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电子与通信系统仿真 授课老师 谭晓衡电话 65105925 509E Mail txh 1 模型与仿真系统2仿真与建模方法论3电子系统建模与仿真4通信系统建模与仿真5仿真实例5 1电子系统5 2通信系统 主要内容 1系统 模型与仿真 1 1系统的基本概念1 2模型的基本概念1 3仿真1 4系统 模型与仿真间的关系 1 1系统的基本概念 系统 system 是指由若干相互关联 相互作用的事物按一定规律组合而成的具有特定功能的整体系统可以具有不同的属性和规模系统是一个实体 该实体通过其各组成部分间的相互作用而维持系统的特性在其任何部分无法找到 而是显现在系统各部分的相互作用中系统可以分为连续系统和离散系统 1 1系统的基本概念 定义一个系统 需要确定系统的边界边界确定了系统的范围边界以外对系统的作用称为系统的输入系统对边界以外的环境的作用称为系统的输出描述系统的三要素 即实体 属性和活动实体确定了系统的构成 也就确定了系统的边界属性也称为变量 描述了每一实体的特征活动定义了系统内部实体之间的相互作用 从而确定了系统内部发生的变化过程 为了研究 分析 设计和实现一个系统 需要进行实验真实系统构造模型模型 model 是由人工将系统在时间域或空间域所作的简化描述 目的在于促进对真实系统的认识和理解由于客观世界的复杂性 为了便于认识和改造客观世界 可以借助于模型来简化和抽象系统 1 2模型的基本概念 1 2模型的基本概念 采用模型的主要原因真实系统还未建立 了解未来系统的性能真实系统实验可能引起破坏和故障需要多次实验 难以保证相同的实验条件实验时间和费用根据建模方法不同 模型可分为物理模型 按一定比例尺仿照真实系统的 样子 制作 如沙盘模型直观 形象化 但造价贵且耗时长 且不灵活数学模型 用数学表达式来描述系统的内在规律方便 经济 但不一定真实 基于数学模型 系统分类系统的激励是连续信号时 响应也是连续信号 即为连续系统 数学模型是微分方程系统的激励是离散信号时 响应也是离散信号 即为离散系统 数学模型是差分方程混合系统 激励连续或离散 响应为离散或连续 以及连续和离散系统组合使用 1 2模型的基本概念 基于系统的数学模型输入输出信号个数 分类单输入 单输出系统 SISO 多输入 多输出系统 MIMO 单输入 多输出系统 SIMO 多输入 单输出系统 MISO 1 2模型的基本概念 1 2模型的基本概念 从数学模型的观点来观察系统 系统的输入信号和输出信号之间存在如下的函数关系 1 1 T是算子 意思是经过算子T所规定的运算 得到对于系统来讲 激励作用于系统 所引起的响应为 1 2模型的基本概念 基于式 1 1 函数关系式 数学模型 的特点出发 系统可以分为线性和非线性系统线性满足齐次性 线性满足可加性 时变和时不变系统系统的参数都是常数 有线通信系统的参数是随时间随机变化 无线通信信道因果和非因果系统激励是产生响应的原因 激励出现在响应之前 因果稳定和不稳定系统有界输入 有界输出 等幅振荡信号或衰减信号发散系统 指数振荡Z或S平面 零极点 1 2模型的基本概念 描述线性时不变系统的数学模型是常系数线性微分 差分 方程描述线性时变系统的数学模型是变系数线性微分 差分 方程 1 3仿真 仿真 simulation 是一个模型在时间域或空间域的运行和操作 仿真有助于人们对系统中相互作用的感知和系统中所发生事件的深入了解1961年 摩尔根斯特首次对 仿真 技术定义 即仿真是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 考恩定义仿真为用能代表所研究的系统模型作实验1982年 斯普瑞特定义仿真活动为所有支持模型建立与模型分析的活动1984年 欧恩给出仿真的基本概念框架 即 建模 实验 分析 提出了 仿真是一种基于模型的活动 1 3仿真 根据模型的种类不同 系统仿真分为 物理仿真 按照系统建立实物模型数学仿真 