通信系统仿真 建模、方法和技术 第2版PDF电子书下载

目录 1

第一章 绪论 1

1.1 性能评估方法 1

1.1.1 引言 1

1.1.2 分层观点 2

1.2 仿真方法：通信系统的波形级仿真 3

1.3 仿真在通信系统设计中的应用 4

1.4 仿真的发展历史 5

1.5 本书概要 6

参考文献 9

第二章 仿真与建模方法论 11

2.1 关于方法论的一般性知识介绍 12

2.2 仿真方法论 13

2.3 建模的基本概念 14

2.3.1 系统建模 17

2.3.2 设备建模 17

2.3.3 随机过程建模 17

2.3.4 虚拟系统建模 18

2.3.5 混合仿真 20

2.4 性能评估方法 20

2.5 仿真中的误差源 22

2.5.1 系统建模误差 23

2.5.2 设备建模误差 24

2.5.3 随机过程建模误差 26

2.5.4 处理误差 28

2.6 有效性 29

2.6.1 设备或子系统模型的有效性 30

2.6.2 随机过程模型的有效性 31

2.6.3 系统模型的有效性 31

2.7 仿真环境和软件问题 33

2.7.1 软件环境的特点 34

2.7.2 软件环境的组成 35

2.7.4 其它 36

2.7.3 硬件环境 36

2.8 仿真在通信系统工程中的作用 39

2.9 小结 42

参考文献 43

第三章 仿真中信号和系统的表示：解析基础 44

3.1 确定信号和系统概述 44

3.1.1 连续时间信号 44

3.1.2 离散时间信号 46

3.1.3 系统 47

3.1.3.1 系统特性 47

3.1.2.2 系统的框图表示 48

3.2.1.2 卷积积分 49

3.2.1.1 冲激响应 49

3.2 线性时不变系统 49

3.2.1 连续时间线性时不变系统 49

3.2.2 离散时间线性时不变系统 50

3.2.2.1 冲激响应 50

3.2.2.2 卷积和（离散卷积） 50

3.3 频域表示 51

3.3.1 傅里叶变换 51

3.3.2 连续时间周期信号的频域表示 51

3.3.2.1 傅里叶级数 51

3.3.2.2 周期信号的帕斯瓦尔定理 52

3.3.3.2 傅里叶变换的性质 53

3.3.3 傅里叶变换 53

3.3.3.1 收敛性 53

3.3.4 频率响应 55

3.3.4.1 频域中系统的互联 56

3.3.4.2 连续时间信号的帕斯瓦尔定理 56

3.3.5 Gibbs现象 56

3.3.6 傅里叶变换和傅里叶级数的关系 57

3.3.6.1 引言 57

3.3.6.2 傅里叶级数的系数 57

3.3.7 周期信号的傅里叶变换 57

3.3.7.2 泊松和公式 58

3.3.7.1 周期卷积 58

3.4 低通等效信号和系统 59

3.4.1 希尔伯特变换 59

3.4.2 希尔伯特变换的性质 61

3.4.3 低通等效调制信号 61

3.4.4 希尔伯特变换用于系统分析 62

3.4.4.1 引言 62

3.4.4.2 带通滤波器的低通等效 63

3.5 采样和内插 65

3.4.5.2 滤波器 65

3.4.5.1 信号 65

3.4.5 仿真中低通等效建模的实际应用 65

3.5.1 脉冲采样 66

3.5.2 采样定理 68

3.5.3 多率采样和采样率变换 68

3.5.4 内插 71

3.5.4.1 引言 71

3.5.4.2 整数上变频的内插器结构 73

3.5.4.3 带限和加窗带限内插 77

3.5.4.4 线性内插 78

3.5.4.5 样条内插 79

3.6.1.1 引言 83

3.6.1 拉普拉斯变换 83

3.6 用拉普拉斯变换表示线性时不变系统 83

3.6.1.2 收敛性和稳定性 84

3.6.2 拉普拉斯逆变换 84

3.6.3 拉普拉斯变换的性质 84

3.6.4 传输或系统函数 85

3.6.5 LTI系统的互联（框图） 86

3.6.6 系统的线性常系数微分方程表示 87

3.6.6.1 线性常系数微分方程传输函数的性质 88

3.6.6.2 用双二次展开实现有理传输函数 88

3.6.7 频率响应 90

3.7.1 z变换 91

3.7 连续时间系统的离散传输函数表示 91

3.7.1.1 收敛性和稳定性 92

3.7.1.2 简单z变换列表 92

3.7.1.3 z变换的性质 92

