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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QAMDEMO86

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.m121

5.11.2 函数文件c5_sqrc.m122

5.11.1 主程序：c5_sqrcdemo.m122

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.m122

5.12 附录C：例5-11的MATLAB源代码与数据123

5.12.1 c5_FIRFilterExample.m124

5.12.2 FIR_Filter_AMP_Delay.m125

5.12.3 shift_ifft.m127

5.12.4 log_psd.m127

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pdf164

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PSD180

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.m265

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1335

13.5.2 MATLAB例2337

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.m341

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.m409

15.11.1 程序：c15_errvector.m409

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.m416

15.15.2 c15_intervals2.m416

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.m491

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