绝大多数都是数学仿真半实物仿真 理解带有控制器的仿真 1 4系统 模型和仿真间关系 三者关系系统是研究的对象模型是系统的抽象仿真则是通过对模型的实验以达到研究系统的目的手段与方法人们一般是在计算机上对系统的数学模型进行实验 故系统仿真简称计算机仿真 2仿真与建模方法论 2 1仿真的方法论2 2建模的基本概念2 3性能评估方法2 4仿真中的误差源2 5系统仿真的验证2 6仿真在通信系统设计中的应用 2 1仿真的方法论 仿真方法论 关于如何构建和怎样运行仿真系统实际系统都很复杂 很难完整地实现仿真以某种方式降低问题的复杂度将一个问题分解为多个小问题 把这些小问题的解决方案按照某种方式进行组合 这个组合系统对解决整个大 复杂 问题很有价值 即对问题进行分层 不同层次的仿真 其方法和目的不同 如通信系统仿真 同步 编码等 仿真分为四个层次 系统级仿真 子系统级仿真 元件级仿真和电路层仿真越高层次仿真 抽象越多 模型细节越少越低层次仿真 与实际硬件相近 细节和参数越多在通信系统波形级仿真 很少涉及电路层仿真 2 1仿真的方法论 仿真的步骤仿真问题的提出仿真系统分析建立系统的数学模型数据收集根据数学模型建立系统仿真的计算机仿真模型仿真模型验证计算机仿真模型的运行仿真结果分析 2 2建模的基本概念 根据模型对象不同 分为仿真模型和分析模型 分析模型比较简单和理想化仿真模型较为复杂 是实际系统客观 真实的再现构建仿真模型存在两个矛盾 希望模型尽可能准确尽量减少计算机资源 即降低存储容量和运行时间一般式折中处理 模型通过近似处理能满足输出允许误差建模是分层次的 高层模型 不依赖具体的物理模型 如滤波器传递函数 线性系统低层模型 即电路模型 用不同的微分方程代表部件 如有非线性设备时 2 2建模的基本概念 成功的仿真系统建模应做到 仿真框图与实际系统一样输入信号的统计特性接近真实信号的统计特性模型器件的工作方式和真实器件一样建模结构分类 系统建模系统模型是一种拓扑结构仿真框图与真实系统越接近 精确度就越高应尽可能采用高层模型 确保计算效率子系统思想 验证调制解调时 假定同步子系统理想设备建模在子系统层次上就是一个方框图 能完成一定的功能 如调制解调 同步等或放大器 滤波器等过程建模信源 噪声和干扰随机过程建模 随机信道建模 等价随机过程建模 根据统计特性对这些随机过程建模 2 3性能评估方法 仿真的主要目的之一是性能估计性能1 运行时间和计算机内存性能2 模拟系统 信噪比 数字系统 误码率数字系统 一般使用蒙特卡洛方法 即让N个符号通过系统 并计算发生差错的个数 蒙特卡洛是无偏的 N越小 估计的方差就越大 N越大 估计的方差就越小 N趋近无穷时 估计值收敛于真实值仿真时在仿真精度与仿真运行时间之间存在一个折中 2 4仿真中的误差源 系统仿真的准确性受模型误差和处理误差限制模型误差系统模型误差为了降低仿真时的复杂度 近似或简化处理 一般作系统仿真时 没有考虑天线的带宽因素 只考虑了增益设备模型误差设备的数学模型与真实模型差异 如级数模型 不可能采用无穷级数 最多3 5级 如定义一个非线性放大器随机过程误差在仿真时间限制下 产生信号的统计特性不能达到真实信号的统计特性 2 4仿真中的误差源 处理误差 是仿真本身固有的属性 由模型的描述误差 计算机内存字长的有限性 计算机的运行时间和精度等因素造成 受到计算能力 计算手段和方法论限制连续信号的时间离散引起的混叠误差计算机内存无法存储无线冲激响应数字表达不能满足无限精度要求运行时间限制不能得到准确的随机过程的统计特性处理误差在某种程度是可以控制的 这是以牺牲运算量为代价的 2 5系统仿真的验证 关于系统仿真误差的任何度量 都必须与已知或者假设正确的参考值联系起来比对 才有意义证明系统仿真结果与正确结果足够接近的过程称为验证接近的标准与应用的具体目标有关系 且还有一定的主观性实际上 在系统仿真时 事先并不知道将要处理系统的具体性能和特征 系统仿真的验证可以在实际系统给出或说明后在进行还可以独立于特定系统 