無線通信系統仿真：IT++分析與實例(附光碟)（簡體書）

通過軟件工具、系統建模與仿真方法進行通信系統設計、分析、驗證和性能評估，已成為現代通信網絡企業和研發部門的必然選擇。在眾多的仿真軟件中，IT++是基於C++語言的信號處理和通信方面的開放式免費仿真庫函數工具，由於其綜合了Matlab的功能和C語言的速度，被廣泛應用於通信系統建模、分析和設計。《無線通信系統仿真：IT++分析與實例（含CD光盤1張）》系統地討論了通信系統的設計、分析和仿真方法，全部仿真程序都是採用IT++編寫的。首先介紹IT++仿真平臺，並對IT++的基本庫做了詳細的說明；然後對通信系統中的重要內容，例如無線信道、信道編碼與交織、數字信號處理、數字調製解調等展開詳細的描述；接著給出OFDM與擴頻通信、MIMO檢測的仿真；最後通過LTE鏈路級仿真的實例，向讀者介紹IT++仿真平臺的使用。·

Grady Booch，在軟件架構、軟件工程和建模領域的創新工作是世界知名的。從1981年Rational公司創建開始，他就一直擔任該公司的首席科學家。Grady于2003年3月成為了IBM院士（IBM Fellow）。Grady是統一建模語言（UML）最早的開發者之一，也是幾個Rational產品的最早開發者之一。Grady曾擔任世界各地一些複雜的軟件密集型項目的架構師和架構指導者。Grady是6本暢銷書的作者，包括UML Users Guide和Object-Oriented Analysis with Applications。Grady發表了幾百篇有關軟件工程的技術文章，其中包括在20世紀80年代早期發表的文章，這些文章最先提出了面向對象設計的術語和實踐。他曾在世界各地演講和諮詢。Grady是美國計算機協會（ACM）、美國電氣電子工程師學會（IEEE）、美國科學促進會（AAAS）、有社會責任的計算機專家協會（CPSR）的成員。他是IBM院士、ACM院士、世界技術網絡院士，也是軟件開發論壇夢想家。Grady是敏捷聯盟、Hillside集團和軟件架構師世界學院的創始委員會成員，也是Northface大學的顧問委員會成員。Grady於1977年從美國空軍學院獲得學士學位，于1979年從加州大學聖巴巴拉分校獲得電子工程科學碩士學位。Grady與他的妻子和他的貓生活在科羅拉多。他的興趣包括閱讀、旅行、唱歌和彈奏豎琴。Robert A. Maksimchuk，是Unisys Chief Technology Office的一名研究主管。他關注新出現的建模技術，目的是提升Unisys 3D可視企業建模框架的戰略方向。Bob為這項任務帶來了不同行業的大量系統工程、建模、面向對象分析與設計的專業知識。他是UML for Mere Mortals和UML for Database Design的合著者，也寫了許多文章。他曾經周遊世界各地，在各種技術論壇上作為重要演講者發言，舉辦關於UML和面向對象開發的研討會和培訓。Bob是電氣電子工程師學會（IEEE）和國際系統工程學會（INCOSE）的成員。Michael W. Engle，是洛克希德馬丁公司的首席工程師。他有超過26年的技術和管理經驗--從項目啟動到運營支持，涵蓋了完整的系統開發生命週期。利用系統工程師、軟件工程師和系統架構師的背景，Mike運用了面向對象技術，為複雜的系統開發提供創新的開發方式。Bobbi J. Young， Ph.D.，是Unisys Chief Technology Office的一名研究主管。她有著多年的IT行業從業經驗，與商業公司和國防部合同供應商一同工作。Young博士是一名諮詢師，她在項目管理、企業架構、系統工程和面向對象分析與設計方面提供現場指導。在她的職業生涯中，她關注於系統生命週期過程和方法學，同時也關注企業架構。Young博士擁有生物學、計算機科學和人工智能學位，她獲得了管理信息系統的博士學位，也曾是美國海軍預備役的一名指揮官（已退伍）。Jim Conallen，是IBM Rational的模型驅動開發戰略小組的一名軟件工程師。在這個小組中，他積極參與，將對象管理集團（OMG）的模型驅動架構（MDA）計劃應用於IBM Rational的模型工具中。Jim在基於資產的開發和可複用資產規範（RAS）領域也很活躍。Jim經常在會議上演講，也經常寫文章。他的專業領域是Web應用開發。他開發了UML的Web應用擴展（WAE）。這是對UML的一種擴展，讓開發者能夠利用UML在合適的抽象和細節層面上對Web應用的架構進行建模。這項工作是IBM Rational Rose和Rational XDE Web Modeling功能的基礎。Jim與人合著了兩個版本的Building Web Applications with UML，第一個版本採用微軟公司的ASP技術，後一個版本採用J2EE技術。Jim的經驗也來自於加入Rational之前的工作，那時他曾是獨立的諮詢師、Peace Corps的志願者和大學講師。他還是3個孩子的父親。Jim從Widener大學獲得了計算機和軟件工程的學士學位和碩士學位。Kelli Houston是IBM Rational的IT諮詢專家。她是IBM內部方法的方法架構師，負責編寫方法並集成IBM的方法。除了方法架構師的角色，Kelli還在IBM內部領導Rational Method Composer（RMC）特別興趣小組（SIG）工作，為客戶和IBM內部諮詢師提供有效使用RMC方面的諮詢和現場指導服務。·

