基于正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像圖像接收實現(xiàn)設計

石新民 陳軍

摘 要：研究了正交相移鍵控最佳醫(yī)學影像圖像接收處理的模型，對正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像圖像接收處理的仿真實現(xiàn)設計進行了較詳細的討論。然后運用軟件進行實驗仿真與分析，探討正交相移鍵控最佳醫(yī)學影像圖像接收處理的系統(tǒng)的抗噪性能。仿真實驗表明所設計的系統(tǒng)合理，其結(jié)果與理論分析一致。

關鍵詞：正交相移鍵控;醫(yī)學影像圖像;接收;解調(diào)器;檢測器;仿真

中圖分類號：TP391.4;R445.9

文獻標志碼：A

醫(yī)學影像圖像在其傳輸和接收過程中常受到與研究對象無關的噪聲干擾而使接收到的可觀測信息失真，給醫(yī)生準確診斷、分析帶來困難[1-3]。因此，在信號接收時提高醫(yī)學影像圖像質(zhì)量、抑制噪聲干擾成為關鍵因素。郭興波等[4]通過兩路SOQPSK波形的時域相關性，探討了不降低接收性能指標的情況下，把相關器從128個減少到8個的一種簡單最大似然接收機性能問題;張麗娜等[5]探討了數(shù)字調(diào)制解調(diào)的相移鍵控，其通過載波相位變化進行信息傳遞，提高了抗干擾能力;關浩等[6]針對多輸入多輸出系統(tǒng)傳輸信道模糊、信道容量受限以及信號誤碼率較高的問題，提出先對信號進行正交相移鍵控調(diào)制，然后再將改進的恒模算法與自適應波束形成技術(shù)結(jié)合用于MIMO系統(tǒng)中對信號進行均衡處理，使信號具有較強的抗干擾性，增強了傳輸信息的可靠性和穩(wěn)定性。采用正交相移鍵控調(diào)制均衡技術(shù)，可以解決信道容量與誤碼率相矛盾的問題，降低碼間串擾和信道干擾，還可以校正相位誤差，獲得較快的收斂速度以及低誤碼率，使信號得到最佳恢復;SHU等[7]研究了偏振解復用的實時相干接收機中高效補償偏振效應，同時降低系統(tǒng)對時鐘頻率要求與FPGA資源的使用量的并行流水型恒模算法，取得了較好的效果;黃波等[8-9]利用格雷編碼調(diào)制數(shù)據(jù)，探討了編碼后QPSK調(diào)制和BPSK調(diào)制的設計星座圖。最后，由現(xiàn)場可編程門陣列實現(xiàn)兩路調(diào)制數(shù)據(jù)編碼，電路實現(xiàn)90°移相器及功率合成器研究?；诖?，本文研究了正交相移鍵控最佳醫(yī)學影像圖像接收處理的模型，對正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像圖像接收處理的仿真設計進行了較詳細的討論。然后運用仿真軟件進行了實驗與分析，探究了所設計的正交相移鍵控最佳醫(yī)學影像圖像接收處理系統(tǒng)的抗噪性能。

1 醫(yī)學影像圖像正交相移鍵控接收處理的模型分析

解調(diào)器和檢測器是接收處理信號的兩個核心部分。解調(diào)器是將接收波形變換成n維向量的過程，檢測器是判別可能信號波形中被發(fā)送的波形信號[10-15]。接收處理結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.1 正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像圖像接收處理的工作原理

正交相移鍵控最佳醫(yī)學影像圖像接收處理原理圖如圖2所示。

最佳醫(yī)學影像圖像接收處理是無線通信終端的重要器件。通過該器件，接收端可從噪聲背景中提取出有用信號，使輸出信噪比最大化。相關解調(diào)器將接收信號和噪聲展開成一系列線性加權(quán)正交基函數(shù)[16-19]。正交相移鍵控的基函數(shù)為：

由于時域的乘積等價于頻域的卷積，將接收信號分別與基函數(shù)相乘再積分，達到最佳解調(diào)。

正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像圖像接收功能主要是對輸入的高斯白噪聲信號進行處理，通過相關解調(diào)器和檢測器，實現(xiàn)最佳接收。其輸出為二進制數(shù)據(jù)，對輸出數(shù)據(jù)與輸入數(shù)據(jù)進行比較，可以求得因受高斯白噪聲影響而產(chǎn)生的誤碼率及信噪比。

1.2 正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像圖像接收處理設計流程圖

正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像圖像接收處理設計的流程如圖3所示。檢測器計算接收信號的相位，再選擇相位最接近的信號向量。令θ為相位角，則相位與輸出關系為：如果-π≤θ<-34π和34π≤θ<π，輸出信號判為10;如果π4≤θ<34π，輸出信號判為01;如果-34π≤θ<-π4，輸出信號判為11;如果-π4≤θ<π4，輸出信號判為00。

