第二章 MATLAB仿真技术
后，下一步是获取实际通信系统的各种参数，如通信系统占用的带宽及其频率分布，系统对于特定的输入信号产生的输出等。同时，对于通信系统中的各个随机变量，可以采集这些变量的数据，然后通过数学工具来确定随机变量的分布特性。
有了上面的准备工作，下一步就可以通过仿真软件来建立仿真模型了。 (2)仿真实验
仿真实验是一个或一系列针对仿真模型的测试。在仿真实验中，通常需要多次改变仿真模型输入信号的数据，以观察和分析仿真模型对这些输入信号的反应，以及仿真系统在这个过程中表现出来的性能。需要强调的一点是，仿真过程中使用的输入数据必须具有一定的代表性，即能够从各个角度显著地改变仿真输出信号的数值。
实施仿真之前需要确定的另外一个因素是性能尺度。性能尺度指的是能够衡量仿真过程中系统性能的输出信号的数值（或根据输出信号计算得到的数值），因此，在实施仿真之前，首先需要确定仿真过程中应该收集哪些仿真数据，这些数据以什么样的格式存在，以及收集多少数据。在明确了仿真系统对输入信号的要求之前，最好把这些设置整理成一份简单的文档。编写文档是一个好习惯，它能够帮助我们回忆起仿真过程的一些细节。当然，文档的编写不一定要求很规范，并且文档的大小应视仿真设计的规模而定。最后，还应该明确各个输入信号的初始设置以及仿真系统内部各个状态的初始值。
仿真的运行实际上是计算机的计算过程，这个过程一般不需要人工干预，花费的时间由仿真的复杂度确定。如果需要比较仿真系统在不同参数设置下的性能，应该使仿真系统在取不同参数值时具有相同的输入信号，这样才能保证分析和比较的客观性和可靠性。
(3)仿真分析
仿真分析是一个通信系统仿真流程中的最后一个步骤。在仿真分析过程中，用户已经从仿真过程中获得了足够多的关于系统性能的信息，但是这些信息只是
— 8 —
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
一个原始的数据，一般还需要经过数值分析和处理才能够获得衡量系统性能的尺度，从而获得对仿真系统的一个总体评价。常用的系统性能尺度包括平均值，方差，标准差，最大值和最小值等，它们从不同的角度描绘了仿真系统的性能。
图表是最简洁的说明工具，它具有很强的直观性，便于分析和比较，因此，仿真分析的结果一般都绘制成图表形式。我们使用的仿真工具一般都具有很强的绘图功能，能够便捷地绘制各种类型的图表。 2.1.3 仿真技术在通信系统设计中的作用
仿真技术的主要应用之一就是辅助系统的设计过程，也就是计划、设计和实现通信系统的过程。实际系统的设计不同于传统的分析问题，它有自己的特点。在设计过程中，不能依靠对系统各单元特性的详细而精密的了解，这里面有现实而又重要的原因。
系统设计师的基本目的是制造出一个系统使它在预计的使用寿命内满足一定的性能指标。假如我们已经有了一个能满足一定性能的具体设计方案，所谓具体设计方案，就是说系统中的每个部件都唯一地用一定的函数来描述。 2.1.4 仿真的应用
我们主要通过以下几种仿真方法，讲述目前正迅猛发展的仿真技术的许多的新的思想。
(1)针对光纤系统，研究的重点是光检测器的特性。光纤系统中误码率是很小的，这样我们就可能在该例子采用运行时间减小技术配合蒙特卡罗仿真方法。
(2)主要研究多径衰落环境下64QAM无线中继系统的错误概率性能（BER）的估计。在该系统中，不同的QA输出可表示为单个基本脉冲时延加权的和，仿真就是产生这些基本脉冲。进而计算BER。
(3)主要是检测数字卫星通信系统的环境。这个系统中含有非线性，这是一个难以处理的问题。另一个问题是模型描述越详细，仿真就变得复杂费时。在这个研究中，我们应当掌握复杂性与准确性的平衡，在降低复杂性时，采用一些技
9
第二章 MATLAB仿真技术
巧避免准确性的过分降低。
(4)野战网初始拓扑的优化问题。由于网络节点和用户都在运动之中，节点数和用户数都可能十分大，要保证野战网覆盖制定的地域范围，并在很恶劣的战场环境下具有很好的抗毁能力，网络的设计必须考虑很多参数，这可能使网络仿真的运行时间过长，启发算法利用迭代逼近，使得设计结果与仿真运行时间能取得较好的折衷。
(5)关于自适应滤波器的性能仿真
2.2 MATLAB简介
2.2.1 MATLAB的概念,主要特点是,以及它的应用
什么是MATLAB?