3.7.1.4 离散传输或系统函数 93

3.8 离散时间系统的傅里叶分析 93

3.8.1 引言 93

3.8.2 离散傅里叶变换 94

3.8.3 快速傅里叶变换 95

3.8.4.2 周期时移性 96

3.8.4.1 周期性或循环性 96

3.8.4 离散傅里叶变换的性质 96

3.8.4.3 周期或循环卷积 97

3.8.4.4 离散周期卷积定理 97

3.8.4.5 离散频率响应 98

3.8.4.6 带宽与冲激响应持续时间的关系 99

3.8.4.7 离散傅里叶变换与z变换的关系 99

3.8.4.8 离散傅里叶变换频率分辨率的提高 99

3.9 小结 100

3.10 附录仿真中常用变换和定理汇总 100

参考文献 104

4.1 线性时不变系统的建模与仿真 106

第四章 线性时不变和时变系统的建模与仿真 106

4.1.1 LTI滤波器：描述、指标与逼近 107

4.1.1.1 滤波器描述 107

4.1.1.2 典型连续时间滤波器 108

4.1.1.3 频率变换 112

4.1.1.4 有理函数带通滤波器的低通等效 113

4.1.1.5 滤波器的参数指标 115

4.1.1.6 仿真中连续时间系统的离散时间逼近 116

4.1.2 有限冲激响应滤波器的仿真 119

4.1.2.1 时域FIR滤波仿真 119

4.1.2.1.1 引言 119

4.1.2.1.2 加窗 120

4.1.2.2 频域FIR滤波仿真 122

4.1.2.2.1 循环卷积和线性卷积的区别 122

4.1.2.2.2 用FFT计算任意长度信号的线性卷积 124

4.1.2.2.3 重叠相加（OA）算法 124

4.1.2.2.4 重叠保留（OS）算法 124

4.1.2.2.5 用FFT计算线性卷积的效率 124

4.1.2.2.6 频域FIR滤波应用 127

4.1.2.3 连续时间滤波器到离散时间滤波器映射 128

4.1.2.3.1 时域FIR滤波器 128

4.1.2.3.2 频域FIR滤波器 128

4.1.2.4 FIR滤波时域（冲激响应）和频域（FFT）实现的比较 130

4.1.3 IIR滤波器的仿真 132

4.1.3.1 用线性常系数差分方程表示系统 133

4.1.3.2 仿真模型中离散滤波器的递归结构实现 134

4.1.3.2.1 直接型（典型） 134

4.1.3.2.2 双二次规范结构级联 135

4.1.3.2.3 并联型 136

4.1.3.3 有理函数表示的连续时间系统与离散时间系统之间的变换 136

4.1.3.3.1 冲激响应不变法 136

4.1.3.3.2 双线性变换法 140

4.1.3.3.3 映射对有理函数滤波器低通等效的影响 144

4.1.3.3.4 频域定义的递归滤波器的映射准则 144

4.1.4.1 IIR滤波器仿真中的舍入噪声 146

4.1.4 数字滤波器仿真中的有限字长效应 146

4.1.4.2 FIR滤波器仿真中的舍入噪声 147

4.1.4.3 快速傅里叶变换计算中的量化效应 147

4.1.5 仿真中连续时间信号和系统到离散时间信号和系统的映射过程小结 147

4.1.5.1 引言 147

4.1.5.2 滤波器仿真模型的选择准则 148

4.2 线性时变系统 149

4.2.1 时变系统的例子 150

4.2.2 线性时变系统的时域描述 150

4.2.2.1 冲激响应 150

4.2.3 时变系统的频域描述 152

4.2.2.2 累积积分 152

4.2.3.1 二维频率响应 153

4.2.3.2 时变系统的带宽关系 154

4.2.3.3 采样率 154

4.2.4 线性时变系统的特性 154

4.2.4.1 引言 154

4.2.4.2 线性时变系统的互联 154

4.2.5 LTV系统建模 156

4.2.5.1 时变系数线性微分方程 156

4.2.5.2 分离模型 158

4.2.5.3 抽头延迟线信道模型 158

4.3 小结 160

4.4 附录：典型滤波器的双二次因子 161

参考文献 166

第五章 非线性系统的建模与仿真 167

5.1 非线性系统的建模思路 167

5.2 无记忆非线性系统 169

5.2.1 无记忆基带非线性系统 169

5.2.2 估计非线性系统的采样率 170

