基于MATLAB的2DPSK低頻感應通信系統(tǒng)仿真設計

3 2DPSK 低頻感應通信系統(tǒng)的仿真設計

3.1 仿真設計

在通信系統(tǒng)的設計中，通信系統(tǒng)的仿真設計能夠使設計者在實際系統(tǒng)設計之前測試系統(tǒng)的性能。通信系統(tǒng)的仿真設計主要包括通信的基本功能測試、通信的誤碼率分析等。本文利用MATLAB 軟件提供的強大的通信系統(tǒng)工具箱Communication Block set，采用“自底向上”設計方式進行低頻感應通信系統(tǒng)的仿真設計。系統(tǒng)仿真設計的總體框圖如圖3 所示。

該仿真系統(tǒng)主要包括了二值信源模塊、DPSK 信號調(diào)制模塊、信道模塊、接收、解調(diào)及信號同步模塊，抽樣判決模塊、解碼及誤碼顯示模塊。二值信號源模塊作為該仿真系統(tǒng)的數(shù)字基帶輸入;DPSK 調(diào)制模塊調(diào)制產(chǎn)生在信道中傳輸?shù)腄PSK 信號;信道模塊是為了模擬復雜的通訊環(huán)境對該低頻無線通信系統(tǒng)的影響而加入的高斯白噪聲模塊;接收、解調(diào)及其同步模塊是該仿真系統(tǒng)中的關鍵環(huán)節(jié)，其DPSK 信號的解調(diào)采用載波相干解調(diào)，解調(diào)所用的相干載波可以用科斯塔斯環(huán)等方法直接從接收的信號中恢復。由于從高斯信道中接收的調(diào)制信號具有時間或相位的延遲，其碼元定時脈沖的提取必須經(jīng)過位同步模塊的同步。本設計所采用的位同步模塊是基于Gardner 算法所設計的位同步模塊，該算法所需采樣點少，易于高速實現(xiàn)，且具有檢測性能不受載波相位恢復影響的優(yōu)點;解調(diào)后的信號經(jīng)相關器運算，抑制了與載波無關的噪聲及干擾，使其在指定的抽樣判決時刻具有最大的信噪比。該信號經(jīng)抽樣判決及解碼處理后，可以無失真地恢復信源信號。

3.2 仿真分析

圖4 是2DPSK 系統(tǒng)在碼元速率為50 bit/s，載波為1000Hz，傳輸信道信噪比為-20 dB 時接收機輸入輸出的仿真波形，輸入的數(shù)字基帶信號由信號源模塊(Bernoulli BinaryGenerator)產(chǎn)生，經(jīng)過DPSK 調(diào)制，在接收端接收到了疊加信道高斯白噪聲的DPSK 信號，接收的DPSK 信號經(jīng)濾波器和相關器濾除干擾及噪聲后，輸出信噪比較大的鋸齒信號，其在指定的抽樣時刻獲得了最大輸出信噪比，對該信號在每個上升沿觸發(fā)脈沖的前一瞬間抽樣判決，恢復輸入信號。比較輸入信號與解碼輸出的信號，從圖可以看出，差分解碼輸出的信號無失真地恢復出輸入數(shù)字基帶信號，輸出比輸入延遲2 個碼元時間，達到低頻感應通信系統(tǒng)的基本要求。

仿真結果表明，在特定載波、傳輸信噪比、濾波器截止頻率下，碼元速率越高，誤碼率越大。在這種情況下，低通濾波器的截止頻率是影響系統(tǒng)通訊誤碼率的主要因素。 可見，低通濾波器截止頻率的最佳值作為碼元速率。由此可見：

在傳輸信道信噪比、工作頻率確定的情況下，只要合理地選擇碼元速率、濾波器的帶寬及截止頻率，就可以減小系統(tǒng)的誤碼率，提高2DPSK 低頻感應通訊系統(tǒng)的可靠性。

4 結語

低頻通信時，電磁波傳播距離非常遠，穿透能力特別強，信號傳播時比高頻信號衰減小的多。通信距離短，對通信速率的要求也不是很高，因此可以采用低頻進行短距離的通信。仿真結果表明，采用基于DSP 的軟件無線電的方法設計低頻無線感應通信系統(tǒng)滿足通信系統(tǒng)的基本要求，本文提出的低頻感應通信系統(tǒng)的設計方法對巷道礦井類似場合短程通信系統(tǒng)的研究與設計具有一定的借鑒意義。