通信系统仿真原理与无线应用PDF电子书下载

目录 1

译者序 1

前言 1

第一部分 概论 1

第1章 仿真的作用 1

1.1 复杂性示例 2

1.1.1 易于解析处理的系统 2

1.1.2 需繁琐解析处理的系统 3

1.1.3 难以解析处理的系统 4

1.2 仿真的多学科特点 5

1.3 模型 6

1.4 确定性与随机性仿真 8

1.4.1 一个确定性仿真的实例 9

1.4.2 一个随机性仿真的实例 10

1.5 仿真的作用 11

1.5.1 链路预算与系统级标校过程 11

1.5.2 关键元件的实现与测试 12

1.5.3 完成硬件原型与验证仿真模型 13

1.5.4 生命终结预测 13

1.6 仿真软件包 13

1.7 告诫 15

1.8　MATLAB的使用 16

1.9 本书提纲 16

1.10 进一步的参考读物 16

2.1 概述 18

第2章 仿真方法论 18

2.2.1 将问题映射到仿真模型 19

2.2 方法论的各方面 19

2.2.2 单个模块的建模 24

2.2.3 随机过程建模与仿真 27

2.3 性能估计 29

2.4 小结 30

2.5 进一步的参考读物 30

2.6 习题 30

3.1 采样 33

3.1.1 低通采样定理 33

第3章 采样与量化 33

第二部分 基本概念与方法 33

3.1.2 低通随机信号的采样 36

3.1.3 带通采样 37

3.2 量化 39

3.3 重构与内插 43

3.3.1 理想重构 43

3.3.2 上采样与下采样 44

3.4 仿真采样频率 47

3.4.1 通用开发 48

3.4.2 数据符号的独立性 49

3.4.3 仿真采样率 51

3.5 小结 54

3.6 进一步的参考读物 54

3.8 习题 55

3.7 参考文献 55

第4章 带通信号与系统的低通仿真模型 57

4.1 带通信号的低通复包络 57

4.1.1 复包络：时域 57

4.1.2 复包络：频域 65

4.1.3 从？（f）推导出Xd（f）与Xq（f） 66

4.1.4 能量与功率 67

4.1.5 随机带通信号的正交模型 67

4.1.6 信噪比 69

4.2 线性带通系统 71

4.2.1 线性时不变系统 72

4.2.2 从H（f）推导出hd（t）和hq（t） 75

4.3 多载波信号 77

4.4 非线性与时变系统 78

4.4.1 非线性系统 79

4.4.2 时变系统 80

4.5 小结 82

4.6 进一步的参考读物 82

4.7 参考文献 82

4.8 习题 83

4.9 附录A：MATLAB程序QAMDEMO 86

4.9.1 主程序 86

4.9.2 支撑子程序 86

4.10 附录B：输入输出关系的证明 87

第5章 滤波器模型与仿真方法 89

5.1 概述 89

5.2.1 IIR滤波器 91

5.2 IIR与FIR滤波器 91

5.2.2 FIR滤波器 92

5.2.3 综合与仿真 92

5.3 IIR与FIR滤波器的实现 92

5.3.1 直接Ⅱ型与转置直接Ⅱ型的实现 92

5.3.2 FIR滤波器的实现 96

5.4 IIR滤波器：综合方法与滤波器特性 97

5.4.1 冲激不变滤波器 97

5.4.2 阶跃不变滤波器 97

5.4.3 双线性z变换滤波器 98

5.4.4 IIR数字滤波器的计算机辅助设计 104

5.4.5 IIR滤波器的误差源 104

5.5 FIR滤波器：综合技术与滤波器特性 105

5.5.1 根据幅度响应进行的设计 107

5.5.2 根据冲激响应进行的设计 111

5.5.3 FIR滤波器仿真模型的实现 114

5.5.4 FIR数字滤波器的计算机辅助设计 116

5.5.5 对FIR设计的评论 118

5.6 小结 118

5.7 进一步的参考读物 120

5.8 参考文献 120

5.9 习题 120

5.10 附录A：升余弦脉冲例子 121

5.10.1 主程序：c5_rcosdemo.m 121

5.11.2 函数文件c5_sqrc.m 122

5.11.1 主程序：c5_sqrcdemo.m 122

5.11 附录B：平方根升余弦脉冲例子 122

5.10.2 函数文件c5_rcos.m 122

5.12 附录C：例5-11的MATLAB源代码与数据 123

5.12.1 c5_FIRFilterExample.m 124

5.12.2 FIR_Filter_AMP_Delay.m 125

5.12.3 shift_ifft.m 127