5.2.3 无记忆带通非线性系统：基于解析的模型 171

5.2.3.1 限幅器系列 174

5.2.3.2 幂级数模型 175

5.2.4 无记忆带通放大器：基于经验的模型 176

5.2.4.1 仿真中AM/AM和AM/PM特性的描述与解释 179

5.2.4.2 带通放大器的低通等效 180

5.2.4.3 定义AM/AM和AM/PM特性的其它方法 181

5.2.4.4 多载波与互调产物 182

5.2.4.5 无记忆非线性系统工作点的设置 184

5.3 记忆非线性系统（NLWM） 184

5.3.1.1.1 AM/AM特性 186

5.3.1 NLWM建模Ⅰ：扫描单音AM/AM和AM/PM测量拟合 186

5.3.1.1 Poza-Sarokory-Berger（PSB）模型 186

5.3.1.1.2 AM/PM特性 188

5.3.1.1.3 混合模型 188

5.3.1.2 Saleh模型 189

5.3.1.3 Abue lma atti模型 190

5.3.2 NLWM建模Ⅱ：预置结构拟合 191

5.3.2.1 滤波-非线性（双盒）模型 192

5.3.2.1.1 最小二乘拟合的滤波-非线性模型 192

5.3.2.1.2 滤波-非线性ARMA模型 193

5.3.2.1.3 采用小信号传递函数的滤波-非线性模型 193

5.3.2.1.4 采用最小二乘拟合的非线性-滤波模型 194

5.3.2.2 滤波-非线性-滤波（三盒）模型 194

5.3.2.2.1 最小二乘拟合的三盒模型 194

5.3.2.2.2 指定特性的三盒模型 195

5.3.3 NLWM建模Ⅲ：解析模型 195

5.3.3.1 Volterra级数建模 195

8.9.8 容限值和测量值列表滤波器 198

5.3.3.2.1 非线性-滤波多谱模型 202

5.3.3.2 多谱模型 202

5.3.2.2.2 滤波-非线性多谱模型 205

5.3.4 NLWM建模Ⅳ：混合模型 207

5.3.4.1 功率相关的传递函数模型 208

5.3.4.2 非线性参数化离散时域模型 208

5.3.4.3 瞬时频率模型 210

5.3.5 记忆非线性系统工作点的设置 211

5.4 非线性微分方程 212

5.4.1 数值方法概述 212

5.4.2 数值方法的种类 215

5.4.2.1 直接数值方法求解 217

5.4.2.2 间接数值方法求解 217

5.4.2.2.1 迭代预测-修正法 217

5.4.2.2.2 Newton-Raphson求根法 218

5.4.3 数值算法的性能：精度与稳定性 220

5.4.3.1 模型的阶数：局部或截短误差的计算 221

5.4.3.2 绝对稳定性 222

5.4.4 计算考虑：算法的质量控制 223

5.4.5 数值方法的应用 224

5.4.5.1 引言 224

5.4.5.2 行波半导体放大器的单机模型 224

5.5 非线性元件的测量技术 227

5.5.1 矢量网络分析仪单音测量技术 227

5.5.2 利用周期调制信号的动态AM/AM和AM/PM测量技术 229

5.5.3 时域测量技术 231

5.6 小结 234

参考文献 234

第六章 仿真随机变量和随机过程的理论基础 238

6.1 引言 238

6.2.1 基本概念、定义和注释 240

6.2 随机变量 240

6.2.1.1 引言 240

6.2.1.2 统计平均或期望值 241

6.2.2 多维随机变量（随机矢量） 242

6.2.3 复随机变量 244

6.3 一元变量模型 244

6.3.1 一元变量模型：离散 244

6.3.1.1 均匀分布 245

6.3.1.2 二项分布 245

6.3.1.3 负二项分布 246

6.3.1.4 泊松分布 246

6.3.2 一元变量模型：连续 246

6.3.2.1 均匀分布 247

6.3.2.2 高斯分布（正态分布） 247

6.3.2.3 指数分布 247

6.3.2.4 伽玛（Gamma）分布 248

6.3.2.5 瑞利分布 248

6.3.2.6 x2分布 249

6.3.2.7 t分布 249

6.3.2.8 F分布 249

6.3.2.9 广义指数分布 250

6.4 多元变量模型 250

6.4.1 多项式分布 250

6.4.2 多元高斯分布 250

