現(xiàn)代水聲通信第三講

第三章常用的單載波調(diào)制方法性能分析水聲通信中常用的數(shù)字調(diào)制信號(hào)頻移鍵控調(diào)制（FSK）相移鍵控調(diào)制（PSK）正交幅度調(diào)制（QAM）在MPSK調(diào)制中，M個(gè)信號(hào)波形可表示為是信號(hào)脈沖形狀是載波的M個(gè)可能的相位信號(hào)波形具有相等的能量

3.1M元PSK調(diào)制

k個(gè)信息比特到M=2k個(gè)相位映射用格雷編碼。

選擇和作為正交基信號(hào)，構(gòu)成二維空間，并且在該空間內(nèi)來(lái)解調(diào)信號(hào)，從而構(gòu)成星座空間的概念，星座空間內(nèi)每個(gè)調(diào)制信號(hào)所對(duì)應(yīng)的點(diǎn)被稱(chēng)作星座點(diǎn)。abc

MPSK信號(hào)星座圖格雷編碼及星座圖3.1M元PSK調(diào)制

Amc和Ams是承載信息的正交載波的信號(hào)幅度3.2M元QAM調(diào)制

3.2M元QAM調(diào)制

M＝4QAM信號(hào)星座圖M＝8MQAM信號(hào)星座圖星座圖等價(jià)于N維向量

3.3M元FSK調(diào)制

-T/2T/213.3M元FSK調(diào)制

MFSK信號(hào)空間圖

3.3M元FSK調(diào)制

空間圖加性高斯白噪聲干擾的接收信號(hào)數(shù)學(xué)模型

n(t)表示具有功率譜密度(W/Hz)的加性高斯白噪聲的樣本函數(shù)，N0為加性噪聲的平均功率譜密度。3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較用最佳接收機(jī)接收后，不同調(diào)制方式的符號(hào)錯(cuò)誤概率、比特錯(cuò)誤概率及帶寬利用率如表所示符號(hào)錯(cuò)誤概率比特錯(cuò)誤概率帶寬利用率PSKQAMFSK非相干檢測(cè)3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較MPSK比特錯(cuò)誤概率

3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較MQAM比特錯(cuò)誤概率

3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較MFSK比特錯(cuò)誤概率

3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較不同調(diào)制方式發(fā)送1比特信息所需的信噪比單位：dB誤比特率調(diào)制方式M=2M=4M=8M=16M=32Pb=10-6PSK10.5110.5113.9518.4223.34QAM10.5113.2514.3916.59FSK13.5110.759.238.217.44Pb=10-4PSK8.398.3911.7116.1421.01QAM8.3911.2812.1914.41FSK11.398.777.356.435.763.4加性高斯白噪聲信道的性能比較Pb=10-6三種調(diào)制方式的頻帶利用率與比特SNR的關(guān)系曲線(xiàn)。3.4加性高斯白噪聲信道的性能比較頻率選擇性衰落信道若聲源發(fā)射信號(hào)為s(t)，則在多途信道中的接收波形為第i徑信號(hào)幅度第i徑信號(hào)時(shí)延

通過(guò)一個(gè)兩徑傳播的例子來(lái)分析多徑信道中的頻率選擇性衰落。假定

傳遞函數(shù)的幅頻特性

相對(duì)多徑時(shí)延

3.5頻率選擇性衰落信道與均衡3.5頻率選擇性衰落信道與均衡頻率選擇性衰落信道幅頻響應(yīng)特性3.5頻率選擇性衰落信道與均衡頻率選擇性衰落信道3.5頻率選擇性衰落信道與均衡頻率選擇性衰落信道3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器原理3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器結(jié)構(gòu)線(xiàn)性結(jié)構(gòu)3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器結(jié)構(gòu)非線(xiàn)性結(jié)構(gòu)（DFE）3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器算法LMS算法3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器算法RLS算法是一個(gè)小的正常數(shù)，0.005~0.01對(duì)于每一個(gè)時(shí)刻的

k=1，2，…，計(jì)算均衡器頻域性能分析具有ISI的水聲通信系統(tǒng)的方框圖

零ISI的條件Xrc(f)為接收信號(hào)的期望頻譜特性，可設(shè)計(jì)滿(mǎn)足補(bǔ)償信道失真的均衡器頻率響應(yīng)為

3.5頻率選擇性衰落信道與均衡均衡器時(shí)域性能分析

如果在時(shí)刻t=kT,k=0,1,2,…..被采樣，時(shí)間擴(kuò)展造成的ISI的符號(hào)數(shù)為L(zhǎng)=[Tm/T]，接收濾波器的輸出信號(hào)可表示為

k=0,1,2,….表示，表示3.5頻率選擇性衰落信道與均衡線(xiàn)性均衡器時(shí)域性能分析

其中xk表示k時(shí)刻采樣瞬間所期望的信號(hào)值，表示k時(shí)刻采樣瞬間的ISI，線(xiàn)性均衡器的作用就是選擇合適的濾波器階數(shù)及系數(shù)，使3.5頻率選擇性衰落信道與均衡

