本教材將在原有已出版教材《現代通信系統仿真教程》（第2版）的基礎上，以"系統建模與仿真知識體系框架為主線，圍繞"現代通信系統的典型應用，以及"通信理論發展，進行理論體系進行重構，知識內容進行重組，使之滿足電子信息類專業高年級本科教學，以及相關專業研究生學習使用的需要。主要內容包括：系統建模與仿真基礎，系統建模方法，系統仿真方法，*模型的描述，*變量的實現，通信系統建模，通信信道及其模型，仿真中的參數估計，仿真中的性能指標估計。
本書每次修訂都是作者重新理解通信系統建模仿真內涵，教材內容進一步提煉和優化的過程。
20世紀90年代，為了配合通信原理課程教學，作者編寫了MATLAB通信仿真講義（未公開出版）并在校內使用，受到教師和學生的廣泛歡迎，成為我校2006年通信原理國家級精品課程成功申報的重要支撐元素之一。2003年現代通信系統仿真獨立設課，為滿足課程教學需要，參考Michel C. Jeruchim的Simulation of Communication Systems，Second Edition，2007年公開出版了本書的第1版，該版教材脫離了通信原理課程輔助教學的功能，初步形成了現代通信系統建模與仿真課程教學體系。2008年在我校首屆課程教學法改革評比中，作者圍繞研討式課堂教學環境構建提出的模塊遞進式教學法，獲得全校評比第一名，其中，課后布置給學生完成計算機仿真實驗題目，在教學過程中取得了較好的效果，因此，將這些仿真實驗題目引入到2012年公開出版的第2版教材當中。但是，上述幾版的教材，其內容中心是通信系統，目標核心是通信系統的建模和仿真方法，缺乏對系統建模和仿真知識體系框架的完整描述，對于系統建模仿真原理和技術沒有真正觸及，為此我們從以下幾方面進行再版修訂：
1．理論體系進行了重構
根據我校2016年新修訂的課程標準，按照4∶6的比例分別介紹系統建模仿真理論，以及這些理論和技術在通信系統中的應用，使得學生在初步掌握系統建模和仿真知識體系框架的基礎上，具備通信系統建模仿真的能力，進而滿足電子信息類專業高年級本科教學，以及相關專業研究生學習使用的需要。為此本書2、3、4章全部，以及1、5、6章的部分內容，重點介紹系統建模仿真原理和技術，其他章節介紹通信系統建模仿真的方法。
2．知識內容進行了修訂
教材第2版已經被多所院校老師選用，在他們課程教學活動中始終與作者保持聯絡，就教材相關內容進行了深入探討和交流，得到了大量有益的建議。同時還有不少學生就本課程的學習中遇到的問題咨詢作者。根據他們的意見和建議，結合我們的教學工作經驗，作者對部分內容進行了修訂。例如，原第1章，去掉原1.3節內容，增加系統建模和仿真發展內容；原第4章，拓展成系統仿真方法和隨機變量的實現兩章內容，強化了系統建模仿真知識體系框架。
3．相關內容進行了剔除
一是過時內容的剔除，在第2版教材中，利用一章介紹了案例研究：碼分多址數字蜂窩移動通信系統，由于其內容僅僅介紹了第一、二、三代移動通信系統，明顯滯后于現代通信系統的發展，為此進行了全面的刪除。二是重復內容的剔除，對原教材2.6節時間連續信號的采樣內容進行了刪除，主要由于這部分內容在本科信號與線性系統、脈沖與數字電路和數字信號處理等課程中已經進行了詳細的介紹，因此，進行刪除。除此之外，還有部分內容進行了小規模刪除，因此，確保了教材內容的先進性。
4．實驗案例進行了增加
在本課程獨立設課以來，學生每年都能結合課程學習完成相關的課程論文，有的論文已在相關學術期刊上發表，本次修訂結合課程學習的知識點，增加了學生完成的5個實驗案例，其目的主要有以下三方面：一是拓展學生的思維，從課本的知識點學習到實驗案例（課程論文）的完成，可以說是將知識轉化成能力（應用）的過程，通過這些案例的展示，有利于課程知識的學習與學生能力的培養。二是翻轉的學生角色，學生從知識的輸入者轉變為知識的輸出者，有利于老師了解學生對知識的掌握程度，更有利于激發學生主動學習的熱情。三是探索混合學習模式，2016年作者成功申報軍隊學位與研究生重點研究課題混合學習在研究生課程教學中的應用研究（****16B02），本書是該課題的研究成果之一，同時還為混合學習的實施提供了支撐。