6.4.2.1 多元高斯分布的特点 251

6.4.2.2 多元高斯概率分布函数的矩 253

6.5 随机变量的变换（函数） 253

6.5.1 单个随机变量的标量函数 255

6.5.1.1 离散情况 255

6.5.1.2 连续情况 255

6.5.2 多个随机变量的函数 257

6.5.2.1 特殊情况——线性变换 258

6.5.2.2 随机变量的和 258

6.5.2.3 统计排序 259

6.5.3 非线性变换 260

6.5.3.1 基于矩的方法 260

6.5.3.2 蒙特卡洛仿真方法 260

6.6 界与逼近 260

6.6.1 切比雪夫不等式 261

6.6.2 切尔诺夫界 261

6.6.3 联合界 262

6.6.5 期望值的近似计算 263

6.6.4 中心极限定理 263

6.6.5.1 级数展开法 264

6.6.5.2 随机变量有限和的矩 265

6.6.5.3 积分近似 265

6.7 随机过程 267

6.7.1 基本定义和注释 267

6.7.2 描述方法 269

6.7.2.1 联合分布 269

6.7.2.2 采用随机变量的解析描述 270

6.7.2.3 均值 270

6.7.2.4 两个或多个随机过程 271

6.7.3 平稳性、时间平均和各态历经 272

6.7.3.1 时间平均 272

6.7.3.2 各态历经 273

6.7.4 平稳随机过程的相关函数和功率谱密度函数 274

6.7.4.1 自相关函数及其特性 274

6.7.4.3 功率谱密度 275

6.7.4.2 互相关函数及其特性 275

6.7.4.4 低通和带通过程 276

6.7.4.5 功率和带宽计算 277

6.7.5 互功率谱密度函数及其特性 277

6.7.6 随机序列的功率谱密度函数 278

6.8 随机过程模型 278

6.8.1 随机序列 278

6.8.1.1 独立序列 278

6.8.1.2 马尔可夫序列（一阶） 279

6.8.1.3 自回归和滑动平均（ARMA）序列 280

6.8.2.1 引言 281

6.8.2 M进制数字波形 281

6.8.2.2 二进制随机波形 282

6.8.3 泊松过程 282

6.8.4 起伏噪声和冲击噪声 284

6.8.4.1 起伏噪声 284

6.8.4.2 冲击噪声 285

6.8.5 高斯过程 287

6.8.5.1 高斯过程的定义 287

6.8.5.2 白噪声和带限白噪声模型 288

6.8.5.3 带通（高斯）信号的正交表示 289

6.9.1 线性时不变因果（LTIVC）系统的响应 292

6.9.1.1 平稳性 292

6.9.1.2 概率分布 292

6.9.1.3 均值、自相关和功率谱密度函数 292

6.9 随机过程的变换 292

6.9.2 滤波 293

6.9.3 积分 294

6.9.4 非线性时变系统的响应 296

6.9.4.1 非线性系统 296

6.9.4.2 时变系统 296

6.10 平稳随机过程的采样 296

6.10.1.2 混叠效应 297

6.10.1.1 低通随机过程的采样 297

6.10.1 采样 297

6.10.1.3 仿真中的采样 299

6.10.1.4 带通随机过程采样 300

6.10.2.1 均匀量化 301

6.10.2 量化 301

6.10.2.2 非均匀量化 302

6.11 小结 303

参考文献 303

第七章 MC仿真与随机数的产生 305

7.1 蒙特卡洛仿真原理 305

7.1.1 蒙特卡洛仿真的定义 305

7.1.2 蒙特卡洛仿真的变型-准解析MC仿真 306

7.2 随机数产生 307

7.2.1 均匀分布随机数的产生 307

7.2.1.1 Wichman-Hill算法 309

7.2.1.2 Marsaghia-Zaman算法 309

7.2.2 由任意概率密度函数生成随机数的方法 310

7.2.2.1 解析变换方法 310

7.2.2.2 经验变换方法 312

7.2.2.3 离散随机变量的变换方法 312

7.2.2.4 产生随机数的接收／拒收方法 313

7.2.3.1 12求和方法 314

7.2.3 高斯随机变量的产生 314

7.3.1 高斯白噪声 315

7.2.3.2 Box-Miiller方法 315