对系统仿真中的单元进行验证 这些单元是构造任何系统模块的基本构件 2 6仿真在电子与通信系统设计中的应用 仿真在通信系统工程设计的各个阶段都起着十分重要的作用概念设计阶段根据SNR 仿真性能指标工程实现阶段波形级仿真 对子系统和各个模块指标细化硬件开发阶段关键部件 子系统仿真测试测试阶段仿真结果与测试结果比对 3电子系统建模与仿真 3 1电子系统仿真3 2电子系统仿真所涉计的领域及对象3 2常用的电子系统仿真软件 3 1电子系统仿真 为了大幅度提高效率 在研制新型电子系统过程中 采用思路 提出一个设想对其进行仿真以验证设想的可行性 并预测其性能参数达到预期效果后 进行硬件实现电子系统可以抽象为线性器件和非线性器件组成的数学模型电子系统仿真就是根据适当的模型对实际的电子系统进行实验研究的过程数学模型的正确建立 数学模型与实际系统的近似程度 是电子系统仿真的关键 3 1电子系统仿真 电子系统仿真步骤 根据要分析的电子系统 建立相应的数学模型找到合适的仿真算法应用仿真语言编制计算程序根据初步的仿真结果对该数学模型进行验证进行系统仿真 并认真地分析仿真的结果常用的电子系统的数学模型和仿真算法有 微分方程 差分方程 积分方程 积分变换等时域和频域数字通信系统中也普遍采用电子系统仿真的方法 如RS编码 调制解调 3 2电子系统仿真所设计的领域及仿真对象 电子系统涉及的领域这儿讲的电子系统 主要涵盖电子科学与技术领域 涉及电路与系统 电磁场与波 电子学比如电子元件 电路 网络与系统等电子系统仿真更关注元件级仿真和电路层仿真等底层仿真 3 2电子系统仿真所设计的领域及仿真对象 仿真领域波形发生器 滤波器设计电路和网络调谐回路 小信号放大器 传输线 电缆均衡器二端口网络电子元件的门电路设计系统模拟电子系统 模拟调制解调 广播 电视 卫星电视 数字电子系统 数字调制解调 数字卫星电视 仿真分析对象常规电路分析 电路瞬态和稳态分析 时域和频域分析 器件的线性和非线性分析 电路的噪声分析和失真分析其他分析 离散傅里叶分析 电路零极点分析 交直流灵敏度分析和电路容差分析等 3 3常用的电子系统仿真软件 PSPICEMultisimOrCADProteusEWB射频EDA仿真软件 PSPICE 用于模拟电路仿真的SPICE SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis 软件于1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用FORTRAN语言开发而成 主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计 PSPICE采用自由格式语言的5 0版本自80年代以来在我国得到广泛应用 并且从6 0版本开始引入图形界面1998年著名的EDA商业软件开发商ORCAD公司与Microsim公司正式合并 自此Microsim公司的PSPICE产品正式并入ORCAD公司的商业EDA系统中ORCAD公司已正式推出了ORCADPSPICERelease10 5 与传统的SPICE软件相比 PSPICE10 5在三大方面实现了重大变革 在对模拟电路进行直流 交流和瞬态等基本电路特性分析的基础上 实现了蒙特卡罗分析 最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特性分析不但能够对模拟电路进行 而且能够对数字电路 数 模混合电路进行仿真集成度大大提高 电路图绘制完成后可直接进行电路仿真 并且可以随时分析观察仿真结果 PSPICE PSPICE软件具有强大的电路图绘制功能 电路模拟仿真功能 图形后处理功能和元器件符号制作功能 以图形方式输入 自动进行电路检查 生成图表 模拟和计算电路它的用途非常广泛 不仅可以用于电路分析和优化设计 还可用于电子线路 电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学与印制版设计软件配合使用 