| 单词 | 通信系统仿真 |
| 释义 | 【通信系统仿真】 拼译：communication system simulation 是借助计算机来模拟实际通信系统的信息处理和信息传输过程，它包括两个方面，一方面是通信传输系统的仿真，主要对象是传输信道、调制解调器、编译码器、滤波器、放大器、发射机和接收机等；另一方面是通信网的仿真，主要模拟信息的格式化、复用、集中、交换、路由选择、流量控制及其它网络协议和网络控制功能。它是涉及计算机技术、通信技术和仿真技术的跨学科综合性研究方法。与经典的理论解析方法和实际的硬件试验方法相比，仿真方法可以方便地进行系统设计和性能分析，而不需对复杂系统模型做严格假设和简化，因而具有广泛的适应性；同时，由计算机完成大量繁琐复杂的计算，不仅花费少、速度快，而且有较高的灵活性和可靠性，可大大缩短通信系统的研制周期。 传输系统仿真的理论基础是随机连续系统仿真和信号采样原理，而通信网仿真则基于随机离散事件仿真和排队论。蒙特卡罗法是仿真中最常用的方法，早在1951就被用于系统仿真。虽然蒙特卡罗法同时适用传输系统和通信网的仿真，应用时却有许多不同。传输系统仿真侧重信号波形，受时间驱动，而通信网仿真受随机事件的驱动；通信网仿真的负荷更重，要在任意时刻从不同用户接受多种类型的信息，还有复杂的路由与流量控制和各种调度策略；传输系统仿真的功能块常由硬件子系统和与之合作的仿真软件组成，而通信网的功能块常是软件或由软件控制。由于以上的不同，传输系统和通信网的仿真是相互独立发展的。然而计算机仿真也有两个局限性。其一是一次仿真的结果只对模型参数的某个具体值有意义，比如求队列长度的分布就必须对所有不同的业务强度值重复仿真。其二是小概率事件的仿真要耗费过多的CPU时间，比如对传输系统的误码率和宽带通信网的信元丢失率(10－6～10－12)的估计就要对大量的样本(106～1012)进行仿真。通信系统仿真的研究内容主要分3部分：系统建模与仿真分析、提高仿真速度和寻求好的仿真软件设计方法。系统建模是进行仿真的第一步，除了利用经典的微积分方程、排队论和马尔柯夫模型建模外，混合技术建模(Hybrid Technique)也得到较好应用。它是解析模型与仿真模型相结合的产物，其中一种做法称作分解法(Decomposition)，是将系统分解成许多子系统，用解析模型描述研究成熟的子系统，而用仿真模型模拟无法用解析法描述的子系统；另一种做法称作条件期望(Conditional Expectation)，是利用仿真法求出解析模型中难以得到的某些参数。对仿真结果统计特征的分析包括置信区间设置和灵敏度分析。置信区间用来确定仿真所需样本数或仿真时间，并告知仿真结果与被估计值之间的接近程度，确定置信区间的常用方法有独立重复法、分批均值法、再生周期法和谱法。灵敏度分析是求模型参数对系统性能的影响，以判定模型和参数的适用范围，若模型对某参数极灵敏，则当该参数在较大范围变化时，模型精度将受影响。灵敏度分析的主要方法是扰动分析(Perturbation Analysis)，在确定某参数的性能基值后，给参数加一小的扰动，再分析仿真结果的变化。提高仿真速度除了采用超级计算机和并行处理器等硬件手段外，还有许多利用随机过程与统计原理的方差缩减技术VRT(Variance Reduction Technique)，力图从给定次数的仿真中获取更高精度的结果或用更少次数的仿真达到给定的精度。常用的方法有采用公共随机数序列、用期望值代替随机变量、选取与被观测随机变量强正相关的控制变量或强负相关的对偶变量以降低方差，以及在关键地方多抽取样本的重点抽样法(Important Sampling)。其中重点抽样对提高小概率事件仿真效率尤为有效，自从K．S．Shanmugan和P．Balaban在1980年首次将重点抽样法应用于通信传输系统误码率的估计后，有许多改进的重点抽样算法提出，目标都是通过改变噪声的概率分布密度函数来扩大产生误码的概率分布区域并增加在此区域内的样本，从而用有限的样本估计小的误码率。重点抽样在通信网仿真，特别是BISDN的信元丢失率的模拟中的应用正处于积极的研究探讨之中。仿真软件工具与仿真环境是进行有效仿真的基础，模型表示、模型管理和仿真软件的设计方法都是相关的研究课题。仿真模型的表示依赖仿真语言的选取，目前仿真语言主要分3类，一是图形方式，基于有限状态机和Petri网，易于表示网络结构和系统工作流程，语义清晰直观；二是通用仿真语言，常用的有GPSS，Simscript，SLAM和CISM等，具有仿真的普遍特征，使用很方便；三是高级程序设计语言，易于实现各功能块的算法，尤其是面向对象的程序设计语言和人工智能语言，使仿真模型的表示更自然更简单更有效。数据库技术能加强复杂模型的管理并维护模型与子模型之间的关系，也可管理各种实验框架及仿真参数和仿真结果，在仿真过程中起很大的辅助作用。仿真专家系统是人工智能在通信系统仿真中的新应用，它的知识库包含通信系统建模仿真和分析的专家知识，用户接口用于知识获取，数据录入和用户咨询，推理机则结合用户信息和知识库内容自动构造仿真模型。随着社会对通信质量要求的不断提高，通信系统日趋复杂，通信系统仿真作为通信系统设计分析的重要工具也将有很大发展，其发展趋势是：计算机辅助通信网建模，分析与设计的比重越来越大；同时由于宽带ISDN引入综合性的多种业务，对新业务模型和新业务性能的要求也随之而来，网络结构和网络协议更加复杂，仿真将不仅用来设计网络结构和估计网络性能，还用于网络协议的分析和验证；新的并行处理器Transputer的普及使并行与分布式仿真成为提高仿真速度的重要途径；启发式的建模方法及智能化的仿真软件使仿真更为实用和有效。在通信技术和计算机技术飞速发展的未来，计算机辅助建模与仿真将成为通信系统设计与分析的有力工具。【参考文献】：1 Balaban P，Shanmugan K S，Barton W．Stuck IEEE．1984，(1)∶1(2)2 Michel C，Jeruchim K．Sam Shanmugan，Ezio Biglieri，IEEE．1988，(1)∶6(1)3 Kurose J F，Hussein T．Mouftah IEEE．1988，(1)∶6(1)4 Mouftah H T，James F．Kurose．IEEE．1990，(11)∶8(9)5 朱涛，程时昕．IEEE GLOBECOM'91，USA．，1991，11(东南大学朱涛博士撰；程时昕审) |
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