7.3 独立随机序列的产生 315

7.3.2 二进制随机序列与二进制随机波形 317

7.3.3 二进制伪随机序列 317

7.3.4 M进制伪噪声序列 320

7.4 相关随机序列的产生 323

7.4.1 相关高斯序列：标量 324

7.4.1.1 ARMA模型方法 324

7.4.1.2 谱分解方法 325

7.4.2 相关高斯矢量序列 327

7.4.2.1 特例 327

7.4.2.2 一般情况 328

7.5 随机数产生器的测试 329

7.4.3 相关非高斯序列 329

7.5.1 平稳性与非相关性 330

7.5.1.1 引言 330

7.5.1.2 相关性的Durbin-Watson检测 332

7.5.2 拟合优良度（Goodness-of-fit）测试 332

7.6 小结 333

参考文献 334

8.1 引言 336

第八章 通信系统的建模：发射和接收子系统 336

8.2 信源 339

8.2.1 模拟信源 339

8.2.1.1 单音测试 340

8.2.1.2 多音测试 340

8.2.1.3 滤波输出的随机过程 340

8.2.1.4 存储的实验数据 341

8.2.2 数字信源 341

8.3 格式化／信源编码 341

8.3.1 模／数（A/D）转换 342

8.3.2 FSC子系统仿真 343

8.4 数字波形：基带调制（Ⅰ） 344

8.5 链路编码：基带调制（Ⅱ） 346

8.5.1 逻辑—逻辑映射Ⅰ：二进制差分编码 347

8.5.2 逻辑—逻辑映射Ⅱ：关联编码 347

8.5.3 逻辑—逻辑映射Ⅲ：Miller码 348

8.5.4 逻辑—波形映射Ⅰ：非归零二进制信号 348

8.5.5 逻辑—波形映射Ⅱ：非归零M进制信号 349

8.5.6 逻辑—波形映射Ⅲ：归零（RZ）二进制信号 349

8.5.7 逻辑—波形映射Ⅳ：二相信号或Manchester编码 349

8.5.8 逻辑—波形映射Ⅴ：Miller编码或时延调制信号 349

8.5.9 逻辑—波形映射Ⅵ：部分响应信号 349

8.6 信道编码 352

8.6.1 分组编码／解码的计算量 353

8.6.2 卷积编码／解码的计算量 356

8.7 射频调制与光调制 357

8.7.1 模拟调制 358

8.7.2 数字正交调制 359

8.7.2.1 π/4QPSK：差分正交相移键控（DQPSK） 362

8.7.2.2 多音调制／OFDM 362

8.7.3 连续相位调制：CPFSK、MSK、GMSK 365

8.7.3.1 连续相位调制 366

8.7.3.2 连续相位频移键控 368

8.7.3.3 最小频移键控 368

8.7.3.4 高斯最小频移键控 369

8.7.4 编码调制 370

8.7.5 建模思路 373

8.8 解调与检测 377

8.8.1 相干解调 377

8.8.2 非相干解调 380

8.8.2.1 幅度解调 380

8.8.2.2 PM/FM信号的鉴频／鉴相检测 381

8.8.2.3 PM/FM信号的PLL（锁相环）解调 383

8.9 滤波 385

8.9.1 频谱成形滤波 385

8.9.2 脉冲成形滤波 386

8.9.3 线性最小MSE滤波 387

8.9.4 噪声和失真的最小化滤波 388

8.9.5 匹配滤波 389

8.9.6 自适应滤波（均衡） 391

8.9.6.1 最小MSE抽头增益调整 392

8.9.6.2 协方差矩阵求逆法 395

8.9.6.3 仿真注意事项 396

8.9.7 由频域简单函数指定的滤波器 397

8.10.1 多址模型仿真问题 399

8.10.1.1 SDMA和PDMA 399

8.10 复用／多址 399

8.10.1.2 FDMA 400

8.10.1.3 TDMA 403

8.10.1.4 CDMA（扩频技术） 403

8.11 射频和光载波源 405

8.11.1 射频载波源 405

8.11.2 光载波源 405

8.12 同步 407

8.12.1 仿真中含有同步时的处理方法 410

8.12.2 硬线同步：相位与定时的偏 411

8.12.3 采用等效随机过程模型的同步 414

8.12.4 载波恢复——BPSK 415

8.12.5 定时恢复——BPSK 418

8.12.6 载波恢复——QPSK 420

