基于虚拟仪器的通讯系统的设计

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作者：西北工业大学航海学院王华荣王英民时间：2005-12-24来源：电子产品世界收藏

摘　要：本文给出了一种基于虚拟仪器的通讯系统，它的接收端利用盲均衡算法去除通讯系统中的码间干扰(ISI)。

关键词：虚拟仪器；通讯系统；盲均衡

引言

　　虚拟仪器是计算机硬件资源、仪器测/控硬件和用于数据分析、过程通讯及图形用户界面的软件之间的有效结合。虚拟仪器通过提供给用户组建自己仪器的可重用源代码库，处理模块间的通讯、定时、触发等功能，强调在通用计算机平台的基础上，通过软件和软面板，把由厂家定义的传统仪器转变为用户自定义的、由计算机软件和几种模块组成的专用仪器。虚拟仪器的出现，彻底打破了传统仪器由厂家定义、用户无法改变的模式。本系统的研制采用的软件是美国NI公司的LabVIEW图形化编程语言，其功能强大、应用便携，是最成功的虚拟仪器软件。由于虚拟仪器应用软件集成了仪器的所有采集、控制、数据分析、结果输出和用户界面等功能，使传统仪器的某些硬件乃至整个仪器都被计算机软件所代替。因此，从某种意义上说：软件就是仪器。如今，随着电测技术以及网络技术的发展，虚拟仪器技术必将成为仪器技术发展的主要方向。本文提出的基于虚拟仪器的通讯系统，是虚拟仪器技术在通信学科中的应用，能够方便实验人员的使用。

盲均衡的基本原理

　　在通讯系统中，有限带宽通讯信道的失真和畸变引起的码间干扰（ISI）是影响通信质量的一个主要因素，需要有效的信道均衡技术来消除。最近，盲均衡技术的研究受到广泛的注意，与传统的均衡技术不同点是：在通信建立阶段或通信中断时不需要发端发送一个收端已知的训练序列进行训练。下面简单介绍具有计算量小、收敛性能好优点的常用的常数模算法（CMA）。

　　图1 盲均衡系统方框图

　　盲均衡系统框图如图1所示。其中{xk}是信息源序列；{hk}是信道的冲激响应；{wk}是噪声序列；{ck}是均衡器的权系数； {yk}是均衡器的输入；{zk}是均衡器的输出。用*表示卷积，则有：定义代价函数为其中（3）

根据常用的最速梯度算法可以得到CMA算法：

（4）

用式（4）来调节均衡器的权系数，我们就可以得到对源信号的恢复。因此，均衡算法是通讯系统中减少误码率的关键。

系统构成

　　基于虚拟仪器技术的通讯系统利用LabVIEW的强大的数据采集和总线连接库，与测试仪表的智能接口GPIB、USB、VXI、PCI等实现数据通信，可以提高测量数据的准确性和可靠性。通讯系统的构成如图2所示。

　　图2 通讯系统

软件设计

　　虚拟仪器技术的核心是软件。在继承传统编程语言结构化模块的基础上，LabVIEW采用数据流程的图形化G语言编程技术，把复杂费时的软件编程简化为菜单，适合图表连接调用。编制好的各种子程序SubVI可用图标表示。设定图标的有关参数，完成图形化程序的初步编辑：连接图标之间表示数据类型的输入输出线段，实现子程序之间的连接与调用。应用规则检查、运行灯亮、断点、探针和单步执行等对程序进行调试与调用。基于虚拟仪器的通讯系统软件设计主要包括以下内容。

源信号的产生

　　根据系统的要求，源信号采用16-QAM，根据信道的传输要求，对基带源信号进行调制，以便适用于带限信道的传输，同时还可以减小干扰噪声的影响。充分利用LabVIEW中提供的工具和各种分析子函数模块，不仅实现了信号的快速产生，而且能做出操作方便，形象逼真的仪器面板。源信号产生的仪器面板如图3所示。

接收信号的处理

　　为了减小通信信号在介质传播中由于多途传播引起的ISI，在接收端一般采用均衡技术对接收信号进行处理。此系统中采用前面所述的常用的CMA算法结合LabVIEW功能强大的分析软件对接收信号进行处理，最终结果可以达到均衡的目的，也就是说可以达到对源信号恢复的目的。信号接收及盲均衡处理的控制面板如图4所示。其中可以完成对接受信号的相干解调和解调后的盲均衡处理，信号数据的图形显示及数据显示，还可以对所链接的数据库进行操作，最终还可以对结果进行比较。

结语

　　基于虚拟仪器的通讯系统，经过实验室测试，可以达到对源信号恢复的目的，这样确保了通讯中数据的可靠性，同时也克服了传统仪器搭建通讯系统的复杂性和信号处理方法的复杂度，极大地方便了实验人员的操作。