基于DSP的低频无线通信系统的设计方法

3低频感应通信系统的Matlab仿真

在通信系统的设计中，通信系统的仿真设计能够使设计者在实际系统设计之前测试系统的性能。通信系统的仿真设计主要包括通信的基本功能测试、通信的误码率分析等。本文利用Matlab对上文所设计的低频感应通信系统进行仿真设计，对该无线通信系统各部分的基本功能进行测试和仿真，并为下一步DSP的软件实现提供依据。系统仿真设计的总体框图如图2所示。

该仿真系统主要包括了二值信源模块、DPSK信号调制模块、信道模块、接收、解调及信号同步模块，抽样判决模块、解码及误码显示模块。二值信号源模块作为该仿真系统的数字基带输入；DPSK调制模块调制产生在信道中传输的DPSK信号；信道模块是为了模拟井下复杂的通讯环境对该低频无线通信系统的影响而加入的高斯白噪声模块；接收、解调及其同步模块是该仿真系统中的关键环节，其DPSK信号的解调采用载波相干解调，解调所用的相干载波可以用科斯塔斯环等方法直接从接收的信号中恢复。由于从高斯信道中接收的调制信号具有时间或相位的延迟，其码元定时脉冲的的提取必须经过位同步模块的同步，本设计所采用的位同步模块是基于Gardner算法所设计的位同步模块，因该算法所需采样点少，易于高速实现，且具有检测性能不受载波相位恢复影响的优点，所以他在许多解调接收设备中得到了广泛的应用；解调后的信号经相关器运算，抑制了与载波无关的噪声及干扰，使其在指定的抽样判决时刻具有最大的信噪比。该信号经抽样判决及解码处理后，可以无失真地恢复信源信号。

仿真分析：通信的首要任务是接收信号能够完全无失真恢复发送信号。图3是DPSK系统在码元速率为50 b／s，载波为1 000 Hz，传输信道信噪比为-20 dB时接收机输入输出的仿真波形，输入的数字基带信号由信号源模块(Bernoulli Binary Generator)产生，经过DPSK调制，在接收端接收到了叠加信道高斯白噪声的DPSK信号，接收的DPSK信号经滤波器和相关器滤除干扰及噪声后，输出信噪比较大的锯齿信号，其在指定的抽样时刻获得了最大输出信噪比，对该信号在每个上升沿触发脉冲的前一瞬间抽样判决，恢复输入信号。比较输入信号与解码输出的信号，从图3中可以看出，差分解码输出的信号无失真地恢复出输人数字基带信号，输出比输入延迟2个码元时间，达到了低频感应通信系统的基本要求。仿真结果表明，接收信号经数字滤波、同步、解调、判决和解码后，完全恢复发送信号。从仿真结果可见，该低频无线通信系统的仿真设计实现了通信的基本要求，为进一步DSP的软件设计提供了依据。

4 结 语

导电媒质中，低频电磁波传播距离远，穿透能力强，信号传播时比高频信号衰减小的多。但是通信距离短、速率慢，效率低，有时甚至需要几公里到几十公里长的天线。由于其通信距离及通信速率的局限性，在该频段的无线传输一直未受到人们的重视。事实上，在某些特殊场合，这种在有限空间内的低频辐射恰恰可以得到利用。比如导向钻井中的井下短距离通信，由于电磁波在受限空间的导电泥浆中传输，通信环境比较恶劣，但通信距离短，对通信速率的要求也不是很高，可以用低频进行短距离的无线通信。本文提出的研究和设计低频感应通信系统的方法对导向钻井中井下短程通信系统的研究与设计具有一定的借鉴意义。