8.12.7 定时恢复——QPSK 422

8.12.8 反馈环路仿真：锁相环，锁相解调器，Costas环 423

8.12.8.1 PLL建模思路 423

8.12.8.2 单机PLL模型 424

8.12.8.3 集总PLL模型 430

8.12.8.4 相位跟踪锁相环 436

8.12.8.5 调频解调锁相环 439

8.12.8.6 时延对集总PLL模型性能的影响 439

8.13.1 引言 440

8.13 仿真的标校 440

8.13.2 信噪比或数字信号Eb/No的标校 441

8.13.2.1 信号功率电平 442

8.13.2.2 噪声功率电平 443

8.13.2.3 信噪比和Eb/No的标校 444

8.14 小结 445

参考文献 445

第九章 通信信道及其模型 450

9.1 衰落与多径信道 450

9.1.1 引言 450

9.1.2 阴影衰落 452

9.1.3.1 多径信道的低通等效特性 454

9.1.3 多径衰落 454

9.1.3.2 多径信道的统计特性 455

9.1.3.3 时变特征的统计特性 455

9.1.3.4 统计特性：WSSUS模型 456

9.1.3.4.1 延时功率分布 459

9.1.3.4.2 空间频率相关函数 460

9.1.3.4.3 时变信道 460

9.1.3.5 多径衰落信道的结构模型 463

9.1.3.5.1 弥散多径信道模型 463

9.1.3.5.2 离散多径信道模型 472

9.1.3.5.3 抽头增益过程的生成 474

9.1.3.6 室内无线信道 475

9.1.3.6.1 工厂和开放平面建筑物模型 476

9.1.3.6.2 办公大楼模型 478

9.1.3.6.3 射线跟踪预测模型 479

9.1.3.7 视距传播、无线中继离散多径衰落信道模型 480

9.2 准自由空间信道 482

9.2.1 晴空大气（对流层）信道 482

9.2.2 降雨大气信道 483

9.2.3 电离层相位信道 484

9.3 传导和波导媒介 486

9.3.1 矩形波导媒介 486

9.3.2 光纤信道 487

9.4 有限状态信道模型 489

9.4.1 有限状态无记忆模型 491

9.4.2 有限状态有记忆模型：隐马尔可夫模型（HMM） 492

9.4.2.1 N态马尔可夫模型 493

9.4.2.2 一阶马尔可夫过程 494

9.4.2.3 平稳性 494

9.4.3 典型的HMM模型：Gilbert模型和Fritchman模型 496

9.4.4 马尔可夫模型的参数估计 498

9.5 衰落信道中通信系统的仿真方法 501

9.5.1 波形级仿真 502

9.5.2 码元级仿真 503

9.5.3 语音编码仿真 504

9.6 小结 504

9.7 附录：移动信道的参考模型 504

9.A.1 GSM信道参考模型 505

9.A.2 PCS信道参考模型 507

9.A.3 UMTS-IMT-2000信道参考模型 508

9.A.3.1 路径损耗模型 508

9.A.3.1.1 室内办公室测试环境的线路损耗模型 508

9.A.3.1.4 大区间衰减的去相关长度 509

9.A.3.2 信道冲激响应模型 509

9.A.3.1.2 由室外到室内步行测试环境的线路损耗模型 509

9.A.3.1.3 移动测试环境的线路损耗模型 509

参考文献 511

第十章 仿真中的参数估计 515

10.1 引言 515

10.1.1 随机过程模型：平稳性和各态历经性 515

10.1.2 基本术语和定义 516

10.1.3 估计器的性能：偏、方差、置信区间、时间置信积 517

10.1.3.1 估计器的偏 518

10.1.3.2 估计器的方差 518

10.1.3.3 置信区间 518

10.2 波形平均电平的估计 520

10.2.1 估计器的形式 520

10.1.3.4 时间置信积 520

10.1.3.5 归一化测量 520

10.2.2 估计器的期望值（均值） 521

10.2.3 估计器的方差 521

10.2.4 混合（信号加噪声）过程 523

10.2.5 基于信号的置信区间 524

10.3 波形平均功率（均方值）的估计 525

10.3.1 平均功率估计器的形式 525

10.3.2 估计器的期望值 526

