第6章 构建通信系统仿真模型

1、第6章 构建通信系统仿真模型第第6 6章章 构建通信系统仿真模型构建通信系统仿真模型 6.1 6.1 通信系统的基本模型通信系统的基本模型 6.2 6.2 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标6.3 6.3 通信系统建模的要点通信系统建模的要点 第6章 构建通信系统仿真模型6.1 通信系统的基本模型通信系统的基本模型 信息信息-消息消息-信号信号-电信号之间的关系电信号之间的关系 信号和系统之间的关系信号和系统之间的关系 点对点通信系统：设备和传输信道点对点通信系统：设备和传输信道 任何点对点通信系统都由发送端（信源和发送设任何点对点通信系统都由发送端（信源和发送设备）、接收端（接收设备和

2、信宿）以及其间的物理信备）、接收端（接收设备和信宿）以及其间的物理信道组成，其概念模型如下图所示。道组成，其概念模型如下图所示。第6章 构建通信系统仿真模型其概念模型如下图所示。其概念模型如下图所示。 信源：连续信源和离散信源两类。信源：连续信源和离散信源两类。 发送设备：匹配于信号传输特性并送入信道中。包含不同物理量表示信发送设备：匹配于信号传输特性并送入信道中。包含不同物理量表示信号之间的转换，也包含信号不同形式之间的转换，信号过滤和功率变换的号之间的转换，也包含信号不同形式之间的转换，信号过滤和功率变换的滤波器和功率放大器等等。滤波器和功率放大器等等。 物理信道是信号传输的通路。分为有线

3、信道和无线信道两类，分为时不物理信道是信号传输的通路。分为有线信道和无线信道两类，分为时不变信道（也称恒参信道）和时变信道（变参信道）两类。变信道（也称恒参信道）和时变信道（变参信道）两类。 接收设备：负责将发送端信息从含有噪声和畸变的接收信号中尽可能正接收设备：负责将发送端信息从含有噪声和畸变的接收信号中尽可能正确地提取出来。确地提取出来。 第6章 构建通信系统仿真模型第6章 构建通信系统仿真模型模拟通信系统的概念模型如下图所示。模拟通信系统的概念模型如下图所示。 第6章 构建通信系统仿真模型第6章 构建通信系统仿真模型数字通信系统的概念模型如下图所示。需要指出的是，图中各个模块和模块功能数

4、字通信系统的概念模型如下图所示。需要指出的是，图中各个模块和模块功能在具体的系统中不一定全部采用。采用哪些模块和模块中的哪些具体功能要取决在具体的系统中不一定全部采用。采用哪些模块和模块中的哪些具体功能要取决于相应通信系统的具体设计要求。但发送端和接收端的模块是相互对应的，例如于相应通信系统的具体设计要求。但发送端和接收端的模块是相互对应的，例如发送端使用了编码器，则接收端必须使用对应的解码器。发送端使用了编码器，则接收端必须使用对应的解码器。 第6章 构建通信系统仿真模型 在发送端，信源输出的消息经过信源编码得到一个具有若干在发送端，信源输出的消息经过信源编码得到一个具有若干离散取值的离散时

5、间序列。信源编码的功能是：离散取值的离散时间序列。信源编码的功能是： （1 1）将模拟信号转换为数字序列；）将模拟信号转换为数字序列； （2 2）压缩编码，提高通信效率；）压缩编码，提高通信效率； （3 3）加密编码，提高信息传输安全性。）加密编码，提高信息传输安全性。 信源编码的输出序列将送入信道编码器，信道编码的功能是：信源编码的输出序列将送入信道编码器，信道编码的功能是： （1 1）负责对数字序列进行差错控制编码，如分组编码，卷积编码，交）负责对数字序列进行差错控制编码，如分组编码，卷积编码，交织和扰乱等等，以抵抗信道中的噪声和干扰，提高传输可靠性；织和扰乱等等，以抵抗信道中的噪声和干扰

6、，提高传输可靠性； （2 2）对差错控制编码输出的数字序列进行码型变换（也称为基带调）对差错控制编码输出的数字序列进行码型变换（也称为基带调制），如单双极性变换、归零制），如单双极性变换、归零- -不归零码变换，差分编码，不归零码变换，差分编码，AMIAMI编码，编码，HDB3HDB3编码等等，其目的是匹配信道传输特性，增加定时信息，改变输编码等等，其目的是匹配信道传输特性，增加定时信息，改变输出符号的统计特性并使之具有一定的检错能力；出符号的统计特性并使之具有一定的检错能力； （3 3）对输出码型进行波形映射，以适应于带限传输信道，如针对带限）对输出码型进行波形映射，以适应于带限传输信道，如