《無線通信系統仿真:IT++分析與實例》適合作為高等院校通信與信息系統、信號處理、計算機應用等專業低年級研究生或通信工程專業高年級本科生相關課程的教材，也可以作為研究部門和通信企業研發人員的實用手冊。

第1章 IT++軟件平臺基礎 1.1 IT++簡介 1.2 IT++安裝 1.2.1 系統要求 1.2.2 安裝IT++ 1.3 IT++使用 第2章 IT++基本庫 2.1 IT++數據類型 2.1.1 預定義標量類型 2.1.2 預定義矢量類型 2.1.3 預定義矩陣類型 2.2 數組、矢量和矩陣類 2.3 數學函數 2.3.1 誤差函數 2.3.2 雙曲線函數 2.3.3 對數和指數函數 2.3.4 混雜數學函數 2.3.5 數值積分 2.3.6 三角函數 2.4 貝塞爾函數 2.5 類型轉換函數 2.6 矩陣相關函數 2.6.1 對角矩陣函數 2.6.2 矩陣/矢量運算函數 2.6.3 重塑矢量和矩陣 2.6.4 特殊矩陣 2.7 線性代數 2.7.1 行列式計算 2.7.2 矩陣求逆 2.7.3 矩陣分解 2.7.4 線性方程組的求解 2.8 隨機數產生模塊 2.9 統計模塊 2.9.1 直方圖 2.9.2 混雜統計函數 2.9.3 混合高斯函數 2.1 mex-文件模塊 第3章 無線信道仿真 3.1 無線信道概述 3.2 無線通信信道模型與仿真 3.2.1 衰落信道模型 3.2.2 平坦衰落信道仿真 3.2.3 頻率選擇性衰落信道仿真 3.3 信道模塊中類的定義和頭文件 3.3.1 類的定義 3.3.2 信道模塊中的枚舉類型 3.4 平坦衰落信道 3.4.1 Fading_Generator類 3.4.2 Independent_Fading_Generator類 3.4.3 Static_Fading_Generator類 3.4.4 Correlated_Fading_Generator類 3.4.5 Rice_Fading_Generator類 3.4.6 FIR_Fading_Generator類 3.4.7 IFFT_Fading_Generator類 3.5 channel_specification類 3.5.1 成員函數 3.5.2 重點函數說明 3.6 基於抽頭延遲線模型的頻率選擇性信道 3.6.1 TDL_Channel的成員函數 3.6.2 重點函數說明 3.6.3 實例 3.7 二進制對稱信道模型 3.7.1 二進制對稱信道（BSC）類的成員函數 3.7.2 重點函數說明 3.7.3 實例 3.8 高斯信道 3.8.1 高斯信道（AWGN_Channel）類的成員函數 3.8.2 重點函數說明 3.8.3 實例 第4章 信道編碼與交織 4.1 信道編碼簡介 4.2 前向糾錯碼模塊中的類 4.2.1 類的定義及頭文件 4.2.2 前向糾錯碼模塊類的枚舉類型 4.3 線性分組碼 4.3.1 BCH碼類 4.3.2 擴展格雷碼類 4.3.3 漢明碼類 4.3.4 RS碼類 4.4 CRC類 4.4.1 CRC類的成員函數 4.4.2 重點函數使用方法 4.4.3 CRC實例 4.5 卷積碼 4.5.1 Convolutional_Code類 4.5.2 Punctured_Convolutional_Code類 4.5.3 遞歸系統卷積碼 4.6 Turbo碼 4.6.1 Turbo碼類及函數 4.6.2 重要函數說明 4.6.3 Turbo編譯碼示例 4.7 交織器 4.7.1 類的定義及頭文件 4.7.2 分組交織器 4.7.3 交叉交織器 4.7.4 序列交織 4.8 LR_calc_unit類（對數似然代數計算單元） 4.8.1 成員函數 4.8.2 重要函數說明 第5章 數字信號處理 5.1 傅裡葉變換 5.1.1 傅裡葉變換函數 5.1.2 重點函數使用方法 5.2 數值優化 5.2.1 類及函數 5.2.2 重點函數使用方法 5.2.3 數值優化實例 5.3 濾波器 5.3.1 濾波器類 5.3.2 濾波器函數 5.3.3 重點函數說明 5.3.4 濾波器實例 第6章 數字調製/解調 6.1 概述 6.1.1 數字調製/解調基本原理 6.1.2 數字調製類的定義 6.2 Modulator類 6.3 正交幅度調製（QAM） 6.3.1 基本原理 6.3.2 成員函數 6.3.3 重點函數說明 6.3.4 QAM調製/解調實例 6.4 相位調製 6.4.1 基本原理 6.4.2 MPSK 6.4.3 QPSK 6.4.4 BPSK_c類 6.4.5 BPSK 6.5 PAM 6.5.1 基本原理 6.5.2 PAM_c類 6.5.3 PAM類 6.6 MIMO調製器 6.6.1 基本原理 6.6.2 Modulator_ND類 6.6.3 Modulator_NRD類 6.6.4 Modulator_NCD類 6.6.5 ND_UPAM類 6.6.6 ND_UQAM類 6.6.7 ND_UPSK類 第7章 OFDM與擴頻系統 7.1 概述 7.2 OFDM 7.2.1 基本原理 7.2.2 OFDM類的定義和頭文件 7.2.3 重要函數解析 7.2.4 實例 7.3 擴頻系統 7.3.1 基本原理 7.3.2 擴頻類的定義和頭文件 7.3.3 重點函數解析 7.3.4 實例 7.4 輔助功能函數 7.5 序列 7.5.1 二進制線性反饋移位寄存器 7.5.2 Gold序列 7.5.3 正交擴頻碼 第8章 MIMO檢測 8.1 概述 8.2 MIMO信道模型 8.3 MIMO檢測算法 8.3.1 最大似然檢測（MLD）算法原理 8.3.2 線性迫零（ZF）均衡檢測算法 8.3.3 線性最小均方誤差（MMSE）均衡檢測算法 8.3.4 迫零判決反饋均衡（ZF-DFE）檢測算法 8.3.5 採用V-BLAST的ZF-DFE（ZF-VB DFE）檢測算法 8.3.6 球形譯碼（SD）算法 8.4 算法實例 8.5 仿真結果 第9章 LTE鏈路級仿真 附錄A 參考文獻·