5.12.4 log_psd.m 127

第6章 案例研究：锁相环与微分方程方法 128

6.1 基本锁相环概念 128

6.1.1 锁相环模型 129

6.1.2 非线性相位模型 130

6.1.3 具有复输入的非线性模型 132

6.1.4 线性模型与环传递函数 132

6.2.1 一阶锁相环 133

6.2 一阶环与二阶环 133

6.2.2 二阶锁相环 135

6.3 案例研究：仿真锁相环 136

6.3.1 仿真结构 136

6.3.2 仿真 137

6.3.3 仿真结果 139

6.3.4 仿真的误差源 140

6.4 用仿真来求解微分方程 141

6.4.1 仿真示意图 142

6.4.2 再论锁相环 143

6.5 小结 146

6.8 习题 147

6.6 进一步的参考读物 147

6.7 参考文献 147

6.9 附录A：PLL仿真程序 149

6.10 附录B：PLL仿真实例的预处理 150

6.11 附录C：PLL后处理 151

6.11.1 主程序 151

6.11.2 支撑子程序 152

6.12 附录D：例6-3的MATLAB源代码 153

第7章 随机信号的产生与处理 154

7.1 平稳与遍历性过程 155

7.2 均匀随机数发生器 157

7.2.1 线性同余 157

7.2.2 随机数发生器的测试 160

7.2.3 最低标准 162

7.2.4 MATLAB实现 164

7.2.5 种子数与种子向量 164

7.3 将均匀分布随机变量映射成任意pdf 164

7.3.1 逆变换法 165

7.3.2 直方图法 168

7.3.3 舍弃法 169

7.4 产生不相关的高斯随机变量 172

7.4.1 均匀变量求和法 172

7.4.2 瑞利随机变量到高斯随机变量的映射 174

7.4.3 极坐标法 176

7.5.1 确定给定的相关系数 177

7.5 产生相关的高斯随机变量 177

7.4.4 MATLAB实现 177

7.5.2 确定任意的功率谱密度或自相关函数 178

7.6 同时确定pdf和PSD 180

7.7 PN序列发生器 182

7.8 信号处理 185

7.8.1 输入-输出均值 186

7.8.2 输入-输出互相关 186

7.8.3 输出自相关函数 186

7.8.4 输入-输出方差 187

7.9 小结 187

7.11 参考文献 188

7.10 进一步的参考读物 188

7.12 习题 189

7.13 附录A：例7-11的MATLAB代码 191

7.13.1 主程序 191

7.13.2 支撑子程序 191

第8章 后处理 194

8.1 基本图形方法 194

8.1.1 系统实例——π/4 DQPSK传输 194

8.1.2 波形、眼图和散点图 196

8.2 估计 199

8.2.1 直方图 199

8.2.2 功率谱密度估计 201

8.2.3 增益、延迟和信噪比 206

8.3.1 分组编码的分析方法 210

8.3 编码 210

8.3.2 卷积码的分析方法 213

8.4 小结 214

8.5 进一步的参考读物 215

8.6 参考文献 215

8.7 习题 216

8.8 附录A：例8-1的MATLAB代码 218

8.8.1 主程序 218

8.8.2 支撑子程序 219

第9章 蒙特卡罗方法导论 221

9.1 基本概念 221

9.1.1 相对频率 221

9.1.3 蒙特卡罗估计 222

9.1.2 无偏和一致估计器 222

9.1.4 π的估计 224

9.2 在通信系统中的应用——AWGN信道 226

9.2.1 二项式分布 226

9.2.2 两个简单的蒙特卡罗仿真 228

9.3 蒙特卡罗积分 234

9.3.1 基本概念 235

9.3.2 收敛性 236

9.3.3 置信区间 237

9.4 小结 239

9.5 进一步的参考读物 239

9.6 参考文献 240

9.7 习题 240

10.1 两个蒙特卡罗实例 242

第10章 通信系统的蒙特卡罗仿真 242

10.2 半解析方法 251

10.2.1 基本考虑 252

10.2.2 等效噪声源 254

10.2.3 PSK系统误比特率的半解析估计方法 255

10.2.4 QPSK系统误比特率的半解析估计方法 256

10.2.5 数据序列的选择 258

10.3 小结 259

10.4 参考文献 260

10.5 习题 260

10.6 附录A：例10-1的仿真代码 260

