基于MATLAB的2DPSK低频感应通信系统仿真设计

器在通过DSP产生软件调制信号，该信号经D/A转换器件的数模转换后，产生低频的DPSK信号，该信号经过模拟功率放大就可以加载到发射线圈上。接收线圈接收的DPSK及噪声信号经过模拟放大和抗混叠滤波器的预处理后，直接用A/D转换器将预处理后的DPSK信号转换为数字信号送给DSP，由DSP对接收到的调制信号进行FIR数字滤波、相干解调、抽样判决和差分解码等信号处理过程，恢复信源信息，完成通信过程。

3 2DPSK 低频感应通信系统的仿真设计

3.1 仿真设计

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 软件提供的强大的通信系统工具箱Communication Block set，采用“自底向上”设计方式进行低频感应通信系统的仿真设计。系统仿真设计的总体框图如图3 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，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;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。

3.2 仿真分析

图4 是2DPSK 系统在码元速率为50 bit/s，载波为1000Hz，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 BinaryGenerator)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，从图可以看出，差分解码输出的信号无失真地恢复出输入数字基带信号，输出比输入延迟2 个码元时间，达到低频感应通信系统的基本要求。

仿真结果表明，在特定载波、传输信噪比、滤波器截止频率下，码元速率越高，误码率越大。在这种情况下，低通滤波器的截止频率是影响系统通讯误码率的主要因素。 可见，低通滤波器截止频率的最佳值作为码元速率。由此可见：

在传输信道信噪比、工作频率确定的情况下，只要合理地选择码元速率、滤波器的带宽及截止频率，就可以减小系统的误码率，提高2DPSK 低频感应通讯系统的可靠性。

4 结语

低频通信时，电磁波传播距离非常远，穿透能力特别强，信号传播时比高频信号衰减小的多。通信距离短，对通信速率的要求也不是很高，因此可以采用低频进行短距离的通信。仿真结果表明，采用基于DSP 的软件无线电的方法设计低频无线感应通信系统满足通信系统的基本要求，本文提出的低频感应通信系统的设计方法对巷道矿井类似场合短程通信系统的研究与设计具有一定的借鉴意义。