还可实现电子设计自动化被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件 具有广阔的应用前景电路设计软件有很多 它们各有特色如Protel和Tango 它对单层 双层电路板的原理图及PCB图的开发设计很适合对于布线复杂 元件较多的四层及六层板来说ORCAD更有优势但在电路系统仿真方面 PSPICE可以说独具特色 是其他软件无法比拟的 它是一个多功能的电路模拟试验平台 PSPICE软件由于收敛性好 适于做系统及电路级仿真 具有快速 准确的仿真能力注 其实一个软件 早期功能可能很单一 随着发展 其实都集成了很多功能 但是仍然存在专业软件在某一方面的独到性 Multisim Multisim是美国国家仪器 NI 有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具 适用于板级的模拟 数字电路板的设计工作它包含了电路原理图的图形输入 电路硬件描述语言输入方式 具有丰富的仿真分析能力工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图 并对电路进行仿真 Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容 这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获 仿真和分析新的设计 这也使其更适合电子学教育通过Multisim和虚拟仪器技术 PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程 Multisim Multisim发展简介加拿大EWB ElectricalWorkbench EWB4 0EWB5 0EWB6 0Multisim2001Multisim7Multisim8美国国家仪器 NI 有限公司Multisim9Multisim10Multisim11 multisim9 Multisim被美国NI公司收购以后 其性能得到了极大的提升 最大的改变就是 Multisim9与LABVIEW8的完美结合 其新特点 可以根据自己的需求制造出真正属于自己的仪器所有的虚拟信号都可以通过计算机输出到实际的硬件电路上所有硬件电路产生的结果都可以输回到计算机中进行处理和分析Multisim9组成 构建仿真电路仿真电路环境multimcu 单片机仿真FPGA PLD CPLD等仿真通信系统分析与设计的模块PCB设计模块 直观 层板32层 快速自动布线 强制向量和密度直方图自动布线模块 multisim9 仿真内容器件建模及仿真模拟器件 二极管 三极管 功率管等 数字器件 74系列 COMS系列 PLD CPLD FPGA器件电路的构建及仿真单元电路 功能电路 单片机硬件电路的构建及相应软件调试的仿真系统的组成及仿真Commsim含有200多个通用通信和数学模块 包含工业中的大部分编码器 调制器 滤波器 信号源 信道等 Commsim中的模块和通常通信技术中的很一致要观察仿真的结果 你可以有多种选择 时域 频域 XY图 对数坐标 比特误码率 眼图和功率谱仪表仪器原理及制造仿真可以任意制造出属于自己的虚拟仪器 仪表 并在计算机仿真环境和实际环境中进行使用 multisim9 PCB的设计及制作 产品级版图的设计及制作美国NI公司提出的理念 把实验室装进PC机中软件就是仪器 OrCAD OrCAD是一套在PC上极受欢迎的电子设计自动化套装软件 专门用来让电子工程师设计电路图及相关图表 设计印刷电路板所用的印刷图 及电路的模拟之用OrCAD是一个混合名词 反映了软件的发源地 俄勒冈 Oregon 计算机辅助设计 CAD OrCADPspice为美国OrCAD公司在1998年与Microsim公司合并之后 将其众所皆知Pspice集成到原先OrCAD系统 包含 电路图输入 的OrCADCapture 印刷电路板布局 