當(dāng)?shù)谝粭l達(dá)到多徑信號(hào)不是能量最強(qiáng)的多徑，或在通帶內(nèi)頻率衰落較大時(shí)，線(xiàn)性均衡器會(huì)在它的頻率響應(yīng)中引入一個(gè)大的增益去補(bǔ)償，由此噪聲也大為增強(qiáng)，通信質(zhì)量劇烈下降。觀察

xk為當(dāng)前信號(hào)，xk-1、xk-2、……已被檢測(cè)到，可認(rèn)為已知，而xk＋1、xk＋2、……未知。若從ISI減去xk-1、xk-2、……相對(duì)于線(xiàn)性均衡器，由于反饋部分消除了由先前被檢測(cè)符號(hào)引起的ISI，因此，加入判決反饋部分可得到性能上相當(dāng)大的增益。結(jié)論：當(dāng)判決差錯(cuò)對(duì)性能影響可忽略時(shí)，DFE優(yōu)于線(xiàn)性均衡器3.5頻率選擇性衰落信道與均衡DFE均衡器時(shí)域性能分析BPSK調(diào)制相乘法相位選擇法BPSK調(diào)制M=10;%發(fā)送符號(hào)數(shù)scode=randint(1,M);%發(fā)送bitTb=1/5;%碼元寬度f(wàn)0=1600;%載波頻率fs=5*f0;%采樣頻率t=1/fs:1/fs:Tb;%碼元采樣時(shí)間N=length(t);%碼元采樣點(diǎn)數(shù)x=cos(2*pi*f0*t);%產(chǎn)生載波信號(hào)fori=1:Mdd=(repmat(scode(i)‘,1,N))’;source=dd(:)';r=[r,x*source];endBPSK調(diào)制M=1000;%發(fā)送符號(hào)數(shù)scode=randint(1,M);%發(fā)送bitTb=1/5;%碼元寬度f(wàn)0=1600;%載波頻率fs=5*f0;%采樣頻率phi1=0;%載波相位phi2=pi;%載波相位t=1/fs:1/fs:Tb;%碼元采樣時(shí)間N=length(t);%碼元采樣點(diǎn)數(shù)r=[];%調(diào)制信號(hào)fori=1:Mifscode(i)==1r=[r,cos(2*pi*f0*t+phi1)];elser=[r,cos(2*pi*f0*t+phi2)];endendBPSK解調(diào)BPSK解調(diào)u=cos(2*pi*f0*t);％載波恢復(fù)Wp=200/fs;Ws=450/fs;[n,Wn]=buttord(Wp,Ws,3,40);[A,B]=butter(n,Wn);%A=1;%B=[1,-0.9];l=round(N/2);fori=1:Mrr=r((i-1)*N+1:i*N);rc=filter(A,B,rr.*u);out(i)=rc(l);ifout(i)>0out1(i)=1;elseout1(i)=0;endend串－并轉(zhuǎn)換電平產(chǎn)生電平產(chǎn)生90度相移載波發(fā)生器二進(jìn)制信息Q(t)I(t)QPSK信號(hào)QPSK調(diào)制QPSK調(diào)制M=1000;%發(fā)送符號(hào)數(shù)scode=randint(1,M);%發(fā)送bitTb=1/5;%碼元寬度f(wàn)0=1600;%載波頻率fs=5*f0;%采樣頻率t=1/fs:1/fs:Tb;%碼元采樣時(shí)間N=length(t);%碼元采樣點(diǎn)數(shù)rs=[];fori=1:2:Mrs=[rs，scode(i)*cos(2*pi*f0*t)+scode(i+1)*sin(2*pi*f0*t)];%getthegroup_numbersegmentsoffrequencycodingendQPSK解調(diào)l=round(N/2);Wp=200/fs;Ws=450/fs;[n,Wn]=buttord(Wp,Ws,3,40);[A,B]=butter(n,Wn);fori=1:M/2rr=r((i-1)*N+1:i*N);r1=filter(A,B,rr.*cos(2*pi*f0*t));r2=filter(A,B,rr.*sin(2*pi*f0*t));out1(i)=r1(l);out2(i)=r2(l);out=[out,out1(i),