MATLAB软件系列产品是一套高效强大的工程技术数值运算和系统仿真软件，广泛应用于当今的航空航天、汽车制造、半导体制造、电子通信、医学研究、财经研究和高等教育等领域，被誉为“巨人肩膀上的工具”。研发人员借助MATLAB软件能迅速测试设想构想，综合评测系统性能，快速设计更好方案来确保更高技术要求。同时MATLAB也是国家教委重点提倡的一种计算工具。
MATLAB 软件是美国 Math works 公司的产品，MATLAB 是英文 MATrix LABoratory(矩阵实验室)的缩写。从1984年推出了它的第一个DOS版本至今，一经推出了6.5版。Matrix Laboratory意为“矩阵实验室”，从它的本意可以知道，最初的MATLAB只是一个数学计算工具。但现在的MATLAB已经远不仅仅是一个“矩阵实验室”，它已经成为一个集概念设计、算法开发、建模仿真、实时实现于一体的集成环境，它拥有许多衍生的子集工具。
新的版本集成了日常数学处理中的各种功能，包括高效的数值计算、矩阵运算、信号处理和图形生成等等的常用功能。在 MATLAB 环境下，用户可以集成地进行程序设计、数值计算、图形绘制、输入输出、文件管理等各项操作。 MATLAB 提供了一个人机交互的数学系统环境，该系统的基本数据结构是矩阵，
—10 —
南京工业大学本科生毕业设计（论文）
在生成矩阵对象时，不要求作明确的维数说明，所谓交互式语言，是指人们给出一条命令，立即就可以得出该命令的结果。该语言无需像 C 和 Fortran 语言那样，首先要求使用者去编写源程序，然后对之进行编译、连接，最终形成可执行文件。这无疑会给使用者带来了极大的方便，因此，利用 MATLAB可以节省大量的编程时间。2002年6月Mathworks公司正式推出MATLAB Release 13，即MATLAB 6.5／Simulink 5.0 这是目前应用最广的版本。
MATLAB主要由C语言编写而成，采用LAPACK 为底层支持软件包。 MATLAB的编程非常简单，它有着比其他任何计算机高级语言更高的编程效率、更好的代码可读性和移植性，以致被誉为“第四代”计算机语言，MATLAB是所有MathWorks公司产品的数值分析和图形基础环境。此外MATLAB 还拥有强大的2D和3D甚至动态图形的绘制功能，这样用户可以更直观、更迅速的进行多种算法的比较，从中找出最好的方案。
从通信系统分析与设计、滤波器设计、信号处理、小波分析、神经网络到控制系统、模糊控制等方面来看，MATLAB提供了大量的面向专业领域的工具箱。通过工具箱，以往需要复杂编程的算法开发任务往往只需一个函数就能实现，而且工具箱是开放的可扩展集，用户可以查看或修改其中的算法，甚至开发自己的算法。
目前，MATLAB已经广泛地应用于工程设计的各个领域，如电子、通信等领域；它已成为国际上最流行的计算机仿真软件设计工具。现在的MATLAB不再仅仅是一个矩阵实验室，而是一种实用的、功能强大的、不断更新的高级计算机编程语言。
2.2.2 MATLAB的主要特点
(1)科学计算
MATLAB是一种面向科学与工程计算的高级语言，允许采用数学形式的语言编写程序。用MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题，
11
第二章 MATLAB仿真技术
因此MATLAB语言被称为“演算纸式”科学计算语言。MATLAB拥有五百多种数学、统计及工程函数，可使用户立刻实现所需强大的数学计算功能。 (2)先进的可视化工具
MATLAB提供功能强大的、交互式的二维绘图和三维绘图功能。可使用户创建富有表现力的彩色图形。 (3)直观灵活的语言
MATLAB不仅仅是是一套打好包的函数库，同时也是一种高级的、面向对象的编程语言。 (4)开放性、可扩展性强
M文件是可见的MATLAB程序，所以用户可以查看源代码。开放的系统设计使用户能够检查算法的正确性，修改已存在的函数，或者加入自己的新部件。
(5)特殊应用工具箱
MATLAB的工具箱加强了对工程及科学种特殊应用的支持。工具箱也和MATLAB一样是完全用户化的，可扩展性强。将某个或某几个工具箱与MATLAB联合使用，可以得到一个功能强大的计算组合包，满足用户的特殊要求。 (6)使用方便
MATLAB语言是一种解释型语言，执行之前不需要进行专门的编译。一般情况下，在采用任何高级语言编写和调试程序时需要经历4个阶段，即编辑、编译、链接以及执行调试，并且这四个步骤之间是顺次执行的。MATLAB语言与其他语言相比，较好地解决了上述的问题。 (7)强大的图形处理功能 2.2.3 MATLAB强大的功能 MATLAB有哪些功能？
—12 —