10.6.1 主程序 260

10.7.1 主程序 262

10.6.2 支撑子程序 262

10.7 附录B：例10-2的仿真代码 262

10.7.2 支撑子程序 265

10.7.3 vxcorr.m 265

10.8 附录C：例10-3的仿真代码 266

10.8.1 主程序 266

10.8.2 支撑子程序 267

10.9 附录D：例10-4的仿真代码 267

10.9.1 主程序 267

10.9.2 支撑子程序 269

第11章 无线系统仿真的方法论 271

11.1 系统级简化与采样率考虑 272

11.2 整体方法论 273

11.2.1 系统模拟部分仿真的方法论 276

11.2.2 系统模拟部分仿真方法论的小结 284

11.2.3 编码后BER的估计 284

11.2.4 语音质量指标的估计 284

11.2.5 整体方法论小结 285

11.3 小结 285

11.4 进一步的参考读物 285

11.5 参考文献 286

11.6 习题 286

12.1 概述 289

12.1.1 非线性器的类型与模型 289

第12章 非线性系统的建模与仿真 289

第三部分 高级建模与仿真方法 289

12.1.2 非线性器仿真要考虑的因素 291

12.2 无记忆非线性器的建模与仿真 291

12.2.1 基带非线性器 292

12.2.2 带通非线性器——带状带通模型 293

12.2.3 低通复包络（AM-AM和AM-PM）模型 294

12.2.4 复包络模型的仿真 299

12.2.5 多载波形式 299

12.3 有记忆非线性器的建模与仿真 304

12.3.1 基于扫频测量的经验模型 305

12.3.2 其他模型 306

12.4 非线性微分方程的求解方法 308

12.4.1 非线性微分方程的状态向量形式 308

12.4.2 线性微分方程的递归解法——标量形式 310

12.4.4 数值积分法的精度与稳定性 313

12.4.3 多步法的一般形式 313

12.4.5 求解高阶非线性微分方程——向量形式 314

12.5 锁相环的例子 315

12.6 小结 316

12.7 进一步的参考读物 316

12.8 参考文献 317

12.9 习题 318

12.10 附录A：Saleh模型 319

12.11 附录B：例12-2的MATLAB代码 319

12.11.1 主程序 319

12.11.2 支撑子程序 320

13.1.1 时变系统的实例 321

第13章 时变系统的建模与仿真 321

13.1 概述 321

13.1.2 建模与仿真方法 322

13.2 线性时变系统的模型 322

13.2.1 线性时变系统的时域描述 323

13.2.2 线性时变系统的频域描述 324

13.2.3 线性时变系统的特性 326

13.3 随机过程模型 330

13.4 线性时变系统的仿真模型 332

13.5 MATLAB例子 335

13.5.1 MATLAB例1 335

13.5.2 MATLAB例2 337

13.9 习题 338

13.8 参考文献 338

13.6 小结 338

13.7 进一步的参考读物 338

13.10 附录A：例1的MATLAB代码 339

13.10.1 主程序 339

13.10.2 支撑子程序 340

13.11 附录B：例2的MATLAB代码 340

13.11.1 主程序 340

13.11.2 支撑子程序 341

13.11.3 mpsk_pulses.m 341

第14章 波形信道的建模与仿真 343

14.1 概述 343

14.1.1 通信信道模型 343

14.1.3 离散信道模型 344

14.1.2 通信信道仿真 344

14.1.4 通信系统性能仿真方法论 345

14.1.5 本章提纲 345

14.2 有线与导波信道 345

14.3 无线信道 346

14.3.1 对流层信道 347

14.3.2 降雨对无线信道的影响 347

14.4 多径衰落信道 348

14.4.1 概述 348

14.4.2 多径衰落信道的例子 348

14.4.3 离散与散射多径 353

14.5 多径衰落信道建模 353

14.6 随机过程模型 354

14.6.1 信道响应中的时变模型 356

14.6.2 重要参数 357

14.7 仿真方法论 358

14.7.1 散射多径衰落信道的仿真 358

14.7.2 离散多径衰落信道的仿真 362

14.7.3 离散多径衰落信道模型的例子 367