的OrCADLayout及 可编程逻辑 ProgrammableLogic 电路合成 的OrCADExerpss 内的一套计算机辅助电路分析软件在2000年 OrCAD公司被益华计算机 CadenceDesignSystem Inc 收购 并推出OrCAD9 21 2009年 Orcad正式推出16 3版本 OrCAD ORCADCapture 以下以Capture代称 是一款基于Windows操作环境下的电路设计工具 利用Capture软件 能够实现绘制电路原理图以及为制作PCB和可编程的逻辑设计提供连续性的仿真信息ORCAD是由ORCAD公司于八十年代末推出的EDA软件 它是世界上使用最广的EDA软件 由于ORCAD软件使用了软件狗防盗版 因此在国内它并不普及 知名度也比不上PROTELORCAD公司在2000年七月与CADENCE公司合并后 成为世界上最强大的开发EDA软件的公司 它的产品ORCAD世纪集成版工作于WINDOWS95与WINDOWSNT环境下 集成了电原理图绘制 印制电路板设计 模拟与数字电路混合仿真等功能 它的电路仿真的元器件库更达到了8500个 收入了几乎所有的通用型电子元器件模块 Proteus Proteus是英国Labcenter公司开发的电路分析与实物仿真软件 它运行于Windows操作系统上 可以仿真 分析 SPICE 各种模拟器件和集成电路 该软件的特点是 实现了单片机仿真和SPICE电路仿真相结合 具有模拟电路仿真 数字电路仿真 单片机及其外围电路组成的系统的仿真 RS232动态仿真 I2C调试器 SPI调试器 键盘和LCD系统仿真的功能 有各种虚拟仪器 如示波器 逻辑分析仪 信号发生器等支持主流单片机系统的仿真 目前支持的单片机类型有 ARM7 LPC21xx 8051 52系列 AVR系列 PIC10 12 16 18系列 HC11系列以及多种外围芯片 提供软件调试功能在硬件仿真系统中具有全速 单步 设置断点等调试功能 同时可以观察各个变量 寄存器等的当前状态 因此在该软件仿真系统中 也必须具有这些功能同时支持第三方的软件编译和调试环境 如KeilC51uVision2 MPLAB等软件具有强大的原理图绘制功能 Proteus 该软件是一款集单片机和SPICE分析于一身的仿真软件 功能极其强大proteus6 5是目前最好的模拟单片机外围器件的工具 可以仿真51系列 AVR PIC等常用的MCU及其外围电路 如LCD RAM ROM 键盘 马达 LED AD DA 部分SPI器件 部分IIC器件 proteus与multisim比较类似 只不过proteus可以仿真MCU EWB ELECTRONICSWORKBENCHEDA 以下简称EWB EWB软件是交互图像技术有限公司 INTERACTIVEIMAGETECHNOLOGIESLtd 在九十年代初推出的EDA软件 但在国内开始使用却是近几年的事 现在普遍使用的是在WIN95环境下工作的EWB5 0相对其它EDA软件而言 它是个较小巧的软件 只有16M 功能也比较单一 就是进行模拟电路和数字电路的混合仿真 但你绝对不可小瞧它 它的仿真功能十分强大 可以几乎100 地仿真出真实电路的结果 而且它在桌面上提供了万用表 示波器 信号发生器 扫频仪 逻辑分析仪 数字信号发生器 逻辑转换器等工具 它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件 集成电路和数字门电路芯片 器件库中没有的元器件 还可以由外部模块导入 EWB EWB建立在SPICE基础上 它具有以下突出的特点 采用直观的图形界面创建电路 在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台 绘制电路图需要的元器件 电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似 可以实时显示测量结果EWB软件带有丰富的电路元件库 