第1章緒論1
1.1繫統與模型1
1.1.1繫統1
1.1.2模型2
1.1.3數學模型分類3
1.2仿真4
1.2.1定義4
1.2.2相似理論5
1.2.3仿真的分類6
1.3繫統建模與仿真的發展7
1.3.1歷史回顧7
1.3.2發展趨勢8
1.4建模仿真在通信繫統開發中的作用10
1.4.1有效性分析10
1.4.2不同階段的應用11
1.4.3典型案例分析12
小結14
思考與練習14

第2章隨機過程與噪聲15
2.1概率論基礎15
2.1.1隨機事件與概率15
2.1.2隨機變量與概率分布17
2.1.3單隨機變量模型19
2.2隨機過程的基本概念24
2.2.1基本概念24
2.2.2統計描述25
2.3平穩隨機過程及其特性分析26
2.3.1平穩隨機過程及其各態歷經性27
2.3.2平穩隨機過程的特性分析28
2.4過程類噪聲30
2.4.1噪聲的分類31
2.4.2起伏噪聲31
2.4.3白噪聲33
2.5處理類噪聲34
2.5.1基本概念35
2.5.2均勻量化的噪聲36
2.5.3非均勻量化的噪聲37
2.5.413折線的噪聲39
2.6隨機過程的模型41
2.6.1隨機序列41
2.6.2泊松過程43
2.6.3高斯過程46
2.7隨機過程通過線性繫統48
2.7.1基本概念48
2.7.2窄帶高斯隨機過程50
2.7.3正弦波加窄帶高斯噪聲51
小結53
思考與練習54
仿真實驗55

第3章隨機變量的產生57
3.1要求與特點57
3.2隨機數的產生58
3.2.1均勻分布隨機數的產生59
3.2.2任意概率密度函數隨機數的生成61
3.2.3高斯隨機變量的產生65
3.3獨立隨機序列的產生67
3.3.1高斯白噪聲序列67
3.3.2二進制偽隨機序列 68
3.3.3M進制偽隨機序列74
3.4相關隨機序列的產生76
3.4.1相關高斯標量序列78
3.4.2相關高斯矢量序列81
3.4.3相關非高斯序列83
3.5隨機數產生器的測試83
3.5.1主要性能測試84
3.5.2擬合優良度檢測86
小結88
思考與練習88
仿真實驗89

第4章繫統建模原理與方法90
4.1建模基本概念90
4.1.1分類與準則90
4.1.2實施步驟91
4.1.3思維方法93
4.2建模實現方法95
4.2.1基本思想95
4.2.2通信繫統建模的實現方法96
4.3建模誤差分析99
4.3.1繫統建模誤差99
4.3.2設備建模誤差100
4.3.3過程建模誤差102
4.4連續繫統描述104
4.4.1時域描述104
4.4.2傳遞函數105
4.4.3狀態空間105
4.5連續繫統建模107
4.5.1微分方程建模法107
4.5.2頻域建模法108
4.5.3分布參數繫統建模法111
4.6離散事件繫統描述112
4.6.1基本要素112
4.6.2部件結構113
4.7離散事件繫統典型建模方法115
4.7.1Petri網建模115
4.7.2活動循環圖建模117
4.7.3實體流圖建模119
小結121
思考與練習122
仿真實驗122

第5章繫統仿真原理與方法123
5.1仿真的基本概念123
5.1.1仿真的策略123
5.1.2通信繫統分層仿真125
5.1.3案例： 鏈路層仿真126
5.1.4通信繫統性能評估127
5.2繫統仿真驗證129
5.2.1設備模型驗證129
5.2.2過程模型驗證130
5.2.3繫統模型驗證131
5.3連續繫統數值仿真方法132
5.3.1數學原理132
5.3.2實現方法133
5.3.3穩定性分析136
5.4蒙特卡洛仿真原理137
5.4.1MC仿真的定義137
5.4.2MC法在通信中的應用139
5.5準解析MC仿真140
5.5.1問題提出140
5.5.2基本原理141
5.5.3二進制通信繫統的QA法142
5.6離散事件繫統仿真基本策略144
5.6.1事件調度法144
5.6.2活動掃描法146
5.6.3進程交互法148
5.6.4時鐘推進機制150
小結152
思考與練習153
仿真實驗154

第6章通信繫統建模仿真實現155
6.1通信繫統的建模仿真方法與原則155
6.2信源與編碼156
6.2.1模擬信源157
6.2.2數字信源159
6.2.3模擬信號數字化160
6.2.4數字信源的編碼161
6.3差錯控制編碼163
6.3.1分組碼164
6.3.2卷積碼169
6.3.3編碼通信的鏈路仿真173
6.4數字基帶176
6.4.1邏輯到邏輯的映射176
6.4.2邏輯到波形的映射179
6.4.3二進制數字基帶通信繫統仿真180
6.5頻帶傳輸181
6.5.1信號調制181
6.5.2非相干解調187
6.5.3相干解調189
6.6同步繫統192
6.6.1同步技術對仿真的影響192
6.6.2載波同步恢復195
6.6.3位同步恢復197
6.7通信信道198
6.7.1準自由空間信道198
6.7.2衰落與多徑信道200
6.7.3WSSUS模型特性203
6.7.4信道的結構模型206
6.7.5衰落信道中的仿真211
6.7.6Simulink中的信道模塊213
6.8仿真標校218
6.8.1信號功率219
6.8.2噪聲功率220
小結221
思考與練習222
仿真實驗223

