模擬系統

模擬系統(analog system)是用以研究信息理論和方法的系統之一，指輸入信號與輸出信號都是模擬信號的系統，它由模擬器件構成。對於具有穩定性和因果性的線性非移變模擬系統，可用其單位衝激響應h(t)來完全表徵，也可用其傳輸函數H (s)來完全表徵 ^[1]  。

模擬系統具體指以某種工具和手段（主要是電子計算機及其軟件）模仿系統的工作過程和運行狀態，也稱為系統仿真。基本方法是運用統計試驗，研究系統的假想模型，以獲得系統有關的動態特性。它既是分析同題、求解複雜問題的方法，也是一種實驗手段。在話務理論研究中佔有重要的地位。

許多實際電信系統的結構和性能是很複雜的，以至這些系統的數學模型不總是可以用數學解析方法求解的。此時，系統模擬是僅有可行的方法。通過模擬研究改進設計方案，可獲得系統設計的最佳結果。系統模擬不但用於解決任何不能用數學解析方法解決的複雜電信系統的設計和話務計算問題，還可用於理論研究工作，如對理論研究結果的驗證等。系統模擬也是改進正在運行的系統的好方法。

通過改變模擬數據和分析模擬的結果，有助於瞭解系統中各變量的作用和相互影響的程度，從而找出改進系統的方法和依據。（張富）電信技術基礎信號發生（signal-generating）在沒有外加激勵的條件下，電路自動地產生具有特定波形和參數的電振盪過程。實質上是一種直流電能向交流電能轉換的過程。輸出信號的波形和參數，如幅度和週期，由產生信號的電路本身和直流供電電壓所決定 ^[2]  。

測試環境再現的實際工作條件越真實，測試數據越有意義。模擬系統能夠以穩定的精度、質量和可靠性實現這一目標。這些系統用於執行極其真實的測試，使您能夠在可控的測試實驗室中準確、可重複地模擬從汽車和商用飛機到橋墩和人體脊柱的多種結構的工作環境。

世界各地的主要製造商、研究人員和工程師都信任模擬系統能夠幫助他們優化植入式醫療設備、土木結構以及車輛零部件、系統和零部件的性能。無論是再現道路狀況、複雜的運動研究還是地震的地震效應，模擬系統都能夠確保真實的測試、精確的測量和高質量的結果。

系統模擬中應用的運算器有三種：加法器、數乘器(也稱標量乘法器)和積分器。三種運算器的表示符號及其時域、s域中輸入與輸出的關係。

在實驗室中用三種運算器：加法器、數乘器和積分器來模擬給定系統的數學模型——微分方程或系統函數H(s)，稱為線性系統的模擬，簡稱系統模擬。經過模擬而得到的系統稱為模擬系統。

從系統模擬的定義可看出，所謂系統模擬，僅是指數學意義上的模擬。模擬的不是實際的系統，而是系統的數學模型——微分方程或系統函數H(s)。這就是説，不管是任何實際系統，只要它們的數學模型相同，則它們的模擬系統就一樣，就可以在實驗室裏用同一個模擬系統對系統的特性進行研究。例如當系統參數或輸入信號改變時，系統的響應如何變化，系統的工作是否穩定，系統的性能指標能否滿足要求，系統的頻率響應如何變化，等等。所有這些都可用實驗儀器直接進行觀測，或在計算機的輸出裝置上直接顯示出來。模擬系統的輸出信號，就是系統微分方程的解，稱為模擬解。這不僅比直接求解系統的微分方程來得簡便，而且便於確定系統的最佳參數和最佳工作狀態。這正是系統模擬的重要實用意義和理論價值。

在工程實際中，三種運算器：加法器、數乘器和積分器，都是用含有運算放大器的電路來實現，這在電路基礎課程中已進行了研究，不再贅述。系統模擬一般都是用模擬計算機或數字計算機實現，也可在專用的實驗設備上實現。由加法器、數乘器和積分器連接而成的圖稱為系統模擬圖，簡稱模擬圖。模擬圖與系統的微分方程(或系統函數H(s))在描述系統特性方面是等價的。

常用的模擬圖有四種形式：直接形式、並聯形式、級聯形式和混聯形式。它們都可以根據系統的微分方程或系統函數H(s)畫出。在模擬計算機中，每一個積分器都備有專用的輸入初始條件的引入端，當進行模擬實驗時，每一個積分器都要引入它應有的初始條件。有了這樣的理解，在畫系統模擬圖時，為簡明方便，先設系統的初始狀態為零，即系統為零狀態。此時，模擬系統的輸出信號，就只是系統的零狀態響應了。

在通信設備、測量儀器、計算機和自動控制系統中，模擬系統需要發生出各式各樣的信號，以實現各種不同的功能。

1、載波信號

一般為正弦波。載波車身不包含有用信息，只是起着運載信息的作用。通過調製，使正弦波的振幅、或頻率、或相位按有用信息的變化規律改變。有用信息即寓存於正弦波的振幅、頻率或相位的變化之中。調製後的信號稱為已調幅、已調頻或已調相波。有時為了簡單，省去“已”字，稱為調幅波、調頻波或調相波。

2、本機振盪信號

超外差式接收機中必不可少的信號，與接收到的高頻信號進行混頻後，變換為較低頻率的信號，便於進行後續處理，有利於提高接收信號的質量。

3、呼叫、應答、告警信號

如電話通信中的振鈴信號、撥號音信號、佔線信號，利用頻率不同和斷續時間不同的正弦波信號，將電話網的工作狀態告知使用者。載波通信中的導頻信號，用來監視傳輸系統的穩定情況。告警信號使電聲器件發聲，告知值機人員通信設備的某一部分出現了故障。

4、測試信號

測試儀器產生的信號，根據測試項目的不同而異。如作為載頻測試信號時，不僅需要產生等幅波，還需有調幅波、調頻波。為了滿足測試的要求，幅度和頻率可以調節。對於已調信號，還要求測試信號的調製係數也是可調的。又如測試用的矩形脈衝信號，不但幅度和週期可調，還要求脈衝寬度、延遲時間可調。還有某些專用儀表的測試信號。波形十分複雜。如測試電視接收機用的複合同步信號、棋盤格信號和彩條信號等。

5、控制信號

測試儀器內部、計算機及自動控制系統中，控制電子束、機械動作的各種信號。例如，在示波器中，加到示波管偏轉板上控制電子束運動的鋸齒波電壓；在電視接收和計算機的監示器中，加在顯像管的偏轉線圈上控制電子束偏轉的鋸齒波電流；在計數式頻率計中，作為時間基準控制計數脈衝通過閘門的矩形脈衝。還有計算機中種類繁多的指令信號、加到顯示器中顯像管柵陰極間控制電子束強弱的信號，都是持續期和休止期各不相同的矩形脈衝。