数字通信信号模拟器的设计和实现

李亚斌

摘要：通信技术的不断发展加快了信息传输效率，在社会建设中发挥着重要作用，通信系统大体分为模拟通信和数字通信两种形式，其在各行各业的广泛应用改善了传统的数字通信模式，促进远距离传输质量的不断提高。文章对数字通信信号模拟器总体设计方案进行了论述，在此基础上对通信信号模拟器关键技术进行了重点分析，结合信号产生模块与数字变频技术设计与实现，适应各种业务要。有助于促进数字通信信号模拟器的集成化、微型化发展，对多种调制类型信号重构方法研究具有一定参考价值。

关键词：数字通信信号；通信信号模拟器；设计实现

数字通信存在抗干扰能力强、设备连接便利、能够实现高质量的远距离传输、具有较强的灵活性、加密性、集成化的发展优势，为了在实验过程中获得真实的数字通信信号检测结果，就需要设计数字通信信号模拟器。当前市面上现存的通信信号模拟器价格昂贵、功能简单，无法控制模拟器的输出元码类型，同时面临较高的信号噪声污染，因此，需要对不同类型的信号重构方式进行综合研究，为了保证设备通信指标的合理性，需要进行通信设备测试，运用便携式通信信号模拟器，能够在产生常规信号的同时形成跳频信号，具有较强的实用价值，保证测试结果的真实性和可靠性。

1. 数字通信信号模拟器设计方案

在本次通信信号模拟器设计的过程中，首先需要了解数字通信信号的主要特点，分析常规数字信号和跳频信号的产生规律，一般情况下，通信信号模拟器需要具备数字通信能力，能够随时进行各项信号数据调控，并设置实时控制模块。通信信号模拟器总体结构分为主控模块、命令分析模块、信号产生模块和数据转换模块，分别在模拟器的内部设计多个独立存在的通信信号产生渠道，多个通道之间能够自动产生常规通信信号和跳频信号。在实验过程中多个通道共同工作或某一通道独立工作，产生的信号经过合路沿着同一发射渠道进行信号传输，能够适应复杂的电磁环境，信号产生过程是数据产生单元、信号编码单元等统一处理，最终以常规信号或调频信号的方式验证，经过调制单元输出到数模转换模块。主控模块：作为数字通信信号模拟器的主控制中心，需要对模块控制功能进行调节，能够自动进行通信信号参数调节，并生成控制信号。命令解析模块：负责将移动终端下达的通信命令进行帧数解析，将其转换为信号输入到产生模块，实现对信号传输流程的全面管理。信号产生模块：主要负责产生有待传输的基础数据，信道编码单元对各项数据信息进行编码处理，保障数据传输的可靠性。数模转换模块：将生成的数字信号转变为模拟信号，信号在无线信道内进行有效传输，提高其他模块的工作效率。

2. 数字通信信号模拟器关键技术

2.1信道编码技术

数字编码技术的有效应用具有较强的抗干扰能力，能够保证信息传输的稳定性和高效性，信道编码技术能够在复杂的信道内实现稳定通信，信道编码理论明确指出现有的传输信道采用的编码方式，想要尽可能地降低误差概率，就需要保证信号传输速率小于信道的整体容量。通信编码技术的有效应用，能够实现对错误信息源的有效控制，降低系统编码失误率，保证数据传输的稳定性和准确性，随着信息技术的不断发展，信道编码技术在通信领域得到了有效应用，数字通信的逐渐兴起，让信道编码技术的发展有了新的要求。在不同的传输环境下，信号会受到不同程度的影响，因此需要采用标准联动形式，在数据传输过程中通过编码与调制相结合的信道编码技术，提高系统运行的稳定性，能够及时纠正信道传输存在的信号误差。