3.1 無線信道概述
移動無線信道是在發射機和接收機之間傳送信號的媒介，是移動通信系統必不可少的組成部分。在信號的傳輸過程中，電波不僅會隨著傳播距離的增加而發生彌散損耗，而且會因受到地形和建筑物等的遮擋而發生“陰影效應”；信號經過反射，會從多條路徑到達接收地點，這種多徑信號的幅度、相位和到達時間都不一樣，它們相互疊加會產生電平快衰落和時延擴展。移動通信常常在快速移動中進行，這不僅會引起多普勒頻移，產生隨機調頻，還會使電波的傳播特性發生快速的隨機起伏。因此，無線傳播環境是一種隨時間、環境和其他外部因素變化而變化的傳播環境。
無線信道的傳播模型可以分為大尺度傳播模型和小尺度傳播模型兩種。大尺度模型主要描述發射機與接收機之間長距離上的信號強度變化，小尺度模型則用于描述短距離或短時間內接收信號強度的快速變化，如圖3-1所示。同一個無線信道中，既存在大尺度衰落，也存在小尺度衰落，大尺度衰落表征了接收信號在一定時間內的均值隨傳播距離和環境的變化而呈現的緩慢變化，小尺度表征了接收信號短時間內的快速波動。
在移動通信中，由于障礙物阻擋了視距傳播路徑，發出的電磁波通常不能直接到達接收天線。事實上，接收到的電磁波是由建筑物、樹木以及其他障礙物導致的反射、衍射和散射而產生的來自不同方向的波疊加而成的。由于電波通過各個路徑的距離不同，各路徑來的反射波到達時間不同，相位也就不同。不同幅度和相位的多個信號在接收端疊加，使得接收信號的幅度急劇變化，即產生衰落。這種衰落是由多徑引起的，所以稱為多徑衰落。移動信道的多徑衰落體現在時間和空間兩個方面。從空間角度看，移動信號的幅度沿移動臺方向隨距離的變化而變化。從時間上看，各個路徑的長度不同，信號到達的時間也不同。如果從基站發送一個脈沖信號，則接收信號中不僅包含該信號，還包含它的各個時延信號。這種由多徑效應引起的接收信號中脈沖寬度的擴張現象叫做時延擴展。