14.7.4 室内无线信道模型 371

14.8 小结 371

14.9 进一步的参考读物 372

14.10 参考文献 372

14.12.1 主程序 374

14.12 附录A：例14-1的MATLAB代码 374

14.11 习题 374

14.12.2 支撑子程序 376

14.13 附录B：例14-2的MATLAB代码 376

14.13.1 主程序 376

14.13.2 支撑子程序 378

第15章 离散信道模型 379

15.1 概述 379

15.2 离散无记忆信道模型 381

15.3 离散记忆信道的马尔可夫模型 382

15.3.1 两状态模型 383

15.3.2 N状态马尔可夫模型 388

15.3.3 一阶马尔可夫过程 388

15.3.5 马尔可夫模型仿真 389

15.3.4 平稳性 389

15.4 示例HMMs-Gilbert模型和Fritchman模型 391

15.5 马尔可夫模型的参数估计 393

15.5.1 比例缩放 398

15.5.2 收敛和终止准则 399

15.5.3 块等效马尔可夫模型 399

15.6 两个例子 401

15.7 小结 405

15.8 进一步的参考读物 406

15.9 参考文献 406

15.10 习题 407

15.11.2 程序：c15_hmmtest.m 409

15.11.1 程序：c15_errvector.m 409

15.11 附录A：差错向量的产生 409

15.12 附录B：Baum-Welch算法 410

15.13 附录C：半隐式马尔可夫模型 412

15.14 附录D：游程码的产生 415

15.15 附录E：无差错分布的确定 415

15.15.1 c15_intervals1.m 416

15.15.2 c15_intervals2.m 416

第16章 高效仿真技术 417

16.1 尾外推法 417

16.2 pdf估计器 419

16.3 重要性采样 421

16.3.1 椭圆的面积 421

16.3.2 对pdf的敏感性 427

16.3.3 最后一笔 428

16.3.4 通信问题 429

16.3.5 常规与改进的重要性采样 430

16.4 小结 431

16.5 进一步的参考读物 431

16.6 参考文献 432

16.7 习题 432

16.8 附录A：例16-3的MATLAB代码 433

16.8.1 主程序 433

16.8.2 支撑子程序 437

第17章 案例研究：蜂窝无线通信系统的仿真 438

17.1 概述 438

17.2.1 系统级描述 439

17.2 蜂窝无线系统 439

17.2.2 蜂窝通信系统的建模 441

17.3 仿真方法论 448

17.3.1 仿真 448

17.3.2 仿真结果的处理 457

17.4 小结 461

17.5 进一步的参考读物 461

17.6 参考文献 461

17.7 习题 462

17.8 附录A：产生爱尔兰B图的程序 463

17.9 附录B：仿真代码的初始化 464

17.10 附录C：同频干扰建模 465

17.10.1 Wilkinson方法 466

17.11 附录D：Wilkinson方法的MATLAB代码 467

17.10.2 Schwartz与Yeh方法 467

第18章 两个仿真实例 468

18.1 码分多址系统 468

18.1.1 系统 468

18.1.2 仿真程序 471

18.1.3 实例仿真 473

18.1.4 马尔可夫模型的开发 475

18.2 包含非线性卫星转发器的FDM系统 478

18.2.1 系统描述和仿真目标 478

18.2.2 整体仿真模型 480

18.2.3 上行链路FDM信号的产生 481

18.2.4 卫星转发器模型 482

18.2.5 接收机模型与半解析BER估计器 482

18.2.6 仿真结果 483

18.2.7 小结 485

18.3 参考文献 485

18.4 附录A：CDMA例子的MATLAB代码 486

18.4.1 主程序 486

18.4.2 支撑子程序 489

18.5 附录B：CDMA应用的预处理 490

18.5.1 验证运行 490

18.5.2 阐明莱斯K因子影响的研究 490

18.6 附录C：MATLAB函数c18_errvector.m 491

18.7 附录D：卫星FDM例子的MATLAB代码 492

18.7.1 主程序 492

18.7.2 支撑子程序 495