提供多种电路分析方法作为设计工具 它可以同其它流行的电路分析 设计和制板软件交换数据 其文件格式可以导出成能被ORCAD或PROTEL读取的格式EWB还是一个优秀的电子技术训练工具 利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验 仿真电路的实际运行情况 熟悉常用电子仪器测量方法 射频EDA仿真软件 微波射频领域主要的EDA工具首推Agilent公司的ADS软件和Ansoft公司的HFSS Designer软件以及CST 其次是比较小型的有MicrowaveOffice AnsoftSerenade Zeland XFDTD Sonnet FEKO等电路设计软件ADS AdvancedDesignSystem 是美国Agilent公司推出的电路和系统分析软件 它集成多种仿真软件的优点 仿真手段丰富多样 可实现包括时域和频域 数字与模拟 线性与非线性 高频与低频 噪声等多种仿真分析手段 范围涵盖小至元器件 大到系统级的仿真分析设计 ADS能够同时仿真射频 RF 模拟 Analog 数字信号处理 DSP 电路等 射频EDA仿真软件 AnsoftHFSS 是Ansoft公司推出的三维电磁仿真软件 是世界上第一个商业化的三维结构电磁场仿真软件 业界公认的三维电磁场设计和分析的电子设计工业标准HFSS提供了一简洁直观的用户设计界面 精确自适应的场解器 拥有空前电性能分析能力的功能强大后处理器 能计算任意形状三维无源结构的S参数和全波电磁场HFSS软件拥有强大的天线设计功能 它可以计算天线参量 如增益 方向性 远场方向图剖面 远场3D图和3dB带宽绘制极化特性 包括球形场分量 圆极化场分量 Ludwig第三定义场分量和轴比使用HFSS 可以计算基本电磁场数值解和开边界问题 近远场辐射问题端口特征阻抗和传输常数S参数和相应端口阻抗的归一化S参数结构的本征模或谐振解由AnsoftHFSS和AnsoftDesigner构成的Ansoft高频解决方案 是目前唯一以物理原型为基础的高频设计解决方案 提供了从系统到电路直至部件级的快速而精确的设计手段 覆盖了高频设计的所有环节 4通信系统建模与仿真 4 1通信系统仿真4 2通信系统仿真所涉计的领域及对象4 3常用的通信系统仿真软件 4 1通信系统仿真 通信系统是指完成信息传输所需要的一切设备及传输媒质的总和广义地讲 通信系统涵盖全球通信网络 地球同步卫星 陆地微波传输系统 集群通信系统 个人通信系统或者一个调制解调器每个系统涉及不同的层次点对点数字通信模型一般由信源编译码 信道编译码 调制解调器 信道等组成考虑信道共享 有FDM TDM CDM等技术对于多点之间的通信 涉及多址技术和交换技术 整个通信系统就构成一个通信网络 故牵涉网络仿真软件 4 1通信系统仿真 通信系统的仿真基本步骤 将给定问题映射为仿真模型把整个问题分解为一组子问题选择一套合适的建模 仿真和估计方法 并将其应用于解决这些子问题综合各子问题的解决结果 以提供对整个问题的解决方案对整个通信系统的仿真是一个复杂的问题 需要把问题分层 不同层次的仿真 其方法与目的不同 4 2通信系统仿真所涉计的领域及对象 涉及的领域 通信原理 数字信号处理 概率论 信号检测与估计 随机过程理论 信号与系统理论 计算机科学和数论掌握通信原理是通信系统仿真的关键 主要涉及系统结构 各种通信技术 如调制解调技术 多址技术及编码技术数字信号处理是用于开发构成通信系统仿真模型的算法 现代通信系统的许多新技术都涉及算法 如智能天线 自适应均衡和滤波 参数模型估计通信系统的性能指标通常以概率表示 如差错概率仿真需要处理的信号和噪声 以及无线信道描述 都要用到随机过程理论 4 2通信系统仿真所涉计的领域及对象 涉及的对象 模拟系统 波形 频谱 信噪比数字系统 波形 频谱 信噪比 误码率 眼图 星座图 矢量误差等 4 3常用的通信系统仿真软件 LabVIEWSystemViewMATLAB SIMULINK主流网络仿真软件注 