基于DSP的低頻無線通信系統的設計方法

3 低頻感應通信系統的Matlab仿真

在通信系統的設計中，通信系統的仿真設計能夠使設計者在實際系統設計之前測試系統的性能。通信系統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對上文所設計的低頻感應通信系統進行仿真設計，對該無線通信系統各部分的基本功能進行測試和仿真，并為下一步DSP的軟件實現提供依據。系統仿真設計的總體框圖如圖2所示。

該仿真系統主要包括了二值信源模塊、DPSK信號調制模塊、信道模塊、接收、解調及信號同步模塊，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的數字基帶輸入；DPSK調制模塊調制產生在信道中傳輸的DPSK信號；信道模塊是為了模擬井下復雜的通訊環(huán)境對該低頻無線通信系統的影響而加入的高斯白噪聲模塊；接收、解調及其同步模塊是該仿真系統中的關鍵環(huán)節(jié)，其DPSK信號的解調采用載波相干解調，解調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制信號具有時間或相位的延遲，其碼元定時脈沖的的提取必須經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，因該算法所需采樣點少，易于高速實現，且具有檢測性能不受載波相位恢復影響的優(yōu)點，所以他在許多解調接收設備中得到了廣泛的應用；解調后的信號經相關器運算，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。該信號經抽樣判決及解碼處理后，可以無失真地恢復信源信號。

仿真分析：通信的首要任務是接收信號能夠完全無失真恢復發(fā)送信號。圖3是DPSK系統在碼元速率為50 b／s，載波為1 000 Hz，傳輸信道信噪比為-20 dB時接收機輸入輸出的仿真波形，輸入的數字基帶信號由信號源模塊(Bernoulli Binary Generator)產生，經過DPSK調制，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3中可以看出，差分解碼輸出的信號無失真地恢復出輸人數字基帶信號，輸出比輸入延遲2個碼元時間，達到了低頻感應通信系統的基本要求。仿真結果表明，接收信號經數字濾波、同步、解調、判決和解碼后，完全恢復發(fā)送信號。從仿真結果可見，該低頻無線通信系統的仿真設計實現了通信的基本要求，為進一步DSP的軟件設計提供了依據。

4 結 語

導電媒質中，低頻電磁波傳播距離遠，穿透能力強，信號傳播時比高頻信號衰減小的多。但是通信距離短、速率慢，效率低，有時甚至需要幾公里到幾十公里長的天線。由于其通信距離及通信速率的局限性，在該頻段的無線傳輸一直未受到人們的重視。事實上，在某些特殊場合，這種在有限空間內的低頻輻射恰恰可以得到利用。比如導向鉆井中的井下短距離通信，由于電磁波在受限空間的導電泥漿中傳輸，通信環(huán)境比較惡劣，但通信距離短，對通信速率的要求也不是很高，可以用低頻進行短距離的無線通信。本文提出的研究和設計低頻感應通信系統的方法對導向鉆井中井下短程通信系統的研究與設計具有一定的借鑒意義。