基于虛擬儀器的通訊系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘　要：本文給出了一種基于虛擬儀器的通訊系統(tǒng)，它的接收端利用盲均衡算法去除通訊系統(tǒng)中的碼間干擾(ISI)。
 
關(guān)鍵詞：虛擬儀器；通訊系統(tǒng)；盲均衡
 

引言
 
　　虛擬儀器是計(jì)算機(jī)硬件資源、儀器測(cè)/控硬件和用于數(shù)據(jù)分析、過(guò)程通訊及圖形用戶界面的軟件之間的有效結(jié)合。虛擬儀器通過(guò)提供給用戶組建自己儀器的可重用源代碼庫(kù)，處理模塊間的通訊、定時(shí)、觸發(fā)等功能，強(qiáng)調(diào)在通用計(jì)算機(jī)平臺(tái)的基礎(chǔ)上，通過(guò)軟件和軟面板，把由廠家定義的傳統(tǒng)儀器轉(zhuǎn)變?yōu)橛脩糇远x的、由計(jì)算機(jī)軟件和幾種模塊組成的專用儀器。虛擬儀器的出現(xiàn)，徹底打破了傳統(tǒng)儀器由廠家定義、用戶無(wú)法改變的模式。本系統(tǒng)的研制采用的軟件是美國(guó)NI公司的LabVIEW圖形化編程語(yǔ)言，其功能強(qiáng)大、應(yīng)用便攜，是最成功的虛擬儀器軟件。由于虛擬儀器應(yīng)用軟件集成了儀器的所有采集、控制、數(shù)據(jù)分析、結(jié)果輸出和用戶界面等功能，使傳統(tǒng)儀器的某些硬件乃至整個(gè)儀器都被計(jì)算機(jī)軟件所代替。因此，從某種意義上說(shuō)：軟件就是儀器。如今，隨著電測(cè)技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，虛擬儀器技術(shù)必將成為儀器技術(shù)發(fā)展的主要方向。本文提出的基于虛擬儀器的通訊系統(tǒng)，是虛擬儀器技術(shù)在通信學(xué)科中的應(yīng)用，能夠方便實(shí)驗(yàn)人員的使用。
 
盲均衡的基本原理
 
　　在通訊系統(tǒng)中，有限帶寬通訊信道的失真和畸變引起的碼間干擾（ISI）是影響通信質(zhì)量的一個(gè)主要因素，需要有效的信道均衡技術(shù)來(lái)消除。最近，盲均衡技術(shù)的研究受到廣泛的注意，與傳統(tǒng)的均衡技術(shù)不同點(diǎn)是：在通信建立階段或通信中斷時(shí)不需要發(fā)端發(fā)送一個(gè)收端已知的訓(xùn)練序列進(jìn)行訓(xùn)練。下面簡(jiǎn)單介紹具有計(jì)算量小、收斂性能好優(yōu)點(diǎn)的常用的常數(shù)模算法（CMA）。

　　圖1 盲均衡系統(tǒng)方框圖
 
　　盲均衡系統(tǒng)框圖如圖1所示。其中{xk}是信息源序列；{hk}是信道的沖激響應(yīng)；{wk}是噪聲序列；{ck}是均衡器的權(quán)系數(shù)； {yk}是均衡器的輸入；{zk}是均衡器的輸出。用*表示卷積，則有：                                                                          定義代價(jià)函數(shù)為        其中       （3）
 

根據(jù)常用的最速梯度算法可以得到CMA算法：
 

                          （4）
 

用式（4）來(lái)調(diào)節(jié)均衡器的權(quán)系數(shù)，我們就可以得到對(duì)源信號(hào)的恢復(fù)。因此，均衡算法是通訊系統(tǒng)中減少誤碼率的關(guān)鍵。
 
系統(tǒng)構(gòu)成
 
　　基于虛擬儀器技術(shù)的通訊系統(tǒng)利用LabVIEW的強(qiáng)大的數(shù)據(jù)采集和總線連接庫(kù)，與測(cè)試儀表的智能接口GPIB、USB、VXI、PCI等實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信，可以提高測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和可靠性。通訊系統(tǒng)的構(gòu)成如圖2所示。

　　圖2 通訊系統(tǒng)
 
軟件設(shè)計(jì)
 
　　虛擬儀器技術(shù)的核心是軟件。在繼承傳統(tǒng)編程語(yǔ)言結(jié)構(gòu)化模塊的基礎(chǔ)上，LabVIEW采用數(shù)據(jù)流程的圖形化G語(yǔ)言編程技術(shù)，把復(fù)雜費(fèi)時(shí)的軟件編程簡(jiǎn)化為菜單，適合圖表連接調(diào)用。編制好的各種子程序SubVI可用圖標(biāo)表示。設(shè)定圖標(biāo)的有關(guān)參數(shù)，完成圖形化程序的初步編輯：連接圖標(biāo)之間表示數(shù)據(jù)類型的輸入輸出線段，實(shí)現(xiàn)子程序之間的連接與調(diào)用。應(yīng)用規(guī)則檢查、運(yùn)行燈亮、斷點(diǎn)、探針和單步執(zhí)行等對(duì)程序進(jìn)行調(diào)試與調(diào)用。基于虛擬儀器的通訊系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主要包括以下內(nèi)容。
 
源信號(hào)的產(chǎn)生
 
　　根據(jù)系統(tǒng)的要求，源信號(hào)采用16-QAM，根據(jù)信道的傳輸要求，對(duì)基帶源信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，以便適用于帶限信道的傳輸，同時(shí)還可以減小干擾噪聲的影響。充分利用LabVIEW中提供的工具和各種分析子函數(shù)模塊，不僅實(shí)現(xiàn)了信號(hào)的快速產(chǎn)生，而且能做出操作方便，形象逼真的儀器面板。源信號(hào)產(chǎn)生的儀器面板如圖3所示。
 
接收信號(hào)的處理
 
　　為了減小通信信號(hào)在介質(zhì)傳播中由于多途傳播引起的ISI，在接收端一般采用均衡技術(shù)對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理。此系統(tǒng)中采用前面所述的常用的CMA算法結(jié)合LabVIEW功能強(qiáng)大的分析軟件對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行處理，最終結(jié)果可以達(dá)到均衡的目的，也就是說(shuō)可以達(dá)到對(duì)源信號(hào)恢復(fù)的目的。信號(hào)接收及盲均衡處理的控制面板如圖4所示。其中可以完成對(duì)接受信號(hào)的相干解調(diào)和解調(diào)后的盲均衡處理，信號(hào)數(shù)據(jù)的圖形顯示及數(shù)據(jù)顯示，還可以對(duì)所鏈接的數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行操作，最終還可以對(duì)結(jié)果進(jìn)行比較。
 
結(jié)語(yǔ)
 
　　基于虛擬儀器的通訊系統(tǒng)，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試，可以達(dá)到對(duì)源信號(hào)恢復(fù)的目的，這樣確保了通訊中數(shù)據(jù)的可靠性，同時(shí)也克服了傳統(tǒng)儀器搭建通訊系統(tǒng)的復(fù)雜性和信號(hào)處理方法的復(fù)雜度，極大地方便了實(shí)驗(yàn)人員的操作。
 

　　圖3 發(fā)射信號(hào)面板
 

　　圖4  信號(hào)處理面板