第7章通信仿真中的參數與性能估計225
7.1仿真估計的基本概念225
7.1.1理論背景225
7.1.2性能描述227
7.2平均電平和功率估計229
7.2.1平均電平估計229
7.2.2平均功率估計233
7.3概率密度和分布函數估計234
7.3.1經驗分布234
7.3.2直方圖235
7.4功率譜密度的估計237
7.4.1基本形式238
7.4.2修正形式239
7.4.3期望與方差242
7.4.4估計器的實現243
7.5時延和相位估計245
7.5.1無噪聲環境下的估計245
7.5.2分組估計器246
7.6模擬通信繫統性能估計249
7.6.1信噪比估計器的形式249
7.6.2估計器的統計特性251
7.6.3估計器的實現方法252
7.7數字通信繫統性能估計254
7.7.1理論框架254
7.7.2MC估計器的形式256
7.7.3估計器的置信區間257
7.7.4估計器的均值和方差260
7.8尾部外推法261
7.8.1估計器形式261
7.8.2估計器的性能分析與實現264
7.9重要事件采樣法265
7.9.1工作原理265
7.9.2偏差概率密度函數的選擇266
7.10性能的目測工具268
7.10.1眼圖268
7.10.2散布圖269
小結270
思考與練習271
仿真實驗272

參考文獻273

附錄A傅裡葉變換274

附錄B離散傅裡葉變換（DFT）276

附錄C幾種通信繫統仿真中常用的概率分布278

附錄D誤差函數表280

通信繫統建模與仿真是近年來發展迅猛、更新迅速的領域，為此，本教程自2007年首次出版以來，曾修訂3次。每次修訂都是作者重新理解通信繫統建模仿真內涵，進一步提煉和優化教程相關內容的過程，當然，也離不開廣大讀者的關心與支持。
本書於2007年首次公開出版，其目的是配合“通信原理”的課程教學，培養學生的建模仿真實踐能力，這也成為我校“通信原理”國家級精品課程成功申報的支撐要素。2008年，在我校首屆課程教學法改革評比中，作者圍繞“研討式課堂教學環境構建”提出的“模塊遞進式教學法”獲得全校評比第一名，凝練出許多好的做法和典型實驗案例並及時引入2012年公開出版的教程當中。在此之後，依托作者主持的國家自然科學基金面上項目（61673392）和相關科研項目，以及軍隊學位與研究生重點教學研究課題，作者重新梳理課程教學內容，提出了“通識和方向兼顧”內容體繫框架，所完成的教程於2017年出版，並於2022年被評為陝西省高等教育優秀教材一等獎。
本次出版源於國內各高校廣泛開展的“新工科”專業和課程建設，以及日益增長的專業學位碩士研究生培養規模所提出的新需求。本教程編寫目標為滿足“迭代式知識學習和能力培養”教學需求，按照2∶4∶4的比例將課程數理基礎、建模仿真技術和通信實踐應用進行了有機融合，這樣能夠使學習者在掌握“通信原理”課程知識的基礎上，具備建模仿真的基礎理論知識，從而有效開展通信理論技術的建模仿真研究。
課程數理基礎部分包括第1、2章的相關內容，該部分主要分析了繫統、建模和仿真的基本概念，並結合通信繫統的特點，介紹了仿真在通信繫統開發中的作用；同時在簡要介紹概率論的基礎上，討論了隨機過程理論中的部分相關內容，以及噪聲的相關特性。
建模仿真技術部分包括第3～5章的相關內容，該部分首先研究了隨機數的產生方法，各類隨機序列的產生方法，以及隨機序列質量測試評估技術；其次，研究了繫統建模原理和技術，分析了繫統建模的誤差，研究了連續繫統的建模方法，給出了離散事件繫統的建模案例；最後，介紹了仿真基本概念，研究了連續繫統數值仿真方法、蒙特卡洛仿真的基本原理及其改進型，給出了離散事件繫統仿真基本策略。
通信實踐應用包括第6、7章的相關內容，該部分對通信繫統的主要模塊進行了分析研究，這些模塊包括信源及編碼、差錯控制編碼、數字基帶、頻帶傳輸和同步繫統。除此之外，還分析研究了幾種信道模型的構建方法，以及仿真的標校過程；同時，以通信繫統為研究背景，介紹了信號參數估計的理論和方法，分析了參數估計精度與運行時間的關繫；研究了通信仿真繫統性能指標的估計方法，給出了典型改進方法，以及通信繫統性能的目測指標。
全書以電子信息類專業為背景，在選材上，強調建模仿真理念的建立，盡量減小與具體仿真語言或環境的關聯性，注重對前續課程內容的引用和拓展；在內容編排上，弱化課程理論內容表述和復雜的數學推導，注重必要的物理概念的分析，以及應用背景的講解；在寫作上，力求簡明扼要，深入淺出，注重基本概念、基本原理、基本技術和工程應用的闡述。本書若全部講解，參考學時為54學時，當然，講授內容也可以根據課程設置的具體情況、專業特點、教學要求和教學對像的不同進行取舍。
全書由陳樹新教授主持並編寫，吳昊和常遷榛老師進行了相關素材的整理和收集，並參與了部分章節內容的討論。本書在編寫過程中還得到了作者單位機關、研究生院，以及清華大學出版社的大力支持，在此表示感謝。
本書在編寫構思和選材過程中參閱了大量的國內外文獻，在此向相關原著（作）者表示敬意和感謝。
書中部分內容的描述與提法源自作者承擔的國家自然科學基金（62073337）的研究成果。
由於作者水平有限，書中難免存在錯誤和不足，懇請廣大讀者批評指正。

作者2023年2月14日