1.1 通信系统仿真历史

波形级的仿真是在20世纪40年代模拟计算机问世之后开始出现的，那时的计算机用来仿真飞机和武器系统中控制系统的运行情况。模拟计算机是应用于连续系统的一种模拟器，通过接线板连接到一组表示系统的框图配置中。其中的线性部件，如积分器和加法器，采用反馈直流运放实现；而非线性部件（如乘法器和三角函数），起初由机电伺服系统实现，随后用分段线性函数逼近来完成。任何一个具有常系统或时变系数、线性或非线性差分方程来描述的系统，都可以转化为由模拟计算机的元件组成的结构图。根据结构图把器件用线相连，并且用适当信号来激励模型，就可以用模拟计算机仿真出线性或非线性的一个宽范围的动态特性。

高速数字计算机的发展以及大容量存储器的出现，进一步推动仿真的应用。这种发展把建模领域带入到一些新的学科，例如数值分析和规化。大动态范围的浮点数表示法把使用者从信号尺度处理这种辛苦乏味的工作解脱出来。随着20世纪60年代早期结构语言（如MIDAS，SCADS和CSMP等）的出现，推动了数字仿真总体框架的形成。这些仿真语言都是以一个元件对应一条语句为基础，来效仿模拟计算机的行为。例如，加法器由一条相加的指令取代，而积分器则由一个积分子程序代替。元件间的内部连接由基于结构的语言来指定，就像模拟计算机的连线板和模拟计算机元件间的电连接一样。基于结构的仿真语言表示了这样一种想法，这就是像描述连续系统那样，用一种简单、方便的方法来描述模拟结构图。

用程序进行电路分析和仿真的数字计算机的应用，如在20世纪中期出现的ECAP和SPICE，促进了数字集成技术和信号流程图在拓扑化简化领域的发展。

离散时间系统和数字信号处理的发展已经把数字仿真系统推向了新的领域。在20世纪60年代晚期和70年代早期，出现了基于变换领域技术（频域快速傅里叶变换和时域双线性Z变换技术）的仿真软件包。在这个阶段，SYSTID、CSMP、CHAMP、LINK以及其他一些软件包已经发展起来，为卫星通信链路分析和设计提供帮助。

SYSTID最初的版本和其他类似的软件包是面向语言的，它们设计工作于批处理模式中；SYSTID后来的版本和其他诸如ICSSM和ICS的程序包都是交互式的，至少部分是用菜单驱动的。使用上述软件包，在一台主计算机或超小型计算机上进行仿真，图形终端可用来提供有限量的交互式的预处理和后处理。

随着计算机软、硬件的不断发展，仿真的运算环境越来越友好，如提供高清晰的画面和图形界面。Boss软件包首先把这种环境应用于工作站中，来创造一个友好的用户图形框架，用在基于仿真的通信系统分析设计中。目前，使用的这一代仿真软件包（SPW、COSSAP、MATLAB/SIMULINK以及其他软件）提供交互式、图形化、友好的用户框架，以便使用图形化框图表述方式开发分层仿真模型；允许用户设定和运行波形级的仿真，检查仿真的结果，并且可以迭代执行。这些工具也可以提供数据库管理、在线帮助、在线文件以及其他的服务和特征。这些特征减少了通信系统工程师生成和调试仿真程序的工作量，以及必须了解被仿真通信系统物理机理等一些烦琐的工作。随着新一代仿真框架的运用，现在人们的注意力已经集中到诸如建模和仿真技术、性能的估计、计算效率等重要课题上，这些正是本书要研究的主要内容。