1.3 通信系统仿真

1.3.1 概念

目前，通信技术的发展日新月异，通信系统建设可采用的技术有多种选择，同时通信系统的功能要求也越来越高，系统建设越加复杂，建设的经费不断增加。对于正在规划或设计中的通信项目，可以建立相应的通信系统模型，通过计算机仿真对设想中的通信系统进行多种方案设计和参数实验，预测未来系统的运行参数和经济效益，通过对仿真结果的分析，得到最佳化方案；对已有通信系统进行改进时，也可以通过系统仿真，模拟改进以后的系统运行情况，以寻求满意的改进方案。因此，通信系统仿真可以得到最佳系统参数或节省巨额投资。

实际的通信系统是一个功能结构相当复杂的系统，对这个系统做出的任何改变（如改变某个参数的设置、改变系统的结构等）都可能影响到整个系统的性能和稳定。因此，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。

通信系统仿真实质上就是把硬件实验搬进了计算机，可以把它看成一种软件实验。在硬件实验系统中，用各种电子元器件制做出通信系统中的理论模型所规定的各个模块，再把它们通过导线或电缆等连接在一起，然后再用示波器、频谱仪、误码仪等通信仪表做各种测量，最后分析测量结果。在软件实验中也是相同原理，只不过所有通信模块及通信仪表的功能都是用程序来实现的，通信系统的全过程在计算机中仿真运行。虽然软件实验不像硬件实验那样让人感到“真实”，但对于许多通信问题的研究来说的确非常有效。与硬件实验相比，软件实验具有如下一些优点：

1）软件实验具有广泛的适应性和极好的灵活性；

2）在硬件实验中改变系统参数也许意味着重做硬件，而在软件实验中则是修改一两个数据，甚至只是在屏幕上按几下鼠标；

3）软件实验更有助于我们较为全面地研究通信系统；

4）有许多问题，通过硬件实验来研究可能非常困难，但在软件实验中却容易解决；

5）硬件实验的精确度取决于元器件及工艺水平，软件实验的精度取决于CPU的运算速度或者说是程序的运算量；

6）软件实验建设开发周期短，成本低。

1961年，G.W.Morgenthater首次对“仿真”进行了技术性定义，即“仿真意指在实际系统尚不存在的情况下对于系统或活动本质的实现”。1978年，Korn在《连续系统仿真》中将仿真定义为“用能代表所研究的系统的模型做实验”。1982年，Spriet进一步将仿真的内涵加以扩充，定义为“所有支持模型建立与模型分析的活动即为仿真活动”。1984年，Oren提出了“仿真是一种基于模型的活动”的定义。随着科学技术的进步，“仿真”的技术含义还在不断地发展。

由仿真的定义可知，系统、模型与仿真三者是密切相关的，系统是研究的对象，模型是系统的抽象，仿真是通过对模型的实验以达到研究系统的目的。所以，仿真可以定义为：通过对模型的实验以达到研究系统的目的，或用模型对系统进行实验研究的过程。从广义上讲，仿真就是利用相似学的基本原理，通过研究某种事件来研究与之相似的另一种事件的过程。