7、针对带限信道的无串扰波形的成形滤波、部分响应成形滤波等。信道的无串扰波形的成形滤波、部分响应成形滤波等。 第6章 构建通信系统仿真模型6.2 通信系统主要性能指标通信系统主要性能指标 有效性和可靠性是通信理论研究的重要问题，也是通信系统有效性和可靠性是通信理论研究的重要问题，也是通信系统最基本、最主要的质量指标。最基本、最主要的质量指标。 模拟通信系统的可靠性一般采用信噪比（模拟通信系统的可靠性一般采用信噪比（SNRSNR）来衡量。信噪）来衡量。信噪比（比（SNRSNR）定义为传输信号带宽内的信号功率与噪声功率之比。）定义为传输信号带宽内的信号功率与噪声功率之比。接收输出的信噪比越高则通信质量

8、越好。传输信号功率、信道衰接收输出的信噪比越高则通信质量越好。传输信号功率、信道衰减、信道中噪声大小以及系统所采用的调制方式等都将影响接收减、信道中噪声大小以及系统所采用的调制方式等都将影响接收机的输出信噪比。机的输出信噪比。 对于数字通信系统，其有效性是通过传输速率和频带利用率对于数字通信系统，其有效性是通过传输速率和频带利用率来衡量的，而可靠性则以差错率来描述。来衡量的，而可靠性则以差错率来描述。第6章 构建通信系统仿真模型 有效性质量指标有效性质量指标有效性质量指标是衡量系统传输能力的主要指标，通常从有效性质量指标是衡量系统传输能力的主要指标，通常从码元速率、信息速率、数据传送速率、功率

9、利用率和频带码元速率、信息速率、数据传送速率、功率利用率和频带利用率等方面来考虑。利用率等方面来考虑。1 1码元速率（或称调制速率）码元速率（或称调制速率）每秒钟传输数据信号码元的数目称为码元速率。单位：波每秒钟传输数据信号码元的数目称为码元速率。单位：波特（特（B B），），用符号用符号R RB B表示。表示。2 2信息速率（或称数据传信速率）信息速率（或称数据传信速率）每秒钟传输的信息量称为信息速率。单位：比特每秒钟传输的信息量称为信息速率。单位：比特/ /秒秒（bit/sbit/s），），用符号用符号R Rb b表示。表示。第6章 构建通信系统仿真模型频带利用率用系统单位频带内所实现的信

10、息传输速率来衡量。表示为频带利用率用系统单位频带内所实现的信息传输速率来衡量。表示为 ( (bit/s/Hzbit/s/Hz) )式中，式中，B B为系统所需的传输带宽，为系统所需的传输带宽，R Rb b为系统的信息速率。为系统的信息速率。信道容量的理论公式为：信道容量的理论公式为： ( (bit/sbit/s) )这就是著名的香农信道容量公式，简称香农公式。这就是著名的香农信道容量公式，简称香农公式。在系统传输的码元总数中发生差错的码元数所占的比例称误码率。记在系统传输的码元总数中发生差错的码元数所占的比例称误码率。记为为式中，式中，n n是在一定时间内系统传输的码元总数；是在一定时间内系统

11、传输的码元总数；n ne e是在相同时间内传输是在相同时间内传输中产生的错码数。中产生的错码数。BR /bNSBC1log2nnlimPeen第6章 构建通信系统仿真模型 在对通信系统质量指标的建模和仿真中，我们经在对通信系统质量指标的建模和仿真中，我们经常改变信道中的噪声功率，即在不同信噪比条件下，常改变信道中的噪声功率，即在不同信噪比条件下，通过蒙特卡罗随机试验统计传输差错率，从而得出信通过蒙特卡罗随机试验统计传输差错率，从而得出信噪比与差错率之间的统计关系曲线。噪比与差错率之间的统计关系曲线。 第6章 构建通信系统仿真模型6.3 通信系统建模的要点通信系统建模的要点 根据建模目的、模型形

12、式和建模进程不同，通信系统根据建模目的、模型形式和建模进程不同，通信系统的建模过程可以分解为以下四个阶段：的建模过程可以分解为以下四个阶段： 建模的模型分层阶段；建模的模型分层阶段； 建模的模型设计阶段；建模的模型设计阶段； 建模的模型描述阶段；建模的模型描述阶段； 建模的模型开发阶段。建模的模型开发阶段。 在模型分层阶段，将建模对象自上而下分解为若干功能在模型分层阶段，将建模对象自上而下分解为若干功能层次，也就是将建模系统对象不断分解为下一级的功能子系统，层次，也就是将建模系统对象不断分解为下一级的功能子系统，最终仿真实现这些子系统。综合前述的通信概念模型，我们可以最终仿真实现这些子系统。综合前述的通信概念模型，我们可以得到一个更为一般的点对点数字通信系统方框模型，如下图所示。得到一个更为一般的点对点数字通信系统方框模型，如下图所示。 第6章 构建通信系统仿真模型第6章 构建通信系统仿真模型一般数字通信系统的一系列基本功能子系统包括：一般数字通信系统的一系列基本功能子系统包括： 信号源信号源 信息