2.2数字调制技术

数字调制技术主要指的是分析基带信号载波控制参数，了解参数的变化规律，根据得到的基础信号分析，分别采用合适的调制方法进行数字信号或模拟信号处理，数字信号具有较强的抗干扰能力，能够通过编码加密的方式，全面提高数据传输的稳定性。近年来，大规模的集成电路发展，促进了数字通信技术的创新研发，数字调制技术在调制领域的应用比例逐渐提升，通过离散式数字载波控制方法进行数字调解，能够不断调整载波振幅，分析载波频率、载波相位之间的关系。在模拟器信号采集中分别采用不同的调制方法，提高信号传输的抗干扰能力，利用频带在衰落信号中取得理想的传输效果，常用的调制性能衡量方法有频带利用率、功率利用率分析法，在单位平台内部进行最大信息数据传输，分析误码率。振幅调制与相位调制联合处理的方式，与常规的调制方式相比具有较高的频带利用率，能够取得理想的应用效果，目前在数字通信信号模拟器设计中得到了广泛应用。

2.3跳频通信技术

在进行无线通信信号传输的过程中，由于信道属于暴露的状态下，信号传输会受到不同环境因素的干扰，同频干扰、多级干扰等是常见的干扰形式，跳频信号通信指的是载波频率受到随机序列控制，产生规律性调频图案变化。因此，需要在跳频通信系统中选取相似的跳频图案，营造一个类似的虚拟实验环境，通过适当的解调方式恢复原始数据，与传统的通信技术相比，跳频通信具有干扰能力强、保密能力强的发展优势。跳频信号的“双方”制度按照相似的跳频图案完成信息交互，通信双方参考跳频变化规律进行数据调节，由于跳频变化的随机性，在系统内部容易被监听和破坏，跳频通信具有较强的抗干扰能力，能够获得真实的数据信息。载波频率的跳变会直接影响到频率分级效果，当跳频的频率间隔高于信道衰落带宽时，停驻的时间较短，跳频信号系统具有较强的抗衰落能力，除此之外，跳频通信系统能够与其他扩频系统进行有效结合，具有一定的兼容性，构成的扩频通信能够采用常规的编码调制方式，在进行抗干扰系统设计阶段，保证数据传输效率。

2.4数字频率合成技术

数字频率合成技术，针对多个标准频率信号源进行线性计算，从而产生大量的标准信号源精度类似离散频率，该技术的有效应用，主要是以频率合成技术原理为基础，制作频率合成器，产生基准信号，进行通信设备测试。为了保障实验结果的精准性，还可以随机产生干扰信号或振荡信号，所采用的频率合成技术中常见类型有：直接模拟合成技术、间接频率合成技术、直接数字合成技术。随着近年来数字通信技术的广泛应用，集成电路的有效发展，直接数字频率合成技术应用范围正在逐渐扩大，与其他合成技术相比具有频率精度高、切换速度快、频率相位连续、优质相位噪声性能的应用优势。

总结：基于数字通信信号模拟器总体设计要求，分析通信信号模拟器信道编码技术、数字调控技术、跳频通信技术、数字频率合成技术和变频技术等关键科技，了解在信号产生过程中涉及到的信道编码单元、常规信号产生和跳频信号产生的基本原理。我国在信息技术高速发展的今天，需要保证数字通信技术能够适应复杂的通信环境，实现信号自主识别，通信信号模拟器能够营造逼真的信号通信环境，对相应的电子设备进行检验与测试，保证系统通信性能。因此，需要结合数字通信信号模拟器的设计需求，制定出科学合理的通信信号产生方案。

参考文献：

[1] 程浴晟. 雷达信号模拟器数字系统设计与实现[D]. 四川:电子科技大学,2021.

[2] 夏思宇. 复杂信号模拟器设计与实现[D]. 四川:电子科技大学,2019.

[3] 谷歌有限责任公司. 用于基于数字助理的应用的沉浸式基于WEB的模拟器:CN201980002134.8[P]. 2020-03-17.

李亚斌，性别：男，1985年06月出生，籍贯：河南申杞县 学历：硕士 职称：中级，

研究方向:信号处理

单位：四川鸿创电子科技有限公司敏捷智能计算四川省重点实验室