2 正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像圖像接收處理的仿真研究

2.1 正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像圖像接收處理的仿真設計

本研究利用MATLAB平臺[18，20-21]仿真最佳醫(yī)學影像圖像接收處理過程，對輸入疊加噪聲的正交相移鍵控調(diào)制信號進行接收。首先通過rand int生成原始的隨機二進制數(shù)，然后調(diào)制原始信號，再將高斯白噪聲加入調(diào)制信號中。解調(diào)器將信號和噪聲分別在一組基函數(shù)上展開，張成信號空間，這樣相關解調(diào)器實現(xiàn)最佳解調(diào)功能。檢測器依據(jù)最大似然函數(shù)的最小距離來判決輸出[22-24]。所以，正交相移鍵控的仿真模塊分別為解調(diào)器模塊和檢測器模塊。其模塊功能分別如下：

1）相關解調(diào)器模塊

2.2 正交相移鍵控的醫(yī)學影像圖像接收處理仿真結(jié)果及分析

信道模塊之后的相關解調(diào)器模塊，其功能主要是對調(diào)制信號進行解調(diào)。信號通過計算接收信號在基函數(shù)上的投影，實現(xiàn)相關解調(diào)。運行相關解調(diào)器模塊，當信道模塊中有加性高斯白噪聲干擾和沒有加性高斯白噪聲干擾時的結(jié)果分別如圖4、5所示。

如圖4所示為有加性高斯白噪聲干擾的情況圖。其中：圖4（a）是基函數(shù)f1=cos（2πfct）的圖形;圖4（b）是接收信號與基函數(shù)f1=cos（2πfct）相乘的圖形;圖4（c）是基函數(shù)f2=sin（2πfct）的圖形;圖4（d）是接收信號與基函數(shù)f2=sin（2πfct）相乘的圖形;圖4（e）是接收到的信號圖形。由圖4（b）、（d）可觀察到：當基函數(shù)f1=cos（2πfct）與接收信號相乘后，采樣點的幅度值基本上都在0幅度以下，即平均值為負;當基函數(shù)f2=sin（2πfct）與接收信號相乘后，采樣點的幅度值基本上都在0幅度以上，即平均值為正。

與圖4（a）、（b）、（c）、（d）、（e）相對應，圖5（a）、（b）、（c）、（d）、（e）所示為沒有噪聲干擾情況的圖。對比圖4與圖5，可以看出：沒有噪聲時，接收信號與基函數(shù)相互作用之后，波長與幅度都是均勻的;當有噪聲存在時，接收信號與基函數(shù)相互作用之后，幅度變得參差不齊，但是通過與基函數(shù)相乘達到了歸一化目的，起到了抑制噪聲的作用。

信號通過相關解調(diào)器模塊進入檢測模塊，經(jīng)檢測模塊對信號進行判決輸出。檢測器端是保證最佳信號接收效果的重要部分，其輸出結(jié)果如圖6所示。

由圖6（a）、（b）可以得出：當相位角為0時，判決輸出為00-0;當相位角為2時，判決輸出為01-1;當相位角為-2時，判決輸出為11-3;當相位角為-3時，判決輸出為10-2。通過分析檢測輸出結(jié)果，完全與-π≤angler<-34π∪34π≤angler<π時，輸出信號判為2，當π4≤angler<34π時輸出信號判為1，當-34π≤angler<-π4時輸出信號判為3，當-π4≤angler<π4時輸出信號判為0完全符合。

如圖7（a）、（b）所示，圖7（a）為原始的發(fā)送信號圖;圖7（b）為原始信號圖7（a）經(jīng)信道受加性高斯白噪聲干擾后傳輸，再經(jīng)解調(diào)、檢測等，最終接收到的信號圖。比較7（a）、（b）兩圖，明顯看到存在誤差，說明噪聲對信號傳送的影響情況。

通過觀察信噪比對誤碼率的影響，由圖8可見：提高信噪比，可以降低誤碼率，當信噪比為-7.9 dB，誤碼率達到零，且誤碼率隨干擾信息的增加而增大的關系。

3 結(jié)語

本研究通過分析正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像接收處理過程的數(shù)學模型，對正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像圖像接收處理的仿真實現(xiàn)進行了較詳細的討論。采用隨機二進制數(shù)通過正交相移鍵控調(diào)制后疊加高斯白噪聲對設計的接收機進行仿真測試，完成了其對高斯白噪聲的抗干擾作用，探討了正交相移鍵控的最佳醫(yī)學影像接收機的誤碼率與信噪比的規(guī)律及抗噪性能。仿真表明所設計的系統(tǒng)合理，可靠。該研究方法對后續(xù)其他通信系統(tǒng)的設計及科學研究有一定參考價值。

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（責任編輯：曾 晶）

Abstract：

The model of orthogonal-phase-shift keying for optimal medical image receiving and processing is studied. The simulation design of orthogonal-phase-shift keying for optimal medical image receiving and processing is discussed in detail.Then the software is used for experimental simulation and analysis to discuss the anti-noise performance of the orthogonal-phase-shift keying system for the best medical image receiving and processing. The simulation results show that the designed system is reasonable， and the results are consistent with the theoretical analysis.

Key words：

orthogonal phase shift keying; medical images; receiving; demodulator; detector; simulation