5．對第2版中有些內容和印刷錯誤進行了調整和修正
修訂后本書知識點雖然進行了調整，但知識內容總體數量變化不大，因此，在教學活動中如果全部進行講解，其參考學時為54學時，當然講授內容也可以根據課程設置的具體情況、專業特點、教學要求和教學對象的不同進行取舍。
在第3版中，全部章節內容的調整、修訂和編寫由陳樹新教授完成，石磊老師重新編寫了本書的仿真實驗部分內容和附錄，實驗案例內容由吳昊博士進行收集與編寫，王希碩士完成了全書文字稿的校對，陳坤和劉卓威博士完成相關資料的收集和整理，最后由陳樹新對全書進行了統稿。
書中有部分內容源自作者承擔的國家自然科學基金（61673392）的研究成果。
本書在構思和選材過程中，參閱了大量的國內外文獻，在此向相關原著者表示敬意和感謝。在編寫過程中，作者始終得到吳德偉教授的關心和支持。研究生黃森、陳建華對本書的初稿進行了認真閱讀，并提出了大量寶貴意見，在此表示感謝。同時還需要感謝軍用導航國家級實驗教學示范中心，大學科研部機關和研究中心等機構的支持。
由于作者水平有限，書中難免存在錯誤和不足，懇請廣大讀者批評指正，聯系E-mail：chenshuxin68@sina.com。
作 者
2016年12月
陳樹新，空軍工程大學教授，博士生導師，從事信息與通信工程領域的科研和教學工作；主持和參與多項空軍院校軍事教育科研立項課題，其中"《通信原理》課程建設與實踐，2005年獲軍隊教學成果三等獎;"通信原理網絡虛擬實驗室，2008年獲軍隊實驗室建設一等獎，均排名前3。
目 錄
第1章 緒論1
1.1 系統與模型1
1.1.1 系統1
1.1.2 模型2
1.1.3 模型的分類3
1.2 仿真4
1.2.1 定義4
1.2.2 相似理論5
1.2.3 仿真的分類7
1.3 系統建模與仿真的發展8
1.3.1 歷史回顧8
1.3.2 發展趨勢9
1.4 仿真在通信系統開發中的作用11
1.4.1 不同開發階段的應用11
1.4.2 有效性分析12
1.4.3 典型案例分析12
思考與練習14
第2章 系統建模與仿真基礎15
2.1 系統建模的基本概念15
2.1.1 分類與準則15
2.1.2 實施步驟16
2.1.3 思維方法18
2.2 系統建模的實現方法20
2.2.1 基本思路21
2.2.2 通信系統建模的實現方法22
2.2.3 虛擬與混合系統建模23
2.3 系統建模的誤差分析25
2.3.1 系統建模誤差25
2.3.2 設備建模誤差26
2.3.3 過程建模誤差27
2.4 系統仿真的實現方法29
2.4.1 仿真理論和方法30
2.4.2 通信系統仿真的實現方法31
2.4.3 通信系統分層仿真觀點33
2.4.4 系統仿真的性能評估34
2.5 系統仿真的驗證35
2.5.1 設備模型的驗證36
2.5.2 隨機過程模型的驗證37
2.5.3 系統模型的驗證38
小結39
思考與練習40
仿真實驗40
實驗案例：地面通信干擾源跟蹤問題
的系統建模40
第3章 系統建模方法45
3.1 系統的描述45
3.1.1 時域描述模型45
3.1.2 傳遞函數模型46
3.1.3 狀態空間模型47
3.2 連續系統的建模48
3.2.1 微分方程建模方法48
3.2.2 頻域建模方法50
3.2.3 分布參數系統建模方法52
3.3 離散事件系統建模基礎53
3.3.1 離散事件系統的基本要素54
