理器。后处理部分。文件和数据库管理。帮助文档。系统建模仿真方法与仿真工具常用仿真工具的选择网络层次的建模：OPNET，NS链路层次的仿真：Matlab/Simulink，Systemview，Scilab以及C，C++电路实现层次的仿真：Spice，VHDL本课程以Matlab/Simulink作为建模和仿真平台作业安装MATLAB系统1.1MATLAB简介●MATLAB的起源●MATLAB的特点●数值计算和符号计算功能●强大的MATLAB编程语言●具有很好的图形功能●可以直接处理声言和图像文件●具有功能强大的工具箱●使用方便，具有很好的扩展功能●Simulink1.2MATLAB程序设计1.2.1MATLAB工作环境1.2.2MATLAB的帮助系统1.2.3MATLAB的基本操作1.2.4MATLAB图形处理和数据可视化1.2.5M文件编程1.2.6文件操作1.2.1MATLAB工作环境命令窗口工作区变量窗口历史命令窗口项目启动菜单1.2.2MATLAB的帮助系统●查看命令或函数帮助●联机帮助系统●PDF文件帮助系统●MATLAB网络资源1.2.3MATLAB的基本操作数据类型（1）变量与赋值（预定义的常量的变量）（2）变量的删除与修改（3）局部变量和全局变量矩阵（1）（2）特殊矩阵的生成矩阵运算1.2.4MATLAB图形处理和数据可视化plot函数subplot函数多图形窗口hold命令对数坐标图形作业利用MATLAB绘制函数y=f(x)的图形。要求至少包含5中运算，并在图形上标注自己的名字，学号，作业交电子版（程序doc文档和运行结果截图，自己名字学号命名），不得有抄袭重复。参考运算：+、-、*、/、xn、nx、sin、cos、log、dx、∫、√、∑、∏1.2.5M文件编程M脚本文件函数文件函数调用和参数传递matlab的程序结构用户参数交互输入1.2.5.1M脚本文件脚本文件一串按用户意图排列而成的（包括控制流向指令在内的）MATLAB指令集合。创建：file|new-m-file，或者点击工具栏的按钮保存：file|Save或者点击工具栏的按钮运行：Debug|Run或者点击工具栏的按钮1.2.5.2函数文件函数文件的第一行总是以“function”引导的“函数声明行”。当函数文件运行时，MATLAB会专门为它开辟一个临时工作空间，称为函数工作空间函数定义时，一般都定义了输入输出变量的个数，这称为“默认数目”。MATLAB允许使用比“默认数目”较少的输入输出变量，实现对函数的调用典型M函数文件的结构函数声明行第一注释行在线帮助文本区编写和修改记录函数体1.2.5.3函数调用和参数传递函数调用的一般格式是：[输出参数1,输出参数2,…]=函数名(输入参数1,输入参数2,…)局部变量和全局变量局部变量：它存在于函数空间内部的中间变量，产生于该函数的运行过程中，其影响范围也仅限于该函数本身。全局（Global）变量：通过global指令，MATLAB也允许几个不同的函数空间以及基本工作空间共享同一个变量，这种被共享的变量称为全局变量。1.2.5.4matlab的程序结构顺序结构—依次顺序执行程序的各条语句循环结构—被重复执行的一组语句，循环是计算机解决问题的主要手段。分支结构—根据一定条件来执行的各条语句。循环结构for—end语句forindx=循环初始值:循环步长:循环结束值可执行语句组endwhile-end循环：将循环体中的语句循环执行不定次数。while表达式循环体语句end分支结构if语句if条件可执行语句组Endif条件可执行语句组1else可执行语句组2endif条件1可执行语句组1elseif条件2可执行语句组2……elseif条件m可执行语句组melse可执行语句组m+1end分支结构switch语句：switch表达式case值1可执行语句组1case值2可执行语句组2……case值m可执行语句组motherwise可执行语句组m+1end分支结构在循环语句的执行过程中，需要中断循环可以使用break语句和continue语句。break语句是终止循环，执行循环体后的语句。continue语句终止本次循环，本次循环中的continue语句后的循环语句不再执行，而是执行新的循环。break与continue语句经常与if语句联合使用。1.2.5.5用户参数交互输入input函数用于向计算机输入一个参数pause函数暂停程序的执行disp函数是向命令窗口输出提示信息1.2.6文件操作文件的打开与关闭fopen函数、fclose函数文件的读写操作fread、fwrite、fscanf、fprintf文件定位fseek、ftell