10.3.3 估计器的方差 526

10.4.1 经验分布 528

10.4 波形幅度概率密度或分布函数的估计 528

10.4.2 经验概率密度函数——直方图 529

10.4.2.1 估计器的形式 530

10.4.2.2 估计器的期望值 530

10.4.2.3 估计器的方差 531

10.5 随机过程功率谱密度（PSD）的估计 533

10.5.1 估计器的形式 533

10.5.1.1 相关图或间接法 533

10.5.1.2 周期图或直接法 534

10.5.2 估计器的修正形式：加窗和平均 535

10.5.4 估计器的方差 538

10.5.3 估计器的期望值 538

10.5.5 实现PSD估计器的一些考虑：仿真步骤总结 539

10.5.5.1 Welch周期图方法（直接法） 539

10.5.5.2 加窗相关图方法（间接法） 539

10.6 时延和相位估计 540

10.6.1 无噪声情况下载波相位和定时同步的估计 540

10.6.2 分组估计器 542

10.6.2.1 分组时延估计器 543

10.6.2.2 分组相位估计器 543

10.6.3 基于PLL的相位和定时估计器的分布 546

10.6.3.1 相位估计器的分布 546

10.7.1 眼图 548

10.6.3.2 定时估计器的分布 548

10.7 性能的目测指示器 548

10.7.2 散布图 549

10.8 小结 550

参考文献 551

第十一章 仿真中的性能指标估计 553

11.1 信噪比估计 553

11.1.1 估计器的推导 554

11.1.2 估计器的形式 556

11.1.3 估计器的统计特性 556

11.1.4 估计器的实现 557

11.2 数字系统性能指标的估计 561

11.2.1 数字系统的性能描述和运行时间 561

11.2.2 性能估计的理论框架 564

11.2.3 MC方法 567

11.2.3.1 置信区间：二项式分布 569

11.2.3.2 置信区间：泊松逼近 571

11.2.3.3 置信区间：正态逼近 572

11.2.3.4 MC估计器的均值和方差 573

11.2.3.5 非独立误差效应 576

11.2.3.6 序贯估计 576

11.2.3.7.1 利用生成模型 577

11.2.3.7 区间测量估计 577

11.2.3.7.2 利用描述模型 579

11.2.3.7.3 区间仿真 580

11.2.4 尾部外推法 582

11.2.4.1 估计器的形式 585

11.2.4.2 估计器的渐进偏 586

11.2.4.3 估计器的方差 586

11.2.4.4 尾部外推法仿真过程小结 588

11.2.5 重要事件采样 588

11.2.5.1 用于仿真实现的重要事件采样的构造 591

11.2.5.2 重要事件采样估计器的性能 595

11.2.5.3 偏差密度函数的选择 596

11.2.5.3.1 试探方法 596

11.2.5.3.2 公式方法 601

11.2.5.4 随机重要事件采样 608

11.2.6 基于重要事件分裂的有效仿真 610

11.2.6.1 引言 610

11.2.6.2 基于DPR分裂的仿真应用 612

11.2.7 准解析（半解析）估计 613

11.2.7.1 QA方法的通用方案 614

11.2.7.2 用于二进制系统的QA方法 615

11.2.7.3 用于一维多阶幅度调制的QA方法 618

11.2.7.4 用于QAM调制的QA方法 619

11.2.7.5 用于PSK调制的QA方法 620

11.2.7.6 用于硬判决编解码系统的QA技术 623

11.2.7.6.1 独立误码信道 623

11.2.7.6.2 非独立误码信道 625

11.2.7.7 采用软判决解码的卷积编码系统的QA方法 627

11.2.7.8 在QA方法中引入抖动 627

11.2.7.9 混合QA方法 628

11.3 小结 630

参考文献 631

12.1 案例Ⅰ：衰落环境中的64QAM均衡视距传播数字无线链路 635

12.1.1 引言 635

第十二章 四个案例研究 635

12.1.2 系统模型 636

12.1.2.1 信源 637

12.1.2.2 调制器 638

12.1.2.3 滤波器 638