3.3.2 離散事件仿真模型的部件與
結構55
3.4 離散事件系統典型建模方法57
3.4.1 Petri網建模方法57
3.4.2 活動循環圖建模方法59
3.4.3 實體流圖建模方法61
小結63
思考與練習63
仿真實驗64
第4章 系統仿真方法65
4.1 連續系統數值仿真方法65
4.1.1 數學原理65
4.1.2 實現方法67
4.1.3 穩定性分析70
4.2 離散事件系統仿真基本策略71
4.2.1 事件調度法71
4.2.2 活動掃描法73
4.2.3 進程交互法75
4.2.4 時間推進機制77
4.3 蒙特卡洛仿真原理78
4.3.1 蒙特卡洛仿真的定義79
4.3.2 MC法在通信中的應用80
4.4 準解析MC仿真82
4.4.1 問題提出82
4.4.2 基本原理82
4.4.3 二進制通信系統的QA仿真84
小結85
思考與練習86
仿真實驗87
實驗案例：關于蒙特卡洛仿真法計算
圓周率的進一步討論87
第5章 仿真中的隨機過程分析92
5.1 概率論基礎92
5.1.1 隨機事件與概率92
5.1.2 隨機變量與概率分布94
5.1.3 單隨機變量模型96
5.2 隨機過程的基本概念102
5.2.1 隨機過程的一般表述102
5.2.2 隨機過程的統計特性103
5.3 平穩隨機過程及其特性分析105
5.3.1 平穩隨機過程及其各態
歷經性105
5.3.2 平穩隨機過程的特性分析106
5.4 信道分析109
5.4.1 信道模型109
5.4.2 恒參信道111
5.4.3 變參信道113
5.5 噪聲116
5.5.1 噪聲的分類116
5.5.2 起伏噪聲117
5.5.3 白噪聲和帶限白噪聲模型119
5.5.4 量化噪聲120
5.6 隨機過程的模型126
5.6.1 隨機序列126
5.6.2 泊松過程130
5.6.3 高斯隨機過程134
5.7 隨機過程通過線性系統135
5.7.1 基本概念136
5.7.2 窄帶隨機過程137
5.7.3 正弦波加窄帶高斯噪聲139
小結141
思考與練習142
仿真實驗143
第6章 隨機變量的實現145
6.1 要求與特點145
6.2 隨機數產生146
6.2.1 均勻分布隨機數的產生147
6.2.2 任意概率密度函數隨機數的
生成方法149
6.2.3 斯隨機變量的產生155
6.3 獨立隨機序列的產生157
6.3.1 高斯白噪聲序列157
6.3.2 二進制偽隨機序列158
6.3.3 M進制偽隨機序列165
6.4 相關隨機序列的產生167
6.4.1 相關高斯標量序列168
6.4.2 相關高斯矢量序列172
6.4.3 相關非高斯序列174
6.5 隨機數產生器的測試174
6.5.1 平穩性與非相關性175
6.5.2 擬合優良度檢測177
小結179
思考與練習180
仿真實驗180
實驗案例：梅森旋轉算法生成隨機數
及其改進算法181
第7章 通信系統建模183
7.1 通信系統的建模方法與原則183
7.2 信源184
7.2.1 模擬信源185
7.2.2 數字信源186
7.3 信源編譯碼188
7.3.1 模擬信源編譯碼188
7.3.2 數字信源的編譯碼189
7.4 數字基帶191
7.4.1 邏輯到邏輯的映射192
7.4.2 邏輯到波形的映射194
7.4.3 二進制數字基帶通信系統
仿真196
7.5 信道編碼197
7.5.1 分組碼198
7.5.2 卷積碼203
7.5.3 編碼通信的鏈路仿真207
7.6 調制系統210
7.6.1 模擬調制211
7.6.2 數字調制212
7.6.3 仿真與實現217
7.7 解調與檢測219
7.7.1 相干解調219
7.7.2 非相干解調221