其实也支持电子系统仿真 而前面归类的电子系统仿真软件 其实也支持通信系统仿真只是各种软件在发展初期 主要偏重某一个领域 后来扩展和集成 功能就强大和全面当然 每个软件都有一个自己最擅长的领域通信系统仿真软件偏重于顶层仿真 而电子系统仿真软件偏重于底层仿真 LabVIEW LabVIEW是一种程序开发环境 由美国国家仪器 NI 公司研制开发的 类似于C和BASIC开发环境LabVIEW与其他计算机语言的显著区别是 其他计算机语言都是采用基于文本的语言产生代码 而LabVIEW使用的是图形化编辑语言G编写程序 产生的程序是框图的形式LabVIEW LaboratoryVirtualinstrumentEngineeringWorkbench 是一种图形化的编程语言的开发环境 它广泛地被工业界 学术界和研究实验室所接受 视为一个标准的数据采集和仪器控制软件LabVIEW集成了与满足GPIB VXI RS 232和RS 485协议的硬件及数据采集卡通讯的全部功能内置了便于应用TCP IP ActiveX等软件标准的库函数 这是一个功能强大且灵活的软件利用它可以方便地建立自己的虚拟仪器 其图形化的界面使得编程及使用过程都生动有趣它主要的方便就是 一个硬件的情况下 可以通过改变软件 就可以实现不同的仪器仪表的功能 非常方便 是相当于软件即硬件 SystemView SystemView是美国ELANIX公司推出的 基于Windows环境下运行的用于系统仿真分析的可视化软件工具它使用功能模块 Token 去描述程序 无需与复杂的程序语言打交道 不用写一句代码即可完成各种系统的设计与仿真 快速地建立和修改系统 访问与调整参数 方便地加入注释利用SystemView 可以构造各种复杂的模拟 数字 数模混合系统 各种多速率系统 它可用于各种线性或非线性控制系统的设计和仿真用户在进行系统设计时 只需从SystemView配置的图标库中调出有关图标并进行参数设置 完成图标间的连线 然后运行仿真操作 最终以时域波形 眼图 功率谱等形式给出系统的仿真分析结果 SystemView SystemView的库资源十分丰富 包括含若干图标的基本库 MainLibrary 及专业库 OptionalLibrary 基本库中包括多种信号源 接收器 加法器 乘法器 各种函数运算器等 专业库有通讯 Communication 逻辑 Logic 数字信号处理 DSP 射频 模拟 RF Analog 等特别适合于现代通信系统的设计 仿真和方案论证 尤其适合于无线电话 无绳电话 寻呼机 调制解调器 卫星通讯等通信系统可进行各种系统时域和频域分析 谱分析 及对各种逻辑电路 射频 模拟电路 混合器 放大器 RLC电路 运放电路等 进行理论分析和失真分析 MATLAB SIMULINK MATLAB是矩阵实验室 MatrixLaboratory 的简称 是美国MathWorks公司出品的商业数学软件 用于算法开发 数据可视化 数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境 主要包括MATLAB和Simulink两大部分MATLAB和Mathematica Maple并称为三大数学软件它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指MATLAB可以进行矩阵运算 绘制函数和数据 实现算法 创建用户界面 连接其他编程语言的程序等 主要应用于工程计算 控制设计 信号处理与通讯 图像处理 信号检测 金融建模设计与分析等领域在MATLAB产品家族中 MATLAB工具箱是整个体系的基座 它是一个语言编程型 M语言 开发平台 提供了体系中其他工具所需要的集成环境 比如M语言的解释器 MATLAB SIMULINK MATLAB对矩阵和线性代数的支持使得工具箱本身也具有强大的数学计算能力MATLAB产品体系的演化历程中最重要的一个体系变更是引入了Simulink 用来对动态系统建模仿真 