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现代通信系统综合实践(二)—仿真建模设计篇(仿真通信系统建模模型设计)

少女玫瑰心 2024-07-24 23:01:27 0

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我们在上一期文章中曾经讲述过通信系统综合实践是通信工程专业建设过程中非常重要的一部分;因为实际工作中,我们在设计通信系统前,就必须通过仿真建模设计对通信系统进行有效的模拟和验证,以实现相关光电器件和测试设备的配置、优化和改进。
为什么要这么做呢?这样做的目的是什么呢?如下所述:

1. 验证理论:通过仿真建模,可以将通信系统的理论模型转化为可操作的仿真实验模型,从而对理论测算值进行分析、验证和校准;这将助于将我们头脑中估算通信系统的理论测试值进行核对,从而指导实际通信系统的建设。
如下图所示,实际系统、数学模型和(计算机)工具之间的关系是密不可分的,其中系统是研究对象、模型是系统抽象、仿真则是模型实验,它们在实际通信系统的建设过程前后是闭环的关系。

实际系统、数学模型和(计算机)工具之间的关系是密不可分的

现代通信系统综合实践(二)—仿真建模设计篇(仿真通信系统建模模型设计) 软件开发
(图片来自网络侵删)

2. 优化系统:仿真建模可以对系统中的光电器件和线缆配置进行优化设计;通过调整下述环节(例如信道预编码、编码、解码、调制、解调、加密、解密、数字信号处理(DSP)、人工智能(AI)算法等)中的各种关键参数,可以找到最优配置,从而整体提高待设计的通信系统的性能。

调整人工智能(AI)算法等中的各种关键参数,可以找到最优配置

3. 评估性能:仿真建模可以模拟不同外部环境(例如不同的信道条件、不同的噪声水平等)下的通信系统收发及传输信号性能;这有助于为实际系统的设计和部署提供性能参考依据。

4. 排查故障:仿真建模可以帮助排查待设计或搭建的实际通信系统中的故障和问题;通过模拟故障可能发生情况,可以定位并设法修复系统中的问题,从而在实际通信系统建设时减轻或消除故障发生的可能性。

仿真建模可以帮助排查待设计或搭建的实际通信系统中的故障和问题

5. 降低成本:仿真建模国产并不需要真实的硬件设备和实验环境,可以大大降低物理实验和系统验证的成本;同时,通过仿真实验,可以减少实际实验的次数和时间,提高实验效率。
还有一个作用是:我们可以以非常低的成本站在系统整体分析的视角,充分掌握系统的实际成本耗费并进行预算。

6. 创新新技术验证:仿真建模可以用来评估创新通信技术和信息数字信号处理(DSP)算法的应用可行性和先进性;而且通过模拟创新技术在通信系统中的应用,可以改进创新技术的实施方法,优化关键器件和线缆的配置,评估其通信性能和可靠性效果,为实际应用提供参考。

仿真建模可以用来评估创新通信技术和信息数字信号处理(DSP)算法的应用可行性和先进性

7. 保证灵活性和可重复性:仿真建模过程具有较高灵活性和可重复性;我们可以依据实际需求随时改变和调整系统中的所有可配置参数,并可以多次重复开展实际仿真实验以获得可靠结果。

一般而言,通信系统综合实践中的仿真建模设计步骤包含以下五个阶段:

1. 问题定义和系统建模:在通信系统综合实践中,需要明确设计或研究的问题及目标。
依据问题定义,我们设计设计相应的通信系统模型,可以包括信道模型、发送端和接收端模型、噪声模型等;上述模型一般能够反映实际通信系统中的各种工作特性和信号处理行为。

2. 仿真和测试参数设置:依据仿真建立的通信系统模型,需要设定相应的仿真和测试参数,包括信道特性、收发信号的调制解调方式、编解码方案、信噪比、误码率、眼图、频谱图、星座图、收发功率、放大器参数等。
需要特别注意的是:仿真参数的设置应依据实际通信系统的特点和要求进行,并在此基础上优化改进。

仿真参数的设置应依据实际通信系统的特点和要求进行,并在此基础上优化改进

3. 模型实现和仿真运行:在仿真环境中,可以将通信系统模型用程序代码、或用专业仿真软件、或者联合上述二者同时实现,再进行仿真运行。
仿真运行过程中,需要对仿真实验结果进行实时监测和分析(通常我们在仿真系统中的收发两端或在信道中的某个节点模拟测试设备),以便及时发现和解决信号的收发及传输问题。

4. 结果分析和优化:通过对仿真结果的分析可以评价通信系统的性能;依据分析结果(尤其在5G时代实际工作中),我们必须对通信系统模型和仿真参数进行优化配置,以提高通信系统的整体工作性能。
在上述过程中,有可能需要反复调整和优化模型配置和参数设定值,直到达到满意的综合性能指标。

必须对通信系统模型和仿真参数进行优化配置,以提高通信系统的整体工作性能

5. 结论总结和报告撰写:完成仿真建模和优化系统后,需要对整个综合仿真实践过程进行总结及分析,并撰写相应的建议报告;报告中应该包括问题定义、系统建模过程、仿真参数设置、模型实现结果测试、系统中结果分析和总结等内容,以及对搭建实际通信系统的建议。

需要注意的是,以上步骤是一个基本的流程,具体操作可能因不同种类实际通信系统和要求而有所差异;因此,在实际操作中,还需要依据需求具体情况进行调整和完善。

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