7.8 同步224
7.8.1 同步技術對仿真的影響225
7.8.2 載波同步恢復227
7.8.3 位同步恢復229
7.9 仿真的標校231
7.9.1 信號功率231
7.9.2 噪聲功率233
小結233
思考與練習234
仿真實驗235
實驗案例：卷積碼軟判決維特比譯碼
的性能仿真與分析235
第8章 通信信道及其建模239
8.1 準自由空間信道239
8.1.1 晴空大氣（對流層）信道239
8.1.2 雨衰信道241
8.1.3 電離層相位信道242
8.2 衰落與多徑信道243
8.2.1 陰影衰落244
8.2.2 多徑衰落245
8.2.3 WSSUS模型的特性分析248
8.2.4 衰落信道的沖擊響應250
8.3 多徑衰落信道的結構模型252
8.3.1 彌散多徑信道模型252
8.3.2 離散多徑信道模型255
8.3.3 抽頭增益過程的生成257
8.3.4 HAPS多徑信道模型258
8.4 有限狀態信道模型259
8.4.1 定義和特點259
8.4.2 有限狀態無記憶模型260
8.4.3 有限狀態有記憶模型：隱馬爾
可夫模型（HMM）261
8.4.4 Fritchman模型265
8.5 衰落信道中通信系統的仿真
方法266
8.5.1 波形級仿真266
8.5.2 碼元級仿真267
8.5.3 語音編碼級仿真268
8.6 移動信道的參考模型268
8.6.1 線路損耗模型268
8.6.2 信道沖激響應模型269
8.7 Simulink中的信道模塊270
8.7.1 加性高斯白噪聲信道270
8.7.2 二進制對稱信道271
8.7.3 多徑瑞利衰落信道272
8.7.4 多徑萊斯衰落信道273
8.7.5 射頻損耗274
小結275
思考與練習276
仿真實驗276
實驗案例：Ka頻段臨近空間通信
信道建模277
第9章 通信仿真中的參數估計281
9.1 參數估計的基本概念281
9.1.1 理論背景和基本概念281
9.1.2 估計器的性能283
9.2 波形平均電平和功率估計286
9.2.1 波形平均電平估計286
9.2.2 波形平均功率估計290
9.3 波形幅度概率密度和分布
函數估計291
9.3.1 經驗分布292
9.3.2 直方圖292
9.4 信號功率譜密度的估計295
9.4.1 估計器的基本形式295
9.4.2 估計器的修正形式297
9.4.3 估計器的期望值與方差300
9.4.4 實現PSD的估計器301
9.5 時延和相位估計303
9.5.1 無噪聲環境下載波相位和定時
同步的估計304
9.5.2 分組估計器305
9.6 性能的目測指標308
9.6.1 眼圖308
9.6.2 散布圖309
小結310
思考與練習310
仿真實驗311
第10章 通信仿真中的性能指標估計312
10.1 信噪比估計312
10.1.1 信噪比估計器的形式312
10.1.2 估計器的統計特性314
10.1.3 估計器的實現315
10.2 數字系統性能估計318
10.2.1 理論框架318
10.2.2 MC估計器的形式320
10.2.3 MC估計器的置信區間321
10.2.4 MC估計器的均值和方差324
10.3 尾部外推法326
10.3.1 估計器形式326
10.3.2 估計器的性能分析與實現329
10.4 重要事件采樣法330
10.4.1 重要事件采樣法工作原理330
10.4.2 偏差概率密度函數的選擇332
小結333
思考與練習334
仿真實驗334
附錄A 傅里葉變換335
附錄B 離散傅里葉變換（DFT）337
附錄C 幾種通信系統仿真中常用的
概率分布339
附錄D 誤差函數表340
參考文獻341
新書資訊