12.1.2.4 发射信号 639

12.1.2.5 信道 640

12.1.2.6 接收滤波 641

12.1.2.7 解调器 641

12.1.2.8 接收噪声 643

12.1.2.9 均衡 643

12.1.3 选定信道快拍仿真 646

12.1.2.10 检测器 646

12.1.3.1 仿真过程 647

12.1.3.2 校准过程 647

12.1.3.3 误码率估计 648

12.1.3.4 仿真结果 649

12.1.4 随机信道序列仿真 651

12.1.4.1 随机信道序列生成 652

12.1.4.2 误码率评估：快速准解析方法1（FQA-1） 653

12.1.4.3 误码率评估：快速准解析方法2（FQA-2） 654

12.1.4.4 误码率评估：矩方法（高斯积分） 655

12.1.4.7 仿真结果 657

12.1.4.6 掉线概率的估计 657

12.1.4.5 仿真过程 657

12.1.5 结论 658

12.2 案例Ⅱ：相位噪声及其对分组编码系统的影响 659

12.2.1 引言 659

12.2.2 解析公式：解调信号 661

12.2.3 四倍环路运算 663

12.2.4 残余相位噪声模型 664

12.2.4.1 引言 664

12.2.4.2 模型校准 667

12.2.5 残余相位噪声随机数生成器 668

12.2.6 误码序列的混合QA生成器 669

12.2.7 后处理 671

12.2.8 结论 672

12.3 案例Ⅲ：线性和非线性失真及其相互作用对MSK调制信号的影响：虚拟方法 673

12.3.1 引言 673

12.3.2 线性滤波器失真 675

12.3.2.1 引言 675

12.3.2.2 带限 677

12.3.2.3 线性幅度 678

12.3.2.4 抛物线幅度 678

12.3.2.5 抛物线相位 679

12.3.2.6 三次方相位 679

12.3.2.8 线性滤波器失真的组合影响 680

12.3.2.7 残余幅度和相位 680

12.3.3 无记忆非线性AM/AM和AM/PM失真 681

12.3.4 非线性滤波失真 682

12.3.5 结论 684

12.4 案例Ⅳ：CDMA无线蜂窝系统的性能评估 684

12.4.1 引言 684

12.4.2 CDAM蜂窝系统概述 685

12.4.3 反向无线链路仿真 686

12.4.3.1 反向无线链路的仿真模型 686

12.4.3.1.1 发射机 687

12.4.3.1.3 接收机 688

12.4.3.1.2 信道 688

12.4.3.2 仿真运行时间需求 690

12.4.3.3 仿真运行 690

12.4.4 前向无线链路 691

12.4.4.1 前向无线链路的仿真模型 691

12.4.4.1.1 发射机 691

12.4.4.1.2 接收机 692

12.4.4.2 拥塞环境中前向链路QA性能评估 693

12.4.4.3 仿真运行 693

12.4.5 有限状态信道特性 694

12.4.5.2.1 反向链路 695

12.4.5.2 离散信道建模 695

12.4.5.1 HMM参数估计 695

12.4.5.2.2 前向链路 696

12.4.5.3 状态数 697

12.4.5.4 无误码区间的概率分布 697

12.4.5.5 一个分组中误码数目的概率分布 698

12.4.6 结论 702

12.5 附录：瑞利衰落信道抽头增益函数的仿真 702

12A.1 引言 702

12A.2 采样率和扩展率估计 703

12A.3 信道成形滤波器 703

12A.4 FIR实现 704

12A.5 IIR实现 705

12A.6 IIR和FIR的实现比较 705

12A.7 采样率扩展与内插 705

参考文献 705

习题与设计 708

第三章 708

第四章 710

第五章 712

第六章 718

第七章 720

第八章 722

第九章 725

第十章 727

第十一章 728

附录A 数字系统误码率常用结果汇总 732

参考文献 740

附录B 高斯尾部概率Q（x）及其逼近Q（x） 741

附录C Hermite多项式系数 742

附录D 高斯二次积分的部分横坐标和加权系数 743

附录E x2概率 744

汉英名词对照索引 745