其框图化的设计方式和良好的交互性 对工程人员本身计算机操作与编程的熟练程度的要求降到了最低 工程人员可以把更多的精力放到理论和技术的创新上去 主流网络仿真软件 网络仿真也被称为网络模拟 因为对各种网络仿真过程来说 其中也有 模拟 的含义 即 网络仿真既可以取代真实的应用环境得出可靠的运行结果和数据 也可以模仿一个系统过程中的某些行为和特征当前有许多优秀的网络仿真软件 其中有Opnet NS2 Matlab等 这为网络研究人员提供了很好的网络仿真平台主流的网络仿真软件都采用了离散事件模拟技术 并提供了丰富的网络仿真模型库和高级语言编程接口 这无疑提高了仿真软件的灵活性和使用方便性无线自组网等 OPNETModeler OPNETModeler是OPNETTechnology公司的四个系列网络仿真软件产品的其中之一 它主要面向的用户为网络设计专业人士 能够满足大型复杂网络的仿真需要 OPNETModeler有如下特点 提供三层建模机制 最底层为Process模型 以状态机来描述协议 其次为Node模型 由相应的协议模型构成 反映设备特性 最上层为网络模型 三层模型和实际的网络 设备 协议层次完全对应 全面反映了网络的相关特性 提供了一个比较齐全的的基本模型库 包括 路由器 交换机 服务器 客户机 ATM设备 DSL设备 ISDN设备等等 同时 OPNETTechnology公司会对不同的企业用户提供附加的专用模型库 但需另外付费 采用离散事件驱动的模拟机理 discreteeventdriven 与时间驱动相比 计算效率得到很大提高采用混合建模机制 把基于包的分析方法和基于统计的数学建模方法结合起来 既可得到非常细节的模拟结果 又大大提高了仿真效率OPNET具有丰富的统计量收集和分析功能 它可以直接收集常用的各个网络层次的性能统计参数 能够方便地编制和输出仿真报告提供了和网管系统 流量监测系统的接口 能够方便的利用现有的拓扑和流量数据建立仿真模型 同时还可对仿真结果进行验证付费的商业软件 与Windows最匹配 NS2 NetworkSimulator仿真软件是位于美国加州的LawrenceBerkeley国家实验室于1989年开始开发的软件 简称ns软件Ns是一种可扩展 易配置和编程的事件驱动网络仿真工具 ns从S keshavsREAL仿真器发展而来的目前ns正在VirtualInterNetworkTesbed VINT 项目的支持下由南加州大学 施乐公司 加州大学与LanrenceBerkeley国家实验室协作发展ns软件目前最高版本为ns2 是一款免费软件 与Linux最匹配目前ns2主要基于UNIX平台 需要tcl 8 0 5 tk 8 0 5 otcl 1 0a4 tclcl 1 0b8和ns 2 1b6的支持 如果基于Windows98平台 还需要Perl PracticalExtractionandReportLanguage 以及Cygwin PortsofthepupularGNUdevelopment 支持 但在Windows98平台下软件可能会不稳定 NS2 ns2仿真软件主要支持下面一些已完成测试的协议 HTTP telnet业务流 ftp业务流 CBR业务流 On Off业务流 UDP TCP RTP SRM 算法路由 分级路由 广播路由 多播路由 静态路由 动态路由 CSMA CDMAC层协议等ns所用仿真语言是ToolCommandLanguage tel 语言的一个扩展 tcl语言一个简单的脚本语言 它有解释器可与任何C语言相链接 tcl最强大的功能是它的X工具包 tk 该工具包可以让用户开发具有图形用户界面的脚本 仿真通过tcl语言进行定义利用ns命令编写脚本来定义网络拓朴结构 配置网络信息流量的产生和接收以及收集统计信息软件配有仿真过程动态观察器 可以在仿真运行结束后 动态查看仿真的运行过程 观察跟踪数据 软件还有图形显示器 显示从仿真中得到的结果数据 直观而清晰 NS2 NS2使用C 和Otcl作为开发