基于Simulink的猝发通信系统数据链系统仿真及性能分析

因为要进行误码率分析，故采用使用顶层M文件生成信息数据并保存至计算机内存，再从内存中读出数据并进行采样的方式输出待调制数据。采用AWGNChannel仿真一个加性高斯白噪声信道。此信道的信噪比可以按照三种方式设置：Eb／N0，Es／N0，SNR，本仿真按照SNR的方式设置信道的信噪比。
　　
　　中频采用70 MHz载波调制输出。
　　
　　(2)快速同步解调处理模块
　　
　　是本仿真系统的重点，完成对中频信号的采样、下变频、数字匹配滤波及功率处理、峰值判断与频率搜索、峰值捕获判断、PN码跟踪及载波同步、数据解调、译码。其中采样、下变频、预处理、数字匹配滤波及功率、载波同步模块采用Simulink中的模块搭建而成，而完成控制部分的峰值判断与频率搜索、峰值捕获判断、PN码跟踪复杂逻辑采用C语言封装的Simulink-S函数模块实现。
　　
　　(3)验证处理模块
　　
　　完成对解调数据的误码率判断，对关键参数的记录和实时事后处理。本模型中每一次仿真的结果，在顶层M文件的控制下保存为相应的*．mat文件，在仿真全部结束后，调用此存储的文件编程进行事后数据处理。
　　
　　仿真原理图如图4所示。

　
　　
3仿真结果及性能分析
　　
　　为便于实现仿真参数的修改，及进行批量仿真，仿真模型的参数设置及仿真条件设置全部由顶层M文件实现。此次仿真主要目的是测试信号不同输入功率时，在各信噪比条件下的性能情况。测试结果如下：

　　
　　图5是输入信号功率为-20 dBm，信噪比为-16 dB时的门限与峰值关系图。

图6是输入信号功率为-30 dBm，信噪比为-16 dB时的门限与峰值关系图。

图7是输入信号强度分别为0 dBm，-10 dBm，-20 dBm，-30 dBm，-40 dBm时不同信噪比与捕获概率的关系图。
　　
　　从图7可以看出，信噪比大于-14 dB时，输入信号强度为0～-30 dBm皆能满足系统性能要求；信噪比大于-15 dB时，输入信号强度为-10～-30 dBm时，捕获概率能满足系统要求；信噪比大于-16 dB时，输入信号强度为-20 dBm和-30 dBm时捕获概率能满足系统要求。考虑到在Simulink环境下虽然对截位进行了模拟，但是实际硬件运行中还可能产生的其他的影响，故实际使用仍会有差异。根据对实际硬件的测试结果，实际中频直扩接收机的性能与仿真结果有3～4 dB的差异，但这种差异是可接受的，仿真结果分析可以为系统指标分配提供了依据。
　　
　　
4系统指标分配浅析
　　
　　通常通信系统的接收方与发送方有一定的距离，当距离确定时必须确定接收方的动态范围，通常接收系统的动态范围由射频动态范围和中频动态范围两部分组成，当折算到中频解调的信噪比确定时，则射频动态范围也随之确定。
　　
　　假定一个接收系统的灵敏度为-100 dBm，动态范围为90 dB，即系统输入信号从-10～-100 dBm时要求接收系统解调数据误码率输出能够满足要求，如果系统给中频分配的指标是输入信号强度为0 dBm，则射频的动态范围就必须为90 dB；如果系统给中频分配的指标是0～-30 dBm，则射频的动态范围则变为60 dB。
　　
　　中频接收机的动态范围主要取决于A／D的动态范围、信号处理算法及数字处理电路本身的噪声，由于目前A／D的动态范围较大，所以实际中频接收机的动态范围主要取决于信号处理算法本身，如整个系统资源允许的截位处理，有无内部AGC处理等。
　　
　　通过仿真分析我们可以看到，如果系统分配性能指标时，适当挖掘中频接收机的动态能力，一方面可以相应提高中频接收机的性能，如输入信号强度为0 dBm，信噪比大于-14 dB时解调数据方能满足系统要求，而输入信号为-30 dBm时可以在信噪比为-16 dB时仍能满足系统误码率要求，这样就相当于提高了整个系统的接收能力；另一方面也减轻了射频的动态范围，相应降低了射频组件的成本。中频接收机算法的设计通常并不涉及硬件成本，而射频指标的提升却必以硬件成本的提升为代价。因而如果系统合理分配指标，则可以使整个接收系统的性价比得到提高。
　　
　　
5结语
　　
　　在对数据链技术、扩展频谱通信系统工作原理及Matlab／Simulink功能和特点的介绍的基础上，应用Matlab／Simulink软件平台构建了某猝发数据链通信系统仿真平台；利用Simulink环境的图形化建模能力和完善的功能模块库，开发了部件模型库。虽然本系统的同步算法还有待于进一步的优化，但通过对系统的快速捕获能力的仿真分析，以及在不同输入信号强度下信噪比与捕获概率性能状况的测试，为系统进行组件指标分配提供了依据。