基于MATLAB的2DPSK低頻感應(yīng)通信系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)

3 2DPSK 低頻感應(yīng)通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)

3.1 仿真設(shè)計(jì)

在通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中，通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)能夠使設(shè)計(jì)者在實(shí)際系統(tǒng)設(shè)計(jì)之前測(cè)試系統(tǒng)的性能。通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)主要包括通信的基本功能測(cè)試、通信的誤碼率分析等。本文利用MATLAB 軟件提供的強(qiáng)大的通信系統(tǒng)工具箱Communication Block set，采用“自底向上”設(shè)計(jì)方式進(jìn)行低頻感應(yīng)通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計(jì)。系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)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(hào)調(diào)制模塊、信道模塊、接收、解調(diào)及信號(hào)同步模塊，抽樣判決模塊、解碼及誤碼顯示模塊。二值信號(hào)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(hào);信道模塊是為了模擬復(fù)雜的通訊環(huán)境對(duì)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(guān)鍵環(huán)節(jié)，其DPSK 信號(hào)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(hào)中恢復(fù)。由于從高斯信道中接收的調(diào)制信號(hào)具有時(shí)間或相位的延遲，其碼元定時(shí)脈沖的提取必須經(jīng)過位同步模塊的同步。本設(shè)計(jì)所采用的位同步模塊是基于Gardner 算法所設(shè)計(jì)的位同步模塊，該算法所需采樣點(diǎn)少，易于高速實(shí)現(xiàn)，且具有檢測(cè)性能不受載波相位恢復(fù)影響的優(yōu)點(diǎn);解調(diào)后的信號(hào)經(jīng)相關(guān)器運(yùn)算，抑制了與載波無關(guān)的噪聲及干擾，使其在指定的抽樣判決時(shí)刻具有最大的信噪比。該信號(hào)經(jīng)抽樣判決及解碼處理后，可以無失真地恢復(fù)信源信號(hào)。

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(shí)接收機(jī)輸入輸出的仿真波形，輸入的數(shù)字基帶信號(hào)由信號(hào)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(hào)，接收的DPSK 信號(hào)經(jīng)濾波器和相關(guān)器濾除干擾及噪聲后，輸出信噪比較大的鋸齒信號(hào)，其在指定的抽樣時(shí)刻獲得了最大輸出信噪比，對(duì)該信號(hào)在每個(gè)上升沿觸發(fā)脈沖的前一瞬間抽樣判決，恢復(fù)輸入信號(hào)。比較輸入信號(hào)與解碼輸出的信號(hào)，從圖可以看出，差分解碼輸出的信號(hào)無失真地恢復(fù)出輸入數(shù)字基帶信號(hào)，輸出比輸入延遲2 個(gè)碼元時(shí)間，達(dá)到低頻感應(yīng)通信系統(tǒng)的基本要求。

仿真結(jié)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(yīng)通訊系統(tǒng)的可靠性。

4 結(jié)語

低頻通信時(shí)，電磁波傳播距離非常遠(yuǎn)，穿透能力特別強(qiáng)，信號(hào)傳播時(shí)比高頻信號(hào)衰減小的多。通信距離短，對(duì)通信速率的要求也不是很高，因此可以采用低頻進(jìn)行短距離的通信。仿真結(jié)果表明，采用基于DSP 的軟件無線電的方法設(shè)計(jì)低頻無線感應(yīng)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(yīng)通信系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法對(duì)巷道礦井類似場(chǎng)合短程通信系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì)具有一定的借鑒意義。